冰箱壓縮機電機及兩器基礎(chǔ)知識

1、冰箱壓縮機電機及兩器基礎(chǔ)知識封閉式制冷壓縮機的內(nèi)置電動機開啟式壓縮機雖有軸封裝置, 但因存在動密封面而較易泄露。 采用封閉式結(jié)構(gòu), 將壓縮機和 電動機裝在機殼內(nèi)(或機體內(nèi) ,兩者使用同一根主軸,即可取消軸封裝置。因電動機裝在 機殼內(nèi), 故稱為內(nèi)置電動機。 全封閉式壓縮機的電動機轉(zhuǎn)子直接壓入曲軸, 定子鐵芯用螺栓 固定在機體上,半封閉式壓縮機的定子壓入機體內(nèi)固定。封閉式壓縮機用的內(nèi)置電動機的工作條件與一般的電動機不同,因而對它有一些特殊的要 求。一、對內(nèi)置電動機的要求除了應(yīng)符合普通電動機的基本技術(shù)條件外,封閉式壓縮機用的內(nèi)置電動機還應(yīng)滿足下列要 求:1、電動機材料應(yīng)有良好的耐制冷劑性、耐油性和耐

2、熱性。在封閉式壓縮機中,電動機處于 與制冷劑和潤滑油共存的條件下,而氟利昂制冷劑對高分子材料有較強的侵蝕和溶解作用, 在含油的情況下,這種作用更為嚴重,因而要求電動機中的槽絕緣墊、定子扎線、端部引出 線套管等有機材料具有在高溫、高壓、與制冷劑及潤滑油共處的條件下不發(fā)生軟化、膨脹、 溶解或發(fā)泡等現(xiàn)象,而且應(yīng)不易氧化、不易與水作用,保持足夠的絕緣能力。一般可采用聚 脂薄膜、滌綸扎帶、滌綸套管等。漆包線應(yīng)滿足不同制冷劑的要求,一般采用聚乙烯甲醛樹 脂或由環(huán)氧樹脂,聚氨基甲酸乙脂等數(shù)種樹脂合成的改性樹脂。由于不同制冷裝置運行時, 內(nèi)置電動機繞組的溫度水平不同, 因而其絕緣等級也不同。 國際 規(guī)定的絕緣

3、等級有五級,即 A 、 E 、 B 、 F 、 H 五級。其運行繞組的溫度限定值為:A 級絕緣不超過 105; E 級絕緣不超過 120; B 級絕緣不超過 130; F 級絕緣不超過155; H 級絕緣不超過 175。2、對壓縮機負荷變化應(yīng)有良好的適應(yīng)性。在制冷壓縮機中,電動機的負荷隨運轉(zhuǎn)工況的變 化發(fā)生較大幅度的變化。 例如:從起動至穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時壓縮機的工況變化, 冷負荷的驟增或環(huán) 境條件的變化等。內(nèi)置電動機因受結(jié)構(gòu)的限制,必須做到體積小,質(zhì)量輕,因此它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動慣量小,它又不可能利用飛輪增加轉(zhuǎn)動慣量(像開啟式壓縮機那樣 ,只能要求內(nèi)置電動 機有較大的過載運轉(zhuǎn)能力,以適應(yīng)負荷之變化。3、耐

4、震動沖擊。內(nèi)置電動機運轉(zhuǎn)時受機械震動力的作用,起動、停車時受電磁力的沖擊和 慣性沖擊負荷,使定子繞組中導(dǎo)線發(fā)生相互摩擦,絕緣薄膜損傷。防止的方法,除了將導(dǎo)線 包扎牢固外,對輸出的功率大于 1kw 的電動機繞組采用浸漆處理,以加固繞組。4、防止繞組溫度過高,設(shè)置過載保護器。絕大多數(shù)的全封閉式制冷壓縮機采用兩極內(nèi)置電 動機。這種電動機的結(jié)構(gòu)緊湊,其散熱表面較小,從而使電動機繞組的溫度升高。為此,除 了加強冷卻和使用耐熱絕緣材料外, 宜在機殼上或繞組中間設(shè)置過載溫度繼電器, 以保護電 動機。二、內(nèi)置電動機的冷卻有些內(nèi)置電動機用低溫吸氣冷卻。 圖 3-100所示的半封閉式制冷壓縮機用低溫吸氣冷卻電動

