淺析電機在單元機空調中的應用

夏 璐

（特靈科技亞太研發中心，江蘇太倉 215400）

0 引言

空調即空氣調節器，是指通過使用人工的手段對建筑/構筑物內環境空氣的溫度、濕度、潔凈度等參數進行調節和控制的設備[1]。空調的結構包括壓縮機，冷凝器，蒸發器，風扇，四通閥和膨脹閥(或毛細管)等部件。空調中使用的驅動電機主要有4 個地方：（1）壓縮機中的電機，用來驅動制冷劑循環；（2）室外機中的電機，用來帶動室外風扇給冷凝器降溫；（3）室內機中的電機，用來帶動室外風機吹出蒸發器產生的冷空氣到室內；（4）室外側驅動搖擺葉片的調整電機。如圖1所示，可見電機在空調運作過程中的重要性，是比較核心的零部件[2]。本文通過對單元機空調中電機選型和應用，詳細總結了單元機空調結構中使用的電機，以便于對單元機空調結構了解，為如何選擇電機提供指導，并為后續對空調中的電機做更一步地研究、提高空調的性能以及開發新產品打下基礎。

圖1 空調原理示意圖

電機俗稱“馬達”，是指依據電磁感應定律實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置。電機在運行時從電系統吸收電功率，向機械系統輸出機械功率[3]。電機的驅動系統主要由電機跟控制器組成，控制器主要用來調節電機運行狀態，使其滿足不同的運行要求。電機按照工作電源類型分為直流電機和交流電機，其中交流電機分為單相電機和三相電機；按照結構和工作原理分為直流電動機、異步電動機和同步電動機；按照用途分為驅動用電動機和控制用電動機，其中控制用電動機可分為步進電動機和伺服電動機等[4]。單元機空調中常用的電機通常有單項異步電機、三相異步電機還有變頻電機。在空調新風系統結構中，其對電機的精度要求比較高，會使用步進電機和永磁同步電機。

單元機空調通常都放在屋頂，通過風管將冷風或者熱水送入室內。綜合考慮單元機空調的工作環境和性能要求等因素，單元機空調中使用的電機應具備以下基本特點：（1）電機的結構要緊湊簡單，增加與整體結構的配合性；（2）電機的重量要輕，以減輕整體的重量；（3）可靠性高，同時要可以控制失效模式；（4）能夠提供良好的驅動力矩以及動態性能；（5）運作效率高，功率損耗低；（6）運行噪聲低，使用方便，操作風險低；（7）調速范圍可控并且適宜；（8）電機的成本低，控制整體費用成本；（9）耐高溫及耐腐蝕，節能環保。

1 單元機空調使用電機的選型以及應用

根據單元機空調中部件對電機使用需求的不同，分別對單元機空調的壓縮機電機、風扇電機和其他裝置的電機進行選型以及應用介紹。

1.1 壓縮機電機

壓縮機在空調中也有很多種類，有渦旋式、轉子式、螺桿式、活塞式和離心式。每種類型的壓縮機適用不同的空調，在單元機空調中，一般選用渦旋式壓縮機。根據使用要求，渦旋式壓縮機一般采用單相異步電機、三相異步電機和變頻電機，如表1所示。

表1 單相異步電機、三相異步電機和變頻電機適用范圍及特點比較

在單元機空調中選用三相異步電機跟變頻電機較多，考慮到成本的因素，一般在超高效機型和客戶特殊要求下會更多地選擇變頻電機。壓縮機中電機所在的位置如圖2所示。

1.2 空調風扇電機

1.2.1 室外風機

單元機空調中風扇使用的電機分為室內風扇電機和室外風扇電機[5]。室外機對啟動轉矩和過載能力要求不高，一般采用單相異步電機。室外風扇電機的位置如圖3所示。

圖2 電機在壓縮機中的位置

圖3 室外風扇電機的位置

圖4 室內風扇電機的位置

1.2.2 室內風機

單元機空調中室內機的導風電機對轉矩、效率要求比較高，一般采用三相異步電機，綜合考慮成本等因素，變頻電機使用并不多。室內風扇電機的位置如圖4所示。

1.3 其他裝置用電機

單元機空調中除了壓縮機電機和風扇電機外，還有新風裝置上驅動搖擺葉片的電機（圖5）等，一般采用步進電機或永磁同步電機。綜合考慮步進電機跟永磁同步電機的優缺點，如表2所示，單元機空調中會優先選用步進電機。

圖5 電機用于驅動搖擺葉片的位置

2 電機在單元機空調使用中常見的故障及解決措施

2.1 故障現象

隨著空調的使用年限增長，電機在長時間的工作和操作不當的情況下，也會出現如下的故障：

表2 步進電機和永磁同步電機的優缺點比較

（1）噪聲大；

（2）電機不轉（軸承卡死或者電機燒壞）；

（3）電機溫升高或頻繁跳停。

2.2 故障原因

根據長期的維修經驗和對失效分析的實驗，總結出造成電機故障的原因如下：

（1）運輸和安裝過程中造成機組變形，產生共振，同時電磁磁場、機械轉動引起噪聲[6]；

（2）軸承或者電機受損，電機振動較大；雙電機機組共用一個控制器[7]；

（3）軸承過熱，電壓不穩定；

（4）電機本身引起振動，有可能是安裝基礎不平，安裝不到位，緊固件松點造成的；

（5）與電機相配套的啟動電器損壞（啟動電容、接觸器、熱元件等）。

2.3 解決措施

改善運輸環境，嚴格按要求安裝電機，平時對電機要做好維護。電機組不共用控制器，當電機使用年限較長時，要及時更換電機。

3 結束語

綜上所述，通過對單元機空調各種驅動電機以及驅動系統的分析比較，在選擇空調驅動電機的時候，需要考慮的幾個關鍵問題是電機的成本、可靠性、效率和功率，以及電機的維護、耐用性、尺寸和噪聲，同時需要綜合考慮其他相關因素，選擇合適的電機應用到不同的工作情況中。隨著電子通信技術的不斷進步，相信未來的空調系統是以系統性能可靠、結構緊湊、效率高、環保節能為基礎，向高集成化和數字化的方向發展[8]。