CC BY
33
Мухамадиев А. А. Mukhamadiev А. А.
кандидат технических наук,
доцент кафедры «Информационно-измерительная техника», ФГБОУВО «Уфимский государственный авиационный технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
УДК 681.536.5
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КОМПРЕССОРА БЫТОВОГО ХОЛОДИЛЬНИКА
Компрессионные холодильники на сегодняшний день занимают более 90 % рынка бытовой холодильной техники, поэтому повышение качества их работы является весьма актуальной задачей. Наиболее распространенным способом регулирования температуры в охлаждаемом объеме холодильного оборудования, обслуживаемого отдельным компрессор-но-конденсаторным агрегатом, является регулирование с помощью термореле. Следовательно, пуском и остановкой компрессора регулируется его холодопроизводитель-ность, а также поддерживается требуемая температура в охлаждаемом объеме. Использование термореле позволяет наиболее точно поддерживать температурный режим (особенно при принудительной циркуляции воздуха). Однако возможны случаи, при которых происходит нарушения функционирования холодильника, а компрессор при этом продолжает работать без остановки, что приводит к его отказу. Такими нарушениями могут быть выход из строя терморегулятора или утечки хладагента. Авторами предлагается в качестве диагностируемого параметра использовать коэффициент рабочего времени и по его величине определять состояние компрессионного холодильника. Дальнейшее комплексирование информации от различных источников позволит значительно увеличить надежность компрессоров бытовых холодильников.
Ключевые слова: компрессор, холодильник, коэффициент рабочего времени, температура, регулирование, терморегулятор.
INFORMATION MEASURING SYSTEM FOR MONITORING THE PARAMETERS OF A HOUSEHOLD REFRIGERATOR COMPRESSOR
Compression refrigerators currently occupy more than 90 % of the market of household refrigeration equipment, so improving the quality of their work is a very urgent task. The most common way to control the temperature in the refrigerated volume of refrigeration equipment serviced by a separate condensing unit is the regulation by means of a thermostat. Consequently, starting and stopping the compressor regulates its cooling capacity, and also maintains the required temperature in the cooled volume. Using the thermal relay allows the most accurate maintenance of the temperature regime (especially with forced air circulation). However, there are cases when there is a malfunction of the refrigerator, and the compressor continues to work without stopping, which leads to its failure. Such violations can be, the failure of the thermostat or the leakage of refrigerant. The authors suggest using the working time factor as the parameter to be diagnosed and determining the state of the compression refrigerator by its value. Further integration of information from various sources will significantly increase the reliability of compressors for household refrigerators.
Key words: compressor, fridge, coefficient of working time, temperature, regulation, thermoregulator.
Работа компрессионных холодильников в автоматическом режиме обеспечивается регулированием отдельных параметров, в результате которого достигается оптимальное заполнение испарителей хладагентом, поддержание в заданных пределах температуры в охлаждаемом объеме, регулирование относительной влажности воздуха, давления кипения и конденсации хладагента, изменение производительности компрессора в зависимости от нагрузки, а также оттаивание испарителей. Регулирование температуры в охлаждаемом объеме холодильного оборудования производися с помощью: камерного термореле, термореле испарителя, термореле и электромагнитных вентилей, реле низкого давления [1, 2].
Автором разработана структурная схема системы управления работы компрессора (рисунок 1). Измерение температуры в камере холодильника осуществляется с помощью датчика температуры, чувствительным элементом которого является термосопротивление. Этот датчик используется с термоконтролером. Термоконтролер управляет электромагнитным реле, которое подает питание на компрессор. В термоконтролере настраивается температура, которая будет
поддерживается в камере, а также гистерезис, т.е. предел отклонения от заданной температуры. Термоконтроллер обеспечивает сравнение заданной температуры и измеренной температуры термодатчика. Компрессор отключается, если измеренная температура выше заданной, или включается, если измеренная температура ниже заданной [3, 4].
На рисунке 2 представлены пусковое реле и термореле. Пуск — в момент включения компрессора ток протекает через главную обмотку электродвигателя компрессора С - W и через пусковую обмотку С - S. На пусковую обмотку ток поступает через пози-стор. Протекающий через позистор ток приводит к быстрому нагреву позистора, и при температуре 120 °С сопротивление пози-стора стремительно возрастает, приводя к тому, что этот ток практически снижается до нуля. Обмотка перестает работать. Повторное включение пусковой обмотки может произойти после выключения электродвигателя компрессора, охлаждения позистора и повторного включения электродвигателя. Термореле отвечает за защиту двигателя компрессора от перегрева и перегрузок во время его работы [5].
Рисунок 1. Структурная схема системы управления работой компрессора
Рисунок 2. Схема присоединения пускового реле к проводке компрессора
В микроконтроллер поступает сигнал от реле, и производится измерение времени работы компрессора тр и его простоя тн . Затем вычисляется коэффициент рабочего времени Ь = тр/(тр + тн), который сравнивается с определенной величиной.
