LD5801冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设(有全套图纸

LD5801冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设(有全套图纸 第1章 绪 论 随着社会的发展，伴随着中国加入 WTO，我国国民经济和人民生活水平的不断提高，电冰箱这一曾经相对昂贵的家用电器越来越受到人们的青睐。作为一种大件、耐用消费品，价格高、使用周期长的昂贵家电，除了具有节能、低噪音、制冷强劲外，还需要满足寿命期内低故障率与高可靠性的特征。面对众多的电冰箱产品，毫无疑问，质量始终是人们购买某一商品所关注的焦点。 为了更快地发展家用电器，必须更快地增加单相电机的产量并进一步提高质量。在单相电机的技术性能指标已经达到国家标准的基础上，还要进一步减少电机的噪声、提高电机的效率、节约能源、尽可能节约原?牧稀?档筒 芳鄹瘛,魑 绫 洹靶脑唷钡闹评溲顾趸 淝 爸玫ハ嘁觳降缍 不竦昧送环擅徒 姆?梗 绾谓 徊礁慕 缍 纳杓疲 蕴岣咧评溲顾趸 男阅芎偷绫 湔 逯柿克 剑 沟绫 浠竦酶 勇 獾男阅苤副辏 鹆烁鹘绲闹厥印,究翁狻 狶D5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计所研究的单相电容起动与运行异步电机的起动性能与运行性能都很好，是目前单相电机中最理想的电机，前景非常乐观。 根据单相电容起动与运转电冰箱制冷压缩机电机的用户要求和实际使用工况，和电冰箱制冷压缩机电机特点，用最经济的方法设计电机，是电机设计的出发点。本次设计是在这样基础上并根据电冰箱制冷压缩机电机的性能、特点、工作环境和用户要求等进行的，为了进一步改善低压启动、提高效率、降低噪音、保证运行可靠性而进行的设计。 (1)低压启动问 由于我国的电力国情，要求压缩机在电源电压 165v 或更低电压下启动运行，因此我们在设计上要充分考虑压缩机低电压启动问题。当气隙磁密 B 设计得越大，压缩机的启动问题也越容易解决。但气隙磁密的大小还影响其它性能指标，不能片面提高。较大的转子电阻和定、转子漏抗，也会造成启动不良。 (2)效率问题 针对制冷技术的发展趋势，冰箱节能已成为当今一大主流，主要要求与之匹配的压缩机——电动机具有高效率。因此在电动机设计中合理设计绕组，采用高磁感、低磁耗的硅钢片，改进工艺控制损耗，控制转子电阻，就可以有效的提高电机效率 5-8。 (3)噪音问题 减小噪音污染，改善生活环境，要求我们不断技术改进，在压缩机电机中主要是降低电磁噪音和机械噪音，在机械噪音方面，保证转子平衡，改进铸铝风叶，减小转子轴 LD--5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计向窜动，增强转子刚度等几方面着手工作。改善零部件之间的配合:选择合适的定转子铁心尺寸、轴承与轴承的配合等，削弱因配合不当引起震动产生的机械噪音。在降低磁密电磁噪音方面我们可以进行如下几项工作根据电机学原理可知，电机定、转子空气隙中的交变电磁力会使定转子产生振动和噪音，而且电机定子所受到的径向力与气隙磁密的平方成正比。显然电机气隙磁密的大小对惦记的振动与噪音的大小有重大影响，因此选择较低的气隙磁密的减少电机噪音的方法之一，但气隙磁密选择太底，在电机转速与输出功率不变的情况下电机体积会相对地增加，因此气隙磁密也不能选择太低。