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低电压对空调整机的影响

低电压对空调整机的影响

1引言
     随着空调使用的越来越普及,空调开始进入千家万户。但是目前,在我国部分地区(特别是农村)的电网电压偏低,尤其是在炎热的夏天,用电高峰期时这个问题表现的更加突出。在国外,有一些国家岛屿较多,在岛屿上主要靠发动机发电,这些地区不仅电压偏低,还可能出现电压急降急升的现象。空调器长期在此种电压环境下工作,可能造成较多的售后质量问题。为此,本文针对电压偏低的情况对空调整机的影响做了相关的试验研究,分析了其对空调整机在可靠性和振动方面的影响,并给出了相应的解决措施。
 2 低电压对空调可靠性的影响
2.1低电压运行对空调可靠性的影响
空调系统中除了指示灯、控制器外,还有内机电机、外机电机、压缩机、变压器、电容器等。其中内机电机、外机电机、压缩机都是异步电动机,且为最主要的用电元器件。在供电电压波动时,研究空调系统的的电流波动和可靠性可以直接简化为研究异步电动机的电流波动和可靠性。
当给空调整机供电的电压下降时,电机的负载P2将会增大,根据异步电机的运行特性曲线(如图1)可以知道:此时异步电机的电磁转矩Tem及定子电流I1随负载增大而增加,故空调整机的电流也会增加。[1]以一款额定制冷量为3500W的机型为例,在相同整机相同工况下仅电压不同时,测试的结果(如表1)证实上面的分析是正确的,即电压降低的情况下,整机功率升高,电流升高。
 


图1 电机的运行特性曲线
I1:定子电流;Tem:异步电机的电磁转矩;N:转子转速;η:电机效率;P2:为输出功率
表1  同一机型不同电压的对比
试验项目
电压(V)
电流(A)
功率(W)
吸/排气(℃)
吸气压力(kgf/cm2)
最大运行制冷
220
5.96
1338
8.1/87.4
5.01
最大运行制冷
207
6.8
1392
14.5/94.6
5.67
压缩机在运行过程中,压缩机电机是依靠冷媒的流动来进行降温的。从上面的分析及表1可以看出:电压降低时,整机的电流增大,电机及压缩机的电机温度会升高,此点从吸、排气的温度升高可以直接进行体现。在电机行业中存在一个普遍的“逢8减半”的规律,即电机温度升高8℃,电机的寿命将会减半。所以空调器整机长期在低电压下工作,将对整机的寿命有较大的影响。
2.2电压急降对空调可靠性的影响
压缩机电机的工作原理如图2所示,其中i1为经过主绕组的电流,i2为经过副绕组的电流,经过压缩机的电流:公共端电流等于i1和i2之和。在电压降低时,主绕组的电流呈升高趋势,副绕组的电流呈下降趋势(如表2数据所示)。特别是在电压急降降至压缩机闷机时,副绕组的电流降到很低,接近于零;主绕组的电流升的很高,接近于堵转电流(如表3所示)。
 


