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冰箱压缩机电机及两器基础知识 封闭式制冷压缩机的内置电动机 开启式压缩机虽有轴封装置，但因存在动密封面而较易泄露。采用封闭式结构，将压缩机和 电动机装在机壳内（或机体内） ，两者使用同一根主轴，即可取消轴封装置。因电动机装在 机壳内，故称为内置电动机。全封闭式压缩机的电动机转子直接压入曲轴，定子铁芯用螺栓 固定在机体上，半封闭式压缩机的定子压入机体内固定。 封闭式压缩机用的内置电动机的工作条件与一般的电动机不同，因而对它有一些特殊的要 求。 一、对内置电动机的要求 除了应符合普通电动机的基本技术条件外，封闭式压缩机用的内置电动机还应满足下列要 求： 1、电动机材料应有良好的耐制冷剂性、耐油性和耐热性。在封闭式压缩机中，电动机处于 与制冷剂和润滑油共存的条件下，而氟利昂制冷剂对高分子材料有较强的侵蚀和溶解作用， 在含油的情况下，这种作用更为严重，因而要求电动机中的槽绝缘垫、定子扎线、端部引出 线套管等有机材料具有在高温、高压、与制冷剂及润滑油共处的条件下不发生软化、膨胀、 溶解或发泡等现象，而且应不易氧化、不易与水作用，保持足够的绝缘能力。一般可采用聚 脂薄膜、涤纶扎带、涤纶套管等。漆包线应满足不同制冷剂的要求，一般采用聚乙烯甲醛树 脂或由环氧树脂，聚氨基甲酸乙脂等数种树脂合成的改性树脂。 由于不同制冷装置运行时，内置电动机绕组的温度水平不同，因而其绝缘等级也不同。国际 规定的绝缘等级有五级，即 A、E、B、F、H 五级。其运行绕组的温度限定值为： A 级绝缘不超过 105；E 级绝缘不超过 120；B 级绝缘不超过 130；F 级绝缘不超过 155；H 级绝缘不超过 175。 2、对压缩机负荷变化应有良好的适应性。在制冷压缩机中，电动机的负荷随运转工况的变 化发生较大幅度的变化。例如：从起动至稳定运转时压缩机的工况变化，冷负荷的骤增或环 境条件的变化等。内置电动机因受结构的限制，必须做到体积小，质量轻，因此它的转子转 动惯量小，它又不可能利用飞轮增加转动惯量（像开启式压缩机那样） ，只能要求内置电动 机有较大的过载运转能力，以适应负荷之变化。 3、耐震动冲击。内置电动机运转时受机械震动力的作用，起动、停车时受电磁力的冲击和 惯性冲击负荷，使定子绕组中导线发生相互摩擦，绝缘薄膜损伤。防止的方法，除了将导线 包扎牢固外，对输出的功率大于 1kw 的电动机绕组采用浸漆处理，以加固绕组。 4、防止绕组温度过高，设置过载保护器。绝大多数的全封闭式制冷压缩机采用两极内置电 动机。这种电动机的结构紧凑，其散热表面较小，从而使电动机绕组的温度升高。为此，除 了加强冷却和使用耐热绝缘材料外， 宜在机壳上或绕组中间设置过载温度继电器， 以保护电 动机。 二、内置电动机的冷却 有些内置电动机用低温吸气冷却。 图 3-100 所示的半封闭式制冷压缩机用低温吸气冷却电动 机。 来自蒸发器的低温蒸气经吸气截止阀流入电动机右侧的空间， 然后从右向左通过内置电 动机，对其冷却后进入气缸。电动机运转时产生的热量，一部分被制冷剂吸收，另一部分通 过压缩机壳体散发至大气中。 在内置电动机用吸入蒸气冷却的封闭式压缩机中， 其电动机功率的配置因与普通电动机在温 1 度特性上的显著不同而有所区别。 普通电动机的温度随负荷的增大而上升， 其最大功率为电 气绝缘材料所能承受的温所限制。 内置电动机的绕组温度， 却由于流过其中进行冷却的蒸气 流量随工况的变化而有所不同。例如：在一台全封闭式压缩机中，当蒸发温度由 40变为 0 时，制冷剂的质量流量增加 10 倍以上，而所输入的电功率只增加 1 倍，结果是负荷增加 后电动机获得更好的冷却，绕组温度降低（图 3-101） 。这说明这类电动机名义功率的确定 与普通电动机不一样。因此，对于高温封闭式压缩机，由制冷剂冷却的电动机的名义功率比 具有相同制冷量的开启式压缩机所配置的普通电动机名义功率一般要小 11/2。 用制冷剂冷却电动机，虽有上述之优点，但制冷剂吸收热量后过热度增加，对压缩机的制冷 量不利。 因此有些封闭式压缩机的吸入制冷剂并不经过电动机。 