其次抑制气隙磁场中的高次谐波有利于减低电磁噪音作用于电机定转子空气隙中的气隙磁密除基波磁场外，还有一系列高次谐波磁场，高次谐波磁场的存在也是引起电磁噪音的原因之一。在单相电机设计中，一般可以采用转子斜一个定子齿距，定子绕组采用正玄绕组，定、转子之间保证 0.04mm 的同轴度，定、转子铁心保持有 0.03kg/ mm2 左右的片间压力，这样就可大大削弱高次谐波磁场，以至于单相电机电磁设计中高次谐波磁场可以被忽略，只对基波磁场进行磁路计算和电机性能。另外限制电机气隙基波磁场的椭圆率。 在对基波磁场进行磁路计算的过程中，由于受所选导线规格、电容规格和定子线圈匝数为整数及其他因数的影响，电机在设计中的额定运行点其基波磁场也不可能是一个圆形旋转磁场，而是一个椭圆形旋转磁场。经过分析，气隙基波椭圆率控制在F 0.1、 5 时，电机的噪音值明显偏低，其它电气性能均较好，质量稳定。 通过这些的综合应用，电动机器噪音可普遍改善 2-4dB (4)可靠性问题 为保证压缩机——电动机能长期稳定、可靠的运行，我们在制作时除考虑电动机的电气安全和材料的稳定性之外，还严格控制电动机整机水分含量和残余杂质含量，避免出现制冷系统毛细管杂质堵塞和冰堵现象。 我们在设计实践中，根据制冷压缩机——电动机本身的特点，采用比较成熟的设计程序，选择合理的设计参数，以及对电动机设计的不断创新，使其能与压缩机达到最佳配合，从而最终提高压缩机的整体性能，增强市场竞争力，创造更大的经济效益。 -2- LD--5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计 第2章 电冰箱的种类、技术性能2.1 电冰箱的种类 电冰箱是小型箱体制冷装置的总称，种类繁多，名称也各异，常按其使用功能、制冷原理、 2.1.1 按使用功能分类 (1)冷藏箱 此类电冰箱冷却方式、箱门数量等进行分类。 没有冷冻功能，主要用来食品和药品的冷藏保鲜，也可用来短期贮存少量的冷冻食品。 (2)冷冻箱 冷冻箱指温度只设在-18?以下的冷冻室，用于食品的冷冻和贮藏。 (3)冷藏冷冻箱 此类电冰箱兼有冷藏保鲜和冷冻功能，一般设有两个或两个以上不同温度的贮藏室，分别用于冷藏与冷冻物品，且两室之间彼此隔热，各自配备可开启的室门。2.1.2 按制冷原理分类 (1)蒸气压缩式电冰箱 蒸气压缩式电冰箱是采用蒸气压缩式制冷方式，利用制冷剂的气化吸热原理进行制冷。它又分为电机压缩式和电磁振荡式两种:前者在理论和制造工艺上都比较成熟，制冷效果较佳，使用寿命可达 10-15 年，是目前世界上产量最大、普及范围最广的电冰箱;后者是采用电磁振荡式制冷压缩机压缩制冷，结构简单，成本较低，但功率较小，只适用于 30-100L 的小冰箱。 (2)吸收式电冰箱 吸收式电冰箱是以热能(如天然气、热水、煤油、太阳能等)为动力，采用吸收——扩散式制冷方式，利用制冷剂蒸发吸热制冷。其中，以氨-水吸收 、因此噪声低、振动小、使用寿命式和溴化锂吸收式最为常见。次类电冰箱无运动部件，长，但其降温速度慢，不能用来速冻食品，多属于小型冷藏箱，特别适用于无电源地区及宾馆的客房。 (3)半导体式冰箱 半导体式冰箱利用半导体材料的温差电效应来实现制冷。它具有体积小、重量轻、寿命长、无噪声、无污染等优点，但制冷效率低。需要直流电源，价格较高，适用于汽车、实验室等小型冰箱和微型制冷器。