封闭式制冷压缩机的内置电动机解析

      开启式压缩机虽有轴封装置，但因存在密封面而较易泄漏。采用封闭式结构，将压缩机和电动机装在机壳内（或机体内），两者使用同一根主轴，即可取消轴封装置。因电动机装在机壳内，故称为内置电动机。全封闭式压缩机的电动机转子直接压入曲轴，定子铁芯用螺栓固定在机体上，半封闭式压缩机的定子压入机体内固定。

封闭式压缩机用的内置电动机的工作条件与一般的电动机不同，因而对它有一些特殊的要求。

一、 对内置电动机的要求

     除了应符合普通电动机的基本技术条件外，封闭式压缩机用的内置电动机还应满足下列要求：

    1.电动机材料应有良好的耐制冷剂性、耐油性和耐热性 在封闭式压缩机中，电动机处于与制冷剂和润滑油共存的条件下，而氟利昂制冷剂对高分子材料有较强的侵蚀和溶解作用，在含油的情况下，这种作用更为严重，因而要求电动机中的槽绝缘垫、定子扎线、端部引出线套管等有机材料具有在高温、高压、与制冷剂及润滑油共处的条件下不发生软化、膨胀、溶解或发泡等现象，而且应不易氧化、不易与水作用，保持足够的绝缘能力。一般可采用聚酯薄膜、涤纶扎带、涤纶套管等。漆包线应满足不同制冷剂的要求，一般采用聚乙烯甲醛树脂或由环氧树脂，聚胺基甲酸乙脂等数种树脂合成的改性树脂 。

     由于不同制冷装置运行时，内置电动机绕组的温度水平不同，因而其绝缘等级也不同。国际规定的绝缘等级有五级，即A、E、B、F、H五级。其运行绕组的温度限定值为：

      A级绝缘不超过105℃；E级绝缘不超过120℃；B级绝缘不超过130℃；F级绝缘不超过155℃；H级绝缘不超过175℃。

    2.对压缩机负荷变化应有良好的适应性   在制冷压缩机中，电动机的负荷随运转工况的变化发生较大幅度的变化。例如：从起动至稳定运转时压缩机的工况变化，冷负荷的骤增或环境条件的变化等。内置电动机因受结构的限制，必须做到体积小，质量轻，因此它的转子转动惯量小，它又不可能利用飞轮增加转动惯量（像开启式压缩机那样），只能要求内置电动机有较大的过载运转能力，以适应负荷之变化。

    3.耐振动冲击  内置电动机运转时受机械振动力的作用，起动、停车时受电磁力的冲击和惯性冲击负荷，使定子绕组中导线发生相互摩擦，绝缘薄膜损伤。防止的方法，除了将导线包扎牢固外，对输出功率大于1kW的电动机绕组采用浸漆处理，以加固绕组。

    4.防止绕组温度过高，设置过载保护器  绝大多数的全封闭式制冷压缩机采用两极内置电动机。这种电动机的结构紧凑，其散热表面较小，从而使电动机绕组的温度升高。为此，除了加强冷却和使用耐热绝缘材料外，宜在机壳上或绕组中间设置过载温度继电器，以保护电动机。

图8－1  一台2.2 kw的半封闭式制冷压缩机

1－接线柱  2－定子  3－吸气截止阀  5－放气阀  6－止回阀  7－油道  8－润滑油

二 、内置电动机的冷却

    有些内置电动机用低温吸气冷却。图8－1所示的半封闭式制冷压缩机用低温吸气冷却电动机。来自蒸发器的低温蒸气经吸气截止阀流入电动机右侧的空间，然后从右向左通过内置电动机，对其冷却后进入气缸。电动机运转时产生的热量，一部分被制冷剂吸收，另一部分通过压缩机壳体散发至大气。

图8－2  内置电动机的温度随负荷的变化

      在内置电动机用吸入蒸气冷却的封闭式压缩机中，其电动机功率的配置因与普通电动机在温度特性上的显著不同而有所区别。普通电动机的温度随负荷的增大而上升，其最大功率为电气绝缘材料所能承受的温度所限制。内置电动机的绕组温度，却由于流过其中进行冷却的蒸气流量随工况的变化而有所不同。例如：在一台全封闭式压缩机中，当蒸发温度由-40℃变为0℃时，制冷剂的质量流量增加10倍以上，而所输入的电功率只增加1倍，结果是负荷增加后电动机获得更好的冷却，绕组温度降低（图8－2），这说明这类电动机名义功率的确定与普通电动机不一样。因此，对于高温封闭式压缩机，由制冷剂冷却的内置电动机的名义功率比具有相同制冷量的开启式压缩机所配置的普通电动机名义功率一般要小1/3～1/2。

