仿真：可变排量压缩机模型建立与案例

一、可变排量压缩机方式与原理：    

可变排量压缩机可以有三种方式：

方式一：定容量压缩机， 通过压缩机电机可变来调整压缩机的排量；

方式二：变容量压缩机， 通过调节压缩机内部压缩腔的压缩容积来改变压缩机的排量；

方式三：定容量压缩机， 通过卸载、滑阀、数码涡旋等方式来调节压缩机的排量。

1.1 变频技术：定转速压缩机与变转速压缩机：

两者的区别在于供电频率的变化从而调整压缩机电机的转速，比如定转速压缩机就是固定50HZ/60HZ运行，此时压缩机的排量是固定不变的；而变转速压缩机可以通过改变频率来调节压缩机的转速，一般工业通用的变频器来驱动的压缩机频率范围35-70HZ， 专用的变频驱动可调范围会更广；

关于频率、转速的计算，掌握如下基本公式：

电机转速与频率的数学公式：n=（1-s）60f/p

上式中

s——电机的转差率（%）（一般取值3%-5%）；

n——电机的转速（转/分）；

60——每分钟（秒）；

f——电源频率（赫芝）；

p——电机旋转磁场的极对数。

（注意：只有交流电机的频率与转速有线性关系, 直流、步进等电机两者之间关系不大。）

1.2 改变压缩机腔内容量

这种方式主要是斜盘式压缩机，通过斜盘的倾斜角，调节压缩机腔内的压缩容积，进而调节排气量；

1.3  其他调节排量的方式

1.3.1）. 数码涡旋变容量技术

如下图所示：一活塞安装于顶部固定涡旋盘处，确保活塞上移时顶部涡旋盘也上移。在活塞的顶部有一调节室，通过 0.6mm 直径的排气孔和排气压力相连通。一外接电磁阀连接调节室和吸气压力。电磁阀处于常闭位置时，活塞上下侧的压力为排气压力，一弹簧力确保两个涡旋盘共同加载。

电磁阀通电时，调节室内的排气被释放至低压吸气管。这导致活塞上移，顶部涡旋盘也随之上移。该动作分隔开两涡旋盘，导致无制冷剂质流量通过涡旋盘。外接电磁阀断电外接电磁阀断电再次使压缩机满载，恢复压缩操作。应指出的是：顶部涡旋盘的可移动的幅度很小——仅 1.0mm ，因而从高端释放至低端的高压气体的量也较小。

在此阶段，让我们介绍一下“周期时间”的概念。一个周期时间包括“负载状态”时间和“卸载状态”时间。这两个时间阶段的组合决定压缩机的容量调节。例如：在 20 秒周期时间内，若负载状态时间为 10 秒，卸载状态时间为 10 秒，压缩机调节量为（ 10 秒× 100% + 10 秒× 0 %）/ 20 = 50%。若在相同的周期时间内负载状态时间为 15 秒而卸载状态时间为 5 秒，则压缩机调节量为 75% 。容量为负载状态和卸载状态时间平均的总和。通过改变负载状态时间和卸载状态时间，压缩机就可提供任意大小的容量 (10%-100% )。

1.3.2）.活塞压缩机卸载技术

活塞压缩机的压缩缸有2缸、4缸、6缸、8缸等；这些压缩缸通过电磁阀的控制，启动卸载功能；对于2缸的小型压缩机是无法做卸载功能的，4缸的压缩机可以卸掉其中的两个缸，也就是可以实现50%和100%制冷量的运行，对于6缸的活塞压缩机，可以卸载2个缸或者4个缸，也就是实现了33%、66%、100%的制冷量的运行。

1.3.3）.螺杆压缩机滑阀调节技术

滑阀容量调节方式，主要应用于螺杆压缩机，滑阀调节其原理系利用油压活塞推动容量调节滑阀，当部分负载时，滑阀移动将部分制冷剂气体旁通回吸气端，使制冷剂气体流量减少以达到部分负载功能。当停机时，弹簧的力量使活塞复归到起始状态。

二、变转速/变频压缩机模型的建立：

2.1 变转速压缩机：

根据上述课程的学习，我们看下如何建立变转速压缩机的模型：   直接建立以下模型：

通过分段信号源建立不同的转速，达到变转速的目的，设置如下参数：

前30s转速有1450rpm到2900rpm；中间30s保持2900rpm运转；最后40s有2900rpm到2500rpm。我们看下仿真结果：

压缩机质量流量曲线：

2.2 变频压缩机：

变频压缩机是用过频率的调节来改变压缩机的转速，从而达到变排量的需求，频率和转速之间的关系，可以用以下的数学公式来计算：

关于频率、转速的计算，掌握如下基本公式：

电机转速与频率的数学公式：n=（1-s）60f/p。根据以上公式，建立变频压缩机的模型：

以上模型，通过调节频率就可以改变电机的转速，进而改变压缩机的排量了。当然，在实际的制冷系统中，变频压缩机的变转速并不是通过我们手动来设置其转速的，是通过环境温度与设定值的偏差值，自动调整压缩机的转速。这个就需要信号处理与PID等相关的知识，后续的提高课程中我们将详细讲解下。

我们接下来模拟下变频压缩机在变转速情况下，在压焓图上是如何体现出来的。

需要在吸排气管道上先增加两个传感器，建立如下的模拟仿真图：

按照如下截图找到热力学曲线：

选择压焓图—制冷剂种类—传感器；

点击确定，得到压缩机等熵压缩在压焓图上展示：

2.3 容量可调压缩机模型建立

通过改变压缩机腔内的压缩容积或者卸载等方式，也可以建立可变排量的压缩机模型。根据前面的方法，我们建立以下模型：

我们可以用一个常数K值，来调整压缩机的容量比，比如活塞压缩机的卸载电磁阀，4缸卸载成2缸，那么K值可以设定为0.5；6缸卸载为4缸，K值可以设定为0.66；我们也可以根据负载端的输出值，来调节容量比。

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