Comportement dynamique d'un évaporateur de machine frigorifique alimenté par un détendeur électrique

by Abdelkader Outtagarts

Doctoral thesis in Thermique et Énergétique

Under the supervision of Monique Lallemand.

  • Alternative Title

    = Dynamic beliaviour of an evaporator of refrigerating machine controlled by an eleétronic expansion valve


  • Abstract

    The primary task of an expansion valve in a refrigerating machine is to control the mass flow to the evaporator always at the best optimum, without slugging. A pulsing solenoid expansion valve and three stepper motor controlled expansion valves have been studied. They are designed to operate in a small refrigerating machine of which cooling capacity is less than 6 kW, with constant condensation conditions and variable evaporating temperature (-20°C to + 10°C) and compressor speed (1000 to 3000 rpm). Two control algorithms are used for the stepper motor to open or close the valve (proportional/derivative and qualitative optimal regulation). The control parameters depend on both the expansion valve and evaporator transfer functions. These characteristics are determined by the Broïda method within a range of evaporating temperature and compression speed. In steady- state conditions, with the stepper motor expansion valve, the system is stable with a superheat close to the set point. The cooling capacity varies from 1 to 2. 4 when the compressor speed varies from 1 to 3. For the pulsing solenoid valve, with a proportional/derivative control, some instabilities appear at some operating conditions, due to the low evaporator time constant. In transient conditions, with the step exciting method (300 and 1000 rpm) as well as for the machine start-up, both control algorithms are adequate for regulating the refrigerant into the evaporator.


  • Abstract

    Le rôle d'un détendeur dans une machine frigorifique est d'assurer l'alimentation correcte de l'évaporateur pour obtenir les meilleures performances tout en assurant la sécurité du compresseur. Le comportement d'un détendeur électronique fonctionnant en tout ou rien et de trois détendeurs à moteur pas-à-pas a été étudié expérimentalement. Ils sont montés sur une installation frigorifique de puissance frigorifique inférieure à 6 kW, dont la température d'évaporation et la vitesse de rotation du compresseur varient respectivement de -20 à +10°C et de 1000 à 3000 tr/min. La commande des détendeurs à moteur pas-à-pas est réalisée par deux algorithmes de commande (proportionnel-dérivé et régulation qualitative optimale). Leurs paramètres de régulation sont fonction, d'une part, du gain de chaque détendeur, d'autre part, des caractéristiques statiques et dynamiques de l'évaporateur. Ces caractéristiques, déterminés par la méthode de Broïda, dépendent de la température d'évaporation et de la vitesse de rotation du compresseur. En régime permanent, les détendeurs à moteur pas-à-pas permettent un fonctionnement stable de la machine avec une surchauffe égale à la consigne. La puissance frigorifique varie de 1 à 2,4 lorsque la vitesse de rotation varie dans un rapport de 1 à 3. L'étude en régime permanent du détendeur fonctionnant en tout ou rien avec une commande proportionnelle-dérivée a montré que pour certains points de fonctionnement, il existe des instabilités de la surchauffe du fluide dans l'évaporateur à cause de sa faible constante de temps. En régime dynamique, quelle que soit la loi de commande, les détendeurs à moteur pas-à-pas permettent un fonctionnement correct de l'installation aussi bien pour les démarrages que pour des échelons de vitesse de 300 et 1000 tr/min, sans aspiration du fluide diphasique par le compresseur.

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Informations

  • Details : 1 vol. (163 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1666)
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