9062

100

ние скорости приводимого в движение механизма, а также при частых пусках под нагрузкой.

В электродвигателе с короткозамкнутым ротором на обмотки статора по-

дается напряжение, которое создает вращающееся электромагнитное поле, дви-

жущееся по окружности вдоль статорных пластин. В обмотке ротора при этом возникают токи, магнитное поле которых взаимодействует с полем статора. Ро-

тор начинает следовать за вращающимся полем статора, но при этом несколько отстает от него. Ротор, вращаясь, «скользит» относительно поля статора.

Число пар полюсов может быть только целым, поэтому при частоте 50 Гц синхронная частота может быть 3000 мин-1, 1500 мин-1, 1000 мин-1 и т. д.

Поскольку условием возникновения токов в роторе является неравенство скоростей, ротор двигателя не может вращаться со скоростью, равной синхрон-

ной. Поэтому такой электродвигатель называется асинхронной электрической машиной.

Применяются трехфазные, двухфазные и однофазные асинхронные ма-

шины. В системах вентиляции наиболее широко применяются однофазные и трехфазные асинхронные двигатели.

9.6.2 Однофазные асинхронные электродвигатели с пусковой обмоткой

Однофазные асинхронные двигатели с пусковыми обмотками имеют ста-

торы по конструкции такие же, как у трехфазных машин, но здесь в пазах сер-

дечника размещены две однофазные обмотки, смещенные друг относительно друга на 90 электрических градусов. Одна из этих обмоток – рабочая – занима-

ет 2/3 пазов статора. Она остается включенной на все время работы двигателя.

Вторая обмотка – пусковая – включается только на время пуска и после разгона двигателя отключается. Пусковая обмотка занимает 1/3 пазов в статоре. Пуско-

вая обмотка однофазного асинхронного двигателя рассчитана на кратковремен-

ное включение (0,5-3 с), поэтому она выполняется из более тонкого провода и обладает большим сопротивлением.

101

Для создания вращающегося магнитного поля должен быть создан сдвиг между векторами токов в рабочей и пусковой обмотках. Это достигается вклю-

чением последовательно с пусковой обмоткой сопротивления или емкости. При включении сопротивления сдвиг между токами в обмотках будет меньше 90°,

поэтому вращающееся магнитное поле при пуске образуется не круговым, а эл-

липтическим, что ухудшает пусковые свойства двигателя. Если последователь-

но с пусковой обмоткой двигателя включается конденсатор, то сдвиг между то-

ками обмоток будет близок к 90°, а магнитное поле – практически круговым.

9.6.3 Синхронные электрические машины

Достаточно широкое применение получили синхронные элект-

родвигатели, хотя они обычно сложнее и дороже асинхронных. Основная при-

чина их использования – способность работать на реактивную нагрузку и по-

вышать cos нагрузки. Синхронные электродвигатели применяются в приво-

дах, не требующих регулирования частоты, частых пусков, реверсов.

Конструкция синхронных машин существенно зависит от назначения и способа возбуждения.

Статор по конструкции не отличается от статора асинхронной машины.

Он имеет литой корпус, куда вставлен набранный из тонких штампованных ли-

стов электротехнической стали сердечник, который имеет форму пустотелого цилиндра с расположенными по внутренней поверхности продольными пазами.

В пазы уложена трехфазная обмотка из изолированного медного провода. Ста-

тор является якорем машины, т. е. той ее частью, в которой наводится (ин-

дуктируется) ЭДС и по которой протекает основной ток машины.

Ротор синхронных машин является индуктором, т. е. той частью, которая создает (индуцирует) основное магнитное поле. В небольших машинах специ-

ального назначения для этой цели используют постоянные магниты, однако та-

кой способ возбуждения имеет весьма ограниченное применение, так как дела-

ет затруднительной регулировку частоты вращения машины при ее работе.

102

Наиболее широко используется электромагнитный способ возбуждения,

при котором ротор синхронной машины представляет собой электромагнит,

имеющий стальной сердечник с выступами (полюсами), на которые надеты ка-

тушки обмотки возбуждения, питаемые постоянным током от специальной ма-

шины – возбудителя.