5、機。 來自蒸發(fā)器的低溫蒸氣經(jīng)吸氣截止閥流入電動機右側(cè)的空間, 然后從右向左通過內(nèi)置電 動機,對其冷卻后進入氣缸。電動機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱量,一部分被制冷劑吸收,另一部分通 過壓縮機殼體散發(fā)至大氣中。在內(nèi)置電動機用吸入蒸氣冷卻的封閉式壓縮機中, 其電動機功率的配置因與普通電動機在溫度特性上的顯著不同而有所區(qū)別。 普通電動機的溫度隨負荷的增大而上升, 其最大功率為電 氣絕緣材料所能承受的溫所限制。 內(nèi)置電動機的繞組溫度, 卻由于流過其中進行冷卻的蒸氣 流量隨工況的變化而有所不同。 例如:在一臺全封閉式壓縮機中, 當蒸發(fā)溫度由 40變?yōu)?0時,制冷劑的質(zhì)量流量增加 10倍以上,而所輸入的電功率只增加 1

6、倍,結(jié)果是負荷增加 后電動機獲得更好的冷卻,繞組溫度降低(圖 3-101 。這說明這類電動機名義功率的確定 與普通電動機不一樣。 因此, 對于高溫封閉式壓縮機, 由制冷劑冷卻的電動機的名義功率比 具有相同制冷量的開啟式壓縮機所配置的普通電動機名義功率一般要小 11/2。用制冷劑冷卻電動機, 雖有上述之優(yōu)點, 但制冷劑吸收熱量后過熱度增加, 對壓縮機的制冷 量不利。 因此有些封閉式壓縮機的吸入制冷劑并不經(jīng)過電動機。 此時電動機產(chǎn)生的熱量經(jīng)機 殼向大氣散發(fā)。為提高散熱效果,機殼上鑄有肋片。在有條件場合,盡量用強制通風冷卻機 殼, 例如在風冷式冷凝機組中, 冷凝器使用的風扇不僅對冷卻制冷劑起作用,

7、而且對機殼的 冷卻也有作用。三、單相電動機的起動單相異步電動機連接單相電源。 此電源產(chǎn)生一個脈動而非旋轉(zhuǎn)的磁場, 為此需改造電路, 使 它在起動或運行階段具有兩相電源的異步電動機。 兩相電流在定子空間形成旋轉(zhuǎn)磁場, 帶動 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。產(chǎn)生兩相電流的方法有兩種:1、增加一條由輔助繞組和電容串聯(lián)而成的電路, 見圖 3-102a 。主、輔繞組中的電流 I 主、 I 輔,及其與電源電壓 U 的相位角主、輔,如圖 3-102b 所示。 2、增加一個輔助繞組,稱為電阻分相(圖 3-103a 。相應(yīng)的電流及相位角見 圖 3-103b 。上述形成兩相電流的方法, 可以在電動機起動和運行時始終使用, 也可以僅在電

8、動機起步階 段使用。 因為一旦異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后, 由于其轉(zhuǎn)動慣性及異步之特性, 即使切斷輔助繞 組之電流,轉(zhuǎn)子也可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。僅在起動階段使用的輔助繞組, 又稱為起動繞組。 由于起動繞組的線徑細, 起動時電流又大, 不宜長期通電, 所以在電動機起動后, 用起動繼電器切斷起動電路, 以保證內(nèi)置電動機的可 靠運行, 用電流控制起動繼電器動作點的稱為電流型, 用電壓控制動作點的繼電器稱為電壓 型。常見的起動繼電器有兩種 |:1、單臂觸點式。 2、重錘式。藉助于線圈通電后產(chǎn)生的磁 力與彈性臂彈力(或重錘的重力之間的相互作用,控制繼電器的動作。另一種應(yīng)用廣泛的 起動繼電器為 PTC 起動繼電器。 該

9、繼電器的主要元件是具有正溫度系數(shù)的 PTC 熱敏半導(dǎo)體, 它有許多特性,其中與起動繼電器有關(guān)的特性是:1、電阻 -溫度特性。 2、電流時間特性。 PTC 元件的電阻 -溫度特性,系指在規(guī)定的測量電壓下,元件的零功率電阻值 R 與電阻體溫 T 之間的關(guān)系。 圖 3-104為 PTC 元件典型的電阻溫度特性。 圖中 Tb 為開關(guān)溫度, 對應(yīng) 的 電 阻值為開關(guān)電阻值。開關(guān)溫度指電阻產(chǎn)生階躍增大時 的溫度。 Rp 為平衡點電阻,是對 PTC 元件施加最大工作電壓 Umax ,當電阻體溫度平衡時具有的電阻值。 PTC 元件電阻階 躍增大之特性是 PTC 起動繼電器的物理基礎(chǔ)。PTC 元件的電流時間特性

