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研究生:林修逸
研究生(外文):Hsiu-I Lin
論文名稱:低溫冷凍庫PWM控制策略之研究
論文名稱(外文):PWM Control Strategy for Low Temperature Freezer
指導教授:蔡貴義
指導教授(外文):Kuei-I Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立勤益科技大學
系所名稱:冷凍空調系
學門:工程學門
學類:其他工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:低溫冷凍庫PID控制熱力式膨脹閥電子膨脹閥PWM
外文關鍵詞:low temperature freezerPID controlthermostatic expansion valveelectronic expansion valvePWM
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膨脹閥主要分為熱力式膨脹閥及電子式膨脹閥。熱力式膨脹閥為利用冷媒感溫包,來偵測過熱度進而控制閥體的開度大小,完成調變蒸發器出口溫度。電子式膨脹閥則是感測蒸發器出口溫度及壓力並透過計算過熱度以決定閥體開度完成調變蒸發器出口溫度。
由於一般在冷凍庫使用傳統熱力式膨脹閥時,系統為超低溫溫度,易使熱力式膨脹閥產生低溫損耗,頂針受凍凝結。而本文提出之PWM式電子膨脹閥得以解決此問題。由於此自製型電子膨脹閥為ON-OFF電磁閥且因PWM脈波寬度調變之DutyControl,持續進行動作,不會有凍凝等情況發生。
本論文提供自行研製之PWM控制模組,並以較低成本以及較高性能完成低溫冷凍庫最佳冷媒量控制。
文中分析自製型PWM式電子膨脹閥之可行性、實際作動的情形,分析工作週期以及工作時間對於冷凍系統製冷能力之影響,同時匹配不同的控制策略結合PID控制技術,達到精密控制的效果。
Expansion valve include thermal expansion valve and electronic expansion valve mainly. The thermal expansion valve is used to adjust the detection overheat temperature and then control the opening of the valve to adjust the evaporator outlet temperature. Electronic expansion valve sensing the evaporator outlet temperature and pressure to calculate overheat temperature to decide the valve opening.
As the general use of traditional thermal expansion valve in the freezer, the system is ultra-low temperature, easy to thermal expansion valve to happen low temperature damage, thimble freeze condensation. And this paper proposed PWM electronic expansion valve to solve this problem. This self-made electronic expansion valve is ON-OFF solenoid valve .The PWM-type valve of the DutyControl continuous action, there will be no freezing .
In this paper using self-developed PWM model to lower the cost of components to provide energy efficiency. At the same time this paper used the PID control technology, combined with different control strategies to achieve the effect of precision control.
摘要 i
Abstract ii
誌 謝 iii
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1前言與研究動機 1
1-2文獻回顧 2
1-2-1應用研究方面 2
1-2-2膨脹閥方面 3
第二章 技術理論與分析模擬 5
2-1冷凍循環原理 5
2-1-1 反卡諾循環 5
2-1-2莫里爾線圖 6
2-1-3熱氣旁通除霜 8
2-2 系統辨識與PID控制策略 9
2-2-1 系統辨識原理 9
2-2-2 系統轉移函數表示法 9
2-2-3系統辨識方法 10
2-3 PWM原理 13
2-4 熱力式與自製PWM式膨脹閥 15
2-4-1熱力式膨脹閥原理 15
2-4-2自製PWM式電子膨脹閥 16
第三章 PID控制器原理 18
3-1比例控制(Proportion control): 20
3-2積分控制(Integral control): 20
3-3 微分控制(Derivative control): 20
3-4 PID控制器的調理原則 21
3-5 Ziegler-Nichols 經驗法則 21
3-6 PI-PD 控制策略 22
3-7 Smith預估控制 24
第四章 實驗設備與系統架構 27
4-1低溫冷凍系統的設備 28
4-1-1 往復式壓縮機 28
4-1-2氣冷式冷凝器 30
4-1-3庫內送風蒸發器 32
4-1-4熱力式膨脹閥 34
4-1-5 電磁閥 35
4-1-6冷凍庫實驗平台 36
4-1-7 乾燥過濾器 37
4-1-8 液氣分離器 37
4-1-9 視窗 38
4-1-10高低壓保護開關 38
4-1-11 溫度控制器 39
4-2實驗方法 40
4-3 實驗儀器 41
4-3-1溫度感測器(PT-100) 41
4-3-2 TR-TMP1A4 溫度傳送器 42
4-3-3壓力傳送器 43
4-3-4 PID控制器 44
4-3-5變頻器 45
4-3-6 固態繼電器 46
4-3-7 PWM IC 47
4-3-8 R507冷媒 48
4-3-9 ADAM監控系統設備 49
4-4 實際低溫冷凍系統 51
4-4-1控制系統的軟硬體搭配 53
4-4-2電源控制系統 54
第五章 結果與討論 55
5-1 製程曲線 55
5-2模擬結果 57
5-2-1熱力式膨脹閥Ziegler-Nichols策略模擬結果 58
5-2-2熱力式膨脹閥Smith預估器策略模擬結果 59
5-2-3熱力式膨脹閥PI-PD策略模擬結果 60
5-2-4 PWM式膨脹閥Ziegler-Nichols策略模擬結果 61
5-2-5 PWM式膨脹閥Smith預估器策略模擬結果 62
5-2-6 PWM式膨脹閥PI-PD策略模擬結果 63
5-3實驗結果比較 66
5-3-1 自製型電子膨脹閥能力分析 66
5-3-2 PWM式控制策略實現配線 67
5-3-3 結合控制策略實測結果 68
第六章 結論 79
6-1結論 79
6-2 未來展望 80
參考文獻 82
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