Назначение терморегулятора

Терморегулятор предназначен для поддержания в холодильнике заданной температуры путем автоматических выключении и вклю­чений электродвигателя компрессора (в компрессионных холодиль­никах) или электронагревателя (в абсорбционных холодильниках). При регулировании холодопроизводительности путем периодиче­ских остановок и пусков агрегата температура в холодильнике бу­дет несколько колебаться, что в определенной мере зависит от чув­ствительности терморегулятора.

Характер изменения температуры в холодильнике при периоди­ческой (цикличной) работе компрессионного агрегата, управляе­мого терморегулятором, приведен на рис. 3.5.

Рис. 1. График изменения температуры в хо­лодильнике при работе терморегулятора

Пусть кривая АС ус­ловно характеризует тем­пературу в холодильнике при отсутствии в нем тер­морегулятора (непрерыв­ная работа агрегата). С момента включения аг­регата температура в хо­лодильнике будет пони­жаться и по истечении не­которого времени устано­вится равной t_в (точка В). Так как холодопроизво­дительность агрегата рас­считана на наиболее не­благоприятные условия эксплуатации холодиль­ника, эта температура будет намного ниже требуемой для хране­ния пищевых продуктов.

Рис. 3.5. График изменения температуры в хо­лодильнике при работе терморегулятора

При наличии терморегулятора, когда температура в холодиль­нике по истечении времени n₁ или n₂ понизится до заранее задан­ной t₁ или t₂ (в зависимости от настройки терморегулятора), аг­регат будет выключен и вновь включен при повышении темпера­туры соответственно до t₃ или t₄. Таким образом, в холодильнике будет поддерживаться температура от t₁ до t₃ или t₂– t₄.

Принцип устройства и работы терморегулятора

По принципу действия терморегуляторы бытовых холодильников относятся к приборам манометрического типа, работа которых основана на изменении давления рабочего наполнителя при изменении его температуры.

Терморегулятор бытового холодильника (рис. 3.6) представляет собой рычажный механизм с силовым рычагом 9 и контактной си­стемой, включаемой в электрическую цепь холодильника. На силовой рычаг воздействуют упругий элемент (сильфон) 1 термо­чувствительной системы и основная пру­жина 11, регулируемая винтом 7. Термочувствительная система маномет­рического типа состоит из упругого эле­мента – сильфона 1 (металлический баллон с гофрированными стенками) или мем­браны с припаянной к ним трубкой 2. Си­стема наполнена небольшим количеством фреона-12 или хлорметила и тщательно гер­метизирована.

В рабочих условиях фреон-12 находится в состоянии насыщенного пара, давление которого, как известно, изменяется в опре­деленной зависимости (для данного пара) от его температуры. Жидкая фаза фреона находится в конечной части трубки. Эта часть трубки, особенно в месте раздела жидкости и пара фреона, реагирует на из­менение температурной ее помещают в кон­тролируемую среду охлаждаемого объекта. Терморегулятор работает следующим образом.

Рис. 3.6. Двухпозиционный регулятор (реле температуры): а – схема; б и в – статические характеристики идеального и реального двухпозиционных регуляторов; г – динамическая характеристика; д – регулирование температуры выклю­чения (дифференциал постоянный); г – регулирование дифференциала (температура выключения постоянна)

При повышении температуры Х жидкость в термобаллоне 3 выкипает, давление пара в замкнутой системе растет и по капиллярной трубке 2 передается в сильфон 1. Донышко сильфона, нажимая на рычаг 9, сжимает пружину 11. Конец рычага 9, упираясь в верхний выступ вилки 8, поворачивает рычаг 4 вокруг оси O₁, преодолевая силу растяжения дополнительной пружины 5. Конец О₃ рычага 9, на котором укреплена пружина 12, перейдет через точку неустойчивого равновесия (за линию 0₄ – 0₅) и займет положение О₃^’. При новом положении пружины 12 (показано пункти­ром) одна из составляющих сил пружины (в точке 0₄) начнет действо­вать не вверх, а вниз, и электрические контакты Y замкнутся.