10、,指 PTC 元件兩端加上規(guī)定的工作電壓時,通過元件的電流 I 與時間 t 之間的關(guān)系。圖 3-105a 表示交流狀態(tài),圖 3-105b 表示直流狀態(tài)。剛通電時,因元件電阻很低,電流很大。經(jīng)過一段 很短的時間后,元件溫度升高,電阻升 高。當電阻階躍增大時,電流迅速下降,達到很小的數(shù)值。PTC 元件用于繼電器時,應(yīng) 與輔助繞組串接。起動后,當元件的電阻遠大于輔助繞組的阻 抗時,通過輔助繞組的電流很小,幾乎呈不通電狀態(tài),相當與輔助繞組的電路被切斷。 起動繼電器的主要技術(shù)參數(shù)包括起動電流、 起動時間、 耐電壓和恢復(fù)時間等。 起動電流即初 始電流; 起動時間指電流降至初始電流一半時經(jīng)歷的時間; 耐電壓

11、指元件短時間能承受的最 大不破壞電壓;恢復(fù)時間指元件斷電后,電阻值恢復(fù)到規(guī)定值需要的時間。 PTC 元件的起 動時間與環(huán)境溫度有關(guān)。圖 3-106表示了一種 PTC 元件的電流時間特性與環(huán)境溫度的關(guān)系。由圖可知,當環(huán)境溫度 Ta 由 -10變化到 60時,起動時間幾乎變化了一倍,因而在 選用 PTC 元件時,應(yīng)考慮不同地區(qū)的環(huán)境條件。在各種壓縮機中, 根據(jù)起動時所需起動轉(zhuǎn)矩之大小, 以及對起動電流的限制, 采用不同的起 動方式。1、電阻分相起動方式(RSIR 圖 3-107給出 RSIR 分相起動方式,其起動電路由主繞 組 1、 輔繞組 2和電流繼電器組成。 電流繼電器中含有線圈 4和彈性臂

12、5(或重錘 。 起動時, 通過線圈 4的電流很大, 彈性臂 5閉合輔助繞組 2工作, 電動機旋轉(zhuǎn)。 隨著電動機轉(zhuǎn)速的提 高,主繞組 1中的電流迅速下降,彈性臂 5打開,輔助繞組停止工作。RSIR 起動方式的起動扭矩較小,起動電流大,因而效率較低,只用于帶毛細管的小功率制 冷機中。2、電容起動方式(CSIR 電容起動電路圖見圖 3-108。起動時,輔助繞組 2的電路接 通, 一股電流經(jīng)起動繼電器 4頂部的觸點、 起動電容器 3、 輔助繞組 2和電動機保護裝置 5, 另一股電流經(jīng)主繞組 1和電動機保護裝置 5。起動后,繼電器頂部的觸點斷開,輔助繞組不 再工作。電容起動方式的起動轉(zhuǎn)矩比電阻分相起動方

13、式的起動轉(zhuǎn)矩大, 且起動電流小, 結(jié)構(gòu)比較簡單, 在 300W 以下的小型制冷裝置上廣泛應(yīng)用。3、電容運轉(zhuǎn)方式(PSC 電容運轉(zhuǎn)方式電動機在起動或運轉(zhuǎn)中,把同一個電容器連接 到輔助繞組的電路上(圖 3-109 。這種運轉(zhuǎn)方式的電路中無起動繼電器,電容器主要按電 動機額定工況配置。電容運轉(zhuǎn)式電動機的起動轉(zhuǎn)矩較小,但隨著轉(zhuǎn)速的增加,轉(zhuǎn)矩增加。電 容運轉(zhuǎn)式電動機的功率較高, 其負荷主要由主繞組承受, 輔助繞組只承受小部分, 因而其過 載負荷容量小。加大電容量后,輔助繞組承擔的負荷增大,過負荷容量有些增加。但電容器 容量不能太大, 否則在空載和輕載時能效比降低。 PSC 主要用于起動負荷轉(zhuǎn)矩小的壓縮機

14、上。 4、電容起動電容運轉(zhuǎn)的方式(CSR CSR 電路有兩種:(1帶 PTC 繼電器; (2裝 有電壓繼電器。(1帶 PTC 繼電器 其電路如圖 3-110所示。起動時,一股電流經(jīng)起動電容器 5、 PTC 繼電器 6、輔助繞組 2和電動機保護裝置 3(此時 運行電容器 4與起動電容器 5并聯(lián) ;另一股電流經(jīng)主繞組 1和電動機保護裝置 3。起動后, 由于 PTC 繼電器的作用,起動電容器不再工作。兩個電容器在起動時同時起作用,增大了 起動轉(zhuǎn)矩。正常運轉(zhuǎn)時只有運行電容器工作,電動機能以高功率因數(shù)運轉(zhuǎn),提高了效率,但 電路較復(fù)雜,成本高。(2帶電壓繼電器 帶電壓繼電器的 CSR ,其電路如圖 3-1

