Charakterystyki zewnętrzne regulatorów typu P stosowanych w

Spis tre ci:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Wst p
Regulator typu P
Charakterystyki TZR
Przebieg regulacji
Przykładowe układy chłodnicze z zaworami TZR
Wnioski
Literatura
1. Wst p
REGULATOR – jest to urz dzenie, którego zadaniem jest utrzymywanie wielko ci
regulowanej na zadanym poziomie niezale nie od zakłóce działaj cych na układ regulacji.
W przypadku układu parownik – zawór rozpr ny chodzi o maksymalne wykorzystanie
powierzchni parownika, przy jednoczesnym zapewnieniu całkowitego odparowania czynnika,
przed jego opuszczeniem. Wielko ci bezpo rednio regulowan jest przegrzanie par czynnika
opuszczaj cych parownik (sygnał wej ciowy), zakłóceniami s zmiany warunków pracy
instalacji (np. zmienne obci enie cieplne), a sygnałem wyj ciowym stopie otwarcia zaworu
i zwi zana z tym ilo czynnika dopływaj cego do parownika. W zale no ci od rodzaju
zastosowanego regulatora mo liwe s do osi gni cia ró ne stopnie dokładno ci regulacji.
2. Regulator typu P
Regulator typu P posiada liniow zale no
a)
sygnału wyj ciowego (y) od wej ciowego (PV).
b)
Rys. 1 Schematy regulatorów typu P [3] a) Regulator z ustawianym zakresem proporcjonalno ci (PB); b)
Regulator z ustawianym współczynnikiem wzmocnienia Kp.
Skonfigurowany jest tak, e je li SP = PV, to jego sygnał steruj cy przyjmuje warto
odpowiadaj c normalnemu obci eniu układu. Oznacza to zazwyczaj, e warto sygnału
wyj ciowego wynosi 50% warto ci maksymalnej. Przykładowo, dla utrzymania warto ci
nastawionej (SP) zawór w stanie ustalonym b dzie otwarty na 50%.
W niektórych regulatorach, zamiast zakresu proporcjonalno ci (PB) nastawia si
współczynnik wzmocnienia (Kp). Zale no mi dzy tymi parametrami jest nast puj ca:
PB[%] = 100/KP. Nale y zauwa y , e zakres proporcjonalno ci mo e przekracza 100%, co
odpowiada współczynnikowi wzmocnienia mniejszemu od jedno ci.
Elementem regulacji typu P stosowanym w chłodnictwie i pompach ciepła jest np.
termostatyczny zawór rozpr ny (TZR).
Opis działania TZR:
F1 – siła działaj cego ci nienia P1 (panuj ce w zespole
czujnika) na membran , jest to siła otwieraj ca
zawór.
F0 – siła działaj cego na membran ci nienia P0A (na
wlocie do parownika), jest to siła zamykaj ca
zawór.
F2 – siła od napi cia spr yny regulacyjnej, siła
zamykaj ca zawór.
Dopóki te siły s w równowadze to stan otwarcia
zaworu nie zmienia si . Je eli czujnik si ogrzeje i
panuj ce w nim ci nienie wewn trzne wzro nie to
spowoduje to poprzez odkształcenie membrany
wi ksze otwarcie zaworu.
Rys. 2 Schemat zaworu TZR [1]
3.
Charakterystyk statyczna zaworu typu TGE firmy Danfoss pokazano na rysunku 3.
Rys. 3. Charakterystyka statyczna zaworu typu
TGE firmy Danfoss [4]
Przegrzanie statyczne SS = 4K (nastawa fabryczna). Przegrzanie otwarcia OS, od punktu
pocz tku otwierania do punktu wydajno ci nominalnej wynosi 4K. Przegrzanie otwarcia jest
zale ne od konstrukcji zaworu, i nie mo e by zmienione. Przegrzanie całkowite SH =
SS+OS, SH = 4+4 = 8K. Przegrzanie całkowite SH mo e by zmienione poprzez zmian SS
(u ywaj c trzpienia nastawczego).
Charakterystyk dynamiczn termostatycznego zaworu rozpr nego pokazano na
rysunku 4.
Rys. 4 Charakterystyka dynamiczna termostatycznego zaworu typu TGE firmy Danfoss [3]
Rysunek ten ukazuje odpowiedzi układów regulacji o zakresie proporcjonalno ci PB = 33% i
PB = 333%, na zmian warto ci nastawionej (SP) o jednostk . Mniejszy PB (wi kszy
współczynnik wzmocnienia) skutkuje mniejszym uchybem ustalonym, czyli lepsz reakcj na
zmiany obci enia, ale jednocze nie zwi ksza tendencj układu do oscylacji. Z kolei wi kszy
PB (mniejszy współczynnik wzmocnienia) powoduje wi kszy uchyb ustalony, ale mniejsz
tendencj do oscylacji. Zmniejszanie PB sprawia, e regulator teoretycznie d y do działania
dwustanowego typu ON/OFF.
4. Przebieg regulacji (rys. 5)
a)
b)
c)
Rys. 5 Przebieg regulacji [1]: a) Charakterystyka idealna regulatora proporcjonalnego, b) Reakcja
regulatora na zmian sygnału wej ciowego, c) Ruch grzybka zaworu w trakcie regulacji
5. Przykłady instalacji chłodniczych z zaworami TZR [3]
a) Tradycyjny układ chłodniczy z zaworem rozpr nym typu TGE (przepływ czynnika
jednokierunkowy), przedstawia rysunek 6.
Rys. 6 Tradycyjny układ chłodniczy [3]
b) Układ odwracalny z pomp ciepła, o konstrukcji kompaktowej. Rozwi zanie to jest
stosowane wówczas, gdy odległo
mi dzy parownikiem a skraplaczem jest
niewielka. Przepływ przez zawór rozpr ny zmienia si zale nie od trybu pracy
układu – chłodzenie lub grzanie (pompa ciepła). Zmiana kierunku przepływu czynnika
realizowana jest za pomoc zaworu czterodrogowego. Filtr-odwadniacz typu DCR
umieszczony jest na ruroci gu ssawnym bezpo rednio przed spr ark .
Rys. 7 Układ odwracalny z pomp ciepła [3]
6. Wnioski
W wi kszo ci przypadków, działanie regulatora typu P powoduje istnienie uchybu
ustalonego, który mo e by zarówno pomijalnie mały, jak i niedopuszczalnie du y. Jednak
regulacja typu P jest lepsza ni brak regulacji (brak sprz enia zwrotnego, otwarty układ
sterowania).
Za stosowaniem regulatorów typu P przemawia, tak e cena. Wsz dzie tam, gdzie nie jest
wymagane bardzo precyzyjne regulowanie parametrów pracy urz dzenia, regulatory typu P s
rozwi zaniem najefektywniejszym w odniesieniu do ich ceny.
7. Literatura
[1] Bonca Z.: Automatyka chłodnicza i klimatyzacyjna. Wyd. WSM w Gdyni, Gdynia 1993.
[2] Wesołowski A., Dworski F.: Automatyzacja urz dze chłodniczych. Wyd. WNT
Warszawa 1984.
[3] Materiały firmy Danfoss: Elementy automatyki do przemysłowych układów chłodniczych.
2007 (DKRCI.PA.000.C1.49 / 520H2378)
[4] Materiały firmy Danfoss: Dokumentacja Techniczna, Termostatyczne zawory rozpr ne
typu TGE 2008 (DKRCC.PD.AXV.A1.49 / 520H2248)