分析过载保护器对空调压缩机保护效果的影响

     一般空调系统中都会有专门的元器件如压力开关、排气感温包等用于保护压缩机，但随着市场竞争的日益激烈，空调器的成本压力越来越大，特别是小型家用空调，基本都没有专门的元器件保护压缩机，过载保护器成了保护压缩机的重要和一道关卡。

　　1 过载保护器的工作原理及特性

　　1.1 过载保护器的工作原理及分类

　　空调用压缩机的过载保护器一般都是采用突跳式双金属保护器，由加热丝、双金属片和两个静触点组成电路，串联在压缩机电路里。当电路中的电流过大时，加热丝发热，烘烤碟形双金属片，当双金属片发热时就会反方向拱起，从而使触点断开；当压缩机外壳或电机温度过高时，即使工作电流正常，加热丝发热量很小，双金属片也会发生变形向上弯曲，脱离两个静触头，将电路切断。这种保护器能自动复位，具有过电流、过温升的双重保护作用。

　　根据安装方式的不同，可分为外置式和内置式两种:

　　（1）外置式保护器：安装在压缩机外壳的密封接线柱上，紧贴上盖，以感应压缩机外壳的温度。由于从电机发热到外壳发热有一个传导和对流的过程，由外壳发热再到保护器动作还有一个过程，因此，此种保护方式的准确性和可靠性都相对较差，但由于其制造简单，同一个双金属片，通过调整螺杆高度，就可以制造出不同的保护器，且安装维修方便、成本低，故一般应用在小功率家用空调压缩机上。

　　（2）内置式保护器：分为绑扎式和插接式，绑扎式是将保护器同电机线圈绑扎在一起，直接感应线圈的温度变化，反应较快并且准确；插接式是将保护器插接到密封接线柱上，通过冷媒的热传导来感应电机的温度异常，在冷媒未发生泄露的情况下保护较准确，但冷媒一旦有泄露的情况，保护性能则较差。

　　总之，内置式保护器对电机温度感应较外置式更灵敏、更准确，可靠性更高，适用范围更广(一般的空调器压缩机都能适用)。但由于安装在压缩机内部，要求尺寸小，能适应压缩机内部的高温，高压变化等恶劣环境，对其设计和制造等都提出了很高的要求，成本也比外置式要贵几倍。

　　1.2 过载保护器的工作特性

　　过载保护器主要有三个特性:温度特性、动作电流特性和初始动作时间特性。

　　温度特性：有动作温度和复位温度，动作温度是过载保护器在不承载电流或只有信号电流通过的情况下，使其动静触点分离的温度，当保护器感测的温度值达到动作温度时，保护器就会断开；当保护器感测的温度降低到复位温度时，保护器就会重新闭合。

　　动作电流特性:在一定的温度下, 过载保护器在某一个电流值就会跳开,将压缩机电机的电流切断,其电流-温度曲线如图1所示。

　　初始动作时间特性:常温下,过载保护器在不同电流下有不同的动作时间,其时间-电流曲线如图2所示。

　　2. 过载保护器对空调压缩机的保护效果

　　空调压缩机工作于高温、高压的冷媒和润滑油的混合环境中，因此其本身的材料都能承受一定的高温和高压，一般空调用压缩机的耐温为120℃或130℃。如果超过耐温上限，对压缩机的损害包括泵体的损坏、电机的烧毁或两者兼而有之，因此，需压缩机进行保护的情况包括堵转、过热及高压，空调系统在某些异常工况下也会导致压缩机出现以上三种情况。在空调系统无专门元器件针对如上异常进行保护时，过载保护器就成了压缩机的一道保护关卡，能否准确及时的动作对压缩机起着至关重要的作用。综合空调系统的异常种类及过载保护器的工作原理，对异常情况下过载的保护作用进行了统计，见表1。

　　对于小型家用空调而言，在空调系统运行过程中过载保护器无法起到保护作用的情况主要发生在没有电流联动的情况下，包括冷媒不足、高压缩比、冷却不足及冷媒过多，冷却不足同冷媒不足时的表现相类似，因此后面将主要针对冷媒不足、冷媒过多和高压缩比三种情况进行实验验证。

