Xem mẫu
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGÀNH NHIỆT – ĐIỆN LẠNH
BÁO CÁO
ĐỀ TÀI: TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG LẠNH
GVHD: TS. ĐẶNG THÀNH TRUNG
SV:
NỘI DUNG:
I. GIỚI THIỆU
II. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MỘT SỐ THUẬT NGỮ
III. MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN TRONG KỸ THUẬT LẠNH
IV. CÁC THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH
Page 1
NHÓM 10
- Page 2
NHÓM 10
- I. GIỚI THIỆU:
Cùng với công cuộc đổi mới công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, kĩ thu ật
lạnh đang phát triển rất mạnh mẽ ở Việt Nam. Tủ lạnh, máy kem, máy đá, máy
điều hòa nhiệt độ đã trở nên quen thuộc trong đời sống hàng ngày.
Các máy và thiết bị lạnh công nghiệp phục vụ trong các ngành ch ế biến th ực
phẩm, bia rượu, sợi, dệt, in ấn, thuốc lá, điện t ử, vi đi ện t ử, thông tin, vi ễn
thông, bưu chính, y tế, thể dục thể thao, du lịch…cũng đang phát huy tác dụng
thúc đẩy mạnh mẽ nền kinh tế đi lên.
Đặc biệt trong lĩnh vực điều hòa không khí ngày nay đóng vai trò quan trọng, đáp
ứng nhu cầu cấp thiết cho cuộc sống con người. Hiện nay có rất nhiều hệ
thống đa dạng về điều hòa không khí. Đặc biệt đối với các tòa nhà l ớn cao ốc,
siêu thị, trong công nghiệp…chủ yếu sử dụng hệ thống water chiller, water
chiller là hệ thống điều hòa dùng nước làm chất tải lạnh.
Để cho hệ thống hoạt động một cách ổn định và có năng suất lạnh cao.Các thiết
bị tự động bao gồm các thiết bị điều chỉnh tự động, các thiết bị đo lường, tín
hiệu, các thiết bị điều khiển.Ngày nay người ta sử dụng các thiết tự động nh ư:
các van, relay, rơle…
Hệ thống điều khiển tự động của thiết bị lạnh là tổ hợp các thi ết b ị đi ều khi ển
tự động và đối tượng điều khiển để đảm bảo khả năng vận hành ở ch ế độ tối
ưu hoặc một chế độ cho trước nào đó mà không cần phải có sự tham gia c ủa
người vận hành.
Các thiết bị điều khiển thường xử lý các sự cố như:
- Tự động ngắt điện khi máy nén quá tải.
- Kiểm tra được các thông số: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng môi chất.
- Để từ đó so sánh với các thông số đã cài đặc và tự điều chỉnh lại làm cho h ệ
thống lạnh luôn chạy ổn định và đạt năng suất lạnh theo nhu cầu sử dụng của
người sử dụng.
Page 3
NHÓM 10
- II. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MỘT SỐ THUẬT NGỮ
1. VÒNG ĐIỀU KHIỂN ( CONTROL LOOP )
- Là hệ thống bao gồm nhiều phần tử với mục đích đi ều khi ển m ột đại
lượng nào đó ( nhiệt độ, áp suất, độ ẩm.. ). Gồm các ph ần t ử nh ư: sensor,
bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành, tác nhân được điều khiển, đại lượng
nhiễu…
- Sensor cảm nhận tín hiệu của biến điều khiển và đưa về bộ điều khiển
- Bộ điều khiển nhận tín hiệu phản h ồi từ sensor và tính toán sai s ố so v ới
điểm cài đặt và suất ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành ( van,
bướm gió.. )
- Cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khi ển đ ể đi ều khiên tác nhân
cần điều khiển ( đối tượng cần điều chỉnh )
Gồm 2 loại: Vòng điều khiển hở và kín.
+ Vòng điều khiển hở:
Là vòng điều khiển không có tín hiệu phản hồi. Mạch điều khiển hở ph ải d ự
báo được đại lượng bên ngoài( external variable ) sẽ tác động lên hệ thống thế
nào.
