Разработка системы управления кондиционером (стр. 6 из 9)
Ротационные компрессоры [3] производятся в двух вариантах: со стационарными и вращающимися пластинами. Рабочий цикл компрессора со стационарной пластиной показан на рисунке 21. Ротор эксцентрично закреплен на валу компрессора. При вращении вала эксцентрик обкатывается по внутренней поверхности цилиндра, сжимая перед собой очередную порцию хладагента. Пластина разделяет области высокого и низкого давления.
Рисунок 20 - Устройство ротационного компрессора
Рисунок 21 - Рабочий цикл ротационного компрессора со стационарными пластинами
а — рабочий объем цилиндра заполнен хладагентом,
б — начало сжатия хладагента (слева от ротора) и всасывание новой его порции (справа),
в — продолжение сжатия и всасывания,
г — завершение сжатия и заполнение рабочего объема цилиндра новой порцией хладагента.
1 — пластина,
2 — пружина,
3 — отверстие всасывания,
4 — ротор,
5 — рабочий объем цилиндра,
6 — выпускной клапан.
Ряд фирм-производителей Panasonic, Sanyo и др.) применяют в своих ротационные компрессоры с двумя роторами (рисунок 22) [1]. На валу компрессора эксцентрично вращаются два ротора, каждый из которых осуществляет сжатие хладагента в своем цилиндре. Эксцентрики расположены на валу противофазно (рисунок 23), благодаря чему уменьшается суммарная вибрация при их совместной работе. Цилиндры двухроторного компрессора соединены между собой перепускной трубкой (байпасом) с управляющим клапаном, что позволяет эффективно регулировать производительность при использовании компрессоров данного типа.
Рисунок 22 - Ротационный компрессор с двумя роторами
Рисунок 23 - Противофазное расположение роторов на валу двухроторного компрессора
В компрессорах с вращающимися пластинами эти пластины (две или более), разделяющие области высокого и низкого давления, установлены на роторе.
Рабочий цикл ротационного компрессора с двумя вращающимися пластинами показан на рисунке 24.
Рисунок 24 - Рабочий цикл ротационного компрессора с вращающимися пластинами
а — рабочий объем цилиндра заполнен хладагентом,
б — начало сжатия хладагента и всасывание новой его порции,
в — продолжение сжатия и всасывания,
г — завершение сжатия и заполнение рабочего объема цилиндра новой порцией хладагента.
1 — ротор,
2 — цилиндр,
3 — отверстие всасывания,
4 — выпускное отверстие
Одна из проблем ротационных компрессоров связана с эффектами высоко-температурного разложения смазочных материалов. В результате трения лопасти о вращающийся ротор происходит разогрев ее кромки, где образуется так называемая «горячая точка». Если температура этой точки превышает 200 °С, синтетическое эфирное масло, используемое при работе на хладагенте R407c, разлагается на спирт и жировые кислоты, которые забивают капиллярные трубки и снижают расход хладагента. Лабораторные испытания ротационных компрессоров показывают, что после 2000 ч работы на хладагенте R407c уменьшение расхода хладагента может достигать 30% и сопровождаться значительным снижением холодопроизводительности.
В 1998 г. фирма Daikin предложила новый вид ротационного компрессора — с качающимся ротором (Swing компрессор). В этом компрессоре при повороте вала пластина, жестко связанная с ротором, совершает сложное движение (возвратно-поступательное и колебательное одновременно). Поскольку лопасть и ротор представляют собой единое целое, снижаются потери на трение и отсутствует зона местного нагрева («горячая точка»). Кроме того, отсутствие перетечек хладагента между пластиной и ротором сокращает общие перетечки в компрессоре. Рабочий цикл Swing-компрессора показан на рисунке 25.
Рисунок 25 - Рабочий цикл Swing-компрессора.
фаза 1 — рабочий объем цилиндра заполнен хладагентом
фаза 2 — начало сжатия хладагента и всасывание новой его порции
фаза 3 — сжатие и всасывание продолжается
фаза 4 — завершение сжатия и заполнение рабочего объема цилиндра новой порцией хладагента
В климатических системах малой и средней мощности (от 5 до 40 Вт) используются также спиральные компрессоры [1] (компрессоры Scroll). Компрессор (рисунок 26) состоит из двух стальных спиралей, расширяющихся от центра к периферии цилиндра и вставленных одна в другую. Одна из спиралей закреплена неподвижно, вокруг нее вращается подвижная спираль. Профиль спиралей образован эквивалентной кривой. Подвижная спираль установлена на эксцентрике и при вращении ее внешняя поверхность как бы катится по внутренней поверхности неподвижной спирали. Благодаря этому точка контакта спиралей постепенно перемещается от периферии к центру, сжимая перед собой пары хладагента и вытесняя их в центральное отверстие в верхнее крышке цилиндра. Так как точек контакта несколько (они расположены на каждом витке подвижной спирали), то происходит более плавное сжатие паров, уменьшается нагрузка на электродвигатель, особенно в момент пуска.
