动圈式直线压缩机活塞平衡位置调节控制技术研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huaiwanshi163
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在工作过程中,直线压缩机的活塞在气体力的影响下会出现活塞偏移现象,如果不对活塞偏移现象进行调节,这将会引起一系列的连锁恶性反应,例如会使活塞的余隙过大,使压缩机无法实现有效地压缩,所以对于活塞偏移问题的解决非常紧迫。此外谐振频率与活塞行程二者之间是相互影响的,运行过程中谐振频率是一个变化的量,为保证直线压缩机的持续高效运行,需要对直线压缩机的驱动频率及时进行调整。所以本文针对活塞偏移现象和谐振频率变化问题对多环道动圈式直线压缩机开展理论与实验研究,主要研究内容如下:(1)建立多参数耦合的活塞偏移预测模型。通过建立压缩机工作过程中的子模型,建立起各参数之间的相互关系。采用解析法对多环道永磁铁的电磁力进行计算,并对其进行了有限元仿真,表明线圈在平衡位置时所受电磁力最大,随着线圈偏离平衡位置,电磁力呈现对称减小趋势。研究活塞直径对偏移量的影响,并进行量化分析,活塞直径从18mm增加到34mm时,偏移量增加了5倍。此外发现偏移的存在使电流出现了滞后现象,稳定状态下电流约滞后于电压5°。(2)针对活塞偏移问题提出一种在交流激励的基础上增加直流激励的技术。研究直流激励对直线压缩机的运行参数的影响,分析变频方式、步长和步频对系统的影响。结果表明直流激励的增加,导致功率损耗增加。在空载时活塞行程几乎不受其影响;而在有载时,活塞的行程存在一定程度的降低,压力比最大可提升27.08%。当直流激励占总电压的22.9%时,容积效率突降16.2%。变频的过程中在初始阶段应优先采用小步长高步频,当行程达到设定值后改用小步长中步频连续调节的方式,活塞行程变化更平稳,可以避免撞缸现象的发生。(3)首次提出采用非对称波形激励方法进行活塞偏移调节。该方法可以针对活塞偏移的方向进行靶向区域性调节,但在调节时应避免低排高振幅比的方式。建立偏移抑制模型,通过实验对该方法进行验证。结果表明在活塞的总行程不变时,随着非对称波形的振幅比从1增加到1.4时,功率的波动始终保持在2.1%以内,相比于其他技术具有显著优势。非对称波形激励的应用,在实现活塞偏移调节的同时,并没有对COP产生明显影响。依旧保持在谐振频率状态下达到COP最大值1.62。(4)针对直线压缩机调节后谐振频率变化问题,提出一种自适应谐振频率跟踪技术,通过频率扰动和压缩机输出功率的值来跟踪系统的谐振频率。建立控制系统仿真模型,对空载和负载下的谐振频率跟踪进行仿真分析,结果表明谐振频率跟踪算法能够在0.86s内实现谐振频率的跟踪,在负载变化的瞬间,频率跟踪容易紊乱,出现较大波动,存在频率突变。在使用谐振频率跟踪调节时应注意系统电流的过载问题,避免损坏励磁线圈。(5)设计一种多环道动圈式直线压缩机,并搭建电磁结构测试实验台、动态性能测试实验台以及制冷性能测试实验台,给出磁场强度与轴向位置之间的强度关系,对所建立的数学模型进行实验验证。对活塞偏移在不同调节方式下的功率损耗进行对比分析,得到在偏移量小于0.5mm时,两种调节方式损耗相近。在偏移量为2.5mm时,直流激励所产生的损耗达到非对称波形激励的3.6倍。并对所研制的样机进行性能检测,同时与传统压缩机(DF91Y)进行性能对比分析,表明在工况相近时,样机的效率比传统压缩机高11.4%,验证了直线压缩机性能的优越性。该论文有图121幅,表10个,参考文献141篇。
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