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1、机房空调用涡旋压缩机常见故障浅析(1)-电机烧毁摘要：机房空调用涡旋压缩机的电机绕组烧毁是压缩机常见的故障。在绕 组烧毁前，用户不易发现其故障征兆，而当 电机绕组烧毁后，又会掩盖了 一些导致绕组烧毁的真像，给事后故障原因分析增加了 难度。本文从 压缩 机长期过载运行、电机堵转、缺油、电压异常、压缩机散热不足、绕组绝 缘破坏和电气电路几方面进行了分析，揭示了 这些因素与压缩机电机绕组 烧毁之间的关系，以提高用 户及维护工程师对压缩机损坏前的异常现象的 重视关键词:机房空调、压缩机故障、电机烧毁、绕组烧毁f 引言00涡旋压缩机的电机绕组烧毁是一个常见压缩机故障。当压缩机的电机绕组 烧毁发生了，因电
2、机绕组线圈、压缩机的冷冻机油、和制冷 剂在高温高压 的状态下，会产生巨烈的化学反 应，生成物通过压缩机的进排气管道会 污 染整个制冷系 统。维修时需要清洗制冷系 统，维修难度大，维修成本高。 被污染制冷系统又会掩盖电机烧毁的原因，给事后故障根本原因分析增加 了难度。根本故障原因分析是 维修工作的关键步骤。没有找出故障原因的 维修，可能会 导致相同的故障重复出 现。本文将重点分析 电机绕组烧毁的 故障现象及其原因。01f涡旋压缩机原理 涡旋压缩机原理是在 1905 年就被 发明。涡旋压缩机的压缩部分主要由一个 动涡 旋盘和一个静 涡旋盘组 成的，如 图 1 所示。工作 时静涡旋盘不运 动， 动涡
3、旋盘由电机驱动下转动如图 3 和图 4。由于动涡旋盘不停的旋 转，气体 在动涡 旋盘和静涡旋盘之间的月牙形封 闭空间内，从外周向中心卷 进，不 停被压缩，最终从中间喷出，如图 1和图 2所示。静涡旋盘4气体岀图1排出气体图2由于二十世纪末的高精度数控机床技 术的发展，使涡旋压缩机生产成本大 大降低，从而逐步地代替了 传统的活塞压缩机，在机房精密空 调行业中， 机房空调几乎都是采用涡旋压缩机，如图3所示。本文所说的压缩机，如 没有特别注明的，皆指机房空 调所使用谷轮公司的涡旋压缩机，未注明的 空调皆指维谛公司的机房空调。静涡旋盘动涡旋盘电机转子J1绕组定子图4电机绕组和转子/压编机的电机绕组焼毁
4、原因分析02压缩机在机房精密空 调制冷系统的作用：压缩气体制冷剂，保证制冷系统 的高低压力，并提供制冷 剂循环流动的动力。如果压缩机出现故障，空调 就不能制冷。压缩机故障根本原因分析不能 仅对压缩机本身分析，需要 对 整个制冷系统进行分析。涡旋压缩机的故障可分 为机械故障和 电机故障。机械故障主要指 压缩机的 压缩部分故障，不能完成 压缩功能，制冷系统不能建立高低压，比如压缩 机轴卡死。压缩机电机故障主要指 压缩机的电机烧毁，主要表现为定子绕 组绝缘层破坏（短路）和断路。短路是指电机的三相绕组相间的短路和三相 绕组对地短路。根据谷 轮电 气手册，三相 绕组对地的绝缘电阻值以0.5兆欧作为判定压
5、缩机好坏的 界限。压缩机电机短路会引起机房空 调的压缩机空开跳闸。断路是指电机的三相绕组的某一相或几相的断开。用万用表 检查三相绕组 间阻值为无穷大。机房空调表现的故障现象是压缩机的接触器吸合，但无 压缩机工作电流，空调也无制冷效果。 维修工程师可用万用表检查电机绕 组阻值大小，可以判断 压缩机好坏。实际上电机绕组故障是很难被及时发 现，一旦被发现，绕组已经被烧毁。然而，压缩机电机绕组烧毁 无非是两大原因：大 电流和电压异常。只要从 这两方面入手，就不 难发现绕组烧毁 的原因。以下是故障原因分析：2.1 长期过载运行压缩机长期过载运行会 导致电机绕阻温度偏高。由于 电阻发热量与电流的 平方成正
