Czy sprężarki klimatyzacji mają zabezpieczenie termiczne?

Zrozumienie ochrony termicznej w sprężarkach prądu przemiennego

Tak, praktycznie wszystkie nowoczesne sprężarki prądu przemiennego są wyposażone w urządzenia zabezpieczające przed przegrzaniem, których zadaniem jest zapobieganie katastrofalnym awariom spowodowanym przegrzaniem. Te krytyczne elementy zabezpieczające monitorują temperaturę sprężarki i automatycznie przerywają zasilanie w przypadku wykrycia niebezpiecznego poziomu ciepła, chroniąc kosztowny silnik sprężarki przed trwałym uszkodzeniem. Ochraniacze termiczne stały się standardowym wyposażeniem systemów klimatyzacji w budynkach mieszkalnych, komercyjnych i przemysłowych, stanowiąc istotne zabezpieczenie, które wydłuża żywotność sprzętu i zapobiega kosztownym naprawom. Zrozumienie sposobu działania tych urządzeń, różnych dostępnych typów i ich charakterystyki operacyjnej umożliwia technikom HVAC i właścicielom nieruchomości prawidłową konserwację systemów chłodzenia i diagnozowanie problemów, gdy się pojawią.

Wdrożenie zabezpieczenia termicznego w sprężarkach prądu przemiennego uwzględnia podstawową podatność silników elektrycznych na uszkodzenia cieplne. Silniki sprężarek wytwarzają ciepło podczas normalnej pracy poprzez opór elektryczny i tarcie mechaniczne, jednocześnie pochłaniając ciepło z czynnika chłodniczego podczas cyklu sprężania. W normalnych warunkach ciepło to jest odpowiednio odprowadzane przez obudowę sprężarki i obieg czynnika chłodniczego. Jednakże nieprawidłowe warunki pracy, takie jak niski poziom czynnika chłodniczego, ograniczony przepływ powietrza, problemy elektryczne lub problemy mechaniczne, mogą spowodować wzrost temperatury do niebezpiecznego poziomu. Bez zabezpieczenia termicznego warunki te szybko zniszczyłyby uzwojenia silnika, co wymagałoby całkowitej wymiany sprężarki i wiązałoby się ze znacznymi kosztami.

Rodzaje zabezpieczeń termicznych stosowanych w sprężarkach prądu przemiennego

Wewnętrzne ochraniacze termiczne

Wewnętrzne zabezpieczenia termiczne są montowane bezpośrednio w obudowie sprężarki i zazwyczaj są osadzone lub przymocowane do uzwojeń silnika, dzięki czemu mogą dokładnie wykryć rzeczywistą temperaturę uzwojenia. Urządzenia te zapewniają najdokładniejsze monitorowanie temperatury, ponieważ mierzą ciepło u jego źródła, a nie polegają na pomiarach pośrednich. Najpopularniejszym typem jest klinxon lub bimetaliczne zabezpieczenie tarczy, które składa się z wrażliwej na temperaturę bimetalicznej tarczy, która otwiera się zatrzaskowo, gdy osiągnie określoną temperaturę, przerywając przepływ prądu do silnika sprężarki. Wewnętrzne zabezpieczenia zwykle aktywują się w temperaturach od 115°C do 135°C (240°F do 275°F), w zależności od konkretnej konstrukcji sprężarki i specyfikacji producenta.

Wewnętrzne zabezpieczenia termiczne zapewniają doskonałą ochronę, ponieważ reagują bezpośrednio na temperaturę silnika, a nie na warunki otoczenia lub wskaźniki wtórne. W przypadku zadziałania zabezpieczenia sprężarka natychmiast się wyłącza, zapobiegając dalszemu wzrostowi temperatury. Gdy silnik ostygnie, bimetaliczny dysk powraca do swojego pierwotnego kształtu, a styki zamykają się, umożliwiając ponowne uruchomienie sprężarki, gdy temperatura spadnie poniżej punktu resetowania, zwykle o 20–30°C (35–55°F) poniżej punktu wyłączenia. Ta funkcja automatycznego resetowania oznacza, że ​​system podejmie próbę ponownego uruchomienia po schłodzeniu, co może być korzystne lub problematyczne, w zależności od tego, czy usunięto podstawową przyczynę przegrzania.

