关于机外静压对风管式热泵空调输入功率和电流的影响分析

万行沛 马洁丹

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

风管式空调机组由于隐藏安装、美观大方、节省空间等特点，越来越深受消费者的喜欢，渐渐取代传统分体空调进入了人们的生活。不同的用户安装环境各不相同，导致安装风管长度也不相同。为保证机组的制冷、制热能力，风机转速需要相应的调整，来保证送风扬程，从而产生不同的机外静压。IEC 60335-1中，铭牌要求标出器具的额定功率或额定电流，且对器具在正常工作温度下的输入功率和电流与额定输入功率与电流之间的允差有要求。本文通过分析不同机外静压和风速条件下风管式空调机组电气安全输入功率和电流的测试结果，总结机外静压对空调输入功率和电流的影响规律，供设计和检测人员参考。

1 风管式空调机组常见概念

风管式机组的安装涉及风管管道，而进风或出风的带风管机组，在正常运行时，进风或出风风口受限，因而风管管道会对进风或出风产生阻力，且风管管道内会产生一定的压力。对于带风管的机组，一般涉及以下几个概念：

1）全压（PT）：所谓全压就是静压与动压之和，在使用上常以kgf/m2或mmaq来表示。在风机中全压值是属固定，并不会因风管缩管而产生变化。

2）静压（Ps）：所谓静压就是流体施加於器具表面且与表面垂直的力，在风机中一般是由於重力与风扇之推动所造成。具体来讲，静压就是把风机开到最大档位，封住风的出口，风箱里的压力增大。

3）动压（Pv）：所谓动压就是流体在风管内流动之速度所形成之压力，在使用上常以kgf/m2或mmaq来表示。

全压（PT）=静压（Ps）+ 动压（Pv）

风速v2=2*动压(Pv)/ 密度ρ

风量（Q）=风速（V）×截面积(A)

机组生产出厂后，全压相对不变，根据不同的安装使用环境风管的管长会出现相对差异，静压值也因此出现变化，从而影响了风管机组的动压。动压与风速呈正相关关系，大静压下，动压相对减小，风量、风速也相应减小。风量、风速是用户体验的一个重要考量指标，静压变化对电气安全输入功率和电流也有一定的影响，本文对出风风口带风管的风管空调进行测试分析。

2 常用电机原理及调速方法

风管式空调是通过改变内风机电机转速来满足各静压条件下空调的使用效果，不同类型的电机调速原理也各不相同。公司目前使用的直流电机为无刷直流电机和L型、T型及PG交流电机。

2.1 工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

无刷直流电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器组成。它和直流电机有着很多共同点，定子和转子的结构差不多，绕组的连线也基本相同。但是，结构上它们有一个明显的区别：无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流，则电机只能产生不变的磁场，电机不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。

交流电机定子绕组中通入交变电流，会产生旋转磁场。初始启动转子转速从零开始，与旋转磁场的相对运动速度较高，会在转子导体中产生感应电流，转子导体感应电流产生的磁场与定子绕组旋转磁场相互作用，从而使转子转动起来

2.2 风机调速方法

PG交流电机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，改变交流风机机的最大转速需要变频器改变频率。对于L型、T型交流电机而言，通过改变接入电路的绕组值大小，来改变风机的转速。而对于直流电机来说，它的供电电压是直流输入，可以用PWM技术控制，PWM是一种占空比可调节的信号，通过改变输入的电压/电流，或者励磁电压/电流，直流电机可以实现无极变速，不需要其它设备的配合。

PG交流电机和直流电机均可以通过改变电路的信息（PWM信号）进行风速调节，可调的级数较多。而L型、T型交流电机在机组接入电路后，风档通过电路中更换接入的绕组抽头实现调速，可调节级数受绕组抽头限制。