2.1.3 按冷却方式分类 (1)直冷式电冰箱 直冷式电冰箱又称有霜电冰箱，是用蒸发器直接吸收食品热量 -3- LD--5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计进行冷却降温而得名，其箱内空气循环是依靠冷热空气的密度不同，使空气在箱内形成自然对流冷却降温。此类冰箱结构简单、冻结速度快、耗电少，但冷藏室降温慢，箱内温度不均匀，冷冻室蒸发器易结霜，化霜麻烦。 (2)风冷式电冰箱 风冷式电冰箱又称无霜电冰箱。它是依靠箱内风扇强制空气进行对流循环，使其与蒸发器进行热交换，从而实现对贮藏食品的间接冷却。此类电冰箱的蒸发器可装在冷冻室与冷藏室隔层中，也可装在冷冻室后壁隔层中，前者称为横卧式，后者称为竖立式。风冷式电冰箱内水分被空气带到隔层中的蒸发器表面凝聚而结霜，箱内冷冻室和冷藏室内表面上都不结霜，故称无霜冰箱。它的优点是冷藏室降温速度快，箱内温度均匀，食品冷藏质量好。缺点冻结 速度比直冷式冰箱慢，结构复杂，耗电量大。 (3)直冷、风冷兼用式电冰箱 直冷、风冷兼用式电冰箱是一种装有风冷式主蒸发器和直冷式速冻蒸发器的电冰箱，因此它兼有两者的优点，其性能良好，采用电子温控装置，但价格昂贵，适用于大容积多门豪华型电冰箱。2.1.4 按箱门数量分类 (1)单门电冰箱 单门电冰箱只设一扇箱门，其箱内上部有一由蒸发器围成的冷冻室，可贮藏冷冻食品。冷冻室下面为冷藏室，由接水盘与蒸发器隔开。单门电冰箱属于直冷式电冰箱。 (2)双门电冰箱 双门电冰箱有两个分别开启的箱门，多为立柜上下开启式。它有两个大小不等的隔间，小隔间为冷冻室，大隔间为冷藏室。 (3)三门电冰箱 三门电冰箱有 3 个分别开启的箱门或 3 只抽屉，对应的有三个不同的温区，适合贮藏不同温度要求的各种食品，做到各间室的功能分开，食品生熟分开，保证了冷冻冷藏质量。这是近年来流行的产品。 (4)四门及多门电冰箱 此类冰箱容积都在 250L 以上，制冷方式为风冷式，多为抽屉式结构，可设置不同的温区，便于贮存温度要求不同的各种食品。存取食品时拉动抽屉非常方便，并减少了取放食品时的冷量损失，不同食品间也不串味，是高档电冰箱。2.2 电冰箱的技术性能 电冰箱的技术性能反映了该电冰箱质量的好坏。各个生产厂家都有自己的标准。在我国，家用压缩是电冰箱的质量检验执行 GB8059-87 标准。根据该标准，一台完好的压缩式电冰箱，其主要技术性能和指标包括了以下几个方面的:2.2.1 电气性能电冰箱电气性能主要是指它的绝缘阻值及耗电量。 -4- LD--5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计 (1)电冰箱通电工作时，它的箱体部分不应带电，即人体接触到的金属部分不能有麻电的感觉。用试电笔检查，试电笔不应发亮。断电后用摇笔(即兆欧笔)或万用R×10k 挡检测，电冰箱的绝缘电阻不应小于 2M (表2)用容量不小于 0.5k,,高压试验台，在电源线与地线之间施加 50,正弦交流电压，电压由 750,逐渐升到 1500,后，保持 1min，不应有击穿和闪络现象。 (3)电冰箱的耗电量不应超过其产品说明书中表明的 24h 耗电量的 15,。测定电冰箱 24 小时耗电量的方法是:将电冰箱接入装有电度表的电源上，通电运行支稳定状态(即冷藏室温度每小时下降小于 1?)