Zewnętrzne ochraniacze termiczne

Zewnętrzne zabezpieczenia termiczne montowane na zewnątrz obudowy sprężarki, mierzą temperaturę poprzez kontakt z obudową sprężarki, a nie poprzez bezpośredni pomiar temperatury uzwojenia. Urządzenia te są łatwiej dostępne do wymiany i testowania, ale zapewniają mniej precyzyjne monitorowanie temperatury w porównaniu do wewnętrznych ochraniaczy. Zewnętrzne zabezpieczenia są zwykle dostępne w dwóch odmianach: zabezpieczenia przed przerwaniem linii, które przerywają zasilanie całego obwodu sprężarki, oraz zabezpieczenia pilota, które otwierają obwód sterujący w celu aktywacji stycznika lub przekaźnika odłączającego zasilanie sprężarki. Zewnętrzne zabezpieczenia termiczne zazwyczaj aktywują się w niższych temperaturach niż urządzenia wewnętrzne, zazwyczaj pomiędzy 90°C a 120°C (195°F do 250°F), zapewniając dodatkową warstwę ochrony przed wyłączeniem urządzeń wewnętrznych.

Ochraniacze kombinowane

Wiele nowoczesnych sprężarek wykorzystuje kombinowane zabezpieczenia przed przeciążeniem termicznym, które reagują zarówno na temperaturę, jak i pobór prądu. Te wyrafinowane urządzenia oprócz temperatury monitorują natężenie prądu silnika, zapewniając ochronę przed zablokowaniem wirnika, niezrównoważeniem napięcia i innymi problemami elektrycznymi, które mogą nie powodować natychmiastowego wzrostu temperatury, ale z czasem mogą spowodować uszkodzenie silnika. Ochronniki kombinowane zazwyczaj posiadają element grzejny połączony szeregowo ze sprężarką, który podgrzewa bimetaliczną tarczę w oparciu o przepływ prądu, uzupełniając zabezpieczenie oparte na temperaturze. Ta praca w dwóch trybach umożliwia szybszą reakcję na określone warunki awarii i zapewnia bardziej kompleksową ochronę silnika.

Jak ochraniacze termiczne działają w rzeczywistych warunkach

Zrozumienie cyklu operacyjnego zabezpieczeń termicznych pomaga technikom diagnozować problemy z systemem i odróżniać awarie zabezpieczeń od innych problemów powodujących wyłączenie sprężarki. Podczas normalnej pracy, ochraniacz termiczny pozostaje zamknięty, umożliwiając przepływ prądu do silnika sprężarki. Podczas pracy silnik generuje ciepło, które zabezpieczenie stale monitoruje. Jeśli warunki pracy powodują wzrost temperatury powyżej normalnego poziomu, element wrażliwy na temperaturę zabezpieczenia zaczyna zbliżać się do punktu zadziałania. Szybkość wzrostu temperatury zależy od powagi problemu powodującego przegrzanie, przy czym poważne problemy, takie jak całkowita utrata ładunku czynnika chłodniczego lub zablokowanie wirnika powodują szybki wzrost temperatury.

Po osiągnięciu temperatury wyłączenia styki zabezpieczenia otwierają się, przerywając dopływ mocy do silnika sprężarki. Nagła utrata mocy powoduje zatrzymanie pracy sprężarki, eliminując wytwarzanie ciepła podczas pracy silnika i pracy sprężania. Następnie rozpoczyna się rozpraszanie ciepła, a sprężarka stopniowo schładza się poprzez przewodzenie do otaczającego powietrza i powierzchni. Szybkość chłodzenia różni się w zależności od temperatury otoczenia, wielkości sprężarki i tego, czy wentylator zewnętrzny nadal działa. W przypadku typowych sprężarek przeznaczonych do użytku domowego w umiarkowanych warunkach otoczenia, schładzanie do temperatury resetowania zwykle zajmuje 5–15 minut, chociaż okres ten może być znacznie dłuższy w przypadku wysokich temperatur otoczenia lub w przypadku większych sprężarek komercyjnych.