　　2.1 冷媒不足时过载保护器的保护作用验证

　　选取两套空调系统，其压缩机过载分别为内置和外置，在室内32℃/23℃，室外48℃/-工况下进行不放冷媒、放50%冷媒和放62%冷媒实验，观察缺少冷媒后过载保护器能否对空调系统进行有效保护，实验结果见表2。

　　由表2可见，在冷媒不足的情况下，过载保护器动作时的排气温度均已达到140℃以上，按照10℃温差计算，电机绕组的温度应该在150℃以上，而一般压缩机的耐热等级为E级或B级，耐温为120℃或130℃，漆包线的耐热等级为H级，温度为150℃，也就是说，尽管过载保护器动作了，但并未起到保护压缩机的作用，此时已经对压缩机造成了伤害。放掉50%冷媒时，内外置过载保护器动作时的排气温度比较接近，只是外置过载的动作时间比内置的长了5min，但保护效果是相同的。但当放掉62%的冷媒时，内置过载的排气温度仍在140℃以上，并未有明显的升高，动作时间也无加长，说明在冷媒不足加重后内置过载能起到同之前相同的保护效果，而外置过载则动作时间明显加长，排气温度明显增高，无法起到同之前相同的保护作用，对压缩机的伤害程度随着冷媒不足量的加大而加大。

　　2.2 冷媒过多时过载保护器的保护作用验证

　　冷媒过多带来直接的影响就是压缩机回液，过量回液会带来润滑油稀释、排油量增加及液击的风险，压缩机会因润滑不好造成磨损甚至卡死或因湿压缩而造成损坏，特别是长期运转时对压缩机的损害是非常大的，因此在系统冷媒过多时对压缩机进行保护是必要的。

　　分别选取高温和低温两种工况进行冷媒过多实验，验证冷媒过多后排气温度和电流的变化情况，在额定电压和额定频率下，仅更改系统冷媒的充注量，结果见表3。

　　从表3的实验数据可以看出，冷媒过多时压缩机电机因冷却效果好，吸气温度和排气温度都有所下降，过载保护器不会因温度而进行保护；电流因冷媒增加而有所增加，但增加幅度不大，达不到保护器动作的电流值。因此，冷媒过多情况下过载保护器无法起到保护压缩机的作用。

　　2.3 高压缩比时过载保护器的保护作用验证

　　空调用压缩机的压缩比范围在3～5之间，一般不会超过6，压缩比过大会导致压缩机内部阀片、轴承等元件的损坏。空调系统的高压缩比情况一般出现在低温工况，此时系统高压不高，但低压很低，导致压缩比很高，分别进行三种室外工况下的测试，观察系统压缩比情况及过载保护器能否正常保护。

　　从表4可知，在非低温工况，压缩比都没有超过5，而在室外温度降到-15℃时，虽然高压较非低温工况还要低，但由于低压急剧下降，导致压缩比大幅度的升高，压缩机内部压缩腔等的温度也会升高，而此时因压缩机的吸气量减少导致电流变小，排气温度及电机绕组温度因吸气温度低及冷媒量少的原因也不高，因此过载保护器不会动作，说明此时压缩机内机械元件的高温尽管恶劣但无法通过保护器来体现出来，也就无法得到有效的保护，只有通过低压保护才能有效控制。

　　3 结论

　　（1）压缩机过载保护器配置方式不同对压缩机的保护作用是不同的，内置保护器较外置保护器灵敏度高，对压缩机的保护作用比较大；（2）在冷媒不足时，无论是内置保护器还是外置保护器对压缩机的保护作用都非常有限，因此空调系统中需增加针对冷媒不足的保护；（3）冷媒过多时过载保护器无法起到保护作用，系统中需使用高压开关等高压保护措施来避免冷媒过多对压缩机造成的伤害；（4）高压缩比情况下过载保护器无法起到保护的作用，必须另设低压保护措施来保护压缩机。