Имеются также синхронные машины с самовозбуждением, у которых пи-

тание обмотки возбуждения осуществляется от основной обмотки статора, а

для преобразования переменного тока в постоянный используются полупро-

водниковые выпрямители.

В системах кондиционирования и вентиляции в электроприводах воз-

душных заслонок и регулирующих вентилей применяются синхронные маши-

ны малой мощности (до 10-15 Вт) с индукторами, выполненными на основе по-

стоянных магнитов.

9.7 Электрические приводы. Общие положения теории электропривода

Привод – совокупность устройств, преобразовывающих различные виды энергии в механическую энергию движения. Привод состоит из двигателя,

устройства передачи движения (редуктор, ременная, цепная или зубчатая пере-

дачи) и устройства управления.

Электропривод – это система, состоящая из электродвигательного, пре-

образовательного, передаточного и управляющих устройств, которая предна-

значена для приведения в движение рабочих органов машины, а также управ-

ления этим движением.

При работе любого механизма в нем возникает противодействующее уси-

лие, которое надо преодолеть, чтобы выполнить конкретную работу. Так, для подъема груза следует преодолеть силу тяжести, при фрезеровании – силу тре-

ния и т. д. Такую силу называют статической силой сопротивления, а момент,

вызванный ею – статическим моментом сопротивления.

103

На практике выбор правильного сочетания электродвигателя и механизма производят на основе сопоставления их механических характеристик.

Механическая характеристика – зависимость между моментом и угловой скоростью: ω = f (M).

Изменение частоты вращения при изменении нагрузки определяется жесткостью механических характеристик. Так, у двигателей постоянного тока параллельного или независимого возбуждения, а также асинхронных двигате-

лей с увеличением нагрузки скорость изменяется незначительно. Синхронный двигатель обладает абсолютной стабильностью.

Регулирование скорости может быть «вверх» (увеличение) или «вниз»

(уменьшение) относительно номинального значения. Однако ряд механизмов, в

первую очередь это относится к вентиляторам, насосам, компрессорам, не до-

пускают регулирование скорости вверх от номинальной скорости по следую-

щей причине: момент растет пропорционально квадрату скорости, а мощность

– пропорционально кубу скорости, что приводит к недопустимым перегрузкам двигателя.

Паспортная характеристика двигателя задается номинальными значения-

ми мощности и момента или тока. В процессе работы мощность и момент, раз-

виваемые двигателем, могут меняться, но в любом случае они не должны пре-

вышать номинальные значения во избежание перегрева обмоток двигателя.

В технике автоматизации СКВ наибольшее распространение получили регулируемые исполнительные механизмы на базе асинхронных двигателей, а в последнее время – и на базе двигателей постоянного тока.

9.8 Регулирующие элементы СКВ

9.8.1 Воздушные клапаны

Регулируемые воздушные клапаны в СКВ используют для управления расходами приточного, рециркуляционного, удаляемого и байпасируемого воз-

духа. Кроме того, применяют нерегулируемые воздушные клапаны (от-

104

крыт/закрыт) для выполнения функций защиты или блокировки, а также клапа-

ны с ручным управлением для выравнивания и отсечения потоков воздуха при наладке и испытании систем.

9.8.2Водяные клапаны

Вкачестве регулирующих органов при управлении процессами, протека-

ющими в тепломассообменных аппаратах, применяют водяные клапаны. Водя-

ные клапаны подразделяют на проходные и смесительные.

Проходные (двухходовые) изменяют расход теплоили хладоносителя,

дросселируя поток перемещением золотника клапана.

Смесительные (трехходовые) изменяют расходы двух потоков воды с разной температурой.

Двухходовые клапаны обычно устанавливают в обратном трубопроводе,

что позволяет уменьшить температурное воздействие на уплотнительные устройства. Трехходовые клапаны могут устанавливаться как в подающих, так и в обратных трубопроводах, в зависимости от типа применяемого контура.

