中央空调压缩机内置电机冷却问题探讨

摘要：文章阐述了全封闭和半封闭空调压缩机内置电机的发热因素，说明散热不良的危害及应采取的保护措施，引用实例提出了两种常见的空调压缩机内置电机的冷却方式，并分析了不同冷却方式对空调设备综合性能的影响，在空调设备选型时可予以借鉴。

关键词：压缩机;内置电机;冷却方式;经济器;制冷系数;中央空调 文献标识码：A

中图分类号：TM343 文章编号：1009-2374（2015）02-0082-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0139

近年来，全封闭涡旋式和活塞式压缩机与半封闭螺杆式和离心式压缩机以其结构紧凑、工质不易泄漏、运行稳定、性能高的特点，成为中央空调主机市场的主推产品。全封闭压缩机应用于制冷量为8～150kW的空调设备和制冷设备，密封性好，噪声低。半封闭压缩机应用于制冷量为100～1200kW的大中型空调设备和制冷设备，制冷能力大、可实现无级能量调节。另外，在单机装机容量更大的情况下，普遍选配知名品牌的半封闭离心式压缩机。目前，我公司中央空调主机设备类型较多，在风冷式空调机组和小容量水冷式单元模块机组上以全封闭涡旋压缩机为主，而在较大容量水冷式冷水机组上以半封闭双螺杆压缩机为主。设备控制单元较多采用西门子PLC可编程逻辑控制器，实现对空调主机的控制，辅以其他部件完成设备的不同能量调节功能，以利安全节能运行。压缩机作为中央空调的核心部件，其内置电机一旦烧毁，维修成本高，技术难度大，将会直接导致压缩机报废，所以也成为维护保养工作的关键所在。

1 空调压缩机的发热因素

1.1 压缩机电机正常发热

全封闭和半封闭压缩机采用的是内置电机驱动方式，电机由转子铁芯和定子绕组耐氟线圈组成，绕组线圈的电阻在通电时会产生电量损耗，其大小与电流的平方和电阻成正比，即所谓铜损;转子铁芯有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料、电压、电流、频率有关，即所谓铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而对电机的效率造成影响。

1.2 压缩热与摩擦热

空调压缩机一般工作在高压缩比状态下，将从蒸发器过来的低温低压制冷剂气体压缩成高温高压的制冷剂气体，排向水冷或风冷型冷凝器进行冷凝散热，压缩气体的压缩热和机械运动的摩擦热，会引起整个电机与压缩机的密闭腔体升温。

1.3 实际工况下内置电机的过热

压缩机都有安全运行工况范围，安全工况主要考虑的因素是压缩机和电机的负荷大小与冷却问题。在空调实际工况中，电源不正常、压缩机超负荷、不良、制冷剂泄漏、冷凝压力太高等问题引起的电机高温、排气温

度过高、油焦糊等过热现象都可能引起电机的过热。

2 压缩机内置电机冷却不良的危害和保护措施

2.1 危害

内置电机冷却不良，会使电机温升提高，绕组绝缘值下降，压缩机功耗增加，制冷系数降低，设备性能下降。严重时将会导致电机绕组破坏，相间或匝间短路，一般380V的制冷压缩机相间绝缘电阻值应不小于0.5MΩ，对机壳的绝缘电阻应不低于2MΩ。而压缩机烧坏后，电机绝缘值大为减小，维修难度大、成本高、周期长，用户在修与不修间抉择，一般会选择报废压缩机。

2.2 保护措施

由于压缩机在空调制冷系统的重要性，一般压缩机出厂时机体上安装有超温保护模块，绕组内埋有温度传感器，以此保护电机绕组;保护系统设计有相序保护与过流保护元件，另外还有高低压、油压保护控制器，或通过设备控制程序的保护指令，来直接或间接对压缩机进行保护。

3 压缩机内置电机的冷却途径

目前，针对全封闭或半封闭压缩机内置电机的冷却，较为常见的有吸气冷却方式和补气冷却方式。

3.1 吸气冷却方式

全封闭涡旋压缩机电机的冷却就是采用此方式。图1是全封闭涡旋压缩机内部结构图，低温低压气态制冷剂进入压缩机，冷却电机绕组过热后再进入动静涡旋体形成的压缩室内，经压缩排出压缩机。由于吸气温度较低，采用吸气冷却方式容易将电机的温度维持在一个较低的安全运行范围内，目前采用这种电机冷却方式的压缩机较多。图2是采用吸气冷却电机方式的压缩机应用于制冷循环的压焓图。低压液态制冷剂在蒸发器内蒸发吸热变为低温低压气态，进入压缩机后先冷却内置电机，气态制冷剂会进一步过热，再进入压缩室内进行压缩。较大的吸气过热度会增大吸入制冷剂气体的比容v1，从而降低压缩机单位时间的质量排量qm，质量流量的降低直接影响到空调设备制冷量的下降。