图2 压缩机电机的工作原理图
 表2  同一机型不同电压的主、副相电流对比
运行状况
电压(V)
主相电流(A)
副相电流(A)
公共端电流(A)
稳定运行
220
9.5
5.6
13.1
稳定运行
200
10.8
4.7
13.8
稳定运行
180
12.7
3.9
15.4
稳定运行
170
15.2
3.6
17.9
稳定运行
160
20.4
3.0
22.5
 表3  同一机型电压急降时的主、副相参数对比
状况及电压(V)
主相电流(A)
主相绕组(Ω)
主相温度(℃)
副相电流(A)
副相绕组(Ω)
副相温度(℃)
开机前
/
1.0083
27.8
/
3.885
27.8
220
9.5
/
/
5.6
/
/
急降至140
40
1.3026
114
0.3
4.382
61
由表2和表3的数据分析为:当电压由额定电压瞬间降至极低电压时,压缩机会进入闷机堵转状态,此时因为电压很低,电流较高。由于堵转,副相电流很低(接近零),堵转电流基本集中在主相而使主相绕组迅速升温,而副相电流小则发热少,纯粹依靠主相传热。此时如果压缩机的过载保护器放置在副相绕组上,那么过载保护器感受到的温度会达不到保护温度而对压缩机不能起到有效保护的作用。随之带来的后果是:主相绕组在反复多次大电流和高温冲击之后,漆包线绝缘层会急剧老化,最终出现整体过热烧毁的现象。
 3 低电压对空调振动的影响
在成本的巨大压力下,各压缩机厂家纷纷进行降成本项目,导致压缩机在电压波动情况下运行状况不稳定,振动偏大,压缩机振动和管路应变随着电压的降低而呈升高的趋势(如图3所示)。特别是在电压急降的情况下,压缩机的振动情况更是明显。我们以一套05K的单冷机为例,在电压突降5V时,发现应变值在5秒内升高30μ左右,之后又慢慢回落,最后振动情况可以稳定一致(如图4所示)。
 


图3 管路在不同电压下的应力值
 


图4 管路在电压突降时的应力变化
管路在运行过程中受到的应力是指压缩机正常运转过程中由于压缩机转子的不平衡和流体的冲击产生的振动引起铜管弯曲产生的应力。[2]由图3和图4可以看出,在电压降低的情况下,压缩机的负载变大后,压缩机的振动及管路中的气流脉动变大后,导致管路的应力应变变大,特别是在电压急降情况下,管路受到的冲击较大。管路系统长期在此受力较大和冲击较大的情况下运行,极易发生断管的可能。
 4 解决低电压对空调整机系统影响的应对措施
(1)首先要分清造成电压低的原因,是因为电源线径过小造成的电压下降还是因为电网供电的原因。如果用户的进户线不足2.5平方,而家里电器又多,那么一定要换进户线,且空调供电最好能够单独布线。如果是因为电网电压低,可以考虑加装稳压器。
(2)对于自行发电的使用场合,为了避免电压的急降急升可以加大发电机的容量,或者加装稳压器来提高电压的稳定性。
(3)对于电压一直较低的特殊使用场合,也可以考虑有针对性的开发一些特殊的空调器。以一款单冷05K机型为例进行研究开发,通过调整压缩机、整机的设计,使整机系统在降低电压的过程中电流、功率及相关系统参数的变化不大,可以正常运行(对比数据见表4)。另外,对吸气管、排气管、冷凝器进管等选取6个振动最大的点进行应力应变测试,发现在降电压的过程中,应力应变值变化不大(如图5所示),可以保证管路系统的长期可靠性。
表4  同一机型不同电压的对比
试验项目
电压(V)
电流(A)
功率(W)
吸/排气(℃)
吸/排气压力(kgf/cm2)
最大运行制冷
198
2.99
585
14/ 90.79
6.37/23.68
最大运行制冷
182
3.32
590
14.6/ 92.57
6.45/23.85
 


图5 管路在电压突降时的应力变化
5结论
(1) 低电压运行及电压突降对房间空调器整机的可靠性、寿命、振动都有较大的影响。
(2) 空调器长期在低电压下运行将会导致压缩机、电机的温度升高,寿命降低;导致管
路长期在较大应力下运行,容易达到疲劳极限。
(3) 电压急降过程中如果压缩机的过载保护器不能有效进行保护,压缩机的电机漆包线
将会出现迅速老化、起泡的可能,最终导致压缩机烧毁。
(4) 对于抗电压变化较差的空调器,电压急降对压缩机的振动影响较大,管路受到的冲
击也较大。
(5) 加大电源线线径、给空调器单独供电、加装稳压器等都能有效提高电压的稳定性。
(6) 针对特殊场合,开发有针对性的空调器是最有效也是最容易控制的解决方案。

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