空調(diào)電器盒功能測試對壓縮機配件的替換研究

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)外機電器盒部件功能測試時，需要匹配對應的負載配件觀察運行狀態(tài)，如壓縮機、四通閥、外風機等。其中壓縮機本身較昂貴且笨重，不方便管理。根據(jù)家用常見壓縮機的結構特點，可以采用一種特制的電機來替換壓縮機負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://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)壓縮機頻率在一定范圍內(nèi)運轉，實現(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轉速，區(qū)分于定頻外機只有一個啟動電容。但其元件較多，工藝和技術上相對復雜，在車間生產(chǎn)完成后要進行測試，以確定功能是否正常，然后進入整機組裝。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，防止流入整機組裝工序造成更大的損失。

1 變頻外機電器盒功能測試原理

外機電器盒功能測試需要在輸出端連接對應的負載配件，一般使用專用通訊工裝來模擬室內(nèi)機控制器，與待測電器盒建立通訊，向其發(fā)送運行指令，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行參數(shù)進行判異。總體步驟如下。

各配件連接完成后，待測品上電進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)設定溫度、室外環(huán)境溫度等因素，對壓縮機變頻調(diào)速控制。

根據(jù)系統(tǒng)需要，控制外風機、四通閥、壓縮機等負載完成預定動作。

采集排氣、管溫、電壓、電流、壓縮機狀態(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)。

負載能否正常運行是判斷電器盒功能是否正常的重要依據(jù)。以壓縮機配件為例，通訊工裝通過讀取壓縮機頻率，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。在壓縮機故障無法使用或超過使用壽命時，則將之報廢換新，無法重復利用，造成一定的浪費。隨著空調(diào)型號的更新迭代，用于電器盒測試的壓縮機型號也會逐漸增多，不利于現(xiàn)場管理。常見家用空調(diào)壓縮機內(nèi)部的結構設計、驅(qū)動原理等均屬于成熟的技術，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 壓縮機結構及控制特點

如圖1 所示，壓縮機的核心有電機和泵體，其中電機主要用于提供動力源，用于驅(qū)動制冷劑進行氣/ 液轉換以及內(nèi)外機循環(huán)交換熱量，現(xiàn)有常用電機均采用永磁同步電機（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入測試，不需要驅(qū)動制冷劑，所以說壓縮機配件只有電機部分在轉動，運行時將空氣由吸氣管吸入壓縮機內(nèi)部，并在排氣管排出。

壓縮機內(nèi)的電機采用轉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)，需要實時檢測壓縮機電流和轉子位置，同時在高頻時采用弱磁控制。以凌達QXAT-B096zE070 壓縮機為例，其電機部分規(guī)格書如表1。

圖1 空調(diào)壓縮機部件剖面圖

表1 變頻壓縮機內(nèi)的電機規(guī)格

從規(guī)格中可以看到，這款壓縮機內(nèi)部的電機就是采用的永磁同步電機，永磁同步電機具有結構簡單、體積小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點，比其他類型電動機輸出轉矩更大，其極限轉速和制動性能也比較優(yōu)異，技術上已經(jīng)成熟并得到廣泛應用。其在壓縮機部件中的主要作用是將電能轉化為機械能，通過傳動部件往復運動來驅(qū)動制冷劑的循環(huán)來實現(xiàn)熱量交換。

變頻壓縮機由U、V、W 三相供電并根據(jù)電器盒PWM 控制電機調(diào)速。結合其運行原理，理論上將壓縮機內(nèi)的電機部分拿出來，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，把無關緊要的泵體取消。

3 電機結構設計

結合以上分析，確定電機結構設計思路，即采用壓縮機內(nèi)電機加機殼的設計方案，將電機單獨作為一個產(chǎn)品，保留定子/ 轉子并使用金屬外殼密封，取消掉壓縮機中泵體結構。

根據(jù)圖2 可見，設計的電機結構包括軸、前端蓋、殼體、定子、轉子組件、軸承、后端蓋。其中電機定子、轉子采用壓縮機中電機物料，其驅(qū)動參數(shù)保持不變，為整個電機的動力源；軸為傳動不變，可用于觀測電機正反轉；整個組件也就成為壓縮機的替代配件，應用于生產(chǎn)線電器盒功能測試。

圖2 電機結構圖

壓縮機在正常測試過程中，內(nèi)部的滾動活塞運動也消耗能量。為避免使用電機替代后在實際應用過程中因功率不夠造成空轉失速，需要在轉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，實物效果如圖3。

圖3 電機實物效果圖

另外，對反轉的檢測效果靠人工檢查也容易出現(xiàn)遺漏，可以進一步在轉子部分增加自動識別反轉的小部件做到防呆，避免肉眼觀察誤判，實現(xiàn)的方式有很多種，這里就不再贅述。

4 檢測效果驗證

特制電機組裝完成后應用于空調(diào)外機電器盒產(chǎn)品測試，將待測電器盒上連接壓縮機的三相線對接到電機，準備完畢后上電檢測。驗證發(fā)現(xiàn)電器盒能夠進入正常測試步驟，通訊工裝讀取電機運轉頻率并實時顯示升頻數(shù)值，運行判斷合格后斷電結束測試；整個測試過程、測試時間上和使用壓縮機的效果一致，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證是否可控。第1 種是將UVW 三相線反插，壓縮機故障表現(xiàn)為吸氣口變成排氣、排氣口變吸氣，即內(nèi)部電機反轉造成氣流逆行；而切換特制電機后轉子同樣出現(xiàn)反轉，說明對故障品的檢測是有效的。第2 種對掉頻現(xiàn)象進行模擬，即將壓縮機電路的一些元件進行短路等，通訊工裝讀取到掉頻信息并報警提示，總體驗證情況見表2。

表2 電機在實際測試過程中的實驗結果

表2 實驗印證了替換效果符合預期，即采用電機取代壓縮機是可行的，并且很多壓縮機的電機參數(shù)比較接近，一款電機可取代多款壓縮機。這種方法對所有使用永磁同步電機的壓縮機可以通用。需要注意的是設計電機選用的轉子/ 定子部件要選用原壓縮機內(nèi)電機部件，保證正常運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，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，壓縮機的不同型號也容易混用。根據(jù)以上方法改造為特制電機后，將2 組電機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 結語

在實際生產(chǎn)過程中，為滿足生產(chǎn)節(jié)拍往往需要多個工位同時進行測試，生產(chǎn)機型換線時需要來回切換壓縮機滿足對應機型測試。本次根據(jù)壓縮機運行原理，采用定子/ 轉子等核心物料設計為電機，保留運行驅(qū)動參數(shù)不變，達到相同的測試效果，同時電機結構上相對簡單，當出現(xiàn)故障時可以拆開維修，外殼部分重復利用，節(jié)約壓縮機申購成本和浪費。根據(jù)批量的驗證結果，電機替代壓縮機是可行的，同時結合機型特點可以實現(xiàn)通用，即一種電機滿足多種機型，提高了電器盒部件的檢測水平。