浅析电机在单元机空调中的应用

夏 璐

（特灵科技亚太研发中心，江苏太仓 215400）

0 引言

空调即空气调节器，是指通过使用人工的手段对建筑/构筑物内环境空气的温度、湿度、洁净度等参数进行调节和控制的设备[1]。空调的结构包括压缩机，冷凝器，蒸发器，风扇，四通阀和膨胀阀(或毛细管)等部件。空调中使用的驱动电机主要有4 个地方：（1）压缩机中的电机，用来驱动制冷剂循环；（2）室外机中的电机，用来带动室外风扇给冷凝器降温；（3）室内机中的电机，用来带动室外风机吹出蒸发器产生的冷空气到室内；（4）室外侧驱动摇摆叶片的调整电机。如图1所示，可见电机在空调运作过程中的重要性，是比较核心的零部件[2]。本文通过对单元机空调中电机选型和应用，详细总结了单元机空调结构中使用的电机，以便于对单元机空调结构了解，为如何选择电机提供指导，并为后续对空调中的电机做更一步地研究、提高空调的性能以及开发新产品打下基础。

图1 空调原理示意图

电机俗称“马达”，是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机在运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率[3]。电机的驱动系统主要由电机跟控制器组成，控制器主要用来调节电机运行状态，使其满足不同的运行要求。电机按照工作电源类型分为直流电机和交流电机，其中交流电机分为单相电机和三相电机；按照结构和工作原理分为直流电动机、异步电动机和同步电动机；按照用途分为驱动用电动机和控制用电动机，其中控制用电动机可分为步进电动机和伺服电动机等[4]。单元机空调中常用的电机通常有单项异步电机、三相异步电机还有变频电机。在空调新风系统结构中，其对电机的精度要求比较高，会使用步进电机和永磁同步电机。

单元机空调通常都放在屋顶，通过风管将冷风或者热水送入室内。综合考虑单元机空调的工作环境和性能要求等因素，单元机空调中使用的电机应具备以下基本特点：（1）电机的结构要紧凑简单，增加与整体结构的配合性；（2）电机的重量要轻，以减轻整体的重量；（3）可靠性高，同时要可以控制失效模式；（4）能够提供良好的驱动力矩以及动态性能；（5）运作效率高，功率损耗低；（6）运行噪声低，使用方便，操作风险低；（7）调速范围可控并且适宜；（8）电机的成本低，控制整体费用成本；（9）耐高温及耐腐蚀，节能环保。

1 单元机空调使用电机的选型以及应用

根据单元机空调中部件对电机使用需求的不同，分别对单元机空调的压缩机电机、风扇电机和其他装置的电机进行选型以及应用介绍。

1.1 压缩机电机

压缩机在空调中也有很多种类，有涡旋式、转子式、螺杆式、活塞式和离心式。每种类型的压缩机适用不同的空调，在单元机空调中，一般选用涡旋式压缩机。根据使用要求，涡旋式压缩机一般采用单相异步电机、三相异步电机和变频电机，如表1所示。

表1 单相异步电机、三相异步电机和变频电机适用范围及特点比较

在单元机空调中选用三相异步电机跟变频电机较多，考虑到成本的因素，一般在超高效机型和客户特殊要求下会更多地选择变频电机。压缩机中电机所在的位置如图2所示。

1.2 空调风扇电机

1.2.1 室外风机

单元机空调中风扇使用的电机分为室内风扇电机和室外风扇电机[5]。室外机对启动转矩和过载能力要求不高，一般采用单相异步电机。室外风扇电机的位置如图3所示。

图2 电机在压缩机中的位置

图3 室外风扇电机的位置

图4 室内风扇电机的位置

1.2.2 室内风机

单元机空调中室内机的导风电机对转矩、效率要求比较高，一般采用三相异步电机，综合考虑成本等因素，变频电机使用并不多。室内风扇电机的位置如图4所示。

1.3 其他装置用电机

单元机空调中除了压缩机电机和风扇电机外，还有新风装置上驱动摇摆叶片的电机（图5）等，一般采用步进电机或永磁同步电机。综合考虑步进电机跟永磁同步电机的优缺点，如表2所示，单元机空调中会优先选用步进电机。

图5 电机用于驱动摇摆叶片的位置

2 电机在单元机空调使用中常见的故障及解决措施

2.1 故障现象

随着空调的使用年限增长，电机在长时间的工作和操作不当的情况下，也会出现如下的故障：

表2 步进电机和永磁同步电机的优缺点比较

（1）噪声大；

（2）电机不转（轴承卡死或者电机烧坏）；

（3）电机温升高或频繁跳停。

2.2 故障原因

根据长期的维修经验和对失效分析的实验，总结出造成电机故障的原因如下：

（1）运输和安装过程中造成机组变形，产生共振，同时电磁磁场、机械转动引起噪声[6]；

（2）轴承或者电机受损，电机振动较大；双电机机组共用一个控制器[7]；

（3）轴承过热，电压不稳定；

（4）电机本身引起振动，有可能是安装基础不平，安装不到位，紧固件松点造成的；

（5）与电机相配套的启动电器损坏（启动电容、接触器、热元件等）。

2.3 解决措施

改善运输环境，严格按要求安装电机，平时对电机要做好维护。电机组不共用控制器，当电机使用年限较长时，要及时更换电机。

3 结束语

综上所述，通过对单元机空调各种驱动电机以及驱动系统的分析比较，在选择空调驱动电机的时候，需要考虑的几个关键问题是电机的成本、可靠性、效率和功率，以及电机的维护、耐用性、尺寸和噪声，同时需要综合考虑其他相关因素，选择合适的电机应用到不同的工作情况中。随着电子通信技术的不断进步，相信未来的空调系统是以系统性能可靠、结构紧凑、效率高、环保节能为基础，向高集成化和数字化的方向发展[8]。