Лекции по дисциплине:

"БЫТОВЫЕ МАШИНЫ И ПРИБОРЫ"

Раздел 1 холодильные машины бытового назначения

1.10 Приборы автоматики и электрооборудование бытовых холодильных машин

1.10.3 Электрооборудование бытовых холодильников

К электрооборудованию бытовых холодильников относятся следующие приборы:

• электрические нагреватели (электронагреватели): для обогрева генератора в абсорбционных холодильных агрегатах; для предохранения дверного проема низкотемпературной (морозильной) камеры и выпадения конденсата (запотевания) на стенках; для обогрева испарителя при полуавтоматическом и автоматическом оттаивании:

• электродвигатель компрессора (в компрессионных холодильниках);

• проходные герметичные контакты для соединения обмоток электродвигателя с внешней электропроводкой холодильника через стенку кожуха герметичного компрессора;

• осветительная аппаратура, предназначенная для освещения холодильной камеры;

• вентиляторы для принудительной циркуляции воздуха в камерах холодильников и для обдува конденсатора холодильного агрегата воздухом (при использовании в холодильниках конденсаторов с принудительным охлаждением) и

1.10.3.1 Электронагреватели

Электронагреватели для холодильных агрегатов абсорбционно-диффузного действия изготовляют из нихромовой проволоки, выполненной в виде спирали с нанизанными на нее фарфоровыми втулками. Сплав нихромовой проволоки Х20Н80-Н-1-0,25, диаметр ее 0,25...0,31 мм. Электронагреватель представлен на рис. 5.1, а. Спираль вставлена в металлическую гильзу длиной 200...250 мм диаметром 20... 25 мм и наглухо закрытую с одной стороны. Пространство между втулками спирали и внутренней поверхностью гильзы заполнено песком. Нагревательный элемент располагают на участке длиной 150 мм, при этом от края гильзы он находится на расстоянии 5 мм. На концы спирали нанизаны фарфоровые бусы, выходящие через колпачок гильзы с отверстиями.

Концы спирали маркируют по цвету бус (рис. 5.1, б), присоединяют к фарфоровой колодке зажимов, терморегулятору или переключателю мощности. Электронагреватели различают по мощности (40...200 Вт) и рабочему напряжению 220 и 127 В.

1.10.3.2 Электродвигатели

Привод герметичных компрессоров бытовых холодильников и морозильников осуществляется с помощью однофазных асинхронных встроенных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Статор электродвигателя размещен на одном валу с компрессором и состоит из пакета, собранного из отдельных стальных пластин, а также рабочей и пусковой обмоток, расположенных секциями в пазах пакета. Ротор электродвигателя состоит из сердечника, собранного из отдельных стальных пластин, пазы которого залиты алюминиевым сплавом, образующим с обеих сторон проводники, накоротко замкнутые кольцами.

Электродвигатели выпускают на номинальное напряжение 127 или 220 В с допустимым отклонением напряжения ±10...15 %. Мощность электродвигателя составляет 60; 90; 120; 150 и 180 Вт, частота вращения вала—1500 и 3000 мин^-1. Обмотка статора электродвигателей работает в среде хладагента и масла.

Рис.1  Электронагреватели: а  общий вид; б  разрез; 1  металлическая гильза; 2 – нихромовая спираль; 3  песок; 4  втулка спирали; 5  фарфоровые бусы.

В бытовых холодильниках применяют электродвигатели ЭД, ЭД-21, ЭД-23, ЭДП-24, ЭДП-125, ДХМ-2-75, ДХМ-2-90, ДХМ-2-120, ДХМ-5, ДАО-130-120, ДАО-131-120 и др.

Технические характеристики однофазных асинхронных электродвигателей приведены в табл. 1.

Коэффициент полезного действия электродвигателя при номинальной мощности 60 Вт составляет 0,6 (частота вращения 3000 и 1500 мин^-1), при 90 Вт — 0,64 (частота вращения 3000 мин^-1) и 0,62 (частота вращения 1500 мин^-1) и при 120 Вт — 0,68 (частота вращения 3000 мин^-1) и 0,64 (частота вращения 1500 мин^-1).

Для пуска электродвигателей и защиты их в аварийных режимах применяют пускозащитную аппаратуру.

Направление вращения ротора однофазного асинхронного электродвигателя, если смотреть со стороны выводных концов статора, левое.

Сопротивление изоляции обмоток статора относительно корпуса в практически холодном состоянии не должно быть менее 10 МОм. Электрическая прочность рассчитана на испытательное напряжение 1500 В в течение 1 мин или 1800 В в течение 1 с.

Электродвигатель холодильника в нормальных условиях работает циклично, т.е. через определенные промежутки времени включается и выключается. Чем больше коэффициент рабочего времени холодильника (при постоянной температуре в помещении), тем ниже температура в холодильной камере и тем больше среднечасовой расход электроэнергии. Определенную цикличность в работе холодильника (коэффициент рабочего времени) обеспечивает терморегулятор.