6、比， 电流越大， 绕组温度越高。高温加快 绕阻的绝缘层 的老化速 度，最终导致电机线圈绕组相间短路，烧毁绕组。压缩机过载的主要原因是 电机负荷过大，常 见的原因：（1）是压缩机排气 压力高，比如制冷 剂为 R22 的压缩机，压缩机高压报警 的压力一般为2.8MPa，如果压缩机在接近报警压力下长期运行，或者高压 开关故障， 压缩机在超高 压状态下长期运行，就会 导致压缩机长期过载运 行。形成压缩机高压运行的主要原因是冷凝器散 热量不良，散 热不良的原 因有很多：比如 设计的问题，冷凝器配置比 较小；安装的 问题，冷凝器安 装空间小，通风不好；维护的问题，冷凝器 脏堵，未及 时清洗等。因此在 更换
7、压缩 机时，如果无法确 认压缩 机故障原因 时，就必 须检查高压开关的 报警功能。（2）是压缩机吸气压力高， 压缩机因进气量过大从而使 电机过载。主要原 因是空调处在高回风温度状态下运行， 且膨胀阀的最大操作压力功能 （MOP）失效，不能限制低 压压力。（3）是润滑失效引起的机械部件摩擦阻力增加，形成 压缩机电机过载，表 现出来故障 现象是压缩机工作 时的噪声大， 压缩机壳体温度高。 润滑失效 的原因主要有以下几点：缺油、回流的液 态制冷 剂稀释润 滑油、以及 润滑 油过热而焦化变质等。 涡旋压缩机缺油原因有，比如 长管路系统在开机调 试时， 未追加冷冻机油；管路系统无法回油；经常漏氟的系统未
8、及时补 油。回流的液 态制冷剂稀释润 滑油，不能形成摩擦面正常油膜，甚至冲刷 掉原有油膜，增加摩擦和磨 损。 涡旋压缩机过热会引起使 润滑油蒸发、高 温分解甚至焦化，影响正常油膜的形成。压缩机在工作时，涡旋片、曲转等部件高速旋转，需要润滑油润滑和冷 却。如没有油膜保 护摩擦面会 压缩 机迅速升温，局部高温会使 润滑油迅速 蒸发甚至焦化，数秒 钟内可引起局部 严重磨损甚至抱 轴。在对故障涡旋压 缩机做拆解分析时，会闻到焦糊味，因为金属面严重磨损时温度是很高 的，而 润滑油在 175 度以上 时就开始焦化。（4）是市电超频，如电源的频率的增加太多， 压缩机因排气量 过大使电机 过载。表现出来故障
9、现象是压缩机壳体温度高， 压缩机电流过大，高压压 力高。（5）是机房空 调的压缩机过载保护装置失效， 过载保护装置主要有 压缩 机 主电源的空开、 压缩机的内部 过载保护装置，功率大的 压缩机还有外部 过 载保护装置。2.2 堵转堵转是压缩机在短时间内的产生大电流，易产生电机绕组相间短路， 烧毁 电机绕组。如果压缩机运行电流达到正常运行 电流的 48 倍，就认为压缩 机发生堵 转。这种电流在维护过程不易被 发现。如果空 调过载保护装置频繁动作， 比如压缩机空开频繁跳闸，就可以 认为压缩 机可能产生堵转故障。堵转的原因：（1）是压缩机的负载太大。比如高 压开关失效，失去保 护作用，使 压缩机 处
10、于超高压运行状态。（2）是机械 润滑效果极差，在极端情况下形成 压缩机抱轴。（3）是频繁启动，压缩机启动瞬间，电流的峰 值也接近或达到堵 转电流。 启动和堵转时的电流会使绕组迅速升温。 压缩机内部热保护器一般不会有 很快的响应，不能阻止空 调压缩机频繁启动。电机频繁启动，巨大的启 动 电流和 发热 ,会加 剧绕组绝缘层 的老化。每次启 动时 ，磁性力矩使 电机绕组 有微小的移 动和相互摩擦。如果有其它因素配合（如金属屑， 绝缘 性差的 润滑油等），很容易引起 绕组间 短路。机房空调频繁启动的原因：（1）空调配置或选型不合理，空 调的制冷量远大于机房的冷 负荷，大马拉 小车。（2）机房的气流 组
11、织不合理，空 调送风和回风短路，冷 风直接回流。（3）空调的参数设置不合理， 应延长空调压缩机最短工作时间。2.3 金属屑引起的短路金属屑是短路和接地绝缘值低的罪魁祸首。尽管制冷系统中有干燥过滤 器，但是并不能 过滤 掉所有金属屑。因为涡 旋压缩机电机冷却方式是回气型，回来的氟里昂必 须经过绕组 ，所 以制冷系 统中夹杂金属屑，很可能跟随制冷 剂回到压缩机并在 电机绕组处 停留。涡旋压缩机运转时的正常振动，以及每次启 动时绕组受电磁力作用 而转动，都会促使 夹杂于绕组间的金属屑与 绕组漆包线之间产生相对运动 和摩擦。棱角 锐利的金属屑会划 伤漆包线绝缘层 ，引起短路。金属屑的来源：（1）是施工