此时电动机产生的热量经机 壳向大气散发。为提高散热效果，机壳上铸有肋片。在有条件场合，尽量用强制通风冷却机 壳，例如在风冷式冷凝机组中，冷凝器使用的风扇不仅对冷却制冷剂起作用，而且对机壳的 冷却也有作用。 三、单相电动机的起动 单相异步电动机连接单相电源。此电源产生一个脉动而非旋转的磁场，为此需改造电路，使 它在起动或运行阶段具有两相电源的异步电动机。 两相电流在定子空间形成旋转磁场， 带动 转子转动。产生两相电流的方法有两种：1、增加一条由辅助绕组和电容串联而成的电路， 见图 3-102a。主、辅绕组中的电流 I 主、I 辅，及其与电源电压 U 的相位角主、辅，如图 3-102b 所示。2、增加一个辅助绕组，称为电阻分相（图 3-103a） 。相应的电流及相位角见 图 3-103b。 上述形成两相电流的方法， 可以在电动机起动和运行时始终使用， 也可以仅在电动机起步阶 段使用。因为一旦异步电动机转子旋转后，由于其转动惯性及异步之特性，即使切断辅助绕 组之电流，转子也可以继续旋转。 仅在起动阶段使用的辅助绕组， 又称为起动绕组。 由于起动绕组的线径细， 起动时电流又大， 不宜长期通电，所以在电动机起动后，用起动继电器切断起动电路，以保证内置电动机的可 靠运行， 用电流控制起动继电器动作点的称为电流型， 用电压控制动作点的继电器称为电压 型。常见的起动继电器有两种|：1、单臂触点式。2、重锤式。藉助于线圈通电后产生的磁 力与弹性臂弹力（或重锤的重力）之间的相互作用，控制继电器的动作。另一种应用广泛的 起动继电器为 PTC 起动继电器。 该继电器的主要元件是具有正温度系数的 PTC 热敏半导体， 它有许多特性，其中与起动继电器有关的特性是：1、电阻-温度特性。2、电流时间特性。 PTC 元件的电阻-温度特性，系指在规定的测量电压下，元件的零功率电阻值 R 与电阻体温 T 之间的关系。 图 3-104 为 PTC 元件典型的电阻温度特性。 图中 Tb 为开关温度， 对应 的 电 阻值为开关电阻值。开关温度指电阻产生阶跃增大时 的温度。Rp 为平衡点电阻，是对 PTC 元件施加最大工作电压 Umax ，当电阻体温度平衡时具有的电阻值。PTC 元件电阻阶 跃增大之特性是 PTC 起动继电器的物理基础。 PTC 元件的电流时间特性，指 PTC 元件两端加上规定的工作电压时，通过元件的电流 I 与时间 t 之间的关系。图 3-105a 表示交流状态，图 3-105b 表示直流状态。 刚通电时，因元件电阻很低，电流很大。经过一段 很短的时间后，元件温度升高，电阻升 高。当电阻阶跃增大时，电流迅速下降，达到很小的数值。 PTC 元件用于继电器时，应 与辅助绕组串接。起动后，当元件的电阻远大于辅助绕组的阻 抗时，通过辅助绕组的电流很小，几乎呈不通电状态，相当与辅助绕组的电路被切断。 起动继电器的主要技术参数包括起动电流、起动时间、耐电压和恢复时间等。起动电流即初 始电流； 起动时间指电流降至初始电流一半时经历的时间； 耐电压指元件短时间能承受的最 大不破坏电压；恢复时间指元件断电后，电阻值恢复到规定值需要的时间。PTC 元件的起 动时间与环境温度有关。图 3-106 表示了一种 PTC 元件的电流时间特性与环境温度的关 2 系。由图可知，当环境温度 Ta 由-10变化到 60时，起动时间几乎变化了一倍，因而在 选用 PTC 元件时，应考虑不同地区的环境条件。 在各种压缩机中，根据起动时所需起动转矩之大小，以及对起动电流的限制，采用不同的起 动方式。 1、电阻分相起动方式（RSIR） 图 3-107 给出 RSIR 分相起动方式，其起动电路由主绕 组 1、 辅绕组 2 和电流继电器组成。 电流继电器中含有线圈 4 和弹性臂 5 （或重锤） 。 起动时， 通过线圈 4 的电流很大，弹性臂 5 闭合辅助绕组 2 工作，电动机旋转。随着电动机转速的提 高，主绕组 1 中的电流迅速下降，弹性臂 5 打开，辅助绕组停止工作。 RSIR 起动方式的起动扭矩较小，起动电流大，因而效率较低，只用于带毛细管的小功率制 冷机中。 