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

摘要：基于目前使用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)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(jī)保護(hù)器選擇方法，該方法提高了空調(diào)壓縮機(jī)保護(hù)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(jī)保護(hù)器;選配成功率

1保護(hù)器選擇方法分析

1.1 方法概述

保護(hù)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(jī)公司對(duì)于堵轉(zhuǎn)溫升的實(shí)驗(yàn)要求大同小異。目前行業(yè)內(nèi)選配保護(hù)器多依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和保護(hù)器參數(shù)比對(duì)，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)即新壓縮機(jī)參考已經(jīng)批量生產(chǎn)的相似排量及電流的壓縮機(jī)選配的保護(hù)器，參數(shù)比對(duì)即堵轉(zhuǎn)電流對(duì)應(yīng)保護(hù)器動(dòng)作時(shí)間變化規(guī)律（ST 值），選取相同或相近 ST 值的保護(hù)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于各個(gè)電機(jī)繞組及線路方式的不同，實(shí)驗(yàn)中繞組溫升的速率不同，產(chǎn)生的能量也不同，當(dāng)然保護(hù)器動(dòng)作時(shí)間及繞組的最大溫升也不同，用經(jīng)驗(yàn)及原先數(shù)據(jù)對(duì)比的方法，很可能會(huì)導(dǎo)致繞組燒毀，選配失敗。

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

1.2.1 實(shí)驗(yàn)條件

我們進(jìn)行堵轉(zhuǎn)溫升實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)放置在風(fēng)速不大于 0.5m/s 的環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行;鑒于 3 匹及以下空調(diào)壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)電流在 100A 以下，電壓不超 300V，因?yàn)閴航禃?huì)造成堵轉(zhuǎn)電流波動(dòng)，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(shí)驗(yàn)中電壓、電流的真實(shí)穩(wěn)定性。由于堵轉(zhuǎn)溫度實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dòng)總電阻，代表主繞組啟動(dòng)總漏抗。可以認(rèn)為只要了解，找到啟動(dòng)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(jìn)行計(jì)算得到的：

為電感量;為溫度為時(shí)的電感量;為溫度為時(shí)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(shí)的磁導(dǎo)率;為溫度為時(shí)的磁導(dǎo)率。

因?yàn)橄嗤Y(jié)構(gòu)、材料的電機(jī)，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(duì)應(yīng)溫度變化的關(guān)系。

1.2.3 主繞組溫升對(duì)應(yīng)時(shí)間關(guān)系計(jì)算

本文認(rèn)為，轉(zhuǎn)速為 0 轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)得的電流確定為電機(jī)的啟動(dòng)電流。假設(shè)電流、電壓計(jì)算以 1 秒為一個(gè)步進(jìn)單位，考慮到啟動(dòng)瞬間采集波動(dòng)，從 開始采樣計(jì)算，即電流、電壓第一個(gè)值取的有效值， …以此類推;溫度也采用對(duì)應(yīng)電流、電壓采樣時(shí)間的進(jìn)行記錄，…。本文通過大量實(shí)驗(yàn)、計(jì)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(biāo)cal 為計(jì)算相關(guān)參數(shù); 下標(biāo) test為實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)。

通過計(jì)算，最終選取系數(shù)時(shí)測(cè)試與推算值重合度最高。

因此有單位時(shí)間內(nèi)主繞組溫升公式：

采用上式即可使用迭代法進(jìn)行計(jì)算。

2繞組溫升的余量分析及實(shí)際應(yīng)用

2.1 實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)對(duì)象

保護(hù)器的目的是在繞組達(dá)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(shí)的比對(duì)實(shí)驗(yàn)，到達(dá)繞組所允許的最溫度所需要的時(shí)間，則是余量分析通過堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)。

對(duì)于國(guó)內(nèi) 220V/50Hz 的空調(diào)壓縮機(jī)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(shí)際精度，根據(jù) IEC 決議對(duì)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(jì)算值對(duì)比分析

從計(jì)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(jī)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?yàn)闇囟认嗤猿跏茧娮鑂m0不變。分別加（0.985×U）、（U）（1.015×U）不同電壓時(shí)，繞組最高溫度達(dá)到 200℃所需要的時(shí)間，計(jì)算值對(duì)比結(jié)果見圖1。

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

2.3 實(shí)際應(yīng)用

在國(guó)內(nèi)知名某空調(diào)壓縮機(jī)研發(fā)制造公司，原先單相空調(diào)壓縮機(jī)保護(hù)器堵轉(zhuǎn)溫度實(shí)驗(yàn)一次性選配成功的比例在 40%左右，二次實(shí)驗(yàn)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(jìn)度受到影響。一般來說，和保護(hù)器選型相關(guān)的測(cè)試全部一次性順利完成至少需要兩周的時(shí)間，而且堵轉(zhuǎn)溫度實(shí)驗(yàn)通過的話，其余有些實(shí)驗(yàn)可以同時(shí)進(jìn)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(hù)器選配成功率大大提升的同時(shí)，作為電器安全最重要的附件，保護(hù)器的順利選配，也縮短了整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)周期。

3總結(jié)

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

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作者簡(jiǎn)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）