В бытовых холодильниках большое распространение получило релейное регулирование. График измерения температуры при релейном регулировании показан на рисунке 3. При включении системы на компрессор подается напряжение, равное им. Из-за того, что объект управления обладает запаздыванием, изменение температуры начинается с момента времени t = т. В момент времени, когда температура достигает значения в = в0 + §, происходит отключение компрессора от источника питания. Однако вследствие тепловой инерции объекта температура будет понижаться еще в течение интервала времени, равного т, а затем начнет повышаться. В момент времени, кода температура становится равной в = в0 — §, компрессор подключается. Но благодаря тепловой инерции объекта, повышение температуры продолжается ещё в течение интервала времени длительностью т. После этого температура начинает понижаться. Установившимся режимом работы системы автоматического регулирования (САР) с релейными регуляторами является режим автоколебаний. Основными показателями, характеризующими качество регулирования, являются параметры автоколебаний: размах А и период Т(или частота ю) автоколебаний. При заданных параметрах объекта управления размах А и
период Т автоколебаний зависят только от параметров релейного регулятора. Для повышения качества процесса управления в релейных системах используется внутренняя обратная связь, охватывающая релейный элемент. В цепь внутренней обратной связи обычно вводят апериодические звенья. В этой работе исследуется релейная система, операторно-структурная схема которой показана на рисунке 4. С целью упрощения принято, что постоянные времени нагрева и остывания объекта управления равны. Тогда передаточная функция объекта имеет вид:
Исследуем зависимости показателей, характеризующих установившийся автоколебательный процесс (постоянной составляющей, размаха и периода) от параметров релейного регулятора. Допустим, параметры объекта управления такие: коэффициент передачи k0 = 2,5; постоянная времени Т0 = 5, запаздывание т = 0,1; максимальное значение релейного элемента ЦМ = 18; регулируемая величина в0 = 18; параметр, определяющий ширину петли гистерезиса статической характеристики двухпозиционного релейного регулятора, 5 = 0,5.
Составим в среде Ма1ЬаЬ^1тиНпк модель системы согласно схеме (рисунок 5) с заданными значениями параметров объекта управления и параметром Цм релейного элемента. Построим графики релейного регулятора и автоколебания (рисунок 6).
Рисунок 4. Операторно-структурная схема CAP температуры с релейным регулятором
Рисунок 5. Схема моделирования CAP температуры с релейным регулятором
* » • • •
• • * » • » • * • *
• • • * * • • » *
• • • * • • • • _ *
» • V- .......... * • ........... » • * ......
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Рисунок 6. Графики релейного регулятора и автоколебания
Определим по графику, размах и период автоколебаний: А = 1,2; Т = 0,9 [2].
Разработана блок-схема программы функционирования системы (рисунок 7). Основная цель работы программы заключается в подсчёте времени, когда компрессор работает тр и не работает тн, а также нахождения коэффициента рабочего времени Ь.
Следует отметить, что очень частые пуски компрессора не желательны. Это сигнализи-
рует о неисправности холодильной системы и может привести к преждевременному отказу компрессора, поэтому желательно, чтобы коэффициент рабочего времени удовлетворял условию Ь < 0,4. Если Ь < 0,4, на дисплей выводится слово «Работа», в противном случае на дисплей выводится слово «Поломка».
__
Юбну/ШПЪ СЧЙ77<*Л"
2Ланшл подсчет итцльсоЬ
Рисунок 7. Блок-схема программы
Вывод
В данной работе предлагается в качестве диагностируемого параметра использовать коэффициент рабочего времени и по его
Список литературы
1. Ужанский В.С. Автоматизация холодильных машин и установок. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 352 с.
2. Мухамадиев А.А., Лесников В.В. Бытовые машины и приборы: учеб. пособие. Уфа: УГАЭС, 2010. 192 с.
3. Кашкаров А.П. Фото- и термодатчики в электронных схемах. М.: АЛЬТЕКС, 2004. 222 с.
4. Меклин Э.Д. Терморезисторы. М.: Радио и связь, 1983. 211 с.
5. Вадутов ОС., Тригуб М.В. Теория автоматического управления. Лабораторный практикум: учеб. пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. 112 с.
величине определять состояние компрессионного холодильника, что позволит значительно увеличить его надежность.
References
1. Uzhanskiy V.S. Avtomatizatsiya kho-lodil'nykh mashin i ustanovok. M.: Legkaya i pishchevaya promyshlennost', 1982. 352 s.
2. Mukhamadiyev A.A., Lesnikov V.V. Bytovyye mashiny i pribory: ucheb. posobiye. Ufa: UGAES, 2010. 192 s.
3. Kashkarov A.P. Foto- i termodatchiki v elektronnykh skhemakh. M.: AL'TEKS, 2004. 222 s.
4. Meklin E.D. Termorezistory. M.: Radio i svyaz', 1983. 211 s.
5. Vadutov O.S., Trigub M.V. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya. Laboratornyy praktikum: uchebnoye posobiye. Tomsk: Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2014. 112 s.