2、电容起动方式（CSIR） 电容起动电路图见图 3-108。起动时，辅助绕组 2 的电路接 通，一股电流经起动继电器 4 顶部的触点、起动电容器 3、辅助绕组 2 和电动机保护装置 5， 另一股电流经主绕组 1 和电动机保护装置 5。起动后，继电器顶部的触点断开，辅助绕组不 再工作。 电容起动方式的起动转矩比电阻分相起动方式的起动转矩大， 且起动电流小， 结构比较简单， 在 300W 以下的小型制冷装置上广泛应用。 3、电容运转方式（PSC） 电容运转方式电动机在起动或运转中，把同一个电容器连接 到辅助绕组的电路上（图 3-109） 。这种运转方式的电路中无起动继电器，电容器主要按电 动机额定工况配置。电容运转式电动机的起动转矩较小，但随着转速的增加，转矩增加。电 容运转式电动机的功率较高，其负荷主要由主绕组承受，辅助绕组只承受小部分，因而其过 载负荷容量小。加大电容量后，辅助绕组承担的负荷增大，过负荷容量有些增加。但电容器 容量不能太大， 否则在空载和轻载时能效比降低。 PSC 主要用于起动负荷转矩小的压缩机上。 4、电容起动电容运转的方式（CSR） CSR 电路有两种： （1）带 PTC 继电器； （2）装 有电压继电器。 （1）带 PTC 继电器 其电路如图 3-110 所示。 起动时，一股电流经起动电容器 5、PTC 继电器 6、辅助绕组 2 和电动机保护装置 3（此时 运行电容器 4 与起动电容器 5 并联） ；另一股电流经主绕组 1 和电动机保护装置 3。起动后， 由于 PTC 继电器的作用，起动电容器不再工作。两个电容器在起动时同时起作用，增大了 起动转矩。正常运转时只有运行电容器工作，电动机能以高功率因数运转，提高了效率，但 电路较复杂，成本高。 （2）带电压继电器 带电压继电器的 CSR，其电路如图 3-111 所示。 起动前， 电压继电器两端无电压， 带接点的弹性臂 6 处于闭合状态。 起动时， 最初因转速低， 辅助绕组两端的电压上尉达到必要的数值，故弹性臂 4 仍然关闭，起动电源器 7 工作。随着 转速的增加，辅助绕组两端的电压（即线圈 5 两端的电压）升高，并在转速接近额定值时， 达到设定的数值，弹性臂受到相当大的吸力，接触点断开，切断起动电容器。电阻 8 与起动 电容器并联，该电容器的电路切断后，通过电阻 8 放电。运行电容器 9 在起动时以及正常运 行时均工作。 表 3-2 中列出了全封闭压缩机用单相电动机的起动类型及相应特性。 表 3-2 全封闭压缩机用单相电动机类型与特性 3 一压缩机电机简介。 1压缩机电机特点。 冰箱、冷柜压缩机用电动机，一般为单相异步电动机。与常规单相或三相交 流通用电机相比，它具有以下特点: 结构简单，运行可靠，价格低廉。 效率高。 绕组温度低，可减少压机进气过热。 运转于制冷剂和润滑油之中，线圈和绝缘材料具有抗制冷剂和抗异常高 -+气隙均匀性。 2电机类型。 单相异步电动机有以下四种类型: 电阻起动型 (RSIR)。 0 电阻起动异步电动机，定子上有主、副两套绕组，它们的轴线在空间相隔 90电角度。副绕组与起动器串联后和主绕组并联到同一电源上。如图 1 所示。 当电机转速上升到 75-80%同步转速时，起动器断开，只有主绕组工作，将转子 拖到额定转速。 这种电机具有中等的起动转矩和过载能力。 起动电流较大， 其起动性能稍差。 电容起动电动机 (CSIR)。 如图 1 所示，起动绕组与起动电容，起动器串联后和主绕组并联到电源上， 如果电容器选择适当，可使副绕组起动电流正好超前主绕组 90，电机可得到 较大的起动转矩，较小的起动电流。因而起动性能好。 电容运转电动机 (RSCR)。 副绕组与电容串联后，不仅在起动时起作用，而且与主绕组一起长期参加运 行。它实际上是一种两相电机。适当选择电容器容值和副绕组匝数，可使电机具 有较高的效率和功率因数。一般电容运行电动机效率可提高 5%左右。但这种电 机的转矩较低，不能直接用在压缩机上。可在电容器上并联一起动器，使电机仍 为电阻起动，提高起动转矩。如图 1 所示。 电容起动电容运行电动机 (CSCR)。 为使电动机具有较好的起动性能和运行性能， 将起动电容和运行电容同时加 在副绕组上，起动电容串上起动器，在起动时工作。