后开始计时和读数，并按下式计算 24h 的耗电量 P: P24P2-P1/T2-T1 2.1 式中:T1——冰箱运行至稳定状态的计时; P1 ——T1 时刻电度表的读数; T2——从 T1 开始再运行 2-4h(时间越长，误差越小)在某一开停周期停车时 记下的实验结束时间; P2——T2 时刻电度表的读数2.2.2 制冷性能 电冰箱制冷性能主要含有 4 个方面的内容。 表 2.1 电冰箱制冷性能 环境温度(?) 控制器设定位置 冷藏室温度(?) 15 弱 ,0 32 最冷位置 ?5 43 最冷位置 ?10 (1)箱内温度 电冰箱箱内温度有冷冻室温度和冷藏室温度之分，冷冻室温度应达到该冰箱星级标记的要求，而冷藏室温度应符合下面的规定: (2)冷却温度 在环境温度为 32?时，冰箱内不放置物品，并把风门温控器调至最大为止，让压缩机连续运转。当冷藏室温度?5?时，且冷冻室温度达到星级要求(如三星级冰箱的冷冻室温度?-18?)时，压缩机运转时间不超过 3h。 (3)负载温度回升速度 在环境温度为 32?时，冷冻室内放置 4.5kg 的负载，切断电源，室内温度从最低回升到其一半值时的时间不超过 300min。 (4)制冷能力 在环境温度为 32?时，将温控器置于最低点，电冰箱运行达到稳定 -5- LD--5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计状态时，将温度为 20?、容积为电冰箱有效容积 0.5的水盛入制冷盒，放到冷冻室内，电冰箱运行的时间不超过 2h，冰盒中的水应冻成实冰。2.2.3 启动性能 电 源电压保持在 180-240V 范围内，当环境温度在 30?左右时，人为的开、停车 3次，每次开车 3min、停车 3min，每次启动应正常。启动时，压缩机的启动电流为额定电流的 6-10 倍，启动时间为 1-3s，启动后电冰箱的运行电流不应大于其额定电流。这里，特别要提醒的是:当电冰箱由寒冷的室外搬进室温下检测时，必须放置 4h 以上，待电冰箱各部件温度升至 20?左右时，方可检测启动性能。2.2.4 化霜性能 电冰箱德化霜性能随其品牌和档次高低而不同，可按下叙要求检查。 (1)具有半自动化霜装置的电冰箱，当运行到冷冻室表面结霜后达 3-6mm 时，按下化霜按钮，压缩机应停止运转，开始化霜.化霜结束后，压缩机应能自动启动，恢复制冷。 (2)采用强制风冷的风冷式无霜电冰箱应能自动完成除霜。化霜结束，冷冻室内的文生不应高于 5?。 (3)化霜结束后，在蒸发器表面和排水管路中不应残留影响电冰箱正常工作的冰霜。2.2.5 防振与防噪性能 (1)振动 将电冰箱安放平稳后，通电使压缩机运转，不应有明显的振动感，其振动速度的有效值不大于 0.71mm/s。 (2)噪声 在消声室内，在距离电冰箱正面 1m，与地面垂直距离 1m A)。2.3 电冰箱的发展处，用声级计测量电冰箱运行时的噪声，应不高于 42dB( 趋势 二十多年以来，科学家们研究发现，许多制冷压缩机所使用的氟利昂类制冷剂都会破坏大气的臭氧层，引起地球的“温室效应”，从而对人类的生态环境构成严重的威胁。为了保护人类赖以生存的生态环境，近来，市场上绿色冰箱越来越多。绿色冰箱所采用的制冷系统也可按普通冰箱的分类方法，分为直冷式、风冷式、风直冷混合式和单门、双门、三门、多门等。 -6- LD--5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计 第3章 电冰箱用压缩机的分类及其结构3.1 压缩机的分类 压缩机是电冰箱的重要部件。如果把制冷剂比作人身上的血液，那么压缩机就是人的心脏，它是制冷剂在制冷系统循环的动力。 压缩机的分类方法较多。按压缩气体的方式分，有容积式和速度式;按压缩机活塞在汽缸内作用情况来分，有单作用式、双作用式和级差式;按压缩机与电动机的连接形式分，又开启式、半封闭式和全封闭式;按压缩机背压(背压是指压缩机的吸气压力，也就是蒸发器的出口压力，它与蒸发温度有关)高低分，有低背压、中背压、高背压式。电冰箱为了减少噪音和防止制冷机泄漏，多采用容积型全封闭低背压式压缩机，它是将压缩机与电机连成一体，有电机直接带动压缩机运转，利用压缩机的活塞在气缸中的运动，靠改变气缸容积的大小来压缩制冷机气体。使其体积减少，密度增加，提高了气体的压力，从而将气体从低压端输送到高压端。 容积型全封闭压缩机根据活塞运动的方式，分为往复活赛式和旋转活塞式两种。3.2 往复活塞式压缩机3.2.1 往复活赛式压缩机的工作原理 通过曲柄连杆或曲柄滑管， 往复活塞式压缩机是目前大多数电冰箱所采用的压缩机，将电动机的旋转运动转变为活塞的往复直线运动。 (1)压缩过程 压缩机吸入来自蒸发器低压制冷剂的饱和蒸气，充满气缸。活塞从下止点开始向上移动，气缸内的蒸气被压缩，体积减少，密度增大，蒸气的压力与温度随着上升。吸气阀片受到较高的压力而关闭，排气阀片则因为此时蒸气的压力未超过排气腔的压力也不能打开，压缩过程持续到排气腔压力加上排气阀上的弹簧压力等于蒸气压力为止。 (2)排气过程 由于电机的带动，活塞继续向上移动，气缸内蒸气的体积进一步减小，密度变得更大，压力和温度继续上升，当蒸气的压力大于排气腔的压力和弹簧的压力之和时，排气阀片被冲开，高温高压的过热蒸气进入排气腔。这时吸气阀片仍然关闭。 (3)膨胀过程 在电机的带动下，气缸中的活塞从上止点开始向 下移动，这时吸、排气阀全部关闭。在余隙容积内残留的蒸气体积增大、密度减小，压力和温度也随之降 -7- LD--5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计低。当蒸气的压力与吸气腔和吸气阀片上的弹簧弹力平衡时，即完成了膨胀过程。 (4)吸气过程 压缩机电机继续旋转，气缸中的活塞继续向下移动，气缸内蒸气的体积进一步增大，密度更小，压力和温度继续降低。当气缸内蒸气的压力小于吸气腔内蒸气的压力与吸气阀片上弹簧的弹力之差时，吸气腔内的饱和蒸气顶开吸气阀片，蒸气被吸入气缸内，即完成了吸气过程。 综上所叙，当压缩机电机旋转一周时，活塞即做一次往复运动，共经过 4 个工作过程，完成一次吸排气循环。随着电机的不断旋转，活塞不停地在气缸中做往复运动，压缩制冷剂气体。 另外，需要提醒注意的是，当活塞达到上止点的位置时，活塞与气缸之间是有一定间隙的，这个间隙所包含的空间叫做余隙容积，它有两个很重要的作用:一是为金属部件提供一个热胀冷缩的伸缩空间;二是防止出现击碎阀片和顶缸的事故。余隙容积的大小视不同的机型而定，一般为 2-4。如果过大，会使压缩机的吸气量减小。以 93W 压 扩大至 6，制冷量就要下降一半，因此在修理、装配压缩机为例，若余隙容积从 2 缩机时，要注意阀板与气缸顶面之间密封垫片的厚度和气缸的尺寸。 