CN117469163B - 一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法及控制机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法及控制机组，该方法包括：获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力；根据所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率；螺杆压缩机根据所述运转频率进行水温调节控制，得到最优控制策略。本发明通过对压缩机进行压比控制与容量调节处理，能够提高压缩机的压缩效率并降低压缩机的压缩功耗。本发明作为一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法及控制机组，可广泛应用于压缩机控制技术领域。

Description

一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法及控制机组
技术领域
本发明涉及压缩机控制技术领域，尤其涉及一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法及控制机组。
背景技术
螺杆压缩机应用于空调领域，在实际压缩机在冷水机组使用过程中，机组会遇到实际负荷的变换，调整压缩机的容量，也有因为外界条件的变化使空调负荷变化，这两种负荷的变化传统的压缩机都是通过调整压缩机内的滑阀实现的，当外界条件不变，只压缩机负荷发生变化时，压缩机的滑阀移动，使参与压缩部分的螺杆长度减少，而压缩机外压力不变，因此使压缩机处于欠压缩机过程中，即压缩终了压力小于冷凝压力，气体进入排气口后不能排出压缩机，会受到下一个齿槽排气的气体继续压缩,直到压力达到冷凝压力时，才会排出排气口，进入排气管路，导致现有的压缩机控制方法的效率降低，功耗增大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法及控制机组，通过对压缩机进行压比控制与容量调节处理，能够提高压缩机的压缩效率并降低压缩机的压缩功耗。
本发明所采用的第一技术方案是：一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法，包括以下步骤：
获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力；
根据所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率；
螺杆压缩机根据所述运转频率进行水温调节控制，得到最优控制策略。
进一步，所述螺杆压缩机包括压缩机组、第一电磁阀、第二电磁阀和变频器，其中：
所述压缩机组用于根据给定的运转频率进行压缩控制工作；
所述第一电磁阀和所述第二电磁阀用于调节所述压缩机组的输出压力；
所述变频器用于调节所述压缩机组的压缩控制工作。
进一步，所述第一电磁阀为降压比电磁阀，安装于所述螺杆压缩机的供油回路，所述第二电磁阀为升压比电磁阀，安装于所述螺杆压缩机的排油回路。
进一步，所述获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力这一步骤，其具体包括：
初始化所述螺杆压缩机的运转频率，获取初始运转频率；
所述压缩机组根据所述初始运转频率进行运转，直至满足预设时间要求，获取所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力。
进一步，所述根据所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率这一步骤，其具体包括：
构建升压压力阈值与降压压力阈值；
将所述螺杆压缩机的排气压力分别与所述升压压力阈值和所述降压压力阈值进行相减处理，得到升压启动阈值与降压启动阈值；
将所述螺杆压缩机的压缩终了压力分别与所述升压启动阈值和所述降压启动阈值进行判断，获取判断结果；
根据所述判断结果对所述螺杆压缩机进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率。
进一步，所述将所述螺杆压缩机的压缩终了压力分别与所述升压启动阈值和所述降压启动阈值进行判断，获取判断结果这一步骤，其具体包括：
若所述螺杆压缩机的压缩终了压力小于等于所述升压启动阈值且持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入升压工作阶段；
若所述螺杆压缩机的压缩终了压力大于等于所述降压启动阈值且持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入降压工作阶段；
若所述螺杆压缩机的压缩终了压力小于所述降压启动阈值且大于所述升压启动阈值，并持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入通常工作阶段；