运行电容则在起动，运行时 均参与工作。这种电机具有较好的起动性能，过载能力强，效率和功率因数高， 噪声低。但由于它用了两个电容器，增加了成本，也增加了故障点，故一般压缩 机上不采用。 二电动机性能。 1. 安全性能。 安全性能是对电动机的基本要求。一般包括：电气强度、对地绝缘电阻、匝 间耐压等。这些性能都是关系到压缩机整机性能和使用者人身安全的，因此不能 有一项缺陷。 电气强度： 电气强度是指导线与外壳 （或硅钢片） 之间所能承受的电压。 试验室用 1500V 电压加在绕组与硅钢片之间，历时 1 分钟，要求绝缘层不被击 穿。生产线上为适应流水线节拍，用 1800V/1S 等效代替。 匝间绝缘介电强度：考核漆包线的绝缘层（漆膜）的耐压能力。通过与 标准定子的脉冲波形比较，还可以检查绕组的通断、匝数等。如果匝间绝缘强度 4 不够，会引起匝间放电，产生电弧，烧毁线圈，并可能造成电机漏电。 绝缘电阻：绝缘电阻过小，即使在正常工作电压下也会产生较大的漏电 流，危及人身安全。 2. 工作性能 机械特性：机械特性是指电动机的转矩和转速的关系曲线，它可表明电 动机的过载能力。机械特性“硬” ，即转矩随转速变化小，电机过载能力差；机 械特性“软” ，随着转速的下降，转矩有较明显的提高，电机过载能力强。有时 这种特性也称为“牛马特性” 。 起动性能：主要指起动转矩和起动电流。测试时用堵转转矩和堵转电流 来代替。起动转矩大于电动机的制动转矩时，电机才能起动。起动转矩的大小与 电压的平方成正比，故它还直接影响电机的低压起动性能。起动电流的大小则涉 及到对电网的冲击和干扰，并直接影响两器的工作性能。 效率： 即电机的输出功率与输入功率之比。 随着对家电节能要求的提高， 压缩机厂家对电机的效率要求也越来越高。由于电机的参数之间是互相影响的， 要在其它性能不变的情况下提高效率不是一件容易的事。 电机厂家可通过增加硅 钢片叠厚以降低磁密，硅钢片退火以降低铁损，提高转子铸铝质量以降低转子铝 损耗等方法来提高电机效率。我公司使用的电机效率在 75%80%之间，带运行 电容的高效压缩机电机效率更高。 功率因数：功率因数 COS=P/UI，表明电机对电网电能的的利用率。电 机的线圈是一个电感，而电感是储能元件，当正弦波形在“0”时，线圈就会把 自身储存的能量反还给电网，这一部分能量是不能被电动机利用的。电机的功率 P=UICOS即指有功功率，还有一部分为消耗在电网和电机回路上的无功功 率 P=UISIN。功率因数越高，电网电能利用率越高。单就电动机来说，功 率因数与其节能无关。 转速：我公司使用的电机为两极电机，其同步转速为 3000r/min，额定转 速大于 2910r/min。电机的转速低，则影响压缩机的制冷量和润滑油的供给，并 且，转速越低，压机的振动越大。 三两器 1.起动器 现在小功率压缩机用起动器有重锤起动器和 PTC 起动器两种。 重锤起动器价 格低廉，容量范围大，使用较为普遍。但其可靠性差，寿命短，工作时有振动和 噪声，有电火花产生，现逐渐被无触点开关 PTC 起动器取代。PTC 全称正温度系 数热敏电阻，它克服了重锤起动器的上述缺点，改善了压缩机的起动性能。受材 料限制，PTC 不能用于大功率电机的起动，一般用于小于 400W 的电机；PTC 长期 能参与电机的运行，其自身发热要消耗一定的功率，使电机效率稍有下降；这是 它的两个缺点。 重锤起动器工作原理如下图 2 所示，电磁线圈串联在主绕组中。起动前，重 锤因自身重力作用，使动、静触点分开；起动时，由于电机起动电流较大，电磁 线圈的产生较大的电磁力，重锤在电磁力作用下，克服自身重力和弹簧弹力向上 运动，使动、静触点闭合，副绕组接通，电机起动；而后，电机保持较小电流运 行，电磁线圈产生的电磁力小于重锤重力，重锤落下，触点分开，副绕组断开， 起动完成。 重锤起动器的性能参数有最大吸合电流，最小释放电流两个。其最大吸合电 流要小于电机的起动电流，起动时才能吸合，接通副绕组，而最小释放电流要大 5 于机电机的运行电流，电机起动完成后，起动绕组才能断开。起动器起动时