余隙容积的检查可用压软铝保险丝的方法进行，具体来说，就是在活塞顶部的前、后、左、右 4 个点上放软铝保险丝团，被活塞顶压后取出，用千分尺测量其厚度，然后取其平均值，即为余隙的大小。3.2.2 往复活赛式压缩机的结构 往复活赛式压缩机根据其曲柄与活塞的连接形式，分为滑管式、连杆式两种。 (1)滑管式压缩机的结构 滑管式压缩机诞生于 20 世纪 60 年代初，引起结构简单，制造和装配比较容易，所以得到了迅速的发展。目前仍是国产和日本日立、三洋、东芝等电冰箱上采用的主要压缩机型。 滑管式压缩机的结构主要由曲轴、滑管滑块机构、气缸、活塞、机座等组成，其特点是:电动机安装在机座下部，电机轴线呈垂直状态;压缩机安装在机座商埠，气缸为卧式排列。三根支撑弹簧将压缩机和电机悬挂在机壳内，使压缩机减振效果好。只有一个轴承支撑，属于单支点式轴承。轴承受理不良，活塞承受侧压力不均匀，容易单边磨损，所以一般不适动质量惯性力等多种交变负荷，它的曲颈和曲柄部分的轴承配合面还承受着高速摩擦，所以曲轴应有足够的强度、较高的耐磨性，并应具有较好的平衡性能，其选用的材料多为球墨铸铁和 45 号钢。 曲轴的另一个重要作用是对压缩机的运动部件进行润滑，而润滑质量的好坏会对压缩机的寿命和可靠性有很大的影响。在滑管式压缩机中，气缸与活塞，机座孔与主轴颈、滑块与曲柄销、滑管与滑块等由于高速运动，必须在各接触部位保持一定的油膜。才能 -8- LD--5801 冰箱用连杆活塞式压缩机电容起动与运行电机设计减少摩擦阻力损失，延长使用寿命，并能带走摩擦热。这些功能是靠曲柄下部的吸油嘴和螺旋槽来实现的。当曲柄高速旋转时，由于离心力的作用，冷冻油通过吸油嘴进入斜油孔到螺旋油槽，再被甩出，飞溅到其他部件的表面上，起到润滑上油的作用。 活塞和滑块:活塞在气缸中起着压缩气体的作用。它由活塞和滑管组成，两者焊接成相互垂直的丁字形，可把它们看成是一个整体。活塞用铸铁铸造而成，也可用优质碳素钢分别加工后烧结而成。滑块是一个在滑管内滑行的圆柱体。它的腰部中心开有一个圆孔，使滑块能空套在曲柄销上。当电机通电时，电机转子带动曲柄的主轴颈旋转，由于曲柄销与主轴颈有一偏心量 R，因此曲柄销绕?髦峋钡闹嵝淖髟仓茉硕 樵诨 苣谧笥一 突钊 谄 啄谏舷乱贫 ?汽缸:汽缸是供活塞压缩气体的腔体，并对 活塞起导向作用，因此承受着多种力的作用，对腔体有较高的强度要求，对气缸筒有很高的精度要求。气缸的材料一般为灰铸铁 HT20-40，具有良好的耐磨性。 曲柄滑管式压缩机的气缸外形像个元宝。中间为气缸筒，活塞在其中作往复运动;两侧为吸气腔和排气腔，两腔用隔板分隔成若干小空腔，使气流连续流过小截面通道、大截面通道，起到消声作用。其缸下平面与机座用螺栓联接，两者间有密封垫片。气缸上平面与阀板联接，气阀即安装在阀板上。吸气腔有 2 个吸气口，而排气腔只有一个排气口，排气管并不是直接而是通过高压排气缓冲管与排气口相连的，这样可使得排出的高压蒸气压力均匀，并兼有消音的作用。 气阀:电冰箱压缩机的气阀都是采用簧片式结构。吸气阀片是舌形的，以便靠销钉 ;定位而紧夹在阀板和缸壁之间， 另一边是自由端，他的舌尖部分插在气缸一面的相应凹槽中，凹槽的高度限制了簧舌的升程，是为吸气阀的升程限制器。排气阀片成弓形，安装在阀板上面，阀片两端用柳钉固定在阀板上，其上安装有一个弹簧片和一升程限制器。阀板与气缸盖、气缸面之间，必须用耐用橡胶石棉垫密封。 气阀质量的好坏直接影响着压缩机的排量、功率消耗和运转可靠性，气阀故障也.