基于堵轉(zhuǎn)工況繞組溫度分析的空調(diào)壓縮機保護器選擇方法

摘要：基于目前使用傳統(tǒng)經(jīng)驗選配的方法，快速或一次性選配成功率低的情況，本文提出了基于堵轉(zhuǎn)工況繞組溫度分析的空調(diào)壓縮機保護器選擇方法，該方法提高了空調(diào)壓縮機保護器一次性選配成功率，有效縮短產(chǎn)品研發(fā)的周期。

關(guān)鍵詞：堵轉(zhuǎn)溫升;壓縮機保護器;選配成功率

1保護器選擇方法分析

1.1 方法概述

保護器選配需要兼顧安全可靠性，也要滿足性能需求，目前各壓縮機公司對于堵轉(zhuǎn)溫升的實驗要求大同小異。目前行業(yè)內(nèi)選配保護器多依據(jù)經(jīng)驗和保護器參數(shù)比對，依據(jù)經(jīng)驗即新壓縮機參考已經(jīng)批量生產(chǎn)的相似排量及電流的壓縮機選配的保護器，參數(shù)比對即堵轉(zhuǎn)電流對應(yīng)保護器動作時間變化規(guī)律（ST 值），選取相同或相近 ST 值的保護器進行實驗。由于各個電機繞組及線路方式的不同，實驗中繞組溫升的速率不同，產(chǎn)生的能量也不同，當(dāng)然保護器動作時間及繞組的最大溫升也不同，用經(jīng)驗及原先數(shù)據(jù)對比的方法，很可能會導(dǎo)致繞組燒毀，選配失敗。

1.2 主繞組堵轉(zhuǎn)電流與時間關(guān)系公式推導(dǎo)

1.2.1 實驗條件

我們進行堵轉(zhuǎn)溫升實驗，實驗放置在風(fēng)速不大于 0.5m/s 的環(huán)境實驗箱中進行;鑒于 3 匹及以下空調(diào)壓縮機堵轉(zhuǎn)電流在 100A 以下，電壓不超 300V，因為壓降會造成堵轉(zhuǎn)電流波動，壓降越大電流下降也越大，故電源選用 60KVA 的變頻穩(wěn)壓電源，以確保實驗中電壓、電流的真實穩(wěn)定性。由于堵轉(zhuǎn)溫度實驗測量繞組的最高溫度在 200-250℃，為了確保精度，所以選用直徑為 1.0-1.2mm 的 T 型熱電偶。

1.2.2 主繞組堵轉(zhuǎn)電流隨溫度變化分析

主繞組電流公式如下：

其中，代表主繞組啟動總電阻，代表主繞組啟動總漏抗?？梢哉J為只要了解，找到啟動總漏抗 Xmst 的變化規(guī)律，主繞組電流隨溫度變化規(guī)律也就迎刃而解了。主繞組的漏電抗 Xmst 主要由繞組自身的電感和磁介質(zhì)磁導(dǎo)率，他們隨著溫度的變化也按一定的規(guī)律變化，通常磁介質(zhì)電感器件的溫度系數(shù) ，是通過下列公式進行計算得到的：

為電感量;為溫度為時的電感量;為溫度為時的電感量。

也近似與磁介質(zhì)磁導(dǎo)率的溫度系數(shù)：

其中，為磁導(dǎo)率;為溫度為時的磁導(dǎo)率;為溫度為時的磁導(dǎo)率。

因為相同結(jié)構(gòu)、材料的電機，電感的溫度系數(shù)、磁介質(zhì)磁導(dǎo)率變化規(guī)律也是一樣的。那么就可以假設(shè)，它的漏抗X 變化規(guī)律也是一樣的。 通過以上分析，存在溫度系數(shù)，使得以下公式成立：

這樣就得到了主繞組電流對應(yīng)溫度變化的關(guān)系。

1.2.3 主繞組溫升對應(yīng)時間關(guān)系計算

本文認為，轉(zhuǎn)速為 0 轉(zhuǎn)時測得的電流確定為電機的啟動電流。假設(shè)電流、電壓計算以 1 秒為一個步進單位，考慮到啟動瞬間采集波動，從 開始采樣計算，即電流、電壓第一個值取的有效值， …以此類推;溫度也采用對應(yīng)電流、電壓采樣時間的進行記錄，…。本文通過大量實驗、計算結(jié)果的刪選、比較來確定，設(shè)定主繞組漏抗與主繞組電流兩者的差值百分比的公式為：

