А) Почему возникают частые включения?

Повышенная частота циклов "пуск-останов" может быть обусловлена как нарушениями в работе холодильного контура и, следовательно, соответствующими командами от различных предохраняющих устройств (например, предохранительных реле НД или ВД), так и командами от системы регулирования исправного контура в случае, если компрессор переразмерен по отношению к потребностям в холодопроизводительности.
Действительно, все холодильные компрессоры могут становиться переразмеренными по мере того, как падает потребность в холоде, если, например, наружная температура или солнечный нагрев уменьшаются.
Чтобы лучше понять это, рассмотрим в качестве примера небольшой кондиционер, способный поглотить тепловую мощность 10 кВт при наружной температуре 35°С, в котором установлен компрессор соответствующей единичной мощности, то есть 10 кВт.



В разгаре лета при наружной температуре 35°С потребная холодопроиз-водительность составляет 10 кВт и система регулирования, чтобы поддерживать необходимую температуру в кондиционируемом помещении, заставляет компрессор работать непрерывно, то есть 60 минут в час (см. рис. 30.1).
Зимой, когда потребность в холоде отсутствует, регулятор выключает компрессор и он перестает работать совсем (0 мин/час).
Если в данный момент потребность в холоде составляет 5 кВт, компрессор будет работать только 30 мин/час. По этим трем точкам мы проводим прямую, которая указывает полную продолжительность работы компрессора (мин/час) в зависимости от потребности в холоде (кВт).

Итак, если в данный момент потребность в холоде составляет 2.5 кВт (то есть 1/4 номинальной мощности), задающий термостат будет включать компрессор только на 15 минут в час.

Однако это не означает, что компрессор будет непрерывно работать 15 минут и стоять 45 минут, это означает только то, что суммарное
время работы компрессора в течение 1 часа будет равно 15 минутам!

Продолжительность времени работы и стоянки зависит от множества факторов, связанных с конструкцией установки и внешними условиями (такими как номинальная холодопроизво-дительность, потери или приток тепла в данный момент...), на которые ремонтник не может влиять.
С другой стороны, частота.запусков зависит в значительной степени от диапазона температур задающего термостата (разности между температурой запуска и останова), управляющего работой компрессора.


Представим себе, что в установке, упомянутой в начале данного раздела, на задающем термостате установлен диапазон в 2К и при потребности в холоде 2,5 кВт термостат запускает компрессор 6 раз в час (см. рис. 30.2).
При той же потребности в холоде 2,5 кВт, если на термостате установлен вдвое меньший диапазон, то есть 1К, компрессор будет запускаться в 2 раза чаще, то есть 12 раз в час.
В самом деле, чтобы снизить температуру в кондиционируемом помещении на 2К, компрессор должен работать примерно в два раза дольше по сравнению со снижением на 1К.
С другой стороны, после остановки компрессора окружающая температура поднимается на 1К примерно в 2 раза быстрее, чем на 2К.
Тем не менее, какой бы ни был диапазон регулирования, сумма времен работы компрессора (заштрихованные области на рис. 30.2) остается в обоих случаях неизменной и составляет 75 мин/час, что соответствует средней холодопроизводительности, равной 2,5 кВт и отвечающей потребностям в холоде в данный момент.

Таким образом, чем больше уменьшается заданный регулирующим термостатом диапазон поддержания температуры, тем больше возрастает частота запусков компрессора и тем больше повышается частота циклов "пуск-остановка", обусловленная регулированием температуры при низких тепловых нагрузках.

Б) Почему нужно избегать повышенной частоты циклов "пуск-остановка" компрессоров?

При каждой остановке масло, которое служит для смазки подвижных деталей компрессора, стремится под действием силы тяжести стечь в картер.
Более того, в момент запуска происходит сильный механический удар, обусловленный быстрым нарастанием числа оборотов компрессора от нуля до номинального значения (например, 1450 или 2800 об/мин).

Ситуация ухудшается еще и тем, что смазывающее масло не может мгновенно попасть к смазываемым деталям. Действительно, масляному насосу требуется какое-то время, чтобы начать подкачку масла и только в конце пускового периода он обеспечивает номинальный расход, когда компрессор вращается уже с полной скоростью.
Напомним также, что падение давления в момент запуска вызывает бурную дегазацию масла, если в картере компрессора имеются хотя бы малейшие следы хладагента. При этом смесь хладагента и масла начинает вспениваться, что приводит к значительному оттоку масла и совершенно не способствует работе масляного насоса, увеличивая продолжительность работы компрессора "всухую ".