Работает электродвигатель следующим образом. На статоре расположены две обмотки — рабочая и пусковая. Переменный ток, протекая по рабочей обмотке, создает переменное магнитное поле, наводящее токи в короткозамкнутом роторе двигателя. Электромагнитные силы, возникающие в результате взаимодействия магнитного поля с токами ротора, взаимно уравновешиваются, благодаря чему ротор не вращается. Для образования вращающегося магнитного поля применяют дополнительную пусковую обмотку. При включении обеих обмоток образуется вращающееся магнитное поле, которое увлекает за собой ротор. Когда частота вращения достигает 75...80 % скорости вращающегося магнитного поля в рабочей обмотке, пусковая обмотка отключается. Для отключения обмотки используется пусковое реле. Длительность разгона двигателей, соединенных с компрессором, 0,3...0,4 с.

В условиях повышенной температуры окружающего воздуха (в том числе тропический вариант), а также в пусковом и аварийном режимах электродвигатель компрессора работает при повышенной термической нагрузке, что часто приводит к сгоранию обмоток электродвигателя вследствие ухудшения физико-химических свойств изоляции в среде масла и фреона, так как при нагреве возможна деструкция масла с образованием жирных кислот, разъедающих изоляцию проводов. Обмотка электродвигателя компрессора, рассчитанная на нормальную работу при температуре, не превышающей 130 °С, может в вышеупомянутых ситуациях перегреваться до 200 °С, что крайне неблагоприятно сказывается на работоспособности электродвигателя.

В холодильниках, маркированных тремя звездочками, и двухкамерных обычная температура кипения около —25 °С и ниже; температура конденсации 40... 50 °С. В таких условиях нельзя рассчитывать на интенсивное охлаждение электродвигателя всасываемым паром и, следовательно, необходимо применять дополнительные системы охлаждения компрессора, например, охлаждение масляной ванны, головки блока цилиндра.

Допускаемая температура обмоток определяется теплостойкостью электрической изоляции проводов и пазовой изоляции, причем по теплостойкости принято разделять изоляцию на несколько классов.

Изоляция класса А может выдерживать температуру до 105 °С от 50 до 95 тыс. часов. При повышении температуры на 10 °С надежность 'и долговечность изоляции электродвигателя снижаются в 1,8 раза.

В последние годы за рубежом применяют виды электроизоляции обмоток, более надежные и долговечные, чем изоляция класса А. Общепринятой является изоляция, рассчитанная на работу при 120 °С. Материалом для изоляции провода служит поливинилацетатный лак, для пазовой изоляции — прессшпан, для крепления катушек — хлопчатобумажная лента. Применяют также изоляцию на полиэфирной основе, обеспечивающую достаточную надежность при температуре 140 °С. , В настоящее время в бытовой холодильной технике в качестве изоляционного материала применяют полиэтилентерефталатную пленку ПЭТ-Э. Разработан также новый композиционный материал «Лавитерм-2», который рекомендуется использовать в конструкции изоляции встроенных электродвигателей герметичных компрессоров для бытовой холодильной техники, работающих на озонобезопасных хладагентах.

Результаты испытаний материала «Лавитерм-2» в смеси хладагента R134a и масла ХС-22 при 120...140 °С показали его высокую технологичность и химическую стойкость. Этот материал характеризуется также высокой термостабильностью.

Один из путей улучшения энергетических показателей электродвигателей компрессоров бытовых холодильников — переход на новые схемы запуска с применением рабочих конденсаторов и пускового конденсатора, или позистора. Оба эти способа пуска широко применяют в электроприводах японских, датских, итальянских и других фирм, причем электродвигатель с пусковым конденсатором позволяет повысить пусковой и максимальный моменты при одновременном увеличении КПД по сравнению с соответствующими значениями для электродвигателя с позисторным пуском. Поэтому электродвигатель с пусковым конденсатором успешно применяют в компрессорах с увеличенным моментом сопротивления, особенно при работе в условиях пониженного напряжения сети.

Таблица 1  Технические характеристики электродвигателей

Электрические схемы включения электродвигателя приведены на рис. 2.

По условному обозначению (ГОСТ 23264) электродвигатели различаются следующим образом:

• по наружному диаметру: (130 мм—на базе ЭДП-125 и ЭД, 131 мм - на базе ДАО-131-120),

• мощности (100, 120, 150 и 180 Вт);

• способу запуска (С19—с рабочим и пусковым конденсаторами, С18П — с рабочим конденсатором и позистором). Частота вращения ротора составляет соответственно 48 и 47 с^-1. Сопротивление позистора - 22 0м.

Результаты испытаний (табл. 1) показали, что КПД электродвигателей мощностью 100... 120 Вт с позисторным пуском выше на 6...7 %, а с конденсаторным  на 7...8 %, чем у серийных аналогов ЭД-23, ЭДП-125 и ДАО-131-120, коэффициент мощности больше на 25...30 %. Масса электродвигателей серии ДАО-130 составляет от 3,5 до 4,65 кг, серии ДАО-31 — от 3,8 до 4,8 кг. Электродвигатели типа ДАО производят на Астраханском заводе холодильного оборудования.

Рис. 2  Схемы включения электродвигателя с рабочим конденсатором и позистором (а) и рабочим и пусковым конденсаторами (б):

ПО – пусковая обмотка; РО – рабочая обмотка; РП – реле пусковое; РТ – реле защитное тепловое; R_п – позистор; С_р – рабочий конденсатор; С_п – пусковой конденсатор; Х – колодка штепсельная; М – электродвигатель; КА – реле пускозащитное.