Рисунок 26 - Спиральный компрессор (компрессор Scroll).
В технологическом плане компрессор Scroll более сложен, поскольку необходимо обеспечить герметичность по торцам спиралей и очень точное прилегание профилей спиралей. Поэтому компрессоры данного типа пока нашли ограниченное применение.
В поршневом компрессоре (рисунок 27) сжатие газа происходит при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре/
Рисунок 27 - Поршневой компрессор
а — фаза всасывания хладагента,
б — фаза сжатия и выпуска хладагента высокого давления.
1 — выпускной клапан, 2 — линия нагнетания хладагента,
3 — поршень, 4 — цилиндр,
5 — шатун,
6 — коленчатый вал,
7 — головка клапанов,
8 — линия всасывания хладагента,
9 —впускной клапан
В фазе всасывания (а) поршень движется вниз от верхней, так называемой «мертвой точки». При этом над поршнем создается разрежение и через открытый впускной клапан хладагент поступает в цилиндр. В фазе сжатия (б) поршень движется вверх и сжимает хладагент, который выходит из цилиндра через выпускной клапан. При движении в цилиндре поршень никогда не касается головки клапанов, оставляя свободное пространство, которое называют «мертвым объемом».
В зависимости от типа конструкции различают герметичные, полугерметичные и открытые поршневые компрессоры. В герметичном компрессоре электродвигатель и компрессор находятся в едином герметичном корпусе. Такие компрессоры, мощностью 1,7...35 кВт применяются в холодильных машинах малой и средней мощности. В полугерметичных компрессорах, мощность которых варьируется от 30 до 300 Вт, электродвигатель и компрессор закрыты, соединены напрямую и расположены по горизонтали в едином разборном контейнере. В случае повреждения можно извлекать электродвигатель, получая доступ к клапанам, поршню, шатунам и другим элементам конструкции. В открытых компрессорах электродвигатель расположен снаружи (вал с соответствующими сальниками выведен за пределы корпуса).
Основным недостатком поршневого компрессора является наличие пульсаций давления паров хладагента на выходе из компрессора, а также большие пусковые нагрузки. Поэтому электродвигатель должен иметь запас мощности для пуска компрессора и иметь акустическую защиту для снижения уровня шума.
Количество запусков компрессора является наиболее критичным для его срока службы. Именно на режиме запуска происходит наибольшее количество отказов, поэтому приходится ограничивать время между повторными пусками компрессора (как правило, не менее 6 мин), и время между остановом компрессора и его повторным пуском (2...4 мин). Характеристики выбранного компрессора приведены в таблице 5.
Таблица 5 – характеристики компрессора.
| Модель | PH180X1C-4DT2 | ||
| Номинальная выходная мощность компрессора, Вт | 800 | ||
| Объем смазочного масла (SUNISO 4GSD), см3 | 400 | ||
| Ток при заторможенном роторе компрессора, А-220 В-240 В | 23,625,5 | ||
| Сопротивление обмотки компрессора, Ом (при 20°С) | C-R: 3,13 | ||
| C-S: 4,46 | |||
| Предохранительное устройство компрессора | Тип | Внутреннее | |
| Модель | UPQE0591-T51 | ||
| Рабочая температура,°С | Открыто | 150±5 | |
| Закрыто | 90±10 | ||
| Ток управления, А (внутренняя температура 25°С) | 25 (переключение через 3-10 с) | ||
| Управляющий конденсатор | 25 | ||
| 450 | |||
2.8 Выбор микроконтроллера
В настоящее время среди всех 8-разрядных микроконтроллеров - семейство MCS-51 является несомненным чемпионом по количеству разновидностей и количеству компаний, выпускающих его модификации. Оно получило свое название от первого представителя этого семейства - микроконтроллера 8051, выпущенного в 1980 году на базе технологии HMOS. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке.
Важную роль в достижении такой высокой популярности семейства 8051 сыграла открытая политика фирмы Intel, родоначальницы архитектуры, направленная на широкое распространение лицензий на ядро 8051 среди большого количества ведущих полупроводниковых компаний мира.