低压电气控制在制冷压缩机中的应用及发展趋势

摘 要 制冷压缩机是人们在实际的制冷生产过程中通过提高气体压力和输送气体以达到最终制冷效果的一种能量转换设备，属于将原动机运转时产生的动能转化为气体压力能的机械设备。压缩机是制冷行业的核心技术，所以压缩机是关系到冷库系统是否能够正常、稳定运行的重要因素，保障制冷压缩机正常无误的安全运行十分重要。压缩机在日常运行中最为常见的故障时电机烧毁，其原因很多且难以在短时间内找出。本文通过分析制冷压缩机用接触器的常规保护和机电保护装置和线路的问题进行分析，描述继电保护装置在制冷行业中的应用标准和现状。并对低压电气控制在制冷压缩机的发展趋势提出自己的见解和展望。

关键词 低压电气控制；制冷；压缩机；发展趋势 PLC

中图分类号TH45 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）90-0170-02

1制冷压缩机的常见故障

目前在我国普遍使用的蒸汽压缩制冷系统中，最为普遍和广泛被人们应用的制冷设备为制冷压缩机，冷库制冷系统制冷效果的好坏是通过制冷压缩机的性能标准参数来直接表现的，制冷压缩机是整个系统中的制冷核心部件，直接影响和决定着系统运行的性能、维护和使用寿命。在制冷压缩机正常的运行过程中，一旦出现外在因素形成的故障干扰或者制冷温度达到指定值时，就需要实现制冷压缩机的自动停运，而实现这种功能的设备，目前在使用领域内最被接受的就是电气自动控制设备，其能够实现制冷压缩机出现故障时的自动停运，是制冷系统中的关键自动化部件。电气控制设备可以通过系统设计的方法，实现对制冷效果的控制和制冷剂的流量，改变压缩机在不同时间段或者不同环境下的制冷能力。冷外压缩机在正常的运行中不可避免的会出现一些故障，这些故障主要可以分为机械故障和电机故障，其中压缩机的低压电气控制系统和电动机是压缩机出现故障的主要部位。通常在检测和研究观察压缩机故障不能启动时，可以运用故障树分析图直观的看出结果，一般压缩机不能正常启动的原因多数是由于电气方面出现故障，详见图1。

2接触器在制冷压缩机中的应用

通常来说，针对于冷库使用的制冷压缩机所需要的功率较大、制冷效果较好，所以大多时候单台制冷压缩机不能完全满足系统的需求，我国目前大多使用多台压缩机并联的方式来实现大规模的制冷效果。根据现场工况的不同，压缩机会出现持续的满载运行、交替运行或者低负荷运行等状况。对于某些特殊性质的冷库则对制冷设备的要求更为严格，比如医疗血液蕴躲库等，一旦由于接触器出现故障导致制冷系统不能正常运行则会给冷库带来巨大损害。一般来说，根据冷库性质的不同需要选择合理的接触器，接触器型号太小则触头不足以承受电弧和由于频繁开停循环或不稳定控制回路电压产生的高温，可能焊合或从触头架中脱落。那么焊合的触头将会使过载保护器持续的循环接通和断开，这时依靠接触器断开压缩机电源回路的所有控制将全部失效，这样就会到至压缩机的运行处于完全无保护状态。另外，当压缩机的触头由于过热软化或者不稳定时，触头会随着压缩机的运行而频繁的抖动，这样会到至接触器频繁的启动和停止电机，电机在频繁的瞬间启动时需要巨大启动电流，巨大的启动电流在短时间内将产生巨大的热能，这样将会加速绕组尽缘层的老化。所以在冷库使用的压缩机选择接触器时必须满足以下条件：1）快速循环；2）持续超载和低电压；3）满足负载热量散发的面积；4）起点材料需满足超负荷时防止焊合；5）具备良好的分段能力，压缩机接触器能同时断开三相电路；6）具有很好的人身安全防护能力，并且便于检查和更换接触器线圈。

