Hűtőkompresszorok aszinkronmotorjainak vizsgálata
2016. május 11. | Lantos Tivadar | 13 237 |
Az alábbi tartalom archív, 8 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az elmúlt években, évtizedekben a hűtőkompresszorok jelentős átalakuláson mentek át. Régen a berendezések nagyobb tömegűek voltak, kellően túlbiztosítva. Ám korábban nem vették figyelembe a gazdaságos üzemet, ami napjainkra az egyik fő szempont lett, ennek köszönhetően a kompresszormotorok is sérülékenyebbek.
Amíg a régi készülékek elviselték az üzemi határokon kívüli használatot, addig az újaknál szigorúan be kell tartani a működtetési paramétereket. Az alábbiakban vizsgáljuk meg a hűtőkompresszorok aszinkron villanymotorjainak indítási és működési körülményeit.
Egyfázisú kompresszormotorok
A kompresszorokat működtető motorok lehetnek egy és három fázisról tápláltak. Az egyfázisú motoroknak zömében kicsi az indítónyomatéka a háromfázisúakhoz képest, és ez meghatározza a felhasználási lehetőségüket. Az egyfázisú aszinkron (léteznek más kategóriák is: egyenáramú, inverteres, EC stb.), váltakozó áramú motorok üzeménél köztudott, hogy a motor nem fog elindulni, ha nem gondoskodunk megfelelő segédberendezésről. A tekercsben folyó váltakozó áram ugyan szinuszosan változik, de álló mágneses teret hoz létre, amely olyan, mint két egymással ellentétes irányú, fél amplitúdójú forgó fluxus eredője. Ahhoz, hogy az egyfázisú motor meginduljon, segédfázissal létre kell hozni egy, a főfázishoz képest eltolt mágneses teret. Ennek gyakorlati megvalósítása a motorok tekercselésén belül történik, a főfázis tekercselés az állórész ⅔-át, a segédfázis az ⅓-át foglalja el. A két tekercs egymással 90°-os szöget zár be. Forgó fluxus akkor keletkezik, ha a segédfázisban folyó áram fázisában is 90°-os fáziseltérésben van a főfázis áramához képest. Az így létesített forgómező nem tökéletes, felharmonikusokat tartalmaz, melyek zaj és rezgés forrásai. Adott fordulatszámnál és terhelőnyomatéknál lehet felharmonikusok nélküli forgómezőt létrehozni, ez célszerűen a névleges terhelőnyomatékhoz tartozó érték. Ezért az ettől eltérő terhelési értékeknél a zaj- és rezgésviszonyok romlanak, így az egyfázisú motorok üresjárásban kedvezőtlen zaj- és rezgésértékekkel rendelkeznek. A zaj csökkentéséhez szükséges feltételek: megfelelő horonyferdítés, megfelelő nagyságú légrés, nagyon korrekt gyártástechnológia, hogy a forgórész koncentrikusan fusson az állórészfuratban, az állórészfuratnak pedig körkörösnek kell lennie. Az állórészfurat körkörösségét precíz lemezcsomag-kialakítással és korrekt házfuratba melegítéssel lehet biztosítani.
1. kép: Egyfázisú hermetikus kompresszor. A hermetikus kompresszorok javíthatatlanok, szétszedésükre nincs lehetőség, meghibásodás esetén csak cserélni lehet őket.
2. kép: Háromfázisú hermetikus kompresszor
3. kép: Spit klíma EC motoros kompresszora, mely olajozási problémák miatt ment tönkre. A fémszemcsék jól mutatják a készülék belsejének elnyíródását.
4. kép: PTC egy kisteljesítményű félhermetikus kompresszor motorjából.
Egyfázisú kompresszormotorok PTC-indítása
A segédfázis működését különböző készülékekkel biztosítják. Nézzük a legegyszerűbb indítóeszközöket, melyek kisebb indítónyomatékú kompresszormotoroknál használatosak. A PTC (Positive Temperature Coefficient) egy hőmérséklet-érzékeny félvezető, amely a segédfázis-tekercsen átfolyó áramot szabályozza. Az eszközt sorba kötik a segédfázis-tekerccsel. Hidegen kicsi (kb. 10 Ohm) az ellenállása, így viszonylag nagy áramot képes átengedni, amely működteti a segédfázist, így a motorban létrejön az eltolt mágneses mező, a motor meg tud indulni a megfelelő forgási irányban. Amikor a kompresszormotor eléri teljes üzemi állapotát, a PTC „pogácsa" az átfolyó áram hatására felmelegszik, így az ellenállása durván megnő (kOhm nagyságrendben). Ennek hatására a vezetőképessége lecsökken, magyarul „kikapcsolja", minimális áramot enged át a segédfázison. A motor forgásához tovább nincs rá szükség, hiszen a forgó mágneses tér a motor forgó-mozgásából következően fennmarad. Ha azonban a motor váratlanul megáll, az újraindítás nem valósulhat meg azonnal a PTC hőtehetetlensége miatt. Csak abban az esetben kapcsol be újra a segédfázis, ha a PTC kihűl, ellenállása ismét lecsökken. A félvezető „hűlésére" 8-10 perc várakozás szükséges, csak ezután lehet újraindítani a rendszert.