Следовательно, момент запуска компрессора сопровождается, с одной стороны, значительными механическими ударами, а с другой стороны ухудшением смазки.

Объединение этих неблагоприятных факторов вызывает преждевременный механический износ деталей компрессора (считается, что около 80% механического износа происходит в момент запуска).


Вдобавок к механическим проблемам, которые мы смогли изучить выше, в компрессорах с встроенным электродвигателем при запуске возникают и электрические проблемы. Действительно, при работе электродвигателей выделяется тепло, величина которого рассчитывается по хорошо известному закону:
W = R I2 t
то есть пропорционально квадрату силы тока, потребляемого двигателем.
Но в момент запуска сила тока может примерно в 8 раз превышать номинальное значение.
Это означает, что в период запуска двигатель компрессора может нагреваться в 8 х8 раза сильнее, чем при работе на номинальном режиме (см. рис. 30.3).

При запуске "холодного " двигателя этот значительный нагрев не создает заметных проблем, так как тепло поглощается металлом двигателя. Однако при большой частоте циклов "пуск/ останов" двигатель не успевает охлаждаться за короткое время между двумя пусками и запускается уже будуч:: "подогретым ", в результате чего обмотка испытывает нежелательный перегрев.
Когда этот перегрев становится угрожающим, остается только надеяться на то, что встроенная защита компрессора сможет вовремя среагировать и отключить мотор до того, как станет слишком поздно.



Итак, когда компрессор со встроенным двигателем работает с большой частотой циклов "пуск-останов", повышенные значения пусковых токов, потребляемых мотором, приводят к заметному перегреву обмоток.
С течением времени этот постоянный перегрев приводит к возникновению трещин в изоляционном лаке, покрывающем медные провода, из которых выполнена обмотка статора двигателя (см. рис. 30.4).
Появление таких трещин может спровоцировать короткое замыкание между двумя соседними витками обмотки статора и перего-
рание электромотора со всеми вытекающими из этого неприятностями.

В) Как избежать слишком частых запусков?

Заметим, что большинство встроенных электродвигателей компрессоров сгорают в момент запуска, когда пусковой ток наиболее значителен.
Один из наиболее часто применяемых способов заключается в использовании вместо одного нескольких компрессоров, с суммарной мощностью, отвечающей максимальной потребности в холоде.
В качестве примера рассмотрим описанную выше установку (потребность в холоде равна 10 кВт), в которой вместо одного компрессора производительностью 10 кВт установлены два компрессора мощностью по 5 кВт каждый (см. рис. 30.5).




Когда потребность в холоде ниже 5 кВт, будет работать только компрессор № 1. Компрессор № 2 остается выключенным и будет задействован, только если потребность в холоде превысит 5 кВт.
Следовательно, при потребности в холоде 2,5 кВт компрессор № 1 будет работать 30 минут в час, а компрессор № 2 будет стоять (в тех же условиях компрессор с единичной мощностью 10 кВт будет работать только 15 минут в час).
Рис. 30.5.
При потребности в холоде 5 кВт компрессор № 1 будет работать 60 минут в час (при стоящем втором компрессоре), что заметно понижает частоту циклов "пуск-останов".



Предположив, что потребность в холоде составляет 2,5 кВт, а установка оборудована 4-мя компрессорами с мощностью 2,5 кВт каждый, получим, что работать будет только один компрессор, причем продолжительность работы составит 60 минут в час, в то время как три остальных будут стоять. Таким образом циклы "пуск-останов" будут совершенно исключены, однако, если потребность в холоде понизится до 0,5 кВт, например, проблема возникнет вновь, так как при трех стоящих компрессорах четвертый будет работать 12 минут в час (что тем не менее лучше, если бы мы имели компрессор с единичной мощностью 10 кВт, который в этом случае работал бы 3 минуты в час).
Итак, мы видим, что при одной и той же максимальной потребной холодопроизводительнос-ти, чем большее число компрессоров ее обеспечивает (или чем больше число ступеней холо-допроизводительности), тем сильнее понижается частота циклов "пуск-останов".