下標cal 為計算相關(guān)參數(shù); 下標 test為實驗相關(guān)參數(shù)。

通過計算，最終選取系數(shù)時測試與推算值重合度最高。

因此有單位時間內(nèi)主繞組溫升公式：

采用上式即可使用迭代法進行計算。

2繞組溫升的余量分析及實際應(yīng)用

2.1 實驗條件和實驗對象

保護器的目的是在繞組達到溫度上限之前切斷電源的作用，我們通過設(shè)定在相同環(huán)境溫度，極限電壓偏差工況時的比對實驗，到達繞組所允許的最溫度所需要的時間，則是余量分析通過堵轉(zhuǎn)實驗得到的數(shù)據(jù)。

對于國內(nèi) 220V/50Hz 的空調(diào)壓縮機來說，以常規(guī)工況環(huán)境溫度 20℃，U=206.8V 為例，考慮到設(shè)備實際精度，根據(jù) IEC 決議對設(shè)備電壓的要求情況做以下兩種電壓條件的研究：

（1）設(shè)備下限電壓 0.985×U 為 203.7V

（2）設(shè)備上限電壓 1.015×U 為 209.9V

2.2 計算值對比分析

從計算角度來說，主要就是初始值的差異，從而引起結(jié)果的不同，電壓的差異引起最主要的因素就是壓縮機堵轉(zhuǎn)初始電流Imst 的不同，使得初始漏抗Xmst0也相應(yīng)發(fā)生變化，因為溫度相同，所以初始電阻Rm0不變。分別加（0.985×U）、（U）（1.015×U）不同電壓時，繞組最高溫度達到 200℃所需要的時間，計算值對比結(jié)果見圖1。

從計算來分析，是隨著電壓偏差的比例以及通電總時間線性變化的，一般保護器 ST 的參考值時間精度都在 1s。例如，保護器生產(chǎn)廠家會標出 ST值，在 20℃環(huán)境溫度時，壓縮機在 25A 穩(wěn)定持續(xù)通電時，保護器所需要的動作時間是 10～15s，當(dāng)然這些都是合格的產(chǎn)品，對于合格品，保護器廠家給出的是一個范圍，動作時間、動作溫度等參數(shù)都落在這個范圍內(nèi)的稱之為合格品，實驗中我們使用的都是極限品的保護器，目的就是保證所有合格品能夠及時起到保護作用，所以理論偏差在 1s-2s 間是完全可靠的。

2.3 實際應(yīng)用

在國內(nèi)知名某空調(diào)壓縮機研發(fā)制造公司，原先單相空調(diào)壓縮機保護器堵轉(zhuǎn)溫度實驗一次性選配成功的比例在 40%左右，二次實驗選配成功的比例也在40%左右，還有 20%得至少 3 次以上才能選配成功的，開發(fā)進度受到影響。一般來說，和保護器選型相關(guān)的測試全部一次性順利完成至少需要兩周的時間，而且堵轉(zhuǎn)溫度實驗通過的話，其余有些實驗可以同時進行。目前根據(jù)本文提出的方法，一次性選配成功率在 70%左右，三次以上才能選配成功的情況幾乎沒有出現(xiàn)過。保護器選配成功率大大提升的同時，作為電器安全最重要的附件，保護器的順利選配，也縮短了整個產(chǎn)品的開發(fā)周期。

3總結(jié)

基于目前空調(diào)壓縮機選配保護器一次性成功率低，匹配周期長的問題，本文從堵轉(zhuǎn)溫度實驗入手，給出了主繞組堵轉(zhuǎn)電流與時間、主繞組溫升與所需時間的關(guān)系公式，并在某壓縮機企業(yè)保護器選配中得到應(yīng)用，保護器一次性選配成功率提高了 30%左右。

參考文獻

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[2]空氣源熱泵低溫適應(yīng)性研究的現(xiàn)狀及進展[J]. 柴沁虎，馬國遠.?能源工程. 2002（05）

作者簡介：楊辰軼（1991年2月24日），男，漢，上海，本科，助理工程師，單位：上海海立電器有限公司.

（上海海立電器有限公司?上海?201206）