Typowe przyczyny aktywacji zabezpieczenia termicznego

Zabezpieczenia termiczne aktywują się w odpowiedzi na podwyższoną temperaturę sprężarki, ale podstawowe przyczyny przegrzania są bardzo zróżnicowane i wymagają systematycznej diagnostyki w celu zidentyfikowania i skorygowania. Niski poziom czynnika chłodniczego stanowi jedną z najczęstszych przyczyn zadziałania zabezpieczenia termicznego, ponieważ niewystarczająca ilość czynnika chłodniczego zmniejsza chłodzenie silnika sprężarki i powoduje wyższe temperatury na tłoczeniu. Wycieki czynnika chłodniczego powstają z biegiem czasu w wyniku korozji, pęknięć wywołanych wibracjami lub awarii armatury, stopniowo zmniejszając ładowanie układu, aż do zmniejszenia wydajności chłodzenia i wzrostu temperatury sprężarki. Technicy powinni zmierzyć przegrzanie i przechłodzenie, aby sprawdzić, czy ładowanie jest prawidłowe, oraz skorzystać ze sprzętu do wykrywania nieszczelności, aby zlokalizować i naprawić nieszczelności przed ponownym naładowaniem systemu.

Ograniczony przepływ powietrza przez wężownicę skraplacza powoduje wzrost ciśnienia tłoczenia, zwiększając pracę sprężania i wytwarzanie ciepła, jednocześnie zmniejszając zdolność odprowadzania ciepła. Typowe ograniczenia przepływu powietrza obejmują brudne wężownice pokryte kurzem, pyłkami lub zanieczyszczeniami; zablokowane wentylatory skraplacza z powodu uszkodzonych silników lub zatartych łożysk; oraz niewystarczający odstęp wokół jednostki zewnętrznej uniemożliwiający prawidłową wentylację. Problemy elektryczne, w tym brak równowagi napięć, jednofazowość w systemach trójfazowych lub uszkodzone połączenia okablowania, powodują nadmierny pobór prądu i wytwarzanie ciepła. Problemy mechaniczne, takie jak uszkodzone łożyska, zatykanie się czynnika chłodniczego na skutek nieprawidłowego napełnienia lub montażu lub awarie wewnętrznych zaworów, zwiększają obciążenie i temperaturę silnika, uruchamiając zabezpieczenie termiczne.

• Niski poziom czynnika chłodniczego zmniejszający chłodzenie silnika i zwiększający temperaturę tłoczenia poza bezpieczne granice robocze
• Zanieczyszczone wężownice skraplacza ograniczają oddawanie ciepła i powodują podwyższone ciśnienie i temperaturę skraplania
• Awaria silnika wentylatora skraplacza uniemożliwiająca odpowiedni przepływ powietrza przez wężownicę skraplacza podczas pracy
• Problemy z napięciem, w tym niskie napięcie, niezrównoważenie napięcia lub jednofazowość powodujące nadmierny pobór prądu i nagrzewanie
• Ograniczone urządzenie dozujące lub filtr-osuszacz ograniczające przepływ czynnika chłodniczego i prawidłowe działanie systemu
• Warunki przeładowania zwiększają ciśnienie tłoczenia i praca sprężarki wykracza poza specyfikacje projektowe
• Awarie mechaniczne, w tym zużyte łożyska, uszkodzone zawory lub uszkodzenia wewnętrzne zwiększające tarcie i ciepło
• Ekstremalne temperatury otoczenia przekraczające parametry projektowe sprzętu przez dłuższy czas