Чтобы обеспечить равномерность работы компрессоров, система автоматики часто оборудуется ручным или автоматическим переключателем, обеспечивающим переход с одного компрессора на другой
Предложите принципиальную электрическую схему, позволяющую вручную переходить с одного компрессора на другой для системы из двух компрессоров с двухступенчатым задающим термостатом (используйте биполярный переключатель с двумя перебрасывающимися контактами).

Решение упражнения 1





Такая схема представлена на рис. 30.6.
В верхней части схемы находятся соединенные последовательно общие для компрессоров С1 и С2 устройства автоматики и предохранители (контакты 1-2).

Когда переключатель находится в положении О первая ступень термостата (контакты 2-3) подключает компрессор О через контакты (3-6) переключателя. Если в охлаждаемом объеме температура растет, вторая ступень термостата (контакты 2-4) замыкается и через контакты (4-5) переключателя подключает компрессор С2.

Когда переключатель находится в положении С2 первая ступень термостата через контакты (3-5) подключает компрессор С2, а вторая ступень подключает компрессор О через контакты (4-6) переключателя.

Таким образом, первая ступень термостата всегда работает только на основной компрессор (которым может быть как О, так и С2) и вручную или по сигналу от приборов защиты останавливается только тот компрессор, на который подается соответствующая команда.


Мы смогли убедиться, что дробление холодопроизводительности повышает длительность работы компрессора в цикле, что значительно снижает число запусков в час и позволяет повысить надежность и продлить срок службы компрессоров.
Вместе с тем, чтобы еще больше ограничить число запусков в единицу времени, часто используют устройство для предотвращения высокой частоты циклов "пуск-останов", в качестве которого применяют реле времени или часовой механизм.
Эти механизмы предназначены для установления минимальной паузы между двумя последующими запусками, чтобы ограничить число циклов "пуск-останов" для работающих компрессоров (главным образом со встроенными электромоторами).
После остановки компрессора, оборудованного таким устройством, его включение невозможно до тех пор, пока не пройдет определенный промежуток времени (например, 6 минут, если мы хотим, чтобы в час было не более 10 запусков), достаточный для охлаждения встроенного мотора.



На рис. 30.7 показано применение такого устройства, в качестве которого используется реле времени, в схеме управления работой компрессора, останавливаемого с выполнением одномоментного вакуумирования.

Когда замыкаются контакты (5-6) задающего термостата, клапан VEM и реле вакуумирования MAV (7-3) будут запитаны только в том случае, если замкнут контакт (6-7) реле времени АСС, то есть только если реле времени АСС (2-3) находится под напряжением более б минут.

Так как реле АСС управляется через контакты контактора компрессора С (1-2), это означает, что после остановки компрессора по любой причине запуска не произойдет до тех пор, пока не пройдет б минут после остановки.

Таким образом, остановка компрессора системой автоматики или приборами защиты (1-4), или ручным выключателем "пуск-останов" (4-5), или задающим термостатом (5-6), или задающим/предохранительным реле НД (8-9) каждый раз приводит к задействованию реле времени АСС, что гарантирует не более 10 запусков компрессора в час (при временной задержке 6 минут).


По поводу схемы на рис. 30.7 заметим также, что как только компрессор запускается, контакт С (1-2) размыкается, снимая питание с реле АСС (2-3), что приводит к немедленному размыканию контакта АСС (6-7).
Следовательно, контакт MAV (6-7) необходим для самозапитывания реле MAV и клапана VEM после размыкания контакта АСС (6-7), в противном случае компрессор начинает ваку-умирование сразу же после своего запуска, затем через 6 минут запускается опять и снова начинает вакуумирование (и так далее).
Однако в схеме на рис. 30.7 присутствует небольшая ошибка (перед тем, как продолжить чтение, попытайтесь найти ее, имея ввиду, что она находится в месте, обозначенном литерой А)...
...По истечении 6 минут после остановки компрессора контакт АСС (6-7) замыкается, но компрессор сможет запуститься только тогда, когда замкнут контакт задающего термостата (5-6), что в общем-то правильно. Однако представим себе, что в обмотке реле MAV возникла неисправность (оборван провод или отсутствует контакт).
Как вы думаете, что произойдет в этом случае при замыкании контактов задающего термостата?..
...Когда контакт (5-6) термостата замкнется, реле MAV не будет запитано, а клапан VEM останется под напряжением, пропуская жидкость в испаритель в то время, как компрессор С не сможет запуститься!
Чтобы избежать такой опасности, рекомендуется (для полной гарантии) установить нормально разомкнутый контакт реле MAV в цепи клапана VEM (поз. А).