Наиболее предпочтителен контур с подмешиванием. Если по каким-либо при-

чинам будет перекрыта линия подачи теплоносителя, путь его рециркуляции под действием циркуляционного насоса замыкается через обратный клапан, что исключает возможность замерзания теплообменника при низких температурах наружного воздуха.

Двухходовые клапаны применяют большей частью при питании тепло-

обменника от сети центрального отопления, при этом предпочтителен вариант с циркуляционным насосом и обратным клапаном.

Клапаны характеризуются условным диаметром Dy и максимальной про-

пускной способностью kvs, которая определяется расходом жидкости с плотно-

стью = 1 кг/дм3 при открытом клапане и падении давления на нем 1 бар. Зна-

чение kvs указывается заводом-изготовителем в паспорте клапана.

Зависимость пропускной способности от хода золотника называется про-

пускной характеристикой.

105

Характеристики могут быть линейными или логарифмическими (равно-

процентными). Линейная характеристика обеспечивает линейную зависимость между расходом воды и ходом золотника. Логарифмическая характеристика

обеспечивает зависимость, при которой перемещение золотника на единицу хода (независимо от положения золотника) вызывает изменение расхода воды,

составляющий один и тот же процент от расхода воды перед началом переме-

щения золотника.

Выбор вида характеристики производится с учетом сопротивления регу-

лируемого участка, на котором установлен клапан, при расчетном расходе во-

ды. Если потери давления на прямых участках и местных сопротивлениях тру-

бопроводов малы по сравнению с перепадом давления на клапане, то должен быть выбран клапан с линейной характеристикой. В случае, когда потери в трубопроводе велики, клапан будет существенно изменять расход в зоне закры-

тия клапана и практически становиться нечувствительным в зоне подхода к полному открытию. Для этого соотношения сопротивлений необходимо выби-

рать клапаны с логарифмической (равнопроцентной) характеристикой.

Обычно выбор клапана осуществляется с помощью диаграмм, раз-

работанных фирмами-изготовителями для данного типа клапанов. Эти диа-

граммы связывают падение давления на клапане с расходом теплоносителя для различных типоразмеров клапана данного типа. Например, на рис. 16 приведе-

на диаграмма для выбора клапанов типа VF и VR фирмы Danfoss.

По конструкции клапаны подразделяются на седельчатые и шаровые.

Равнопроцентная характеристика клапана обеспечивается установкой на входных отверстиях коррекционных дисков, которые соприкасаются с поверх-

ностью шара таким образом, что поток определяется не только отверстием в шаре, но и У-образным отверстием в коррекционном диске. К недостаткам ша-

ровых регулирующих клапанов следует отнести наличие «мертвого» хода (до

15 °С) и ограниченного потока байпаса до 70 % от основного потока.

106

Рис. 16. Диаграмма для выбора клапанов VF и VR фирмы Danfoss.

107

9.8.3Электрические приводы клапанов

Вкачестве исполнительных механизмов воздушных и водяных клапанов СКВ применяются электрические приводы, выполненные на базе синхронных электродвигателей. Электроприводы выпускаются как законченное комплект-

ное устройство, которое легко сопрягается со штоком клапана, регулируя его положение вращательным или возвратно-поступательным движением.

Существуют модели приводов для двухпозиционного (открыт-закрыт),

трехпозиционного (ШИМ-регулирование) и пропорционального (0-10 В) регу-

лирования.

Практически все электроприводы оснащаются:

– системой позиционирования (механическое или электрическое переме-

щение штока в безопасную позицию при исчезновении питания);

–системой отключения двигателя в крайних положениях штока (или с помощью конечных выключателей или защитой двигателя от перегрузок);

–потенциометром обратной связи для регуляторов с жесткой обратной связью или для дистанционной индикации положения клапана;

–системой ручного управления (возможность механического перемеще-

ния штока при отсутствии питания).