Diagnozowanie problemów z zabezpieczeniem termicznym

Systematyczna diagnostyka rozróżnia aktywację zabezpieczenia termicznego na skutek uzasadnionego przegrzania oraz awarię zabezpieczenia powodującą uciążliwe wyłączanie. Rozpocznij diagnostykę od ustalenia, czy sprężarka rzeczywiście się przegrzewa lub czy zabezpieczenie działa nieprawidłowo. Do pomiaru temperatury płaszcza sprężarki podczas pracy i bezpośrednio po wyłączeniu należy używać termometru na podczerwień lub termometru kontaktowego. Jeżeli zmierzone temperatury zbliżają się do typowych punktów wyłączenia lub je przekraczają (90-135°C w zależności od typu zabezpieczenia) w momencie zadziałania urządzenia, zabezpieczenie działa prawidłowo, a diagnostyka powinna skupiać się na identyfikacji przyczyny przegrzania. I odwrotnie, jeśli sprężarka wyłączy się w normalnej temperaturze roboczej poniżej 80°C, samo zabezpieczenie termiczne może być uszkodzone.

W przypadku systemów, które wielokrotnie włączają zabezpieczenie termiczne, należy monitorować odstęp czasu między uruchomieniem a wyłączeniem. Bardzo krótkie czasy pracy, krótsze niż jedna minuta, zazwyczaj wskazują na problemy elektryczne, takie jak zablokowany wirnik, brak zasilania jednofazowego lub poważne problemy z napięciem, a nie wyłączenie spowodowane temperaturą. Czasy pracy wynoszące 5–15 minut przed wyłączeniem sugerują rzeczywiste przegrzanie spowodowane czynnikiem chłodniczym, przepływem powietrza lub problemami mechanicznymi. Sprawdź ciśnienia w układzie podczas pracy, porównując ciśnienia ssania i tłoczenia ze specyfikacjami producenta dotyczącymi warunków otoczenia. Niskie ciśnienie ssania w połączeniu z wysokim ciśnieniem tłoczenia wskazuje na ograniczenia czynnika chłodniczego, natomiast wysokie ciśnienia ssania i tłoczenia sugerują przepełnienie lub brak kondensacji w układzie.

Testowanie i wymiana ochraniaczy termicznych

Testowanie zabezpieczeń termicznych wymaga innego podejścia do urządzeń wewnętrznych i zewnętrznych. Zewnętrzne zabezpieczenia termiczne można testować bezpośrednio za pomocą omomierza, aby sprawdzić ciągłość na zaciskach zabezpieczenia, gdy są zimne. Prawidłowo działający zewnętrzny ochraniacz wykazuje zerową lub bliską zeru rezystancję w temperaturze pokojowej, wskazując zamknięte styki. Jeśli ochraniacz wykazuje nieskończony opór po ochłodzeniu, styki są zablokowane i urządzenie uległo awarii. Aby sprawdzić reakcję temperaturową, ostrożnie podgrzej zabezpieczenie za pomocą opalarki, monitorując rezystancję, która powinna przejść do nieskończonej (obwód otwarty) przy znamionowej temperaturze wyłączenia. Testowanie to należy przeprowadzić po wyjęciu osłony z systemu, aby uniknąć uszkodzenia otaczających elementów.

Wewnętrznych zabezpieczeń termicznych nie można testować bezpośrednio bez otwierania sprężarki, co jest niepraktyczne w przypadku urządzeń zamkniętych. Zamiast tego diagnostyka opiera się na pomiarze rezystancji sprężarki między zaciskami i obserwacji zachowania roboczego. Sprężarka z otwartym wewnętrznym zabezpieczeniem wykazuje nieskończoną rezystancję między zaciskami wspólnym i roboczym lub między zaciskami wspólnym i rozruchowym, w zależności od umiejscowienia zabezpieczenia w obwodzie. Należy zapewnić odpowiedni czas chłodzenia, jeśli sprężarka niedawno działała, ponieważ zabezpieczenie może po prostu znajdować się w normalnym stanie otwartym i czekać na zresetowanie. Jeśli opór pozostaje nieskończony po 30 minutach chłodzenia w umiarkowanej temperaturze otoczenia, zabezpieczenie może zablokować się w pozycji otwartej lub uzwojenia silnika mogą zostać uszkodzone, co będzie wymagało wymiany sprężarki.