3供电继电保护装置在制冷压缩机中的应用

鉴于压缩机本身在正常的运行过程中易产生较高噪音的特点，很多冷库都建立在远离市区的地方，在这些地方，往往会出现供电质量不高、电压不稳定、缺相等状况，一旦出现电压过低或者三相间缺相等状况，压缩机的运行将会受到干扰，严重时可能会损坏压缩机。在出现电压过低或者三相间缺相等情况时，压缩机电机若正常运转的话将会产生很大的负荷电流，电流瞬间增大将会使电机绕组短时间内产生大量的热量，容易烧坏机组。正常情况下，压缩机在电压不稳或缺相时会出现热保护，当电机绕组降温至正常范围，接触器闭合但压缩机启动不起来，那么则会出现堵转的现象。当电压瞬间过低或者缺相是，严重者来不及热继电保护，压缩机就已经烧坏。制冷压缩机一般价格较为昂贵，所以针对这些供电问题，必须采用一定的供电继电保护装置来最大限度的降低压缩机损坏。在供电潜在危害中，三相电间缺相对压缩机损害带来的影响最大，多以对压缩机的三相供电线路进行检测保护十分必要。目前在国际常用的三相监视保护继电器有CM-MP5等。

4基于PLC电气控制制冷压缩机组启动和停机控制逻辑

PLC即Programmable Logic Controller，翻译为中文为可编程逻辑控制器，PLC是基于微计算机技术，在供电系统中替代传统继电器来实现逻辑控制。PLC应用于制冷压缩机中能够更好的使不同性质的冷库制冷系统实现自动化运转和监视。制冷压缩机在正常运行过程中，当温度的改变或压力的改变需要停止或者启动压缩机时，其对制冷压缩机的逻辑控制详见图2。PLC检测的冷库开关量信号是PLC的输入信号，作为PLC启动压缩机的条件之一，PLC只有检测到冷库开关量有输入后，方可启动压缩机。

5低压电气在制冷行业的发展方向

随着科技和社会的发展和进步，人们对制冷设备的使用越来越频繁，对制冷技术的要求也越来越高。制冷技术得到人们的广泛认可和使用之后，制冷行业作为机械制造的一部分，也取得了很大的进步。制冷行业理念的改变使制冷生产向着安全、环保、节能、实用等方向发展，但是随着人们对制冷设备需要和要求的越来越高，对配套使用的低压电气元件也提供了更高的要求。制冷压缩机的低压电气控制发展会向一下几个阶段或方向发展：

1）实现低压电气产品的智能化，进一步改进产品的保护性能，扩大功能，不仅能正确监测和显示配电线路的运行情况，还能正确地切除过载、短路等各种故障；还能按运行职员的设置要求进行各种操纵；与此同时，还能对电器本身进行监测和对故障自诊断及故障状况的显示；

2）变频调速装置以及软启动的使用，使得制冷设备更加节能，并可减少大功率制冷设备启动电流对电网的冲击；

3）具有通讯功能和现场总线控制功能，使整个制冷工程中的各个环节都能够得到控制，并且互通讯息，实现网络化；

4）进步分断能力和限流性能。

参考文献

[1]王如竹，等.吸附式制冷[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]王志毅，谷波，郑钢.制冷压缩机电气控制系统故障及其判断[J].压缩机技术，2003，2.

[3]时君丽，王德权，曲洪伟.模糊QFD模型在制冷压缩机设计中的应用研究[J].组合机床与自动化加工技术，2011，4.

[4]赵国军，沈希，计时鸣.多变量模糊控制在制冷压缩机测试系统中的应用[J].浙江工业大学学报，1997，12.

[5]郑庆伟，陈玲，郑传经.OMRON中小型PLC在制冷压缩机试验装置控制系统中的应用[J].制冷与空调，2012，10.