VD: Van tiết lưu tay. Căn cứ vào nhiệt độ ngoài bể đá và các đại lượng khác
như nhiệt độ, lượng đá thu hoạch, sự bám tuyết.. Người ta dự đoán năng suất
lạnh để chỉnh van tiết lưu.
Page 4
NHÓM 10
- VD: Cảm biến nhiệt độ ngoài trời:
- Vòng điều khiển hở có thể dùng để bảo vệ hệ thống. Khi đó nó xuất tín
hiệu On hay Off để đóng ngắt tác nhân cần điều khiển.
- Hoặc dùng trong việc điều chỉnh thời gian đóng mở máy.
+ VÒNG ĐIỀU KHIỂN KHÉP KÍN ( CLOSE LOOP )
Có tín hiệu phản hồi sự thay đổi của biến đi ều khi ển ( control variable ) v ề b ộ
điều khiển.
Page 5
NHÓM 10
- Ví dụ: Buồng lạnh điều khiển nhiệt độ bằng van điện từ kết hợp với ro le
nhiệt độ buồng.
Ví dụ: Điều khiển hệ thống điều hòa không khí :
Page 6
NHÓM 10
- 2. NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN ( ENERGY SOURCE )
- Hệ điều khiển bằng điện – điện tử: Nếu phần tử cảm biến và truyền tín
hiệu đi là các bán dẫn, hệ được gọi là điện – điện t ử hay g ọi tắt là đi ện t ử.
Cần lưu ý là ngay cả hệ điện tử thì nguồn năng lượng cung cấp vẫn là điện.
- Hệ điều khiển bằng khí nén ( Pneumatic ): Ở đây khí nén là ngu ồn năng
lượng để cung cấp cho bộ điều khiển để tạo ra lực tác d ụng vào ph ần t ử b ị
điều khiển ( van.. ).
- Hệ điều khiển tự cung cấp năng lượng: Năng lượng cần tạo ra lực m ở van
không cần lấy từ bên ngoài mà lấy từ chính tác nhân bị điều khiển
Ví dụ: Khi van cần mở ra thì van SV mở ra cho phép dòng môi ch ất có as cao
tác động vào power piston, để đóng van thì van đi ện t ừ đóng nh ưng 1 van
điện từ khác thông vào đường ống hút MN sẽ mở ra, nhờ vào lò xo sẽ đẩy
power piston lên.
Ví dụ: Nếu đường gas áp suất cao được ngắt thì lò xo làm m ở van. N ếu c ần
đóng van thì gas áp suất cao sẽ tác động piston làm đóng van.
Page 7
NHÓM 10
- - Khi cần xả đá thì van V3 mở ra, van điện từ mở.
Page 8
NHÓM 10
- Ví dụ: Hệ thống điều khiển bằng khí nén:
3. BỘ ĐIỀU KHIỂN
Bộ điều khiển sẽ đánh giá sự hoạt động của quá trình và xu ất tín hi ệu đ ể
điều khiển cơ cấu chấp hành, qua đó sẽ điều tiết tác nhân đi ều khi ển . Ta s ẽ
có một số kiểu điều khiển như sau:
+ Điều khiển On-Off ( điều khiển 2 vị trí ):
Phương pháp điều khiển này điều khiển theo giá trị lớn nhất hay nhỏ nhất
được yêu cầu. Như vậy, tín hiệu ngõ ra của bộ điều khi ển không liên t ục và
không đạt được chính xác nhiệt độ yêu cầu. Do đó nên s ử d ụng trong h ệ
thống nhỏ hay dùng trong việc bảo vệ thiết bị.
Ví dụ : Để điều chỉnh nhiệt độ không khí trong phòng, máy điều hòa c ửa sổ
thực hiện như sau :
+ Nhiệt độ đặt trong phòng là 22 độ C
+ Khi nhiệt độ trong phòng xuống 21 độC máy sẽ dừng chạy.
+ Khi nhiệt độ lên 23 độC thì máy bắt đầu chạy lại.
