Имеют ли компрессоры кондиционера тепловую защиту?

Понимание тепловой защиты компрессоров переменного тока

Да, практически все современные компрессоры кондиционеров оснащены устройствами тепловой защиты, предназначенными для предотвращения катастрофического выхода из строя из-за перегрева. Эти критически важные компоненты безопасности контролируют температуру компрессора и автоматически отключают питание при обнаружении опасного уровня нагрева, защищая дорогой двигатель компрессора от необратимого повреждения. Термозащитные устройства стали стандартным оборудованием в жилых, коммерческих и промышленных системах кондиционирования воздуха, представляя собой важную защиту, продлевающую срок службы оборудования и предотвращающую дорогостоящий ремонт. Понимание того, как работают эти устройства, различные доступные типы и их рабочие характеристики, позволяет специалистам по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и владельцам недвижимости правильно обслуживать системы охлаждения и диагностировать проблемы при их возникновении.

Внедрение тепловой защиты в компрессорах переменного тока устраняет фундаментальную уязвимость электродвигателей к тепловым повреждениям. Двигатели компрессоров генерируют тепло во время нормальной работы за счет электрического сопротивления и механического трения, одновременно поглощая тепло от хладагента во время цикла сжатия. В нормальных условиях это тепло адекватно рассеивается через корпус компрессора и циркуляцию хладагента. Однако аномальные условия эксплуатации, такие как низкий уровень заправки хладагента, ограниченный поток воздуха, проблемы с электричеством или механические проблемы, могут привести к повышению температуры до опасного уровня. Без тепловой защиты эти условия быстро разрушили бы обмотки двигателя, что потребовало бы полной замены компрессора со значительными затратами.

Типы термозащит, используемых в компрессорах переменного тока

Внутренние термопротекторы

Внутренние термозащитные устройства устанавливаются непосредственно внутри корпуса компрессора, обычно встраиваются в обмотки двигателя или прикрепляются к ним, где они могут точно определять фактическую температуру обмотки. Эти устройства обеспечивают наиболее точный мониторинг температуры, поскольку они измеряют тепло у его источника, а не полагаются на косвенные измерения. Наиболее распространенным типом является кликсон или биметаллическая защита диска, которая состоит из термочувствительного биметаллического диска, который открывается при достижении заданной температуры, прерывая подачу тока к двигателю компрессора. Внутренние защитные устройства обычно срабатывают при температуре от 115°C до 135°C (от 240°F до 275°F), в зависимости от конкретной конструкции компрессора и спецификаций производителя.

Внутренние термозащиты обеспечивают превосходную защиту, поскольку они реагируют непосредственно на температуру двигателя, а не на условия окружающей среды или вторичные индикаторы. При срабатывании защиты компрессор немедленно отключается, предотвращая дальнейшее повышение температуры. По мере охлаждения двигателя биметаллический диск возвращается к своей первоначальной форме, а контакты замыкаются, позволяя компрессору перезапуститься, как только температура упадет ниже точки сброса, обычно на 20–30°C (35–55°F) ниже точки срабатывания. Эта функция автоматического сброса означает, что система попытается перезапуститься после охлаждения, что может быть как полезным, так и проблематичным в зависимости от того, была ли устранена основная причина перегрева.

Внешние теплозащитные устройства

Внешние термозащитные устройства устанавливаются снаружи корпуса компрессора и измеряют температуру посредством контакта с корпусом компрессора, а не путем прямого измерения температуры обмотки. Эти устройства более доступны для замены и тестирования, но обеспечивают менее точный контроль температуры по сравнению с внутренними устройствами защиты. Внешние устройства защиты обычно бывают двух видов: устройства защиты от обрыва линии, которые прерывают питание всей цепи компрессора, и устройства защиты пилотного режима, которые размыкают цепь управления для активации контактора или реле, которое отключает питание компрессора. Внешние термозащитные устройства обычно срабатывают при более низких температурах, чем внутренние устройства, обычно от 90°C до 120°C (от 195°F до 250°F), обеспечивая дополнительный уровень защиты перед срабатыванием внутренних устройств.

Комбинированные протекторы

Многие современные компрессоры используют комбинированные устройства защиты от тепловой перегрузки, которые реагируют как на температуру, так и на потребляемый ток. Эти сложные устройства контролируют не только температуру, но и силу тока двигателя, обеспечивая защиту от блокировки ротора, дисбаланса напряжения и других электрических проблем, которые не могут вызвать немедленное повышение температуры, но могут со временем повредить двигатель. Комбинированные защитные устройства обычно имеют нагревательный элемент, подключенный последовательно с компрессором, который нагревает биметаллический диск в зависимости от протекания тока, дополняя защиту, основанную на температуре. Этот двухрежимный режим обеспечивает более быструю реакцию на определенные неисправности и обеспечивает более комплексную защиту двигателя.