15、11所示。起動前, 電壓繼電器兩端無電壓, 帶接點的彈性臂 6處于閉合狀態(tài)。 起動時, 最初因轉(zhuǎn)速低, 輔助繞組兩端的電壓上尉達到必要的數(shù)值, 故彈性臂 4仍然關(guān)閉, 起動電源器 7工作。 隨著 轉(zhuǎn)速的增加,輔助繞組兩端的電壓(即線圈 5兩端的電壓升高,并在轉(zhuǎn)速接近額定值時, 達到設(shè)定的數(shù)值,彈性臂受到相當大的吸力,接觸點斷開,切斷起動電容器。電阻 8與起動 電容器并聯(lián), 該電容器的電路切斷后, 通過電阻 8放電。 運行電容器 9在起動時以及正常運 行時均工作。表 3-2中列出了全封閉壓縮機用單相電動機的起動類型及相應(yīng)特性。表 3-2 全封閉壓縮機用單相電動機類型與特性一.壓縮機電機簡介。1.

16、壓縮機電機特點。冰箱、 冷柜壓縮機用電動機, 一般為單相異步電動機。 與常規(guī)單相或三相交 流通用電機相比,它具有以下特點 : 結(jié)構(gòu)簡單,運行可靠,價格低廉。 效率高。 繞組溫度低,可減少壓機進氣過熱。 運轉(zhuǎn)于制冷劑和潤滑油之中,線圈和絕緣材料具有抗制冷劑和抗異常高 -+氣隙均勻性。2.電機類型。單相異步電動機有以下四種類型 : 電阻起動型 (RSIR。 0電阻起動異步電動機,定子上有主、副兩套繞組,它們的軸線在空間相隔 90°電角度。副繞組與起動器串聯(lián)后和主繞組并聯(lián)到同一電源上。如圖 1所示。 當電機轉(zhuǎn)速上升到 75-80%同步轉(zhuǎn)速時,起動器斷開,只有主繞組工作,將轉(zhuǎn)子 拖到額定轉(zhuǎn)速

17、。這種電機具有中等的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力。 起動電流較大, 其起動性能稍差。 電容起動電動機 (CSIR。如圖 1所示,起動繞組與起動電容,起動器串聯(lián)后和主繞組并聯(lián)到電源上, 如果電容器選擇適當,可使副繞組起動電流正好超前主繞組 90°,電機可得到 較大的起動轉(zhuǎn)矩,較小的起動電流。因而起動性能好。 電容運轉(zhuǎn)電動機 (RSCR。副繞組與電容串聯(lián)后, 不僅在起動時起作用, 而且與主繞組一起長期參加運 行。 它實際上是一種兩相電機。 適當選擇電容器容值和副繞組匝數(shù), 可使電機具 有較高的效率和功率因數(shù)。一般電容運行電動機效率可提高 5%左右。但這種電 機的轉(zhuǎn)矩較低, 不能直接用在壓縮機上。

18、可在電容器上并聯(lián)一起動器, 使電機仍 為電阻起動,提高起動轉(zhuǎn)矩。如圖 1所示。 電容起動電容運行電動機 (CSCR。為使電動機具有較好的起動性能和運行性能, 將起動電容和運行電容同時加 在副繞組上,起動電容串上起動器,在起動時工作。運行電容則在起動,運行時 均參與工作。這種電機具有較好的起動性能,過載能力強,效率和功率因數(shù)高, 噪聲低。但由于它用了兩個電容器,增加了成本,也增加了故障點,故一般壓縮 機上不采用。二.電動機性能。1. 安全性能。安全性能是對電動機的基本要求。一般包括:電氣強度、對地絕緣電阻、匝 間耐壓等。 這些性能都是關(guān)系到壓縮機整機性能和使用者人身安全的, 因此不能 有一項缺陷