3 机外静压对输入功率与电流的影响

3.1 标准理解

输入功率是指设备所吸收的功率。对于电器设备而言，输入功率等于输入电压于输入电流的乘积，IEC 60335-1中，输入功率和电流的测试是在正常工作温度下进行进行测试，也就是在器具正常工作时的最大功率和电流。输入功率和电流的参数为电器安装电源线线径的选择提供了参考，当使用者按铭牌额定电参数选择供电电源和电源线，但器具实际输入功率和电流却过大时，有造成的电击、火灾等安全风险。风管式空调机组在实际使用安装时，风管长度不一，静压各不相同，研究不同的静压对风管机输入功率和电流的影响，避免错误选型安装出现用户体验不佳和电气安全隐患问题。

3.2 静压变化对直流风机风管机输入功率和电流的影响

目前市场采用直流风机风管机的机型，考虑到实验室环境和实际安装的差异性，测试环境下会调整风机所能达到的最大风档限值，风机最大风档的设定的不同，风机能达到的最大转速也不相同。以下将对比最大风档和机外静压变化时电气安全输入功率和电流的测试结果，并对其进行分析总结。

3.2.1 直流多联风管内机

多联风管内机一般采用的是直流电机，根据多联机特点，单独考核静压对多联风管内机的影响。以A机型多联风管内机为例，在最大风档设定为5档，风机调到最高转速时，分别测试0 Pa静压和50 Pa静压下机组的输入功率和电流，结果如表1。

由表1测试结果可以看出，在制冷和制热模式下，风机最高转速（最大风档）不变的情况下，直流多联风管内机的输入功率和电流随着静压的增大呈现降低的趋势，风量也出现较为明显的降低。

在相同最大风档条件下，机组的全压（PT）保持不变，随着机外静压的加大，动压（Pv）减小，风量也同样减少。虽然机组输入功率和电流都有所下降，但空调的使用效果也同样变差了。如果要保证在大静压环境下的使用效果，必须加大风机转速，也就必须选择更大的风机最大风档位来提高最大风机转速限值。

不同安装静压对应风机最大风档的调节是在研发测试阶段调节参考的，对于用户来说，只能在设定最大风档允许的最高风速及以下范围进行风速调节，能达到的最大风机转速相对是固定的。

同以多联内机A机型为例，对比在80 Pa静压下、最大风档设为7档时与静压50 Pa、最大风档设为5档时的测试结果对比，结果如表2。

从表2测试结果可以得出，由于机外静压增加的同时也加大了机组最大风档的设定，最大风机转速相对增加，大静压条件下风量变化不大，但输入功率和电流都出现较大增加。

因此，对于多联风管式内机， 风机最大风档档位的设定对内机输入功率和电流的影响较大，设定的最大风档越高，用户能使用到的风机最高风速越大，而最高风机转速对内机输入功率和电流有明显的影响。

3.2.2 一拖一式直流风机风管机

一拖一式风管机不同于多联机，根据其特点，需要考核机外静压变化对其内外机输入功率和电流的影响。针对采用直流电机类型的此类机组，对B机型进行相关测试对比。在最大风档设定为5档，风机调到最高转速时，分别测试0 Pa静压和50 Pa静压下机型B的输入功率和电流，结果如表3。

由表3测试结果可以得出，相同最大风档条件下，随着机外静压的加大，风量大幅度减小，内机输入功率和电流呈现和多联内机同样变化，即静压越大，输入功率和电流越小。而外机在制冷模式下输入功率和电流则随着机外静压的增加出现减小，制热模式有所增加。

表1 机型A输入测试数据

表2 机型A输入测试数据

表3 机型B输入测试数据

再对机型C进行相关实验对比，分别在0 Pa和150 Pa、风机最大风档设定与说明书要求匹配时进行输入功率和电流测试，测试结果如表4。

由表4测试结果可以看出，随着机外静压的增加，内机输入功率和电流都出现较大的增长，而外机输入功率和电流则有所降低，但幅度较小。并且由于最大风档的增加，风机能达到的最高转速相对增加，机组的出风风量大小相对变化不大。