Электроприводы воздушных клапанов выпускаются с номинальными моментами вращения от 4 до 32 Н·м, что соответствует возможности управле-

ния заслонками площадью от 0,8 до 8,0 м2.

Электроприводы водяных клапанов предназначены для управления двух-

и трехходовыми клапанами, регулирующими подачу горячей, охлаждающей воды или пара низкого давления. Эти электроприводы развивают усилие на штоке до 800 Н, а направление их открытия настраивается в зависимости от ти-

па используемого клапана. Электроприводы выпускаются для использования с клапанами условных диаметров от 15 до 80 мм.

108

10. АВТОМАТИЗАЦИЯ БЫТОВЫХ И ПОЛУПРОМЫШЛЕННЫХ

КОНДИЦИОНЕРОВ

10.1 Автоматизация однозальных кондиционеров

Типовые решения автоматизации автономных кондиционеров рассмот-

рим на примере кондиционеров фирмы Mitsubishi Heavy Industries, являющейся одной из ведущих фирм по данному виду оборудования.

Данный тип кондиционеров является наиболее простым по конструктив-

ному исполнению и поэтому наиболее распространенным. Управление ими по-

строено на периодическом включении и отключении компрессора в зависимо-

сти от состояния параметров воздуха в обслуживаемом помещении.

Внутренний блок кондиционера включает теплообменник, вентилятор

FM1, датчик комнатной температуры Thl, датчик температуры теплообменника

Th2 и плату управления.

В наружном блоке установлены: компрессор СМ с тепловым реле защиты

51C, вентилятор FM0, четырехходовой клапан 20S, термостат оттаивания

23DH, прессостат 63Н (включение вентилятора наружного блока), регулятор потока жидкого хладагента (ТРВ или капиллярная трубка) и теплообменник.

В кондиционерах, оттаивание в которых осуществляется по температуре теплообменника, устанавливаются датчики температуры теплообменника и наружного воздуха.

Кроме того, в наружном блоке установлены два промежуточных реле:

52X5 и 52X6 для управления режимами работы вентилятора FM0.

Управление осуществляется с помощью дистанционного пульта с жидко-

кристаллическим индикатором и источником инфракрасного излучения. С

пульта управления можно выполнить следующие действия:

– выбрать режим работы кондиционера (нагрев, охлаждение, осушение,

вентиляция, экономичный, ночной или автоматический);

– задать температуру, которую необходимо поддерживать в помещении;

109

– выбрать скорость потока воздуха, выходящего из испарителя (как пра-

вило, 3 скорости);

– задать с помощью жалюзи направление потока воздуха (циклично ме-

няющееся или в определенном направлении);

–установить время работы кондиционера с помощью суточного таймера;

–получить информацию о работе кондиционера или о причинах отказа

(часть информации о состоянии кондиционера выводится также на информаци-

онный узел внутреннего блока).

Если пульт окажется неработоспособным (например, из-за некаче-

ственной батареи питания), то кондиционер можно включить с помощью кноп-

ки, расположенной на информационном узле внутреннего блока.

Не смотря на простоту конструктивного исполнения функции управле-

ния, решаемые такими кондиционерами, весьма разнообразны.

10.1.1 Алгоритмы работы однозальных кондиционеров

Автоматический режим управления.

В автоматическом режиме кондиционер поддерживает в помещении тем-

пературу от 25 до 26 °С. Если температура в помещении меньше 21 °С, включа-

ется режим нагрева, при температуре от 21 до 26 °С – режим осушения, при температуре более 26 °С – режим охлаждения.

Режимы энергосбережения.

С целью сохранения тепла в помещении, сокращения времени выхода на заданный температурный режим и экономии электроэнергии в кондиционеры введены следующие функции:

Режим Hot spurt (горячая струя) обеспечивает быстрый выход на режим нагрева при первом включении кондиционера.

При цикличном режиме работы кондиционера компрессор работает до достижения установочной температуры tуст + 1 °С. После достижения данной температуры компрессор выключается минимум на 3 мин для выравнивания давления между низконапорной и высоконапорной частью холодильной маши-