Как термозащиты работают в реальных условиях

Понимание рабочего цикла термозащитных устройств помогает техническим специалистам диагностировать проблемы системы и отличать отказы устройств защиты от других проблем, вызывающих остановку компрессора. Во время нормальной работы, тепловой протектор остается закрытым, позволяя току течь к двигателю компрессора. Во время работы двигатель выделяет тепло, которое постоянно контролирует устройство защиты. Если условия эксплуатации приводят к повышению температуры выше нормального уровня, термочувствительный элемент устройства защиты начинает приближаться к точке срабатывания. Скорость повышения температуры зависит от серьезности проблемы, вызывающей перегрев, при этом серьезные проблемы, такие как полная потеря заправки хладагента или блокировка ротора, вызывают быстрое повышение температуры.

При достижении температуры срабатывания контакты устройства защиты размыкаются, прерывая подачу мощности на двигатель компрессора. Внезапная потеря мощности приводит к остановке компрессора, исключая выделение тепла при работе двигателя и работе сжатия. Затем начинается рассеяние тепла, при этом компрессор постепенно охлаждается за счет проводимости к окружающему воздуху и поверхностям. Скорость охлаждения зависит от температуры окружающей среды, размера компрессора и того, продолжает ли работать вентилятор наружного блока. Для типичных бытовых компрессоров, работающих в умеренных условиях окружающей среды, охлаждение до температуры сброса обычно занимает 5–15 минут, хотя этот период может быть значительно дольше при высоких температурах окружающей среды или для более крупных коммерческих компрессоров.

Распространенные причины срабатывания термозащиты

Термозащитные устройства активируются в ответ на повышенную температуру компрессора, но основные причины перегрева широко варьируются и требуют систематической диагностики для выявления и устранения. Низкая заправка хладагента представляет собой одну из наиболее частых причин срабатывания термозащиты, поскольку недостаток хладагента снижает охлаждение двигателя компрессора и приводит к повышению температуры нагнетания. Утечки хладагента со временем возникают из-за коррозии, трещин, вызванных вибрацией, или поломок фитингов, постепенно снижая заправку системы до тех пор, пока не уменьшится охлаждающая способность и не повысится температура компрессора. Технические специалисты должны измерить перегрев и переохлаждение, чтобы убедиться в правильности заправки, и использовать оборудование для обнаружения утечек для обнаружения и устранения утечек перед перезаправкой системы.

Ограниченный поток воздуха через змеевик конденсатора приводит к повышению давления нагнетания, увеличивая работу сжатия и выделение тепла, одновременно снижая способность отвода тепла. Общие ограничения воздушного потока включают грязные змеевики, покрытые пылью, пыльцой или мусором; заблокированные вентиляторы конденсатора из-за вышедших из строя двигателей или заклинивших подшипников; и недостаточный зазор вокруг наружного блока, препятствующий надлежащей вентиляции. Электрические проблемы, включая дисбаланс напряжения, однофазность в трехфазных системах или ухудшенные соединения проводов, приводят к чрезмерному потреблению тока и выделению тепла. Механические проблемы, такие как выход из строя подшипников, попадание хладагента из-за неправильной заправки или установки или внутренние неисправности клапанов, увеличивают нагрузку и температуру двигателя, вызывая срабатывание тепловой защиты.

• Низкий уровень заправки хладагента снижает охлаждение двигателя и повышает температуру нагнетания за пределы безопасных рабочих пределов.
• Грязные змеевики конденсатора, ограничивающие отвод тепла и вызывающие повышенное давление и температуру конденсации.
• Неисправный двигатель вентилятора конденсатора, препятствующий адекватному потоку воздуха через змеевик конденсатора во время работы.
• Проблемы с напряжением, включая низкое напряжение, дисбаланс напряжения или однофазность, вызывающие чрезмерное потребление тока и нагрев.
• Ограниченное дозирующее устройство или фильтр-осушитель, снижающий расход хладагента и правильную работу системы.
• Условия перезарядки, увеличивающие давление нагнетания и работу компрессора, выходящую за пределы проектных спецификаций.
• Механические неисправности, включая изношенные подшипники, сломанные клапаны или внутренние повреждения, увеличивающие трение и нагрев.
• Экстремальные температуры окружающей среды, превышающие расчетные параметры оборудования в течение длительного периода времени.

