直流变频制冷压缩机绕组温度测试研究

刘桂平，祁 伟，林康桂，叶金旺，左双全，罗承武

(珠海格力电器股份有限公司，珠海 519070)

1 引言

压缩机绕组温度是判断压缩机系统能否安全工作的重要指标，绕组温度的测量也较为复杂[1]。压缩机绕组作为电机的主要部件，绕组温度被用于考核被测压缩机所用绝缘材料、生产工艺能否满足正常工作及设计寿命的要求[2]。但是由于直流变频压缩机的技术特性，压缩机获得的电能是经过整流桥和IPM模块处理过的，并且通入压缩机三相的通电顺序是不断变化的。本课题的重点是研究直流变频制冷压缩机绕组温度的测试方法及压缩机绕组温度与制冷剂充注量之间的变化规律。

2 绕组温度的测试原理与方法

电机绕组温升的测量方法有很多。常用的有温度计法、电阻法、叠加法、埋置检温度计法和红外测温法。

(1)温度计法

温度计法是将温度计的测温元件直接贴附在被测元件上获得其温度的直接测温法，所得温度为测量点的局部温度值。

(2)电阻法

电阻法是利用金属导体在一定的温度范围内，其电阻值与温度之间存在一定的数学关系的原理，通过测量导体电阻值的变化情况来计算温度变化的一种测温方法。

(3)叠加法

叠加法实际上也是电阻法，只是它是在电机通电运行的工作状态下直接测量电阻绕组的电阻值，也称为“带电测量电阻法”，和电阻法相比，从理论上来讲，其测量值应是电机实际运行状态时的数值，所以要比上述电阻法准确。

(4)埋置检温度计法

埋置检温度计法是用埋入电机内部的检温计作为温度传感元件，将所得温度信号通过导线传到外接的配套仪器，从而显示出被测元件温度的一种测温方法。

(5)红外测温法

红外测温法较适用于电机表面和外露元件(如集电环、换向器等)温度的测量。

3 实验制品的准备与实验方案

3.1 实验制品的准备

为了更准确的测试直流变频制冷压缩机绕组的温度，所以采用尽可能多的方法同时验证。但是由于变频控制器的存在，使得叠加法不能用于绕组的测试，同时红外测温法由于空调外壳的存在并且与温度计法有着相同的测试效果，所以可以用温度计法替代。本实验采用温度计法、埋置检温度计法和电阻法3种方式：

3.1.1 温度计法

温度计法是最简单的一种方法，实验过程中在被测压缩机上布置了6个热电偶，与气液分离器俯视方向90度的线上分别布置了上、中、下3个，与气液分离器俯视方向180度的线上布置了上中下3个，通过这6个热电偶的布置，可以大概了解压缩机最高的温度处于哪个区域并且可以预估出压缩机内部绕组的温度。

3.1.2 埋置检温计法

本实验在压缩机内部埋置了3个热电偶来测试压缩机内部的温度，热电偶埋置在绕组的下部，分别位于压缩机的U、V、W三相绕组中。

3.1.3 电阻法

由于压缩机在运行过程中绕组会有电流通过，所以压缩机在运行过程中是不能测试出绕组的阻值的，实验过程中设计了图1中的测试方法来测试直流变频压缩机的电阻。

图1 测试变频压缩机绕组阻值的方法

在变频模块和压缩机之间加装一个倒向开关，倒向开关导通时变频模块能顺利的向压缩机中通入电流，使压缩机正常运转，待运转一段时间后绕组的温度已经趋于稳定，倒向开关转向使压缩机与变频模块之间开路，绕组便直接与精密电阻测试仪接通，可以在精密电阻测试仪上直接读出绕组的阻值，同时也用精密万用表对精密电阻仪进行对比校核，测得阻值后还要根据绕组温度计算公式(1)计算绕组温度:

式中:T—绕组温度

R2—试验结束时温度为T1时的定子直流电阻值;

R1—试验开始之前温度为T0时的定子直流电阻值;

T1—测试R1时周围环境的温度;

