电子膨胀阀控制器常见应用问题分析
发布日期：2016-03-11 来源：《上海设备管理》
点击数：28883
随着社会经济的发展，人们在改善生活品质的同时也需要降低对环境的负面影响。节能降耗在制冷行业，表现为国家通过提高制冷空调设备的能效比，实现降低单位制冷量能耗的降低。膨胀阀作为制冷系统的四大部件之一，是实现节能降耗的重要部分。其中电子膨胀阀以其调节精确，控制灵活受到越来越多的关注。
一、控制器功能与应用
电子膨胀阀控制器用于根据系统的运行参数控制阀的开度，调节进入系统蒸发器的制冷剂量，以达到最优的换热效果和最佳的系统能效比。控制器内部一般采用 PI（比例积分）算法并支持对P值和I值进行合理调整—增加P值或减少I值均会提高控制器的调节速度或灵敏度—如果控制器调节速度过高，则细微的过热度变化就会引起阀的动作反应，阀的动作过于频繁则影响控制器使用寿命；反之，如果控制器调节速度过低反应过慢，则会导致调节失真，无法反映出系统过热度的真实变化。
通过对电子膨胀阀的精确控制，有助于实现制冷系统的高效运行；通过内置的最小稳态过热度算法，有助于实现换热器利用效率最优化和最佳的系统能效比；通过内置最大蒸发压力控制和自检报警等功能，有助于确保系统可靠运行，实现制冷系统智能化运行。
1、最小稳态过热度
如果过热度偏高，说明蒸发器利用效率偏低；如果过热度偏低，说明蒸发器内部蒸发不完全，剩余的少量制冷剂液体可能造成系统回液，也会引起系统过热度振荡，难以达到稳定。所以，将蒸发器出口过热度控制在适度的范围对于制冷系统的优化非常重要。
最小稳态过热度控制通过PI算法快速地把过热度调到允许的最小稳态过热度，有助于实现系统的平稳高效运行。
2、控制器应用
作为制冷系统节流元器件，过热度控制器和电子膨胀阀广泛应用于风冷/水冷螺杆机组、风冷模块机组、离心机以及经济器上；单个电子膨胀阀的最大制冷能力可达400TR，并可通过组合实现更大的制冷量。
近年来，磁悬浮离心压缩机技术得到越来越多的市场关注，作为整体解决方案，配套的电子膨胀阀和过热度控制器也将更多地应用于磁悬浮离心机上。
根据控制器的使用特点，在实际制冷系统中的应用存在以下两种方式：
（1）过热度控制器
通过压力和温度传感器传输的数据计算过热度并和预先设定的过热度对比分析，通过内置最小稳态过热度（MSS）算法，控制阀采取相应动作使过热度趋于设定值，从而实现系统的高效运行。
（2）阀驱动器
通过输入的传感器信号（液位信号或者过热度信号），系统主控制器分析处理并输出一个模拟量信号（例如 4～20mA）到驱动器，从而驱动阀按要求动作满足系统运行要求。
二、常见应用问题分析
1、显示问题
有些控制器本身带有显示屏，用于快速检查和设定参数。显示问题主要包括 3 类：
（1）上电后控制器无显示
控制器上电后显示屏无显示，通常是电源问题，需要检查控制器的输入电源是否在允许的范围内。如果发现电源电压波动超出允许的范围，需要尽快调整输入电源，否则可能引起控制器内部电阻烧毁或者主板上的部件损坏，进而导致无显示输出。
（2）控制器显示的压力值或温度值与实际不符
控制器显示的压力温度值与实际不符，需要逐步排查是传感器本身问题还是控制器内参数设置问题。可能的检查项包括：a、接入的压力变送器或者温度传感器是否出现故障；b、 检查控制器内部制冷剂参数是否选择正确； c、控制器本身是否出现故障报警。
（3）显示的阀开度和实际不一致
控制器显示的阀开度与实际阀开度不一致，可能的原因包括控制器软件故障或者内部元件失效。作为辅助措施，可以先将控制器恢复出厂设置；如果恢复出厂设置后问题仍无法解决，建议返回厂家做深入分析。
2、控制问题
控制问题主要是指控制器无法按设定要求来控制阀。造成该问题的原因包括如下几点：
（1）外部导电杂质
机组安装时产生的金属细屑从散热孔掉入控制器内部，进而引起内部元器件短路烧毁。 预防措施是在机组安装调试时建议保持控制器清洁，防止安装过程中金属碎屑掉入控制器内部引起控制失效。
（2）环境温湿度超出控制器允许范围
如果实际温湿度超出了允许的范围，环境中的水分和灰尘将会附着并积聚在部分内部电子元件上引起短路故障，反之，如果空气湿度降低或者清洁度提高，则故障可能消失。如果湿灰尘短路引起了电子元器件烧毁，则控制器故障就不会消失，需要更换控制器进行分析处理。
（3）内部变压器或控制板上元件超出使用寿命失效
此种情况相对较少，可能的原因是应用环境中存在加速电子元件老化的因素，建议返回厂家检测，发现可能存在的问题。
（4）阀本身损坏
如果阀本身损坏同样会导致无法控制阀，为防止误判，可以通过排除法来判断是阀的问题还是控制器的问题，如通过测量步进电机相间电阻来判断是否为步进电机故障。
3、控制器烧毁或输出错误
如果在使用过程中发现阀无法按要求开关，用户一般会先更换阀驱动器来判断是阀故障还是控制器故障。如果更换新的控制器后故障消除，即可初步判定为是控制器烧毁或输出错误。可能的原因包括：
（1）输入电源超出要求范围
超出范围会导致控制器内部元器件损坏。
（2）控制器接线错误
控制器的备用电源和外部输入信号都不允许有接地，否则会通过控制器内部整流电桥中的二极管形成接地回路并损坏控制器。
（3）应用环境温湿度超出要求范围
如果环境中灰尘积聚到控制器内部电路上就可能引起控制器短暂失效。
（4）内部整流电路的一致性
如果其他电子元件中有使用半波控制的，两者就会出现不兼容的问题，甚至损坏控制器。
可以通过以下方法对驱动器是否失效做出初步判断：
（1）设为手动模式，此时可以通过调整参数的值来改变阀的开度。
（2）将驱动器设为外部模拟信号控制，此时可以通过参数来设定输入的模拟信号类型，以模拟量来控制阀的开度。
（3）检查控制器的电源或应用环境是否超出了使用范围，并检查阀功能是否正常。
4、报警问题
如果发现报警，需要按照对应的报警代码排查相关项，如果排查后报警依旧存在，此时可能是控制器内部软件故障，可将控制器恢复出厂设置，查看报警是否消除；如果故障依旧存在，建议退回厂家做进一步分析处理。
作者：郭晓鹏 包锐 周大志 丹佛斯自动控制管理（上海）有限公司