A PTC nagy előnye, hogy viszonylag egyszerű szerkezet, nincs benne mozgó alkatrész, hosszú élettartamot biztosít. Ha a kompresszor működésének felső határán jár huzamosabb ideig, a PTC pogácsát tartó foglalatban a karmantyúk „elfáradnak”, rossz lesz a vezetés, amely indítási problémákhoz vezethet. Átmenetileg ezen úgy segíthetünk, ha kivesszük a pogácsákat, megtisztítjuk, és visszahelyezzük. A PTC pogácsával indított egyfázisú komp-resszormotorok kis indítási nyomatékkal rendelkeznek, ezért csak olyan helyen használhatók, ahol a szívó- és a nyomóoldalon indítás előtt kiegyenlítődik a nyomás, és tulajdonképpen nyomásmentesen kezdődhet a következő indítás. Jellemzően háztartási hűtőberendezések esetén használhatók a PTC-s indítású kompresszorok.
A motor oldalán elhelyezett adattáblán lehet látni a „lefogott” forgórész esetén felvett áram értékét, azaz a motor indulásakor felvett áramot, amely az üzemi áram 5-10-szerese is lehet. A háztartási hálózatot az indítóáram „meghúzhatja”, az igénybevétel 0,5 s-ig tarthat. Ennek ellenére a PTC-s motoroknál nincs szükség külön lágyindító berendezésekre a viszonylag kis teljesítmények miatt.
Olyan berendezések esetében, ahol a szívó- és a nyomóoldali nyomás nem tud kiegyenlítőd-ni, nagyobb indítónyomatékú kompresszormotorokra van szükség. A nagyobb indítónyomatékot üzemi kondenzátor beépítésével lehet biztosítani. A PTC nagyobb indító áramot enged át, amely az indítás után ugyan lecsökken, de a vele párhuzamosan kötött kondenzátoron tovább folyik az áram, így nagyobb üzemi nyomatékot biztosít a motor.
Villamos motorok esetén a kondenzátor kétféle lehet, vannak indító és vannak üzemi kondenzátorok. A különbség, hogy az üzemi kondi mindig áram alatt van, 100 százalékos a bekapcsolási ideje, nagyobb a mérete ugyanakkora kapacitásnál, mint az indító kondenzátoroké. Nem megfelelő indítás esetén, az indítókondenzátorokon az áram megmarad, így azok két-három perc után „elfüstölnek". Ha a kondenzátorra semmilyen adat sincs feltüntetve, az indítókondenzátor mellett mindig van egy ún. kisütő ellenállás, amely a kondi maradékáramát emészti fel.
Háromfázisú kompresszorok
A háromfázisú motoroknál nincs szükség segédberendezésre, hiszen a tekercselés kialakításával a forgó mágneses mező biztosított, viszont az indító áramlökést csillapítani kell bizonyos esetekben. Vannak olyan kompresszorok, melynek a forgásiránya kötött. Hogy a készülék merre fog forogni, az a villanyszerelő munkáján múlik. Éppen ezért közvetlenül bekötés után egy rövid indítási próbával kell meggyőződni a helyes működésről.
Közvetlen indítás
Az állómotor közvetlen hálózatra kapcsolása a legegyszerűbb és legüzembiztosabb indítási mód. A hálózatra kapcsolás pillanatában a még álló motor az állórész rövidzárási áramával megegyező Ii indítási áramot veszi fel a hálózatból, és az Mi indító nyomatékot fejti ki. Az indítási áram nagy (a névleges áram 3-9-szerese), viszont az indító nyomaték aránylag kicsi. A kalickás motorokat úgy méretezik, hogy a közvetlen indítás áramát károsodás nélkül kibírják. A nagy indítási áram inkább a hálózat-ra és a hálózatra kapcsolt más gépekre, készülékekre lehet veszélyes, mert túlmelegedést és feszültségcsökkenést idéz elő. Túlmelegedés inkább csak gyakori indítás esetén lép fel, tönkreteheti a vezetékek szigetelését és zárlatot okozhat. A feszültség-csökkenés a hálózatot tápláló transzformátornak és a hálózat vezetékeinek ellenállásain bekövetkező feszültségesés miatt keletkezik, zavart okozhat a hálózatra kapcsolt más gépek és készülékek üzemében.
Áramrelés indítás
A tekercsrelén keresztül folyik a főfázis árama, ha a relé meghúz, a segédfázison is megindul az áram. Egy álló kompresszornál is a főfázison olyan nagyságú áram folyik, amely elegendő ahhoz, hogy a relét behúzza, és bekapcsolja a segédfázist. Ez a módszer szintén az alacsony indítónyomatékú motorok indítására használatos. Amint felpörög a forgórész, egyre csökken a felvett áram, és lassan elérjük azt az állapotot, amikor a relé elenged, és teljes mértékben kikapcsolja a segédfázist.