12、时留下的铜管屑、焊渣等。施工 时铜管内壁的清洗、切割 铜管 时毛刺的清除、 铜管防灰尘侵入保护、氮气保护焊、氮气吹洗等 严谨地施 工工艺是防止金属屑 进入制冷系 统的有效办法。（2）涡旋压缩机内部磨 损和零部件 损坏时也会掉下的金属屑。比如 润滑油 不足，电机主轴发生了磨损，导致主轴偏心，转子与定子 产生摩擦，破坏 绕组绝缘层 。或者是压缩机发生液击故障，被 击碎的金属屑划破漆 绕组绝 缘层。（3）系 统中如果有 较多水分， 润滑油就会被水解成酸性。酸性 润滑油会腐 蚀铜管和绕组绝缘层 ，一方面，它会引起 镀铜现象，使系 统中产生粉末状 的铜铁小颗粒；另一方面，这种含有铜原子的酸性润滑油的绝缘
13、性能很 差，为绕组短路提供了条件。机房空调系统的水分来源主要有以下几个方面：1、未充氮气存放；2、开机调试时 真空不 够；3、充注品质差氟利昂 时带入的；4、冷冻油吸湿进入的。2.4 电源缺相和 电压异常电源缺相可以 轻而易举地毁掉任何电机。谷轮公司要求 电源电压变化范围 不能超过额定电压的10%。三相间的电压不平衡不能超 过 5。如果发生缺相时涡旋压缩机正在运转，使未缺相的 绕组会有很大的 负载电 流。电机绕组会很快 过热。正常情况下 涡旋压缩机会被 热保护，当电机绕 组冷却至热保护器复位温度，保 护器复位后， 涡旋压缩机将再次启 动，因 缺相而启 动失败，出现堵转，然后 进入“堵转热保护堵
14、转”死循环，直 至电机烧毁。机房空调压缩机电源缺相的原因：（1）空气开关故障。（2）接触器故障或其触 头接触不良。（3）导线接头松动或断线。（4）市电缺相。电压异常也会 导致电机烧毁，电压异常包括 电压不平衡、 过压和欠压。电压不平衡是导致压缩机运行电流不平衡的根本原因。在正常运行情况 下，压缩机电流的不平衡数是 电压不平衡数的 410 倍。电压不平衡 计算 方法为相电压与三相电压平均值的最大偏差 值与三相电压平均值比值。电 流不平衡会引起 绕组温升不平衡。不平衡 电压造成的 绕组温升大约是电压 不平衡数平方的两倍。例如标称 380V 三相电源，在涡旋压缩机接线端测量的电压分别为 380V 、
15、 366V 、400V 。可以计算出三相电压平均值 382V ，最大偏差 为 20V ，所以 电压不平衡数为 5.2 。 5.2 不平衡电压可能引起 50的电流不平衡， 绕 组温度温升的不平衡数 为 54。结果是一相绕组过热而其他两个 绕组温度 正常。电压超过额定电压的 10% ，称为过压 。电动机在超 压运行时，压缩机电机 处在非常的危险之中，电机绕组会直接放电，击穿绕组绝缘层而烧毁电 机。电压低过额定电压的 10%，称为欠压。电动机在低 压运行时，转速会下 降。电压越低，电流会越大， 电机绕组温升越高， 严重时会烧坏电机。2.5 压缩 机电机冷却不好压缩机电机冷却不好会 导致电机绕组温度升高， 绕组温度越高 ,绕阻的绝缘 层的老化速度越快，最 终导致电机绕组相间短路， 烧毁电 机。其故障常伴 有压缩 机排气温度高 报警。机房空 调的涡旋压缩机散热是依靠回流的制冷 剂蒸汽冷却的，如果回流的 制冷剂温度高，或 质量流量小，都会造成 压缩机散热不好， 压缩机的壳体 温度升高，在日常工作中，一定要控制好压缩机吸气的过热度和低压压 力。回流的制冷 剂蒸汽温度越高，越不利于 压缩 机散 热。回流的制冷 剂蒸汽温 度与低压压力和膨胀阀的膨胀阀的过热度有关。低压压力越低，压缩机吸入制冷剂的质量流量越小，越不利于压缩机散 热。低压压力低的原因：（1）制冷 剂泄漏。（2）蒸发器
