空調(diào)電器盒功能測試對壓縮機(jī)配件的替換研究

作者：李孟龍，周博（珠海格力電器股份有限公司，珠海 519000）時間：2021-03-15 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：空調(diào)外機(jī)電器盒部件功能測試時，需要匹配對應(yīng)的負(fù)載配件觀察運(yùn)行狀態(tài)，如壓縮機(jī)、四通閥、外風(fēng)機(jī)等。其中壓縮機(jī)本身較昂貴且笨重，不方便管理。根據(jù)家用常見壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以采用一種特制的電機(jī)來替換壓縮機(jī)負(fù)載的方案來滿足測試，以減少空間、節(jié)約成本。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/202103/423496.htm

0 引言

變頻空調(diào)已經(jīng)廣泛普及千家萬戶，與定頻最大的區(qū)別在于其能夠根據(jù)環(huán)境條件調(diào)節(jié)壓縮機(jī)頻率在一定范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)精確控溫和省電的作用。變頻空調(diào)有專門的電器盒部件來控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，區(qū)分于定頻外機(jī)只有一個啟動電容。但其元件較多，工藝和技術(shù)上相對復(fù)雜，在車間生產(chǎn)完成后要進(jìn)行測試，以確定功能是否正常，然后進(jìn)入整機(jī)組裝。這樣便于提前發(fā)現(xiàn)不良品、排查失效原因并采取糾正對策，另外前端識別到可靠性差的缺陷品時也能夠及時介入處理，防止流入整機(jī)組裝工序造成更大的損失。

1 變頻外機(jī)電器盒功能測試原理

外機(jī)電器盒功能測試需要在輸出端連接對應(yīng)的負(fù)載配件，一般使用專用通訊工裝來模擬室內(nèi)機(jī)控制器，與待測電器盒建立通訊，向其發(fā)送運(yùn)行指令，使之按照既定的流程完成制冷、制熱動作，并讀取測試過程中的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行判異?？傮w步驟如下。

各配件連接完成后，待測品上電進(jìn)入自動檢測并接收室內(nèi)通信，綜合分析室內(nèi)環(huán)境溫度、室內(nèi)設(shè)定溫度、室外環(huán)境溫度等因素，對壓縮機(jī)變頻調(diào)速控制。

根據(jù)系統(tǒng)需要，控制外風(fēng)機(jī)、四通閥、壓縮機(jī)等負(fù)載完成預(yù)定動作。

采集排氣、管溫、電壓、電流、壓縮機(jī)狀態(tài)等系統(tǒng)參數(shù)，判斷系統(tǒng)是否在允許的工作條件內(nèi)。

負(fù)載能否正常運(yùn)行是判斷電器盒功能是否正常的重要依據(jù)。以壓縮機(jī)配件為例，通訊工裝通過讀取壓縮機(jī)頻率，以及檢查吸排氣狀態(tài)來判異，故障形式表現(xiàn)為掉頻或反轉(zhuǎn)。在壓縮機(jī)故障無法使用或超過使用壽命時，則將之報廢換新，無法重復(fù)利用，造成一定的浪費(fèi)。隨著空調(diào)型號的更新迭代，用于電器盒測試的壓縮機(jī)型號也會逐漸增多，不利于現(xiàn)場管理。常見家用空調(diào)壓縮機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計、驅(qū)動原理等均屬于成熟的技術(shù)，對核心部件改造來節(jié)約成本和減少占用空間理論上是可行的。

2 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及控制特點(diǎn)

如圖1 所示，壓縮機(jī)的核心有電機(jī)和泵體，其中電機(jī)主要用于提供動力源，用于驅(qū)動制冷劑進(jìn)行氣/ 液轉(zhuǎn)換以及內(nèi)外機(jī)循環(huán)交換熱量，現(xiàn)有常用電機(jī)均采用永磁同步電機(jī)（PMSM）[1-5]。而功能測試中將通訊工裝以及各種配件與電器盒正確連接后即可進(jìn)入測試，不需要驅(qū)動制冷劑，所以說壓縮機(jī)配件只有電機(jī)部分在轉(zhuǎn)動，運(yùn)行時將空氣由吸氣管吸入壓縮機(jī)內(nèi)部，并在排氣管排出。

壓縮機(jī)內(nèi)的電機(jī)采用轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制策略，帶有速度閉環(huán)和電流閉環(huán)，需要實(shí)時檢測壓縮機(jī)電流和轉(zhuǎn)子位置，同時在高頻時采用弱磁控制。以凌達(dá)QXAT-B096zE070 壓縮機(jī)為例，其電機(jī)部分規(guī)格書如表1。

圖1 空調(diào)壓縮機(jī)部件剖面圖

表1 變頻壓縮機(jī)內(nèi)的電機(jī)規(guī)格

從規(guī)格中可以看到，這款壓縮機(jī)內(nèi)部的電機(jī)就是采用的永磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，比其他類型電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩更大，其極限轉(zhuǎn)速和制動性能也比較優(yōu)異，技術(shù)上已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用。其在壓縮機(jī)部件中的主要作用是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動部件往復(fù)運(yùn)動來驅(qū)動制冷劑的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)熱量交換。

變頻壓縮機(jī)由U、V、W 三相供電并根據(jù)電器盒PWM 控制電機(jī)調(diào)速。結(jié)合其運(yùn)行原理，理論上將壓縮機(jī)內(nèi)的電機(jī)部分拿出來，保持供電方式不變，正確連接到電器盒即可以滿足測試要求，把無關(guān)緊要的泵體取消。