При снижении температуры давление в сильфоне падает и силы пружин 11 и 5 поворачивают рычаг 9 против часовой стрелки. Когда нижняя часть вилки 8 упрется в выступ корпуса, рычаг 9 отойдет от верхней части вилки, т. е. размыкание контактов будет осуществ­ляться только одной пружиной 11.

Из графика (рис. 3.5) видно, что температура в холодильнике зависит от продолжительности работы компрессора. Если заданная температура t₁ при соответствующем натяжении пружины обеспечивается по истечении n₁ времени работы агрегата, то при изменении натяжения пружины для получения температуры t₂ хо­лодильный агрегат будет работать более продолжительное время n₂.

В рассмотренном регуляторе значения входного параметра при вклю­чении и выключении не совпадают. Разность между значениями регу­лируемого параметра в момент включения и выключения называют дифференциалом регулятора (иногда – зоной нечувствительности или зоной возврата):

ΔX₀ = X_вкл – Х_выкл.

Минимальная величина дифференциала (зона нечувствительности) зависит от зазоров, сил трения и определенных усилий, необходи­мых для создания резкости размыкания. Например, перемещение конца пружины О₃ до пересечения рычага O₄ – 0₅ не вызывает замы­кания контактов. Статическая характеристика двух­позиционного регулятора показана на рис. 6, в. При Х > Х_вкл контакты замкнуты (клапан полностью открыт), и при Х < Х_выкл контакты разомкнуты (клапан закрыт). Когда значение параметра Х находится в зоне дифференциала ΔX₀, контакты могут быть замкнуты и разомкнуты; при возрастании Х они остаются разомкнутыми, при снижении Х – остаются замкнутыми.

Слишком малая величина дифференциала ΔX₀ вызывает частое включение и выключение регулятора, что снижает его надежность, а иногда приводит к излишней затрате электроэнергии из-за боль­ших значений пусковой мощности, поэтому часто приходится уве­личивать дифференциал. Наряду с механизмом настройки заданного значения регулируемого параметра Х в пределах некоторого диапа­зона в регуляторах обычно предусмотрен узел настройки дифферен­циала.

В рассмотренном реле температуры (см. рис. 3.6, а) повышение среднего значения температуры Х₀ достигается путем натяжения пружины 11 винтом 10. При этом температуры включения и выклю­чения увеличиваются на одинаковую величину (рис. 3.6, д), а уста­новленный дифференциал не изменяется.

Для увеличения дифференциала пружину 5 растягивают винтом 7 (гайка 6 скользит по направляющим пазам корпуса), при этом дифференциал увеличивается за счет повышения температуры включе­ния: температура выключения остается постоянной (рис. 3.6, е).

Для перестройки прибора с одного режима на другой сначала вин­том диапазона подбирают нужное выключение, а затем винтом диф­ференциала устанавливают определенное включение.

Динамическая характеристика двухпозиционного регулятора по­казана на рис. 3.6, г. Интервал времени, в котором производитель­ность регулятора максимальная М_{р макс} (замкнуты контакты или открыт клапан – Y = Y_макс), называют периодом работы τ_р. Интервалы с минимальной производительностью регуля­тора М_{р мин} (контакты разомкнуты при Y = 0) называют нерабочим периодом или паузой τ_п. Период работы с паузой образуют цикл τ_ц. Далее циклы повторяются (цикличная работа). Отношение периода работы к продолжительности всего цикла на­зывается коэффициентом рабочего времени (КРВ):

b = τ_р/τ_ц , или b = τ_р/(τ_р + τ_п).

Средняя производительность двухпозиционного регулятора

М_р = (М_{р макс} τ_р + М_{р мин} τ_п)/τ_ц.

Обычно М_{р мин} = 0 и формула упрощается:

М_р = М_{р макс} τ_р/ τ_ц , или М_р = bМ_{р макс}.