美能高低温湿冻环境试验箱：基于PID控制的环境模拟与可靠性验证

 

太阳能组件在应用过程中需要经受各种严酷天气的考验，包括高温、高湿和低温等极端环境条件。美能高低温湿冻环境试验箱利用先进的PID控制技术确保测试的可靠性和准确性。PID控制原理结合比例、积分和微分算法，有效调节温度，防止蒸发器结冰，保障湿度测试顺利进行。该设备符合IEC61215-MQT12和IEC61730-MST52国际标准，具备抗疲劳和抗湿气渗透能力，验证其在恶劣环境下的优越性能和可靠性。

 

 

PID控制原理控制与应用

PID控制原理是基于比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Differential）三种控制算法的组合，用于实现对被控对象的精确调节。PID控制器通过计算设定点与实际输出值之间的偏差，并将这个偏差按比例、积分和微分进行处理，从而生成一个控制信号来调节被控对象。

 

PID控制系统

 

 

比例控制（P）：比例控制是根据当前的偏差值输出一个与偏差成正比的控制量。其作用是快速减小偏差，但由于只考虑当前的偏差，可能会导致系统振荡或超调。

 

积分控制（I）：积分控制是对过去所有的偏差值进行累积，并输出一个与累积偏差成正比的控制量。其作用是消除稳态误差，使系统达到设定点。然而，过度的积分控制可能会导致系统响应变慢。

 

微分控制（D）：微分控制是预测未来的偏差变化，并输出一个与未来偏差变化成正比的控制量。其作用是提前预防偏差的增加，提高系统的稳定性和响应速度。

 

在温度控制应用中，PID控制器可以通过以下步骤实现精确调节：

 

温度检测：首先，需要有一个温度传感器来实时监测被控对象的温度，并将其转换为电信号。

 

误差计算：将设定的目标温度与实际测得的温度进行比较，计算出当前的温度偏差。

 

PID算法处理：将计算出的偏差值输入到PID控制器中，PID控制器根据比例、积分和微分三个参数，对偏差值进行处理，生成一个控制信号。

 

执行器控制：将PID控制器生成的控制信号输出到执行器，如电磁阀或加热丝。例如，如果要调节制冷量，可以通过改变电磁阀的开度来控制制冷剂的流动；如果要调节加热量，可以通过改变加热丝的电流来控制其发热量。

 

反馈循环：将执行器的实际输出效果反馈到温度传感器，再次进行误差计算和PID处理，形成一个闭环反馈控制系统，以实现对温度的持续精确调节。

 

根据现有资料显示通过对电子膨胀阀采用过热度和间室温度偏差双反馈的分段式变增益PID控制方案进行分析和研究，并与传统的定增益PID控制方案进行对比验证。试验结果表明：环境试验箱采用变增益PID控制方案，降温速率平均提高11.8%～49.3%,超调时间平均缩短7.1%～57.7%,恒温期间间室温度波动度降至0.1℃,并且在-40、-20、0、20℃不同间室温度下均有良好的变工况适应性。

 

通过这种方式得以验证PID控制器能够有效地调节温度，确保被控对象在设定范围内保持稳定的温度。美能高低温湿冻环境试验箱采用智能节能控制方式,根据箱内的温度需求PID控制电磁阀开关输出制冷量。

 

 

在高低温湿冻环境试验箱中，通过实验确定统一的临界结霜蒸发压力范围

结霜是湿冷环境中的一种常见现象。换热器表面结霜会造成热阻增加、空气流道堵塞等危害。对冷面上结霜规律和表面特性对结霜影响的认识,以及对霜层生长过程的准确模拟,对于探索合适的抑霜手段和低温高湿工况下运行具有指导意义。

 

在通过实验文献模拟研究冷面上霜层生长过程，数值模拟研究了翅片管换 热器表面霜层分布，主要工作及结果如下：

 

对低温高湿环境中亲水表面、裸铝表面和疏水表面上结霜过程进行实验研究。实验条件为：冷面温度-20~-5 oC，湿空气温度-5~2 oC，相对湿度85%，湿空气流速 0.31~0.92 m/s。结果表明：冷面温度越低，裸铝表面上冷凝水珠冻结越早，冻结时 水珠越小，而且霜晶沿垂直冷面方向生长越快；冷面温度越低、湿空气流速越快， 霜层生长越快；疏水表面具有延缓冷凝水珠冻结和减慢霜层高度增长速率的作用， 但随冷面温度降低，延缓效果减弱；用于结霜/融霜循环中的表面，较好的排液效果可以有效减少再结霜量。

 

霜晶形貌（a）无规则状（b）片状（c,d）针柱状（e, f）羽毛状

 

 

对水平冷面上霜层生长过程进行了数值模拟。结果显示：霜层平均高度和密 度均随时间增长，冷面前沿处水蒸气浓度高，相转移速率快，霜密度较大；霜层 内部热传递以导热为主，霜层外以对流换热为主，霜层界面处温度曲线出现拐点。

 

冷面上霜层生长区域划分示意图

 

 

通过对临界结霜蒸发压力等多个因素综合考虑，从而有效控制蒸发器温度，防止湿度测试时蒸发器结冰。

 

 

美能高低温湿冻环境试验箱

 

●满足：IEC61215-MQT12；IEC61730-MST52

 

 

● 具备抗疲劳能力

 

 

● 具备抗湿气渗透能力

 

 

美能高低温湿冻环境试验箱凭借其智能节能控制、精确温湿度调节和符合国际标准的测试方法，展示了其在太阳能组件测试中的卓越性能。这一设备不仅确保了测试的准确性，还提高了产品质量，降低了能耗和运营成本。未来，美能将继续创新，提供更多高效、可靠的环境试验解决方案，助力各行业应对严苛环境条件下的挑战。