整合所述螺杆压缩机进入升压工作阶段、所述螺杆压缩机进入降压工作阶段和所述螺杆压缩机进入通常工作阶段，得到判断结果。
进一步，所述控制所述螺杆压缩机进入升压工作阶段与所述控制所述螺杆压缩机进入降压工作阶段包括：
通过对所述第二电磁阀进行通电处理与对所述第一电磁阀进行断电处理，使得所述螺杆压缩机进入升压工作阶段；
通过对所述第一电磁阀进行通电处理与对所述第二电磁阀进行断电处理，使得所述螺杆压缩机进入降压工作阶段。
进一步，所述螺杆压缩机根据所述运转频率进行水温调节控制，得到最优控制策略这一步骤，其具体包括：
设定水温要求范围阈值；
所述螺杆压缩机根据所述运转频率进行工作，采集所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度；
若所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度均满足所述水温要求范围阈值，输出最优控制策略；
若所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度不满足所述水温要求范围阈值，对所述螺杆压缩机的容量进行调节处理，直至所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度均满足所述水温要求范围阈值，输出最优控制策略。
进一步，通过热敏电阻采集所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度。
本发明所采用的第二技术方案是：一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制机组，包括：
启动模块，用于获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力；
压比调节模块，用于根据所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率；
容量调节模块，用于螺杆压缩机根据所述运转频率进行水温调节控制，得到最优控制策略。
本发明控制方法及控制机组的有益效果是：本发明通过获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力进行压力调节处理，不需要进行调节滑阀的移动，避免压缩机处于欠压缩机过程中，进一步通过压比控制后获取压缩机的运转频率进行压缩机容量调节处理，固定保持压缩机运行频率，使得压缩机排气压力略大于冷凝压力，气体排出排气口，为下一齿槽排出气体预留空间，从而压缩机的输气连续、平稳，从而提高压缩机的压缩效率并降低压缩机的压缩功耗。
附图说明
图1是本发明实施例一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制机组的结构框图；
图3是本发明具体实施例螺杆压缩机的装置示意图；
图4是本发明具体实施例控制对象水温进行调节的结果示意图；
图5是本发明具体实施例根据水温进行频率计算的流程示意图。
附图标记：A1、第一电磁阀；A2、第二电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
对本发明的技术术语进行解释：
螺杆式压缩机：螺杆式压缩机是一种气体压缩设备，利用螺杆的旋转来增加气体的压力和体积。相比于传统的大型活塞式压缩机，螺杆式压缩机具有更高的可靠性和效率，更低的噪音和振动，更少的维护和更长的使用寿命等优点。
压缩机的排气压力：排气压力是指压缩机在压缩气体过程中，气体在压缩机内的最大压力，通常是指压缩机排气口处的压力，排气压力是在压缩过程中出现的。
压缩机的终了压力：终了压力则是指压缩机在完成一个完整的压缩循环后，气体在压缩机内的最终压力，通常是指压缩机终了压力口处的压力，终了压力则是在压缩过程结束后出现的。
螺杆式压缩机在冷水机组使用过程中，机组运行时，压缩机的最佳状态为，内压比等于外压比，压缩机容积效率和全段热效率最高，此状态也为压缩机的选型设计点，当螺杆压缩机所在的机组负荷发生变化时，此时分成2种情况；
第一种情况为外界环境条件不发生变化，即此时机组的冷凝压力和蒸发压力不变，机组需求负荷发生变化，此时机组根据出口水温检测，需要调整机组容量，此种状态时，螺杆压缩机检测到滑阀处排气压力与冷凝器中压力进行比较，滑阀不移动，机组通过调节变频器频率进行容量控制；
第二情况为当外界环境条件发生变化，此时机组的冷凝压力往往随着机组负荷降低而降低，此时压缩机的外压比降低，螺杆压缩机检测到滑阀处压力大于冷凝器压力，滑阀进行移动，当内压力与冷凝压力相当时滑阀停止移动，此时压缩机内压比与外压比相当，螺杆压缩机的容量下降，如果此时容量如果还大于需求容量，机组再进行降频卸载。
参照图1，本发明提供了一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法，该方法包括以下步骤：
S1、获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力；