Диагностика проблем с термозащитой

Систематическая диагностика позволяет различать срабатывание термозащиты из-за допустимых условий перегрева и отказы защиты, вызывающие нежелательное срабатывание. Начните диагностику с определения того, действительно ли компрессор перегревается или защитное устройство неисправно. Используйте инфракрасный термометр или контактный термометр для измерения температуры корпуса компрессора во время работы и сразу после остановки. Если измеренные температуры приближаются или превышают типичные точки срабатывания (90–135°C в зависимости от типа устройства защиты) при отключении устройства, защита работает правильно, и диагностика должна быть сосредоточена на выявлении причины перегрева. И наоборот, если компрессор отключается при нормальной рабочей температуре ниже 80°C, сама термозащита может быть неисправна.

Для систем, которые периодически включают тепловую защиту, контролируйте временной интервал между запуском и выключением. Очень короткое время работы менее одной минуты обычно указывает на электрические проблемы, такие как блокировка ротора, однофазность или серьезные проблемы с напряжением, а не на отключение из-за температуры. Время работы в 5–15 минут перед выключением указывает на реальный перегрев из-за хладагента, потока воздуха или механических проблем. Проверяйте давление в системе во время работы, сравнивая давление всасывания и нагнетания со спецификациями производителя для условий окружающей среды. Низкое давление всасывания в сочетании с высоким давлением нагнетания указывает на нехватку хладагента, тогда как высокое давление на всасывании и нагнетании указывает на избыточную заправку или отсутствие конденсации в системе.

Проверка и замена термозащитных устройств

Тестирование термозащитных устройств требует разных подходов для внутренних и внешних устройств. Внешние термозащитные устройства можно проверить непосредственно с помощью омметра, чтобы проверить целостность клемм защитного устройства в холодном состоянии. Правильно функционирующая внешняя защита показывает нулевое или близкое к нулю сопротивление при комнатной температуре, что указывает на замкнутые контакты. Если протектор в остывшем состоянии показывает бесконечное сопротивление, контакты застряли в разомкнутом состоянии и устройство вышло из строя. Чтобы проверить температурную реакцию, осторожно нагрейте устройство защиты с помощью тепловой пушки, контролируя сопротивление, которое должно перейти в бесконечное состояние (разомкнутая цепь) при номинальной температуре срабатывания. Это тестирование следует проводить со снятой с системы защитой, чтобы не повредить окружающие компоненты.

Внутренние термозащиты нельзя проверить напрямую, не открывая компрессор, что непрактично для герметичных агрегатов. Вместо этого диагностика основана на измерении сопротивления компрессора между клеммами и наблюдении за рабочим поведением. Компрессор с открытым внутренним защитным устройством показывает бесконечное сопротивление между общей и рабочей клеммами или между общей и пусковой клеммами, в зависимости от расположения защитного устройства в цепи. Выделите достаточное время для охлаждения, если компрессор недавно работал, поскольку устройство защиты может просто находиться в нормальном открытом состоянии и ожидать сброса. Если сопротивление остается бесконечным после 30 минут охлаждения при умеренной температуре окружающей среды, возможно, защита застряла в открытом состоянии или обмотки двигателя могут быть повреждены, что потребует замены компрессора.

Процедуры замены внешних термозащитных устройств

Замена внешних термозащитных устройств несложна, но для эффективной работы требуется уделить внимание правильной установке. Перед началом замены отключите электропитание кондиционера и проверьте отсутствие напряжения с помощью мультиметра. Разрядите накопленную в конденсаторах энергию, закоротив клеммы с помощью изолированной отвертки. Снимите существующую тепловую защиту, отсоединив клеммы проводов и сняв крепежные детали, крепящие ее к корпусу компрессора. Тщательно очистите монтажную поверхность, удалив старую термопасту, коррозию и мусор, которые могут помешать термическому контакту между новой защитой и корпусом компрессора.

Выберите замену термозащиты, технические характеристики которой соответствуют исходному устройству, уделяя особое внимание температуре срабатывания, температуре сброса, номинальному току и типу монтажа. Нанесите тонкий слой теплопроводной пасты на контактную поверхность нового протектора, чтобы обеспечить эффективную передачу тепла от корпуса компрессора. Прочно закрепите защитное устройство на компрессоре, расположив его в том же месте, что и исходное устройство. Большинство производителей указывают установку в верхней части корпуса компрессора, где температура самая высокая. Подключите электропроводку в соответствии с принципиальной схемой, обеспечив правильное сечение проводов для номинального тока и закрепив клеммные соединения, которые не будут ослабевать вибрациями во время работы компрессора.