K—绕组系数，当绕组为铜制导线时取235，如果是铝制导线取225。

3.2 实验方案

3.2.1 测试工况：

表1 实验测试工况

3.2.2 测试方法：

样机从100%冷媒逐渐减小到85%、80%、75%、70%、65%、60%、55%、50%、45%、40%、35%、30%、20%、10%，依次测试表1中的工况，样机稳定运行至绕组稳定后导向开关导向测试绕组阻值并计算绕组的温度。

图2 高温工况制冷

4 实验数据整理与分析

4.1 测试数据整理

测试过程中的数据量比较大，在整理数据中舍掉一些相对次要的数据，在数据分析中仅选用排气、90度壳体中下部、180度壳体中下部、埋置热电偶温度最高的一项、万用表绕组计算仪、电阻测试仪测得阻值计算温度。

4.2 测试数据分析

图2至图7为各个工况下几个重要的温度参数随着冷媒减少时的温度变化曲线。

通过对上述6幅曲线图的分析，基本上可以得出以下结论：

(1)所有的温度参数点基本上都能保持相同的变化规律，基本都是随着冷媒的减少温度逐渐升高，待冷媒减少到20%至40%后温度达到最高，之后温度骤降。

(2)在65%冷媒灌注量之前，温度变化较为平缓，在65%到30%的变化区间，温度上升非常明显，所以在30%至65%灌注量的情况下压缩机温度变化较为明显。

(3)各项温度中发现采用埋置温度计法的温度是最低的，分析其原因是由于埋置点位于绕组周围，其温度测试并不能直接体现绕组的温度，而是从压缩腔出来的排气的温度。

图8为各个工况随着冷媒灌注量的变化曲线，从图中可以看出绕组温度随冷媒的变化规律，基本上还是遵循冷媒减少温度上升，待冷媒减少到20%至40%时温度处于最高点之后急剧下降；基本结论如下：

图3 额定工况制冷

图4 低温工况制冷

图5 高温工况制热

图6 额定工况制热

图7 低温工况制热

(1)各个工况下随着冷媒减少，温度上升的斜率不一样，其中低温制热的平均斜率最大，高温制冷的斜率最小，说明高温制冷工况下冷媒减少导致绕组温度上升的影响要远远低于低温制热。

(2)冷媒灌注量大于45%时，绕组温度最高的工况是高温制冷工况，但是当冷媒灌注量低于45%时，绕组温度最高的工况是低温制热工况。

(3)高温制热工况下，绕组的温度是最低的，这是由于在该工况下样机设定频率较低所致，所以样机运行频率在缺氟的情况下对绕组的影响是最大的。

图8 各个工况下绕组温度随冷媒的变化曲线

5 结论

(1)随着冷媒的减少绕组温度逐渐升高，待冷媒减少到20%至40%后温度达到最高，之后温度会有下降。所以绕组温度最高点应该是冷媒灌注量在20%到40%之间，若出于保护绕组的目的设置保护，应该在冷媒灌注量20%至40%范围内及时保护。

(2)验证过程中发现，在冷媒灌注量较小的情况下，低温制热工况的绕组温度是最高的。所以出于绕组保护目的的保护更应该加强对低温制热的研究。

(3)研究发现，在压缩机与气液分离器俯视成180度夹角，距离压缩机底部5～10cm的位置为压缩机的最高温度位置，该位置测试的温度与绕组测试的温度偏差在5℃左右，所以该位置的温度可以预估绕组的温度并且在采用其他方法测试绕组温度时可以核准测试的准确性。

(4)本实验采用了埋置温度计的方法研究绕组的温度，但是发现该种方法不能适用于制冷压缩机，埋置的热电偶温度并不能直接反应绕组的温度，原因是由于埋置点位于绕组周围，其温度测试并不是绕组的温度，而是从压缩腔出来的排气及绕组温度的综合温度。

[1] 董改花．电机绕组温升的测量与计算[J].微特电机，2011，(9)：37-39

[2] 王复华．多电飞机及其发展状况[J]．航空制造技术，2008，(9)：54-55