Представьте, что вы осуществляете первый запуск холодильной установки, в которой предусмотрена остановка компрессора с минимальной защитой, а сама установка подключена по схеме, представленной на рис. 30.8.
Проанализируйте работу этой схемы. Что вы о ней думаете?
Какие изменения нужно внести в схему для ее нормальной работы с соблюдением принципов ограничения частоты циклов "пуск-останов", которые мы только что рассмотрели?

Решение упражнения 2

Принимаем, что компрессор стоит больше 6 минут, то есть контакт АСС (3-4) замкнут.
Когда контакты (2-3) задающего термостата замкнутся, компрессор С запускается, размыкая контакты С (1-6) и тем самым снимая питание с реле АСС (6-5).
Поскольку реле АСС больше не запитано, его контакт АСС (3-4) сразу же размыкается, что приводит к немедленной остановке компрессора, который, следовательно, получает очень короткий электрический импульс. Заметим, что клапан VEM все время остается под напряжением.
Спустя 6 минут контакты АСС (3-4) замыкаются и компрессор С вновь получает короткий электрический импульс на запуск и немедленно останавливается (и так далее...). То есть компрессор не может запуститься никогда!
Чтобы исключить этот режим, необходимо параллельно с контактом реле времени АСС ввести в схему самоудерживающийся контакт С (3-40)
Более того, при неисправностях (обрыв обмотки...) в обмотке С (4-5) клапан VEM остается постоянно под напряжением (контакты АСС (3-4) остаются замкнутыми), тогда как компрессор не может запуститься. Контакты С (4-6) позволяют исключить такое явление.
Наконец представим, что компрессор был остановлен более 6 минут.
В этот момент, если задающий термостат (или прибор защиты...) замыкает свой контакт, необходимо обеспечить немедленный запуск компрессора, потому что имеется потребность в холоде и длительность предшествующей остановки достаточно велика.
Для этого нужно клему 1 контакта С (1-7) подключить к сети до задающего термостата (2-3) и цепи "устройства автоматики, управления и приборы защиты" (1-2) мнив коем случае не после них, иначе нужно будет ждать еще 6 минут дополнительно перед каждым запуском.

Электрические устройства, предотвращающие повышение частоты циклов "пуск-останов", которые мы только что рассмотрели, хотя и увеличивают срок службы компрессоров, тем не менее, не исключают другой проблемы, особенно критичной для воздушных кондиционеров, а именно изменений поддерживаемой температуры и, особенно, температуры воздушной струи на выходе из испарителя в компрессорах, склонных к пульсирующему режиму работы под действием органов регулирования.


Рассмотрим, например, одиночный компрессор, управляемый задающим термостатом, который включает компрессор при температуре в охлаждаемом объеме 22°С и выключает при температуре 21°С.
Когда температура в охлаждаемом объеме достигает 22°С {см. точку 1 на рис. 30.11), контакт термостата замыкается и компрессор запускается (точка 2).
»| Испаритель очень быстро начинает охлаждать проходящий через него воздух и температура воздушной струи, которая была равна примерно 22°С (точка 3), очень Н быстро упадет. Поскольку компрессор переразмерен по отношению к потребностям в холоде в данный момент, температура в охлаждаемом объеме также очень быстро упадет и при 21°С (точка 4) термостат остановит компрессор (точка 5).
Так как испаритель больше не охлаждает, температура воздушной струи на выходе из него, которая была равна 16°С (точка 6), вновь быстро поднимется (и так далее...).

Следовательно, температура воздушной струи будет постоянно меняться от 22°С до 16°С, а потом от 16°С до 22°С (причем это будет происходить тем быстрее, чем больше переразмеренность компрессора), вызывая значительные ощущения дискомфорта у людей, присутствующих в кондиционируемом помещении, и многочисленные жалобы.
Чтобы решить эту проблему, следует добиться соответствия между мощностью компрессора и потребностями в холоде в данный момент.
Таким образом, постоянно работающий компрессор (или, по крайней мере, работающий гораздо большее время) с переменной холодопроизводительностью не будет подвержен частым включениям и выключениям и избавит от больших и быстрых перепадов температуры воздушной струи на выходе из испарителя.
Ниже эта проблема будет рассмотрена более детально...