Предотвращение активации термозащиты посредством технического обслуживания

Профилактическое обслуживание значительно снижает срабатывание термозащиты за счет устранения основных условий, вызывающих перегрев компрессора. Внедрите график регулярного технического обслуживания, включая ежеквартальную очистку змеевика конденсатора, чтобы поддерживать надлежащую способность отвода тепла. Очищайте змеевики, используя методы, соответствующие конкретной конструкции змеевика. Змеевики ребристого типа хорошо реагируют на мягкую промывку водой и утвержденными чистящими растворами змеевиков, тогда как микроканальные змеевики требуют более тщательной очистки во избежание повреждений. Осмотрите и очистите вентиляторы конденсатора, проверив правильность направления вращения, достаточный поток воздуха и отсутствие мусора или препятствий вокруг наружного блока.

Контролируйте электрические параметры, включая напряжение при отключении во время работы компрессора, сравнивая измерения с паспортными данными. Напряжение должно оставаться в пределах ±10 % от номинального напряжения, при этом в трехфазных системах баланс напряжений не должен превышать 2 % на всех фазах. Проверьте потребляемый ток в соответствии с номинальными значениями, указанными на паспортной табличке, и убедитесь, что любой компрессор потребляет силу тока, значительно превышающую указанную. Ежегодно проверяйте правильность заправки хладагента, измеряя перегрев и переохлаждение, корректируя заправку только в том случае, если результаты измерений выходят за пределы спецификаций производителя. Немедленно устраняйте любые утечки хладагента, а не просто добавляйте заправку, поскольку повторяющийся перегрев из-за низкой заправки значительно сокращает срок службы компрессора, даже если тепловая защита предотвращает немедленный выход из строя.

Понимание ограничений тепловой защиты

Хотя термозащитные устройства обеспечивают необходимую защиту от катастрофического отказа компрессора, они имеют ограничения, которые должны понимать пользователи и технические специалисты. Термозащитные устройства реагируют на температуру, а не на основные причины перегрева, то есть они устраняют симптомы, а не проблемы. Система, неоднократно включающая тепловую защиту, продолжает страдать от условий, вызывающих перегрев, накапливая повреждения с каждым циклом, хотя защита предотвращает немедленный выход из строя. Длительная эксплуатация в этом предельном состоянии ухудшает изоляцию двигателя, поверхности подшипников и качество холодильного масла, что в конечном итоге приводит к выходу из строя компрессора, несмотря на наличие и функционирование тепловой защиты.

Тепловые защиты также не могут защитить от всех видов отказов, влияющих на компрессоры. Внезапные механические неисправности, такие как поломка шатунов, разрушение тарелок клапанов или катастрофический заклинивание подшипника, происходят слишком быстро, чтобы тепловая защита могла предотвратить повреждение. Постепенные отказы, включая медленные утечки хладагента, могут сработать ниже точек срабатывания тепловой защиты, но при этом вызвать неадекватную эффективность охлаждения и неудовлетворенность клиентов. Понимание этих ограничений подчеркивает важность устранения коренных причин срабатывания термозащиты, а не рассматривания защиты как постоянного решения текущих эксплуатационных проблем. Когда срабатывает термозащита, это сигнализирует о проблеме, требующей изучения и устранения, а не просто о временном неудобстве, с которым следует мириться.

Передовые технологии тепловой защиты

Современные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха все чаще включают в себя передовые технологии тепловой защиты, которые обеспечивают более сложный мониторинг и защиту, чем традиционные биметаллические устройства защиты. Электронные модули тепловой защиты используют термисторные датчики и полупроводниковые переключатели для обеспечения более точного контроля температуры и более быстрого реагирования. Эти устройства можно интегрировать с элементами управления системой, чтобы предоставлять диагностическую информацию, отслеживать рабочие тенденции и различать нормальные температурные циклы и развивающиеся проблемы, требующие внимания обслуживания. Некоторые премиальные бытовые системы и большинство коммерческих установок теперь включают в себя модули защиты компрессоров, которые контролируют множество параметров, включая температуру, ток, напряжение и рабочие циклы, чтобы обеспечить комплексную защиту двигателя.

В компрессорных системах с регулируемой скоростью используются сложные алгоритмы защиты двигателя, встроенные в инверторный привод, которые постоянно контролируют температуру, ток и скорость двигателя для оптимизации защиты и максимальной эксплуатационной гибкости. Эти системы могут снижать скорость компрессора при достижении температурных пределов, а не полностью отключать его, сохраняя при этом некоторую охлаждающую способность и предотвращая повреждения. Интеллектуальные термостаты и системы управления зданием все чаще включают в себя мониторинг тепловой защиты, предупреждая пользователей или поставщиков услуг о повторяющихся отключениях тепла, которые указывают на развивающиеся проблемы, требующие профессионального внимания. По мере развития технологий HVAC системы тепловой защиты станут более интегрированными, интеллектуальными и проактивными, переходя от простой реактивной защиты к возможностям профилактического обслуживания, которые предотвращают проблемы до того, как они приведут к перебоям в обслуживании.