具体地，如图3所示，螺杆压缩机包括压缩机组、第一电磁阀A1、第二电磁阀A2和变频器，其中，压缩机组用于根据给定的运转频率进行压缩控制工作，第一电磁阀和所述第二电磁阀用于调节所述压缩机组的输出压力，变频器用于调节所述压缩机组的压缩控制工作；
第一电磁阀为降压比电磁阀，安装于螺杆压缩机的供油回路，第二电磁阀为升压比电磁阀，安装于螺杆压缩机的排油回路；
进一步初始化螺杆压缩机的运转频率，获取初始运转频率，压缩机组根据初始运转频率进行运转，直至满足预设时间要求，获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力；
在本实施例中，压缩机开始启动时，压缩机的启动和降比(供油)电磁阀即第一电磁阀全部置ON，压缩机运转开始后，运行频率＞0Hz的状态持续60秒以上，实时检测压缩终了压力Pi与排气压力Pd。
S2、根据所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率；
具体地，构建升压压力阈值与降压压力阈值，在本发明中，定义升压压力阈值为80kPa，定义降压压力阈值为20kPa；
将螺杆压缩机的排气压力分别与升压压力阈值和降压压力阈值进行相减处理，得到升压启动阈值与降压启动阈值，将所述螺杆压缩机的压缩终了压力分别与所述升压启动阈值和所述降压启动阈值进行判断，获取判断结果；
进一步的，若所述螺杆压缩机的压缩终了压力小于等于所述升压启动阈值且持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入升压工作阶段；
在本实施例中，当Pi≤Pd-80kPa且持续30秒，进入升压比阶段，升压比电磁阀A2通电，降压比电磁阀A1断电；
若所述螺杆压缩机的压缩终了压力大于等于所述降压启动阈值且持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入降压工作阶段；
在本实施例中，当Pi≥Pd-20kPa且持续30秒，进入降压比阶段，降压比电磁阀A1通电，升压比电磁阀A2断电；
若所述螺杆压缩机的压缩终了压力小于所述降压启动阈值且大于所述升压启动阈值，并持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入通常工作阶段；
在本实施例中，Pd-80kPa<Pi<Pd-20kPa且持续30秒，进入通常状态，通常状态是为了实现控制对象水温接近设定温度，根据PI控制计算结果，进行压缩机运转频率控制，根据判断结果对所述螺杆压缩机进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率。
S3、螺杆压缩机根据所述运转频率进行水温调节控制，得到最优控制策略。
具体地，另外控制对象水温处在设定水温±0.2℃范围内时，固定保持压缩机运行频率。
启动压缩机时、首先输出启动频率。启动频率输出过1分钟后，开始进行频率PI控制。
比较出口水温检测用热敏电阻检测出的水温和设定的冷水温度，通过变频器频率进行压缩机的容量、停机控制。
根据入口水温检测用热敏电阻检测出入口水温变化幅度进行温控器OFF后的再起动控制。另外，根据负荷上升，负荷下降的外部输入信号，可进行强制升载，降载和容量保持等控制。
在此种控制下，压缩机的内压比与外压比匹配，压缩终了，压缩机排气压力略大于冷凝压力，气体排出排气口。为下一齿槽排出气体预留空间，从而压缩机的输气连续、平稳。压缩机容积效率及全段热效率都为最佳状态。而压缩机所在机组的负荷状态通过调节压缩机频率进行匹配。从而使机组运行在合适的负荷状态下，节能高效。
压缩机停机时间：压缩机启动及降比电池阀置为ON，输出指示0Hz频率运行，30秒向变频器输出停机指令，10秒后压缩机启动及降比电池阀置为OFF。
实验此控制方法，需要压缩机电机变频，所在机组为变频机组，压缩机上在滑阀的近排气口段开发压力传感器孔口，进行压力检测，控制过程中需要不断与机组的冷凝器压力进行比对，从而进行调节。
进一步，如图4所示，比较出口水温检测用热敏电阻检测出的水温和设定的冷水温度，通过变频器频率和压缩机容量控制用滑阀控制及进行压缩机的容量、停机控制。根据入口水温检测用热敏电阻检测出入口水温水温变化幅度进行温控器OFF后的再起动控制。另外，根据负荷上升，负荷下降的外部输入信号，可进行强制升载，降载和容量保持等控制，启动压缩机时、首先输出启动频率。启动频率输出过1分钟后，开始进行频率PI控制，如图5所示，其中，频率计算的表达式为：
Hzn＝Hzn-1+ΔHz
ΔHz＝Kp×(Twn-Twn-1)+Ki×(Twn-Twset)×Ts
上式中，Hzn表示计算出的压缩机变频器指示频率，Hzn-1表示上一次计算出的压缩机变频指示频率，Twn表示当前的控制对象水温，Twn-1表示上一次计算时的控制对象水温，Twset表示设定水温，Ts表示采样周期，Kp表示比例系数，Ki表示积分系数。
参照图2，一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制机组，包括：