Procedury wymiany zewnętrznych ochraniaczy termicznych

Wymiana zewnętrznych ochraniaczy termicznych jest prosta, ale wymaga zwrócenia uwagi na prawidłową instalację, aby zapewnić skuteczne działanie. Przed rozpoczęciem wymiany należy odłączyć zasilanie elektryczne klimatyzatora i sprawdzić brak napięcia za pomocą multimetru. Rozładuj całą energię zmagazynowaną w kondensatorach, zwierając zaciski za pomocą izolowanego śrubokręta. Usuń istniejące zabezpieczenie termiczne, odłączając końcówki przewodów i usuwając elementy montażowe mocujące je do obudowy sprężarki. Dokładnie oczyść powierzchnię montażową, usuwając starą pastę termoprzewodzącą, korozję lub zanieczyszczenia, które mogą zakłócać kontakt termiczny pomiędzy nowym zabezpieczeniem a obudową sprężarki.

Wybierz zamienny ochraniacz termiczny o specyfikacjach pasujących do oryginalnego urządzenia, zwracając szczególną uwagę na temperaturę zadziałania, temperaturę resetowania, prąd znamionowy i styl montażu. Nałóż cienką warstwę pasty termoprzewodzącej na powierzchnię styku nowego ochraniacza, aby zapewnić efektywne odprowadzanie ciepła z obudowy sprężarki. Zamontuj osłonę mocno na sprężarce, umieszczając ją w tym samym miejscu, co oryginalne urządzenie. Większość producentów określa montaż w górnej części korpusu sprężarki, gdzie temperatury są najwyższe. Podłączyć przewody elektryczne zgodnie ze schematem obwodu, upewniając się, że przekrój przewodu jest odpowiedni do prądu znamionowego i zabezpieczone połączenia zacisków, które nie będą wibrować podczas pracy sprężarki.

Zapobieganie aktywacji zabezpieczenia termicznego poprzez konserwację

Konserwacja zapobiegawcza znacznie ogranicza aktywację zabezpieczenia termicznego poprzez eliminowanie podstawowych warunków powodujących przegrzanie sprężarki. Wdrożyć harmonogram regularnej konserwacji, obejmujący cokwartalne czyszczenie wężownicy skraplacza, aby utrzymać odpowiednią zdolność odprowadzania ciepła. Czyść wężownice metodami odpowiednimi dla konkretnej konstrukcji wężownicy, przy czym wężownice lamelowe dobrze reagują na delikatne mycie wodą i zatwierdzone roztwory do czyszczenia wężownic, natomiast wężownice mikrokanałowe wymagają dokładniejszego czyszczenia, aby uniknąć uszkodzeń. Sprawdź i wyczyść wentylatory skraplacza, sprawdzając właściwy kierunek obrotu, odpowiedni przepływ powietrza i brak zanieczyszczeń lub przeszkód wokół jednostki zewnętrznej.

Monitoruj parametry elektryczne, w tym napięcie na wyłączniku podczas pracy sprężarki, porównując pomiary ze specyfikacjami na tabliczce znamionowej. Napięcie powinno mieścić się w granicach ±10% napięcia znamionowego, przy systemach trójfazowych wykazujących równowagę napięcia w granicach 2% na wszystkich fazach. Sprawdź pobór prądu w stosunku do wartości znamionowych na tabliczce znamionowej, sprawdzając, czy sprężarka pobiera znacznie wyższe natężenie prądu niż podano. Co roku sprawdzaj, czy ładunek czynnika chłodniczego jest prawidłowy, mierząc przegrzanie i przechłodzenie, dostosowując ładunek tylko wtedy, gdy pomiary wykraczają poza specyfikacje producenta. Natychmiast zajmij się wszelkimi wyciekami czynnika chłodniczego, zamiast po prostu uzupełniać ilość czynnika chłodniczego, ponieważ powtarzające się przegrzanie spowodowane niskim poziomem ładunku znacznie skraca żywotność sprężarki, nawet jeśli zabezpieczenie termiczne zapobiega natychmiastowej awarii.

