Оцінка енергоефективності використання систем керування мотор-компресором побутового холодильника

Abstract

Мета роботи – визначення раціональної структури системи автоматичного керування мотор-компресором, що забезпечує мінімальні втрати енергії при вмиканні та виході на усталений режим роботи побутового холодильника. У роботі використано методи імітаційного моделювання, порівняльного аналізу, дослідження систем керування та основні положення технічної термодинаміки і теорії автоматичного управління. У роботі розглянуто принцип дії холодильного агрегату побутового холодильника, схематично показані його основні елементи і взаємозв’язок з парокомпресійним циклом. Розроблено імітаційні моделі систем автоматичного керування на основі пропорційно-інтегрально-диференціального регулятора, нечіткого та гібридного регуляторів. Запропоновані моделі дозволяють оцінити якість керування температурою в холодильному відділенні та визначати втрати енергії під час перехідних процесів. Приведено результати комп’ютерного моделювання перехідних процесів в системах керування температурою за рахунок зміни продуктивності мотор-компресора та отримані значення втрат електроенергії. Встановлено, що найменші втрати електроенергії при миттєвому збільшенні теплоприпливів в холодильне відділення відбуваються при застосуванні нечіткого регулятора. Визначено, що використання нечітких регуляторів в системах автоматичного керування зменшує тривалість перехідних процесів, час першого узгодження, кількість коливань, але призводить до виникнення статичної помилки та збільшує величину максимального відхилення від заданої температури в холодильному відділенні побутового холодильника. Розроблено імітаційні моделі систем керування роботою мотор-компресора побутового холодильника для оцінки якості регулювання та визначення втрат електроенергії під час перехідних процесів. Запропоновані шляхи підвищення енергоефективності побутових холодильників за рахунок впровадження систем керування з нечіткими регуляторами.

Цель работы – определение рациональной структуры системы автоматического управления мотор-компрессором, который обеспечивает минимальные потери энергии при включении и выходе на установившийся режим работы бытового холодильника. В работе использованы методы имитационного моделирования, сравнительного анализа, исследования систем управления и основные положения технической термодинамики и теории автоматического управления. В работе рассмотрены принцип действия холодильного агрегата бытового холодильника, схематически показаны его основные элементы и взаимосвязь с парокомпрессионные циклом. Разработаны имитационные модели систем автоматического управления на основе пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, нечеткого и гибридных регуляторов. Предложенные модели позволяют оценить качество управления температурой в холодильном отделении и определять потери энергии во время переходных процессов. Приведены результаты компьютерного моделирования переходных процессов в системах управления температурой за счет изменения производительности мотор-компрессора и полученные значения потерь электроэнергии. Установлено, что наименьшие потери электроэнергии при мгновенном увеличении теплопритоков в холодильное отделение происходят при применении нечеткого регулятора. Определено, что использование нечетких регуляторов в системах автоматического управления уменьшает продолжительность переходных процессов, время первого согласования, количество колебаний, но приводит к возникновению статической ошибки и увеличивает величину максимального отклонения от заданной температуры в холодильном отделении бытового холодильника. Разработаны имитационные модели систем управления работой мотор-компрессора бытового холодильника для оценки качества регулирования и определения потерь электроэнергии во время переходных процессов. Предложены пути повышения энергоэффективности бытовых холодильников за счет внедрения систем управления с нечеткими регуляторами.

Determining the rational structure of the automatic control system of the motor-compressor, which provides minimal energy losses when switching on and going to a steady state mode of operation of a household refrigerator. The methods of simulation modeling, comparative analysis, research of control systems and the main provisions of technical thermodynamics and the theory of automatic control are used in the work. The paper considers the principle of operation of the refrigeration unit of a household refrigerator, schematically shows its main elements and the relationship with the steam compression cycle. Simulation models of automatic control systems based on proportional-integral-differential controller, fuzzy and hybrid controllers have been developed. The proposed models allow to evaluate the quality of temperature control in the refrigeration compartment and to determine energy losses during transients. The results of computer simulation of transients in temperature control systems due to changes in the performance of the motor-compressor and the obtained values of power losses are presented. It is established that the smallest losses of the electric power at instant increase of heat inflows in refrigerating department occur at application of a fuzzy regulator. It is determined that the use of fuzzy controllers in automatic control systems reduces the duration of transients, the time of the first negotiation, the number of oscillations, but leads to static error and increases the maximum deviation from the set temperature in the refrigerator compartment. Simulation models of control systems of the motor-compressor of a household refrigerator for assessment of quality of regulation and definition of losses of the electric power during transient processes are developed. The ways to increase the energy efficiency of household refrigerators through the introduction of control systems with fuzzy regulators are proposed.