Page 9
NHÓM 10
- + Điều khiển 2 vị trí có thời gian trễ :
Do sự đáp ứng của bộ điều khiển không kịp thời do có sai s ố hoạt đ ộng. Sai
số hoạt động này do thời gian trễ. Thời gian trễ do cảm biến, do truyền tín hiệu,
do thiết bị vận chuyển ( nước lạnh vào dàn FCU, gió lạnh.. ), do cần thời gian
để trao đổi nhiệt nên việc điều khiển kém chính xác. Do đó người ta gắn thêm
một điện trở nhỏ vào đầu cảm biến.
VD: Lắp thêm điện trở trong quá trình on của quá trình sưởi ấm và off trong
quá trình làm lạnh.
Page 10
NHÓM 10
- Sai số hệ thống thực:
+ Điều khiển theo bước:
Thường được sử dụng cho hệ thống lớn có nhiều máy. Phương pháp này
có ưu điểm hạn chế được sự sai lệch lớn công suất giữa các kỳ. Nhưng việc
điều khiển nhiệt độ cũng không chính xác
Phương pháp điều khiển bước là thay đổi công suất theo từng b ước, tránh
công suất thay đổi quá đột ngột. Hệ điều hòa có điều khi ển b ước ph ải có nhi ều
tổ máy. Trong hệ thống này bộ điều khiển căn cứ vào tín hiệu của biến điều
khiển sẽ tác động lên các rơ le hay công tắc và làm thay đ ổi công su ất thi ết b ị ra
theo từng bước hay giai đoạn.
Ta nghiên cứu một ví dụ: Thiết bị điều khiển công số một hệ th ống đi ều
hòa gồm 3 cụm máy chiller.
- Biến điều khiển là nhiệt độ của nước lạnh vào máy tnv.
- Giá trị định trước là tnv = 8oC.
* Khi nhiệt độ tăng : Khi nước về tnv = 8,5oC chỉ có tổ máy I làm việc. Nếu
nhiệt độ tiếp tục tăng đến 9oC thì tổ máy II khởi động và làm vi ệc cùng tổ I.
Nếu nhiệt độ tăng đến 9,5oC thì tổ máy thứ III khởi động làm việc.
Page 11
NHÓM 10
- * Khi nhiệt độ giảm : Khi nhiệt độ giảm xuống 7,5 oC thì tổ máy th ứ III ngừng
hoạt động. Nếu tiếp tục giảm xuống 7oC thì tổ máy II dừng tiếp. Nếu xuống
6,5oC thì dừng thêm tổ I.
Ta nghiên cứu đồ thị thay đổi nhiệt độ và phụ tải:
- Ta có nhận xét là đồ thị công suất thay đổi t ừng b ậc, tránh hi ện t ượng
xung (thay đổi đột ngột).
- Các máy làm việc như sau :
+ Máy I : Làm việc trong khoảng khi nhiệt độ tăng lên 8,5oC và d ừng khi
nhiệt độ giảm xuống 6,5oC. Như vậy máy I làm việc trong khoảng th ời gian dài
nhất.
+ Máy II: làm việc trong khoảng khi nhiệt độ tăng lên tới 9oC và dừng khi
nhiệt độ giảm xuống 7oC.
+ Máy III: Làm việc khi nhiệt độ tăng lên 9,5oC và dừng khi nhiệt giảm
xuống 7,5oC
Như vậy máy I làm việc nhiều nhất và máy III làm vi ệc ít nh ất. Đ ể tránh
tình trạng đó trong mạch điện ngưòii ta có thiết kế công tắc chuy ển mạch để
đổi vai trò các máy cho nhau, tránh cho một máy nén bất kỳ làm việc quá nhi ều
trong khi máy khác hầu như không hoạt động.
* Ưu, nhược điểm của phương pháp điều khiển theo bước :
- Tránh được sự thay đổi công suất quá đột ngột. Thích h ợp cho h ệ th ống
lớn.
- Các máy làm việc không đều nhau nên ph ải th ường xuyên chuy ển đ ổi vai
trò của các máy.
- Biên độ dao động (vi sai) của biến điều khiển tương đối lớn do ph ải qua
từng cấp.