启动模块，用于获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力；
压比调节模块，用于根据所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率；
容量调节模块，用于螺杆压缩机根据所述运转频率进行水温调节控制，得到最优控制策略。
上述方法实施例中的内容均适用于本***实施例中，本***实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力；
构建升压压力阈值与降压压力阈值；
将所述螺杆压缩机的排气压力分别与所述升压压力阈值和所述降压压力阈值进行相减处理，得到升压启动阈值与降压启动阈值；
若所述螺杆压缩机的压缩终了压力小于等于所述升压启动阈值且持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入升压工作阶段；
若所述螺杆压缩机的压缩终了压力大于等于所述降压启动阈值且持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入降压工作阶段；
若所述螺杆压缩机的压缩终了压力小于所述降压启动阈值且大于所述升压启动阈值，并持续时间大于预设时间阈值，控制所述螺杆压缩机进入通常工作阶段；
整合所述螺杆压缩机进入升压工作阶段、所述螺杆压缩机进入降压工作阶段和所述螺杆压缩机进入通常工作阶段，得到判断结果；
根据所述判断结果对所述螺杆压缩机进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率；
设定水温要求范围阈值；
所述螺杆压缩机根据所述运转频率进行工作，采集所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度；
若所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度均满足所述水温要求范围阈值，输出最优控制策略；
若所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度不满足所述水温要求范围阈值，对所述螺杆压缩机的容量进行调节处理，直至所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度均满足所述水温要求范围阈值，输出最优控制策略。
2.根据权利要求1所述一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，所述螺杆压缩机包括压缩机组、第一电磁阀、第二电磁阀和变频器，其中：
所述压缩机组用于根据给定的运转频率进行压缩控制工作；
所述第一电磁阀和所述第二电磁阀用于调节所述压缩机组的输出压力；
所述变频器用于调节所述压缩机组的压缩控制工作。
3.根据权利要求2所述一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，所述第一电磁阀为降压比电磁阀，安装于所述螺杆压缩机的供油回路，所述第二电磁阀为升压比电磁阀，安装于所述螺杆压缩机的排油回路。
4.根据权利要求3所述一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，所述获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力这一步骤，其具体包括：
初始化所述螺杆压缩机的运转频率，获取初始运转频率；
所述压缩机组根据所述初始运转频率进行运转，直至满足预设时间要求，获取所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力。
5.根据权利要求4所述一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，所述控制所述螺杆压缩机进入升压工作阶段与所述控制所述螺杆压缩机进入降压工作阶段包括：
通过对所述第二电磁阀进行通电处理与对所述第一电磁阀进行断电处理，使得所述螺杆压缩机进入升压工作阶段；
通过对所述第一电磁阀进行通电处理与对所述第二电磁阀进行断电处理，使得所述螺杆压缩机进入降压工作阶段。
6.根据权利要求5所述一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法，其特征在于，通过热敏电阻采集所述螺杆压缩机的出水温度与所述螺杆压缩机的入水温度。
7.一种如实现权利要求1所述的一种可调压比的变频螺杆压缩机的控制方法的控制机组，其特征在于，包括以下模块：
启动模块，用于获取螺杆压缩机的压缩终了压力与螺杆压缩机的排气压力；
压比调节模块，用于根据所述螺杆压缩机的压缩终了压力与所述螺杆压缩机的排气压力进行压力调节控制处理，得到螺杆压缩机的运转频率；
容量调节模块，用于螺杆压缩机根据所述运转频率进行水温调节控制，得到最优控制策略。
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