直膨式太阳能热泵热水系统微型自动控制器开发及其控制性能研究

【摘要】： 近年来,随着太阳能热利用和热泵技术的快速发展,太阳能供热水技术逐步成为目前能源界研究开发的热点,直膨式太阳能热泵技术也逐步得到推广。然而,就直膨式太阳能热泵热水系统而言,还存在一些问题有待继续深入研究。本文则对直膨式太阳能热泵热水器的自动控制技术进行了研究,重点是系统的控制方案以及控制策略的研究,开发直膨式太阳能热泵热水系统微型自动控制器,并对其控制性能进行了相关研究。在本课题研究过程中,开展了以下的具体工作: 1.针对我国的气候条件及城乡建筑的结构特点,自行设计并建造出一套具有小型化、实用化特征的直膨式太阳能热泵热水器样机。 2.对直膨式太阳能热泵热水器进行了实验研究,根据实测数据对直膨式太阳能热泵系统进行热力学指标分析,提出直膨式太阳能热泵热水器系统的控制要求。 3.根据直膨式太阳能热泵热水器工作性能以及系统控制要求,提出系统的控制方案以及控制策略,自行设计微型中央控制装置,以实现系统的制冷剂节流(循环流量)控制以及系统压缩机的容量控制,包括硬件SCH设计、PCB设计、软件算法、软件编制以及系统软硬件调试。 4.对直膨式太阳能热泵热水器系统进行在线控制实验研究,分析微型控制器的控制性能,并在运行过程中,不断完善系统硬件以及软件设计,使控制装置更安全、稳定、可靠运行以及更符合系统运行规律。 5.基于研究结果,提出可行的控制方案,包括目标过热度选取、压缩机频率匹配、控制方案确定和参数整定等; 【关键词】：太阳能热泵 过热度 电子膨胀阀 PI控制算法 调节特性 变频 485通讯
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK513
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 概述12-14
• 1.2 太阳能热泵技术的分类及其工作原理14-16
• 1.3 直膨式太阳能热泵技术的国内外研究现状及发展趋势16-21
• 1.3.1 太阳能热泵技术的国内外研究历史16-17
• 1.3.2 直膨式太阳能热泵技术的研究现状和发展趋势17-19
• 1.3.3 典型的国外样机技术研究成果19-20
• 1.3.4 直膨式太阳能热泵热水技术目前存在的主要问题20-21
• 1.4 本文的主要工作21-23
• 第二章 直膨式太阳能热泵热水器原理及其热力学指标分析23-37
• 2.1 概述23-24
• 2.2 直膨式太阳能热泵热水器的工作原理24-26
• 2.2.1 热泵原理24-25
• 2.2.2 直膨式太阳能热泵热水器工作原理25-26
• 2.3 直膨式太阳能热泵热水器理论循环的热力学分析26-30
• 2.3.1 热力学第一定律分析指标27-28
• 2.3.2 热力学第二定律分析指标28-30
• 2.4 直膨式太阳能热泵热水器系统总体性能分析30-36
• 2.4.1 热泵性能理论分析30-33
• 2.4.2 直膨式太阳能热泵热水器实验装置33-34
• 2.4.3 热力学第一定律分析结果34
• 2.4.4 热力学第二定律分析结果34-35
• 2.4.5 改善各部件性能的方法35-36
• 2.5 结论36-37
• 第三章 直膨式太阳能热泵热水器微型自动控制系统设计37-59
• 3.1 概述37
• 3.2 控制系统硬件设计37-47
• 3.2.1 传感器部件38-40
• 3.2.2 键盘扫描40-41
• 3.2.3 微处理器41-42
• 3.2.4 电子膨胀阀控制部分42-44
• 3.2.5 变频控制部分44-46
• 3.2.6 人机接口部分46-47
• 3.2.7 系统防死锁部分47
• 3.3 控制系统软件设计47-59
• 3.3.1 软件设计开发与软件编译48
• 3.3.2 软件设计调试48-49
• 3.3.3 控制算法的选择49
• 3.3.4 系统控制软件的结构体系49-59
• 3.3.4.1 Main 主程序设计51-53
• 3.3.4.2 定时器TimerA53
• 3.3.4.3 定时器Timer153-54
• 3.3.4.4 定时器TimerX54
• 3.3.4.5 电子膨胀阀驱动54-56
• 3.3.4.6 RS 485 总线远程通讯56-59
• 第四章 直膨式太阳能热泵热水器控制性能研究59-75
• 4.1 概述59
• 4.2 实验性能分析59-65
• 4.2.1 DX-SAHPWH 系统的性能分析59-64
• 4.2.2 微型自动控制装置64-65
• 4.3 电子膨胀阀特性研究65-73
• 4.3.1 电子膨胀阀特性研究控制装置65-66
• 4.3.2 电子膨胀阀控制研究66-70
• 4.3.2.1 集热板过热度控制回路66-67
• 4.3.2.2 控制方案设计67-68
• 4.3.2.3 控制策略的制定68-70
• 4.3.3 过热度PI 控制的实现70-72
• 4.3.3.1 控制算法的选择70-71
• 4.3.3.2 控制参数的整定71
• 4.3.3.3 控制软件的设计71-72
• 4.3.4 热力膨胀阀与电子膨胀阀控制集热板过热度的实验对比72-73
• 4.4 结论73-75
• 第五章 结论及工作展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80

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