通过表3、表4数据对比可以看出，在制冷模式下，内机在风档最大、0 Pa运行环境下时输入功率和电流最大，外机输入功率和电流则在风档最小设定、0 Pa时最大。制热模式时内机在风档设定最大、0 Pa时输入功率和电流最大，外机则在风档设定最小，最大静压时出现最大输入功率和电流。但此时风档设置与设计指导安装要求出现不一致。

结合IEC 60335标准，机组应在正确的工作条件下进行测试。按要求正确安装时，最大风档限值设定需考虑机外静压的因素。此时内机最大输入功率和电流点出现在说明书允许的最大静压使用环境以及对应最大风档测试条件下，而外机最大输入功率和电流点则出现在说明书中最小风档和静压测试环境下。

3.3 静压变化对交流风机风管机输入功率和电流的影响

交流风机风管机类型电机大多采用T型交流电机，通过改变接入电路的绕组值大小来改变风机转速，从其工作原理以及调速方法中可以了解到，对于此类风管机机型，实验测试阶段无法调整允许最大风档值的，最大风档是相对固定的。以一拖一式风管机为例，对于此类机型，分别测试0 Pa和25 Pa以及60 Pa静压时机型D的输入功率和电流，结果如表5。

由表5测试结果可以看出，由于此类机型最大风档档位相对固定，风机能达到的最大转速不变。随着机外静压的增加，风量减小，内机输入功率和电流也出现降低。而对于外机来讲，在制冷模式下，机外静压增加，内机风量减小，整机负荷也相对变小，外机输入功率和电流也出现降低。在制热模式下，由于风量的降低，相当于冷凝侧换热变差，系统高压会变高，外机输入功率和电流出现升高。

对于采用交流风机风管机，电气安全输入功率和电流制冷模式时应该在安装允许的最小静压值条件下测试。制热模式由于内外机变化规律相反，内机输入功率和电流随静压增大而减小，外机则出现增加，此时需要综合考量低静压和高静压时的测试结果。

表4 机型C输入测试数据

表5 机型D输入测试数据

4 总结

输入功率和电流是电器电气安全的一个重要考核点，通过改变最大风档以及机外静压对风管式热泵空调电气安全输入功率和电流测试并分析，其结果呈现一定规律。

1）对于内机采用直流风机类型风管机，直流风机在选择相同最大风档条件时，随着机外静压的加大，风量明显降低，内机输入功率和电流也随之降低。而外机输入功率和电流在制冷模式下随着机外静压的加大相对减小，制热模式则有所增加。空调机组正常安装使用时需正确选择最大风档型号，机外静压增加，其最大风档值也需增加，内机输入功率和电流也随之增加，外机输入和电流出现降低。因此在电气安全输入功率和电流测试过程中，内机最大功率点出现在安装要求允许的最大静压使用环境以及对应的最大风档测试条件下，外机最大功率点则出现在安装要求最小风机风档和最小静压环境下。但对整机来说，则需要综合考量风档、静压变化对内外机的影响。并且在用户现场安装时，必须严格按照风机最大风档要求选择型号，要避免风机最大风档和静压的选择不匹配，否则有使用效果差被用户投诉和其它电气安全风险。

2）对于内机采用交流风机类型风管机，T型交流电机风机最大风档无法调节，用户安装时也一般会有允许安装的静压范围，在安装指导文件中必须明确允许的静压安装偏差。根据测试结果分析可知，对于采用交流风机类型风管机组，内机电气安全输入功率和电流测试需要在最小允许静压测试环境下进行，而外机制冷模式时选择最小允许静压测试环境，制热模式时则选择最大允许静压测试环境。同样，整机输入功率和电流需要综合考量内外机的变化。电器产品电气安全输入功率和电流测试结果的不准确不仅对于铭牌额定值的确定造成影响，还会对用户机型的选择造成误导，当用户供电电源选型不匹配时，留下电气安全隐患造成危险。