19、。 電氣強度:電氣強度是指導(dǎo)線與外殼 (或硅鋼片 之間所能承受的電壓。 試驗室用 1500V 電壓加在繞組與硅鋼片之間,歷時 1分鐘,要求絕緣層不被擊 穿。生產(chǎn)線上為適應(yīng)流水線節(jié)拍,用 1800V/1S等效代替。 匝間絕緣介電強度:考核漆包線的絕緣層(漆膜的耐壓能力。通過與 標準定子的脈沖波形比較, 還可以檢查繞組的通斷、 匝數(shù)等。 如果匝間絕緣強度不夠,會引起匝間放電,產(chǎn)生電弧,燒毀線圈,并可能造成電機漏電。 絕緣電阻:絕緣電阻過小,即使在正常工作電壓下也會產(chǎn)生較大的漏電 流,危及人身安全。2. 工作性能 機械特性:機械特性是指電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線,它可表明電 動機的過載能力。機械特

20、性“硬” ,即轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化小,電機過載能力差;機 械特性“軟” ,隨著轉(zhuǎn)速的下降,轉(zhuǎn)矩有較明顯的提高,電機過載能力強。有時 這種特性也稱為“牛馬特性” 。 起動性能:主要指起動轉(zhuǎn)矩和起動電流。測試時用堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)電流 來代替。 起動轉(zhuǎn)矩大于電動機的制動轉(zhuǎn)矩時, 電機才能起動。 起動轉(zhuǎn)矩的大小與 電壓的平方成正比, 故它還直接影響電機的低壓起動性能。 起動電流的大小則涉 及到對電網(wǎng)的沖擊和干擾,并直接影響兩器的工作性能。 效率:即電機的輸出功率與輸入功率之比。 隨著對家電節(jié)能要求的提高, 壓縮機廠家對電機的效率要求也越來越高。由于電機的參數(shù)之間是互相影響的, 要在其它性能不變的情況下提高效率

21、不是一件容易的事。 電機廠家可通過增加硅 鋼片疊厚以降低磁密, 硅鋼片退火以降低鐵損, 提高轉(zhuǎn)子鑄鋁質(zhì)量以降低轉(zhuǎn)子鋁 損耗等方法來提高電機效率。我公司使用的電機效率在 75%80%之間,帶運行 電容的高效壓縮機電機效率更高。功率因數(shù):功率因數(shù) COS =P/UI,表明電機對電網(wǎng)電能的的利用率。電 機的線圈是一個電感,而電感是儲能元件,當正弦波形在“ 0”時,線圈就會把 自身儲存的能量反還給電網(wǎng), 這一部分能量是不能被電動機利用的。 電機的功率 P =U ·I ·COS 即指有功功率, 還有一部分為消耗在電網(wǎng)和電機回路上的無功功 率 P =U ·I ·SI

22、N 。功率因數(shù)越高,電網(wǎng)電能利用率越高。單就電動機來說,功 率因數(shù)與其節(jié)能無關(guān)。轉(zhuǎn)速:我公司使用的電機為兩極電機, 其同步轉(zhuǎn)速為 3000r/min, 額定轉(zhuǎn) 速大于 2910r/min。電機的轉(zhuǎn)速低,則影響壓縮機的制冷量和潤滑油的供給,并 且,轉(zhuǎn)速越低,壓機的振動越大。三.兩器1.起動器現(xiàn)在小功率壓縮機用起動器有重錘起動器和 PTC 起動器兩種。 重錘起動器價 格低廉,容量范圍大,使用較為普遍。但其可靠性差,壽命短,工作時有振動和 噪聲,有電火花產(chǎn)生,現(xiàn)逐漸被無觸點開關(guān) PTC 起動器取代。PTC 全稱正溫度系 數(shù)熱敏電阻, 它克服了重錘起動器的上述缺點, 改善了壓縮機的起動性能。 受材 料

23、限制, PTC 不能用于大功率電機的起動, 一般用于小于 400W 的電機; PTC 長期 能參與電機的運行, 其自身發(fā)熱要消耗一定的功率, 使電機效率稍有下降; 這是 它的兩個缺點。重錘起動器工作原理如下圖 2所示, 電磁線圈串聯(lián)在主繞組中。 起動前, 重 錘因自身重力作用,使動、靜觸點分開;起動時,由于電機起動電流較大,電磁 線圈的產(chǎn)生較大的電磁力, 重錘在電磁力作用下, 克服自身重力和彈簧彈力向上 運動,使動、靜觸點閉合,副繞組接通,電機起動;而后,電機保持較小電流運 行,電磁線圈產(chǎn)生的電磁力小于重錘重力,重錘落下,觸點分開,副繞組斷開, 起動完成。重錘起動器的性能參數(shù)有最大吸合電流, 最小釋放電流兩個。 其最大吸合電 流要小于電機的起動電流, 起動時才能吸合, 接通副繞組, 而最小釋放電流要大于機電機的運行電流，電機起動完成后，起動繞組才能斷開。起動