Zrozumienie ograniczeń zabezpieczeń termicznych

Chociaż zabezpieczenia termiczne zapewniają niezbędną ochronę przed katastrofalną awarią sprężarki, mają one ograniczenia, które użytkownicy i technicy powinni zrozumieć. Ochraniacze termiczne reagują na temperaturę, a nie na przyczyny przegrzania, co oznacza, że ​​leczą objawy, a nie problemy. System, w którym wielokrotnie włączane jest zabezpieczenie termiczne, w dalszym ciągu cierpi z powodu przegrzania, kumulując uszkodzenia z każdym cyklem, mimo że zabezpieczenie zapobiega natychmiastowej awarii. Długotrwała praca w tym marginalnym stanie pogarsza izolację silnika, powierzchnie łożysk i jakość oleju chłodniczego, co ostatecznie prowadzi do awarii sprężarki pomimo obecności i działania zabezpieczenia termicznego.

Zabezpieczenia termiczne nie mogą również chronić przed wszystkimi trybami awarii wpływającymi na sprężarki. Nagłe awarie mechaniczne, takie jak pęknięte korbowody, rozbite płytki zaworów lub katastrofalne zatarcie łożysk, pojawiają się zbyt szybko, aby ochrona termiczna zapobiegła uszkodzeniom. Stopniowe awarie, w tym powolne wycieki czynnika chłodniczego, mogą działać poniżej punktów zadziałania zabezpieczenia termicznego, powodując jednocześnie niewystarczającą wydajność chłodzenia i niezadowolenie klienta. Zrozumienie tych ograniczeń zwiększa znaczenie zajęcia się pierwotnymi przyczynami aktywacji zabezpieczenia termicznego, zamiast postrzegania zabezpieczenia jako trwałego rozwiązania bieżących problemów operacyjnych. Zadziałanie zabezpieczenia termicznego sygnalizuje problem wymagający zbadania i skorygowania, a nie tylko chwilową niedogodność, którą należy tolerować.

Zaawansowane technologie ochrony termicznej

Nowoczesne systemy HVAC w coraz większym stopniu wykorzystują zaawansowane technologie ochrony termicznej, które zapewniają bardziej wyrafinowane monitorowanie i ochronę niż tradycyjne zabezpieczenia bimetaliczne. Elektroniczne moduły ochrony termicznej wykorzystują czujniki termistorowe i przełączniki półprzewodnikowe, aby zapewnić bardziej precyzyjne monitorowanie temperatury i krótsze czasy reakcji. Urządzenia te można zintegrować ze sterownikami systemu, aby zapewnić informacje diagnostyczne, śledzić trendy działania i rozróżniać normalne cykle termiczne od rozwijających się problemów wymagających interwencji serwisu. Niektóre wysokiej klasy systemy mieszkaniowe i większość instalacji komercyjnych zawierają obecnie moduły zabezpieczające sprężarki, które monitorują wiele parametrów, w tym temperaturę, prąd, napięcie i cykle operacyjne, aby zapewnić kompleksową ochronę silnika.

Systemy sprężarek o zmiennej prędkości wykorzystują zaawansowane algorytmy ochrony silnika zintegrowane z przetwornicą częstotliwości, które w sposób ciągły monitorują temperaturę, prąd i prędkość silnika, aby zoptymalizować ochronę przy jednoczesnej maksymalizacji elastyczności operacyjnej. Systemy te mogą zmniejszać prędkość sprężarki w przypadku zbliżania się do limitów termicznych, zamiast całkowicie ją wyłączać, utrzymując pewną wydajność chłodzenia, jednocześnie zapobiegając uszkodzeniom. Inteligentne termostaty i systemy zarządzania budynkiem coraz częściej obejmują monitorowanie ochrony termicznej, ostrzegając użytkowników lub usługodawców o powtarzających się wyłączeniach termicznych, które wskazują na rozwijające się problemy wymagające profesjonalnej uwagi. W miarę ciągłego rozwoju technologii HVAC systemy ochrony termicznej staną się bardziej zintegrowane, inteligentne i proaktywne, przechodząc od prostej ochrony reaktywnej do możliwości konserwacji predykcyjnej, która zapobiega problemom, zanim spowodują one przerwy w świadczeniu usług.