การทดสอบมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ปั๊มความร้อน: ความเร็วตัวแปร, ความเข้ากันได้ของสารทำความเย็น, และประสิทธิภาพตามฤดูกาล

เหตุใดมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ปั๊มความร้อนจึงต้องมีการทดสอบเฉพาะทาง

การติดตั้งปั๊มความร้อนในยุโรปผ่าน 3 ล้านหน่วยต่อปีใน 2025, ขับเคลื่อนด้วยการสร้างข้อบังคับการลดคาร์บอน. มอเตอร์คอมเพรสเซอร์ — ไม่ว่าจะเป็นแบบสโครล, หมุน, หรือคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ — เป็นส่วนประกอบที่กำหนดประสิทธิภาพของระบบ, สมรรถนะในสภาพอากาศหนาวเย็น, และอายุการใช้งาน. นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในมอเตอร์ที่ทดสอบยากที่สุดอีกด้วย, เพราะมันทำงานภายในบรรยากาศสารทำความเย็นที่ปิดสนิท, ด้วยความเร็วแปรผันจาก 20 เฮิรตซ์ถึง 120 เฮิรตซ์, และต้องสตาร์ทได้อย่างน่าเชื่อถือกับสภาวะแรงดันย้อนกลับของสารทำความเย็นสูง ซึ่งจะทำให้มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบเดิมหยุดทำงาน.

ความท้าทายของแท่นทดสอบนั้นประกอบขึ้นด้วยความจริงที่ว่าไม่สามารถประเมินประสิทธิภาพของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์โดยแยกออกจากวงจรสารทำความเย็นได้. มอเตอร์ที่ทำงานในอากาศได้อย่างสวยงามจะแสดงพฤติกรรมการสตาร์ทที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง, ประสิทธิภาพการระบายความร้อน, และประสิทธิภาพเมื่อแช่สารทำความเย็น R32 หรือ R290 ที่ความดันใช้งาน. การทดสอบจะต้องจัดการกับการบูรณาการนี้, ไม่ใช่นามธรรมมันออกไป.

คู่มือนี้ครอบคลุมรายการทดสอบที่สำคัญสำหรับมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ปั๊มความร้อนแบบปรับความเร็วได้, มุ่งเน้นไปที่พื้นที่ที่โปรโตคอลการทดสอบมอเตอร์มาตรฐานไม่เพียงพอ.

สิ่งที่ทำให้การทดสอบมอเตอร์คอมเพรสเซอร์แตกต่างออกไป

• การประกอบสุญญากาศ: ไม่สามารถเข้าถึงมอเตอร์ได้โดยไม่ทำลายคอมเพรสเซอร์. การวัดการพันจะต้องทำภายนอก (กล่องเทอร์มินัล). การตรวจสอบอุณหภูมิขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของก๊าซที่ปล่อยออกมาและอุณหภูมิขั้วของมอเตอร์, ไม่ใช่เซ็นเซอร์แบบฝัง.
• สารทำความเย็นเป็นสื่อฉนวน: ฉนวนขดลวดมอเตอร์ต้องเข้ากันได้กับส่วนผสมของสารทำความเย็นและสารหล่อลื่นที่ความดัน. R32, R410A, และ R290 (โพรเพน) มีข้อกำหนดความเข้ากันได้ทางเคมีที่แตกต่างกัน.
• โหลดขึ้นอยู่กับสถานะของสารทำความเย็น: แรงบิดของคอมเพรสเซอร์ที่ความเร็วใดๆ ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนความดัน (ความดันควบแน่น / ความดันระเหย), ซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและภาระโดยรอบ. แท่นทดสอบจะต้องจำลองสภาวะแรงดันสารทำความเย็นของซองปฏิบัติการเป้าหมาย.
• การทำงานของความเร็วตัวแปร: คอมเพรสเซอร์ปั๊มความร้อนสมัยใหม่ทำงานบนไดรฟ์อินเวอร์เตอร์จาก 20 เฮิรตซ์ถึง 120 เฮิรตซ์. การเพิ่มประสิทธิภาพในช่วงนี้ — ไม่ใช่แค่ที่ความเร็วที่กำหนดเท่านั้น — เป็นตัวสร้างความแตกต่างทางการแข่งขันที่สำคัญ.

รายการทดสอบหลัก

1. ลักษณะทางไฟฟ้าของมอเตอร์สุญญากาศ

โดยมีมอเตอร์ปิดผนึกอยู่ภายในคอมเพรสเซอร์, การทดสอบทางไฟฟ้าจำกัดอยู่เฉพาะสิ่งที่สามารถวัดได้ที่ขั้วต่อภายนอก. ม้านั่งทดสอบจะบันทึกความต้านทานของเฟส, ตัวเหนี่ยวนำ, และความต้านทานของฉนวน (ทดสอบ megger ที่ 500 VDC และ 1,000 กระแสตรง) บนหน่วยการผลิตก่อนชาร์จด้วยสารทำความเย็น. หลังการเรียกเก็บเงิน, การวัดการพันผ่านสารทำความเย็นจะตรวจจับการซึมเข้าหรือการเสื่อมสภาพ.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความต้านทานเฟส (วิธีเคลวิน, ความแม่นยำ ±0.5 mΩ); การเหนี่ยวนำเฟส (1 กิโลเฮิร์ตซ์, ความแม่นยำ ±1%); ความต้านทานของฉนวน≥ 100 MΩที่ 500 VDC ก่อนการชาร์จสารทำความเย็น; ความต้านทานเปลี่ยนแปลงหลังจากได้รับสารทำความเย็น ≤ 0.3%.