+ Điều khiển kiểu phao “ floating “ :Tương tự như việc điều khiển 2 vị trí
nhưng có vị trí giữ “hold”. Nó có ưu điểm sẽ làm giảm sai số hoạt động. Khi
biến điều khiển nằm trong khoảng cho phép thì bộ điều khiển sẽ ngừng cấp tín
Page 12
NHÓM 10
- hiệu cho cơ cấu chấp hành và nó sẽ giữ ở vị trí hold. Như vậy cần yêu cầu cơ
cấu chấp hành khá đặc biệt. Cơ cấu chấp hành ( mô tơ mở van ) có th ể quay
theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ. Khi c ấp tín hi ệu vào
cuộn dây common và cuộn CW ( clock wise ) thì van s ẽ mở theo chi ều kim đ ồng
hồ. Khi cấp vào cuộn common và COW thì van sẽ quay chi ều ng ược l ại. Khi
không có tín hiệu cấp vào thì nó sẽ ở vị trí giữ.
Ưu và nhược điểm :
-
Kiểu điều khiển này chỉ áp dụng trong vòng đi ều khi ển kín. Sai s ố đi ều
khiển nằm trong vùng trung hòa “ Neutral Zone “. Sẽ điều khiển chính xác hơn
so với điều khiển on – off.
Ví dụ: Khi phụ tải lạnh tăng ( hay giảm ), điểm điều khiển sẽ biến thiên
trong 1 cạnh của vùng trung hòa, chỉ mở một ít lưu l ượng c ủa tác nhân đi ều
khiển để loại bỏ một ít lượng nhiệt thừa. Nên điểm cài đặt sẽ ổn định hơn so
với điều khiển on-off. Như vậy độ mở của cơ cấu chấp hành nằm bất kỳ ở mọi
Page 13
NHÓM 10
- vị trí ( tương tự phao nước ) .Nhưng do vẫn tồn tại vùng trung hòa nên việc điều
khiển cũng kém chính xác.
+ Điều khiển tỉ lệ P:
Với phương pháp này bộ điều khiển sẽ xuất tín hiệu về c ơ c ấu ch ấp
hành điều tiết tác nhân điều khiển sao cho tỷ lệ với độ lệch của biến điều
khiển so với điểm cài đặt
- Ưu và nhược điểm:
Phương pháp này có ưu điểm hơn so với các ph ương pháp khác là không
có vùng trung hòa so với điều khiển phao “floating “ nên bi ến đi ều khi ển s ẽ
chính xác và đáp ứng của bộ điều khiển sẽ nhanh h ơn nhưng v ẫn tồn t ại sai s ố
ổn định so với điểm cài đặt.
Ta có hàm truyền của nó như sau:
Page 14
NHÓM 10
- + Điều khiển tỷ lệ, tích phân PI:
Được sử dụng để cải thiện kiểu điều chỉnh tỷ lệ P bằng cách đưa vào
một thành phần tích phân I để loại bỏ sai số ổn định của điều khiển P. Do đó,
trong điều khiển PI sẽ có 2 tham số độ lợi. Tham số độ lợi của t ỷ l ệ P s ẽ t ạo ra
đáp ứng ban đầu để cân bằng năng lượng với phụ tải, còn tham số độ lợi I để
hiệu chỉnh ngõ ra của bộ điều khiển để làm giảm thời gian và sai số ổn định tồn
tại.
Hàm truyền của điều khiển tỷ lệ, tích phân PI:
Việc lợi chọn tham số độ lợi ( hằng số dư ) Kp và Ki rất quan trọng. Nếu
Kp và Ki càng tăng thì thời gian đáp ứng của bộ điều khiển càng nhanh nhưng
Page 15
NHÓM 10
- gây mất ổn định. Do đó phải lựa chọn chính xác để đạt một hiệu quả cao. Kiểu
điều khiển này thường sử dụng trong hệ thống lạnh, điều hòa không khí...
+ Điều khiển tỷ lệ tích phân, vi phân PID:
Là điều chỉnh PI có thêm vào thành phần vi phân của sai số theo thời gian.
Hàm truyền của nó như sau:
Phần vi phân được thêm vào để triệt tiêu sai số ổn đ ịnh của h ệ th ống
nhưng làm cho bộ điều khiển trở nên nhạy cảm hơn và khó điều chỉnh hơn so
với của PI. Trong hệ thống điều hòa không khí thì điều khi ển PI đã đáp ứng yêu
cầu nên ít khi dùng kiểu PID.