A főfázis és a segédfázis tekercselése nem egyforma, a segédfázistekercsnek más az induktivitása, így eltérő nagyságú mágneses mezőt hoz létre, amely alapvetően meghatározza a motor elindulását. Az egyfázisú rendszereknél nem lehet megváltoztatni a forgásirányt. A relés indításnál elméletileg nincs akadálya a leállítást követő azonnali újraindításnak, ám a tekercsek üzem közben melegednek, így lényegesen kisebb áramokkal tud dolgozni a rendszer, előfordulhat az, ha a szívó- és a nyomóoldal nem egyenlítődött ki, a kompresszor nem fog újraindulni. A motorok tekercselésénél vannak hőállósági osztályok, még az egyszerűbb kivitelűeknél is 175 °C a megengedett tekercshőmérséklet, ekkor még nem sérül a szigetelés. Hogy milyen mágneses teret hoz létre a behúzó tekercs, az függ a menetszámtól és a rajta átfolyó áramtól. A kettő szorzatára teljesen különböző kompresszort lehet működtetni. A kompresszornak, amely kisebb áramot vesz fel, szükségszerűen nagyobb menetszámon tekercselt relére van szüksége, hogy meg tudjon húzni. Abban az esetben, ha nagyobb indítónyomatékra van szükség, a relés indításnál is indítókondenzátorokat kell használni, amely a segédfázis-tekerccsel sorba van kapcsolva. Ameddig a relé behúzott állapotban van, az indítókondi és a tekercs együttese felépít egy nagyobb méretű mágneses teret, amely az indulást segíti.
Feszültségrelés indítás
Látszatra teljesen olyan a feszültségrelé, mint az áramrelé. Ami megkülönbözteti őket, az a tekercshuzal vastagsága, és a feltekert menetszám. A különbség az, hogy amíg a kompresszor nincs áram alatt, a relé meg van húzva nyugalmi állapotában. Amikor elindul a kompresszor, a relé kienged, és elveszi a segédfázisról az áramot. A rendszerben két kondenzátor van, egy indító és egy üzemi kondenzátor. Ez az indítási módszer adja a legnagyobb indítónyomatékot, nagyobb teljesítményű rendszereknél használják.
Csúszógyűrűs aszinkronmotorok indítása
A forgórész körbe csúszógyűrűkön keresztül beiktatott, csillagba kapcsolt indító ellenállásokkal történik a motor indítása. Az indító ellenállásokkal elérhető, hogy az indítási áramlökés le-csökkenése mellett megnő az indító-nyomaték. Az indítás folyamata alatt az indító ellenállásokat fokozatosan rövidre zárják. A csúszógyűrűs motorok indítása általában több fokozatú rezisztenciával történik. Az indítórezisztencia készülhet fémből. Gazdaságilag fontos, hogy mennél kevesebb anyagból készüljön, tehát mennél rövidebb legyen. Így a megfelelő rezisztenciát csak kis keresztmetszettel lehet elérni. Kis keresztmetszetű huzalnak kicsi a hűtőfelülete is, és ezért az indító rezisztencia hamar túlmelegszik, tehát csak az indításhoz feltétlenül szükséges ideig szabad bekapcsolva tartani. Gyakran alkalmaznak olajhűtésű rezisztenciát. Világosan látszik, hogy a fokozatok számának növelésével az Mmax és Mmin közti különbség csökkenthető, azaz az indítás egyenletesebbé tehető. Fokozatmentes, teljesen állandó nyomatékú indítás valósítható meg folyadékrezisztenciával.
A fentiekben átnéztük a hűtőkompresszorok működése során előforduló leggyakoribb eseteket, melyekkel a villanyszerelők közvetlenül vagy közvetve találkozhatnak. Az üzembiztos működéshez fontos tudni, hogy milyen problémákkal kell szembenéznünk egy készülék javításakor, szervizelésekor.
A Villanyszerelők Lapja egy havi megjelenésű épületvillamossági szaklap, amely nyomtatott formában évente 10 alakommal jelenik meg. A VL elsődlegesen a villanyszereléssel, épületvillamossági kivitelezéssel foglalkozó szakembernek szól, de haszonnal olvashatják üzemeltetők, karbantartók, társasházkezelők és mindenki, aki érdeklődik a terület újdonságai, előírásai, problémái és megoldásai iránt.
A VL előfizetési díja egy évre 9950 Ft, amelyért 10 lapszámot küldünk postai úton. Emellett az előfizetőink pdf-ben is letölthetik a legfrissebb lapszámokat, illetve korlátlanul hozzáférhetnek a korábbi számok tartalmához is, így 20 évnyi tudásanyagot vehetnek bírtokba.