图1 全封闭涡旋式压缩机（电机吸气冷却方式） 图2 吸气冷却电机常见

制冷循环压焓图

理论制冷量：

Q=qm×（h1-h4）

但实际制冷量要比Q小，假设蒸发器出口制冷剂的焓值是h1′，实际制冷量为：

Q′=qm×（h1′-h4）

也就是说h1是气态制冷剂进入压缩机冷却电机之后的焓值，已具有较大的过热度，那么冷却电机吸收的热量为：

Q″=qm×（h1-h1′）

从图中分析，气态制冷剂过热度增大可能会引起压缩机功耗的增大，即：

W=qm×（h2-h1）

制冷剂本身特性会引起h2随h1变化的敏感性，从而影响功耗的变化。干式蒸发器过热度一般为5℃左右，较满液式的1℃大很多。所以，制冷系统若采用干式蒸发器，这种影响会表现得更加明显。

3.2 补气冷却方式

如公司空调系统的开利30HXC-200A双螺杆水冷冷水机组内置电机的冷却就采用此方式。

图3 开利30HXC-200A

机组经济器 图4 半封闭双螺杆式压缩机（电机补气冷却方式）

图3是30HXC-200A水冷冷水机组上配置的过冷器（也称经济器）。图4是06N半封闭双螺杆压缩机的内部结构图。从图中制冷剂流向可看出，其内置电机的冷却就是利用了从经济器过来的低温低压气态制冷剂。

图5是补气冷却方式的压缩机应用于制冷循环的压焓图。从图中分析，系统配置的经济器使从冷凝器出来的制冷剂液体经过经济器后过冷度进一步提高，以提高系统的制冷量。从经济器出来的过冷液态制冷剂分成两路，一路是较大流量（qm1）分支经过步进式电子膨胀阀节流后形成低压液态制冷剂，直接进入满液式蒸发器吸热蒸发，产生的低压气态制冷剂由吸气口进入压缩机;另一路小流量分支（qm2）经过电子膨胀阀节流后返回经济器，与来自冷凝器的常温高压液态制冷剂进行换热，产生的气态制冷剂再进入压缩机进一步冷却电机，升温后的气体由补气口进入螺杆与从吸气口经过部分压缩的制冷剂气体混合后继续压缩。

图5 补气冷却电机常见制冷循环压焓图

从图中分析，带补气冷却较不带补气冷却的压缩机功耗要小。带补气冷却的压缩机功耗为：

W1=qm1×（h2′-h1）+qm×（h3-h2）

而不带补气冷却的压缩机的功耗为：

W2=qm×（h3′-h1）

其中：

qm=qm1+qm2

因此，压缩机节约功耗：

ΔW=W2-W1

由于直接进入压缩机吸气口的制冷剂不再去冷却电机，所以，压缩前的气态制冷剂过热度较吸气冷却方式小许多，这有利于降低功耗，且因比容v1的减小，质量排量qm会提高，从而系统制冷量得以提高。由此，采用补气冷却方式的压缩机经合理配置经济器和满液式蒸发器后，制冷量和制冷系数都会得以改善。由于电机置于补气侧，需要消耗一小部分制冷剂液体qm2来冷却电机维持其处于安全的温度范围，为了减少这部分制冷剂液体的使用量，提高设备的综合性能，满负荷工况下的电机绕组温度会被控制在82℃。在电机绕组中埋设温度传感器，并利用此温度模拟量的反馈来对冷却电机的制冷剂支路上的电磁阀实现启闭控制，设备自控系统适时报警有效保护压缩机安全运行。

4 结语

全封闭和半封闭压缩机内置电机的冷却效果直接会影响到压缩机性能和使用寿命，带有经济器的制冷空调设备不仅会使内置电机冷却效果好，同时也可提高设备的制冷性能，使其在众多品牌空调设备上得以采用。所以，选配中央空调设备时，要依照设计目的，结合建筑物特征，尽量选配性能稳定的安全节能型产品来满足空调的工艺性或舒适性要求，并降低后期运行成本。

参考文献

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[5] 上海一冷开利空调设备有限公司.30HXY/HXC螺杆冷水机组开机、运行维护手册[S].2007.

作者简介：梁宏杰（1978-），男，陕西蒲城人，山西平阳重工机械有限责任公司工程师，研究方向：暖通空调设备维护与建筑工程管理;梁晓毓（1970-），男，山西襄汾人，山西平阳重工机械有限责任公司工程师，研究方向：变电所及电气设备维护;关红燕（1971-），女，山西曲沃人，山西平阳重工机械有限责任公司工程师，研究方向：电机及电气设备维护。