3 電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合以上分析，確定電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，即采用壓縮機(jī)內(nèi)電機(jī)加機(jī)殼的設(shè)計方案，將電機(jī)單獨(dú)作為一個產(chǎn)品，保留定子/ 轉(zhuǎn)子并使用金屬外殼密封，取消掉壓縮機(jī)中泵體結(jié)構(gòu)。

根據(jù)圖2 可見，設(shè)計的電機(jī)結(jié)構(gòu)包括軸、前端蓋、殼體、定子、轉(zhuǎn)子組件、軸承、后端蓋。其中電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子采用壓縮機(jī)中電機(jī)物料，其驅(qū)動參數(shù)保持不變，為整個電機(jī)的動力源；軸為傳動不變，可用于觀測電機(jī)正反轉(zhuǎn)；整個組件也就成為壓縮機(jī)的替代配件，應(yīng)用于生產(chǎn)線電器盒功能測試。

圖2 電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

壓縮機(jī)在正常測試過程中，內(nèi)部的滾動活塞運(yùn)動也消耗能量。為避免使用電機(jī)替代后在實(shí)際應(yīng)用過程中因功率不夠造成空轉(zhuǎn)失速，需要在轉(zhuǎn)軸上安裝重物來增加一定的阻力，提高輸入電流解決這個問題，實(shí)物效果如圖3。

圖3 電機(jī)實(shí)物效果圖

另外，對反轉(zhuǎn)的檢測效果靠人工檢查也容易出現(xiàn)遺漏，可以進(jìn)一步在轉(zhuǎn)子部分增加自動識別反轉(zhuǎn)的小部件做到防呆，避免肉眼觀察誤判，實(shí)現(xiàn)的方式有很多種，這里就不再贅述。

4 檢測效果驗(yàn)證

特制電機(jī)組裝完成后應(yīng)用于空調(diào)外機(jī)電器盒產(chǎn)品測試，將待測電器盒上連接壓縮機(jī)的三相線對接到電機(jī)，準(zhǔn)備完畢后上電檢測。驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)電器盒能夠進(jìn)入正常測試步驟，通訊工裝讀取電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率并實(shí)時顯示升頻數(shù)值，運(yùn)行判斷合格后斷電結(jié)束測試；整個測試過程、測試時間上和使用壓縮機(jī)的效果一致，以U 相為例測量輸入電壓和電流波形如圖4。

對故障品的檢出效果方面，需要模擬電路故障來驗(yàn)證是否可控。第1 種是將UVW 三相線反插，壓縮機(jī)故障表現(xiàn)為吸氣口變成排氣、排氣口變吸氣，即內(nèi)部電機(jī)反轉(zhuǎn)造成氣流逆行；而切換特制電機(jī)后轉(zhuǎn)子同樣出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，說明對故障品的檢測是有效的。第2 種對掉頻現(xiàn)象進(jìn)行模擬，即將壓縮機(jī)電路的一些元件進(jìn)行短路等，通訊工裝讀取到掉頻信息并報警提示，總體驗(yàn)證情況見表2。

表2 電機(jī)在實(shí)際測試過程中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 實(shí)驗(yàn)印證了替換效果符合預(yù)期，即采用電機(jī)取代壓縮機(jī)是可行的，并且很多壓縮機(jī)的電機(jī)參數(shù)比較接近，一款電機(jī)可取代多款壓縮機(jī)。這種方法對所有使用永磁同步電機(jī)的壓縮機(jī)可以通用。需要注意的是設(shè)計電機(jī)選用的轉(zhuǎn)子/ 定子部件要選用原壓縮機(jī)內(nèi)電機(jī)部件，保證正常運(yùn)行以及待測樣品出現(xiàn)故障時能夠有效檢出來。

通常情況下，一條生產(chǎn)線需要配置多個工位以滿足生產(chǎn)節(jié)拍。以筆者所在車間為例，一條變頻電器盒生產(chǎn)線配置10 個工位并行測試，每個工位一臺壓縮機(jī)，產(chǎn)線總數(shù)就需要配置10臺放在測試工序，占用的空間是非常多的，壓縮機(jī)的不同型號也容易混用。根據(jù)以上方法改造為特制電機(jī)后，將2 組電機(jī)為一個單元固定在一個電木盒內(nèi)，增加編號以示區(qū)分，存儲和使用都非常方便，有利于現(xiàn)場5S 管理。

圖4 U相電壓（上）、電流（下）波形

5 結(jié)語

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為滿足生產(chǎn)節(jié)拍往往需要多個工位同時進(jìn)行測試，生產(chǎn)機(jī)型換線時需要來回切換壓縮機(jī)滿足對應(yīng)機(jī)型測試。本次根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行原理，采用定子/ 轉(zhuǎn)子等核心物料設(shè)計為電機(jī)，保留運(yùn)行驅(qū)動參數(shù)不變，達(dá)到相同的測試效果，同時電機(jī)結(jié)構(gòu)上相對簡單，當(dāng)出現(xiàn)故障時可以拆開維修，外殼部分重復(fù)利用，節(jié)約壓縮機(jī)申購成本和浪費(fèi)。根據(jù)批量的驗(yàn)證結(jié)果，電機(jī)替代壓縮機(jī)是可行的，同時結(jié)合機(jī)型特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)通用，即一種電機(jī)滿足多種機(jī)型，提高了電器盒部件的檢測水平。