      用制冷剂冷却电动机，虽有上述之优点，但制冷剂吸收热量后过热度增加，对压缩机的制冷量不利。因此有些封闭式压缩机的吸入制冷剂并不经过电动机。此时电动机产生的热量经机壳向大气散发。为提高散热效果，机壳上铸有肋片。在有条件的场合，尽量用强制通风冷却机壳，例如在风冷式冷凝机组中，冷凝器使用的风扇不仅对冷却制冷剂起作用，而且对机壳的冷却也有作用。

三 、单相电动机的起动

    在各种压缩机中，根据起动时所需起动转矩之大小，以及对起动电流的限制，采用不同的起动方式。

图8－3  RSIR分相起动方式

1－主绕组  2－辅助绕组  3－电动机保护器  4－线圈  5－弹性臂

    1.电阻分相起动方式（RSIR）：  图8－3给出RSIR分相起动方式。其起动电路由主绕组1、辅助绕组2和电流继电器组成。电流继电器中含有线圈4和弹性臂5（或重锤），起动时，通过线圈4的电流很大，弹性臂5闭合，辅助绕组2工作，电动机旋转。随着电动机转速之提高，主绕组1中的电流迅速下降，弹性臂5打开，辅助绕组停止工作。

    RSIR起动方式的起动扭矩小，起动电流大，因而效率较低，只用于带毛细管的小功率制冷机中。

图8－4  电容起动方式

1－主绕组  2－辅助绕组  3－起动电容器  4－起动继电器  5－电动机保护装置

    2.电容起动方式（CSIR）：电容起动电路见图8－4。起动时，辅助绕组2的电路接通，一股电流经起动继电器4顶部的触点、起动电器 

    3、辅助绕组2和电动机保护装置5；另一股电流经主绕组1和电动机保护装置5。起动后，继电器顶部的触点断开，辅助绕组不再工作。

    电容起动方式的起动转矩比电阻分相起动方式的起动转矩大，且起动电流小，结构比较简单，在300W以下的小型制冷装置上广泛应用。

图8－5  电容运转方式

1－主绕组  2－辅助绕组  3－起动电容器  4－电容器  5－电动机保护器

    3.电容运转方式（PSC）：电容运转式电动机在起动或运转中，把同一个电容器连接到辅助绕组的电路上（图8－5）。这种运转方式的电路中无起动继电器，电容器主要按电动机额定工况配置。电容运转式电动机的起动转矩较小，但随着转速的增加，转矩增加。电容运转式电动机的效率高，其负荷主要由主绕组承受，辅助绕组只承受小部分，因而其过载负荷容量小。加大电容量后，辅助绕组承担的负荷增大，过负荷容量有些增加。但电容器容量不能太大，否则在空载和轻载时能效比降低。PSC主要用于起动负荷转矩小的压缩机上。

    4.电容起动电容方式（CSR）：CSR电路有两种：①带PTC继电器；②装有电压继电器。

图8－6  带PTC继电器的电路

1－主绕组  2－辅助绕组  3－电动机保护装置  4－运行电容器  5－起动电容器  6－PTC继电器

    （1）带PTC继电器  其电路如图8－6所示。

    起动时，一般电流经起动电容器5、PTC继电器6、辅助绕组2和电动机保护装置3（此时运行电容器4与起动电容器5并联）；另一股电流经主绕组1和电动机保护装置3。起动后，由于PTC继电器的作用，起动电容器不再工作。两个电容器在起动时同时起作用，增大了起动转矩。正常运转时只有运行电容器工作，电动机能以高功率因数运转，提高了效率，但电路较复杂，成本高。

图8－7  带电压继电器的CSR

1－主绕组  2－辅助绕组  3－电动机保护装置  4－电压继电器  5－线圈  6－带接点的弹性臂

7－起动电容器  8－放电电阻  9－运行电容器

    （2）带电压继电器  带电压继电器的CSR，其电路如图8－7所示。

    起动前，电压继电器两端无电压，带接点的弹性臂6处于闭合状态。起动时，最初因转速低，辅助绕组两端的电压尚未达到必要的数值，故弹性臂4仍然关闭，起动电容器7工作。随着转速的增加，辅助绕组两端的电压（即线圈5两端的电压）升高，并在转速接近额定值时，达到设定的数值，弹性臂受到相当大的吸力，接触点断开，切断起动电容器。电阻8与起动电容器并联，该电容器的电路切断后，通过电阻8放电。运行电容器9在起动时以及正常运行时均工作。