Đặc tính điều khiển của PID:
Page 16
NHÓM 10
- Page 17
NHÓM 10
- 4. CẢM BIẾN ( SENSOR )
- Hầu như các loại cảm biến đều làm việc theo nguyên tắc thay đổi tính
chất vật lý khi biến điều khiển bị thay đổi. Nh ững sự thay đ ổi v ề đ ộ dài,
vị trí, điện dung, điện trở… đều được chuyển thành tín hiệu ngõ ra phù
hợp với cơ cấu chấp hành. Các thiết bị cảm biến được ch ế t ạo bằng các
vật liệu và các cấu trúc khác nhau để phù hợp với việc điều khiển trong
hệ thống HVACR. Các thông số đặc trưng gồm có như sau :
+ Khoảng hoạt động ( Scale range ): VD: -20 độC ~ +5độC
+ Mức tín hiệu ( Signal span ) : là độ chênh lệch giữa giá trị c ực đ ại và
cực tiểu của khoảng hoạt động. VD : 20 độC ~ 50 độC thì mức tín hiệu là
30 độ C.
+ Độ chính xác ( Accuracy ) : là chênh lệch giữa giá trị th ực và giá tr ị hi ển
thị của sensor.
+ Độ nhạy ( Sensitivity ): Hiển thị lượng thay đổi của tín hiệu ngõ ra so
với sự thay đổi của tín hiệu ngõ vào.
VD: tín hiệu ngõ ra của sensor 4mmA đến 7mmA với khoảng hoạt động
của tín hiệu ngõ vào 5độC đến 20 độ C vậy độ nhạy là 3mmA/15độC.
+ Độ phân giải ( Resolution ) : Cảm biến có độ phân giải cao có thể đo
được sự thay đổi nhỏ nhất của biến điều khiển và cho phép vòng đi ều
khiển có sự đáp ứng nhanh hơn để làm giảm sai số hoạt động.
+ Thời gian trễ ( Lag time ) : Là thời gian để cảm biến xuất ra tín hiệu khi
cảm nhận được biến điều khiển.
5. CÁC LOẠI CẢM BIẾN THƯỜNG SỦ DỤNG TRONG HVACR
a. Cảm biến nhiệt độ RTD ( resistance temperature detector ):
Có 2 loại cảm biến nhiệt độ RTD:
Page 18
NHÓM 10
- + Loại dây kim loại RTD:
Khi nhiệt độ tăng, điện trở của dây kim loại cũng tăng. Vật liệu ch ế tạo
gồm có platium và niken. Cả hai loại này đều có sự gia tăng điện trở một cách
tuyến tính với sự thay đổi nhiệt độ. Sensor loại này có kh ối l ượng bé nên th ời
gian trễ nhỏ bởi vì nếu khối lượng lớn thì phải tốn th ời gian h ấp th ụ nhi ệt nên
làm tăng thời gian trễ. Nhưng loại này có độ nhạy bé. VD: platinum (0,1ohm/F)
nên phải sử dụng kết hợp với bộ biến đổi tín hiệu. Nếu không thì dây dẫn
sensor không thể kéo đi xa.
+ Loại bán dẫn RTD:
Chế tạo bởi vật liệu Si và Ge. Bán dẫn RTD còn gọi là thermistor. Lo ại
này có độ nhạy cao 100ohm/F nghĩa là độ nhạy lớn hơn 1000 lần so với kim loại
RTD. Do đó không cần bộ khuyếch đại tín hiệu và có th ể k ết n ối tr ực ti ếp vào
bộ điều khiển với khoảng cách xa.
Page 19
NHÓM 10
- Không giống như loại RTD kiểu kim loại, sự thay đổi điện trở ngõ ra c ủa
nó không tuyến tính. Có 2 loại NTC và PTC ( possitive temperature coeffience )
và khi sử dụng ta không thể hoán đổi cho nhau được.
Page 20
NHÓM 10
nguon tai.lieu . vn