2. แรงบิดเริ่มต้นภายใต้แรงดันย้อนกลับสูง

เงื่อนไขการสตาร์ทที่มีความต้องการมากที่สุดสำหรับคอมเพรสเซอร์ปั๊มความร้อนคือการรีสตาร์ทอย่างร้อนหลังจากการหยุดชะงักของพลังงานช่วงสั้นๆ — สารทำความเย็นยังไม่ได้ปรับสมดุลใหม่ระหว่างด้านแรงดันสูงและต่ำ, และคอมเพรสเซอร์จะต้องสตาร์ทด้วยแรงดันที่แตกต่างกันซึ่งอาจเป็น 50–70% ของอัตราส่วนแรงดันเต็มโหลด. สำหรับคอมเพรสเซอร์แบบสโครลที่ขับเคลื่อนโดย PMSM, กระแสสตาร์ทและแรงบิดจะต้องเอาชนะโหลดแรงดันต้านนี้ภายในขีดจำกัดกระแสของ VFD.

แท่นทดสอบจำลองสิ่งนี้โดยการควบคุมสภาวะแรงดันต้าน (ผ่านวาล์วควบคุมปริมาณบนแท่นทดสอบสารทำความเย็น หรือผ่านการจำลองภาระทางกลบนแท่นที่มีมอเตอร์เท่านั้น) และการวัดแรงบิดสตาร์ทเป็นฟังก์ชันของแรงดันต้านเริ่มต้นและเวลาในการสตาร์ท.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: แรงบิดเริ่มต้นขั้นต่ำที่ 100% พิกัดแรงดันย้อนกลับ; เวลาเริ่มเปลี่ยนความเร็วสูงสุดเพื่อให้สตาร์ทได้สำเร็จ; กระแสเริ่มต้นสูงสุด (ต้องอยู่ในขีดจำกัดการเดินทาง VFD, โดยทั่วไป 200% จัดอันดับปัจจุบัน); การตรวจจับการเริ่มต้นล้มเหลว: การวิเคราะห์รูปแบบ back-EMF เพื่อระบุแผงลอย.

3. การทำแผนที่ประสิทธิภาพความเร็วตัวแปร (20–120 เฮิรตซ์)

แผนที่ประสิทธิภาพของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ตลอดช่วงความเร็วสูงสุดจะกำหนดตัวชี้วัดประสิทธิภาพตามฤดูกาล (SCOP สำหรับการทำความร้อนในพื้นที่, SEER เพื่อความเย็น) ที่ควบคุมการจัดอันดับฉลากพลังงานของสหภาพยุโรปและการปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านการออกแบบเชิงนิเวศเศรษฐกิจ. แท่นทดสอบจะกวาดความถี่ในการทำงานจากขั้นต่ำ (โดยทั่วไป 20–25 Hz) ให้สูงสุด (โดยทั่วไป 115–120 Hz) ในแต่ละจุดโหลด, บันทึกกำลังไฟฟ้าอินพุตและกำลังทางกลเอาท์พุต.

สำหรับคอมเพรสเซอร์ PMSM แบบปรับความเร็วได้, แผนที่ประสิทธิภาพจะต้องบันทึกประสิทธิภาพการควบคุม MTPA ที่จุดปฏิบัติการโหลดความเร็วแต่ละจุด, เนื่องจากการเพิ่มประสิทธิภาพไดรฟ์เป็นกลไกหลักด้านประสิทธิภาพ. ตัวควบคุม MTPA ที่ปรับจูนไม่ดีในคอมเพรสเซอร์ปั๊มความร้อนมีค่าใช้จ่ายประสิทธิภาพตามฤดูกาล 3–8% ตลอดทั้งปีภูมิอากาศของยุโรป.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ประสิทธิภาพของมอเตอร์ ณ จุดที่กำหนด; มอเตอร์ + ประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อน (รวมกัน); ค่าสูงสุดของแผนที่ประสิทธิภาพและจุดปฏิบัติการ; ประสิทธิภาพที่ความเร็วต่ำสุด (20 เฮิรตซ์) — มักจะเป็นจุดปฏิบัติการที่แย่ที่สุดเนื่องจากมีการสูญเสียทองแดงพื้นฐานสูงที่ความเร็วต่ำ.

4. อากาศหนาว-อุณหภูมิต่ำ-เริ่มต้น (อุณหภูมิโดยรอบ −25°C)

ปั๊มความร้อนในสภาพอากาศหนาวเย็น (ส่วนตลาดเติบโตอย่างรวดเร็วในนอร์ดิก, ชาวแคนาดา, และตลาดจีนตอนเหนือ) ได้รับการกำหนดให้ทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อมภายนอกอาคารจนถึง −25°C. ที่อุณหภูมิเหล่านี้, ความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นเพิ่มขึ้น 5–10 เท่าเมื่อเทียบกับจุดปฏิบัติงานที่กำหนด, และความหนาแน่นของไอสารทำความเย็นเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก. มอเตอร์คอมเพรสเซอร์จะต้องสตาร์ทได้อย่างน่าเชื่อถือภายใต้การลากที่มีความหนืดเพิ่มขึ้นนี้.

การทดสอบดำเนินการในห้องควบคุมสภาพอากาศซึ่งล้อมรอบยูนิตกลางแจ้ง. ระบบปั๊มความร้อนที่สมบูรณ์ (รวมทั้งค่าสารทำความเย็นด้วย, ค่าน้ำมัน, และการควบคุม) จะถูกทำให้เสถียรที่ −25°C ก่อนที่จะเริ่มการทดสอบเริ่มต้น. การทดสอบบันทึกการเริ่มต้นโปรไฟล์ปัจจุบัน, ตามเวลาที่กำหนดความเร็ว, และการป้องกันขีดจำกัดกระแสของ VFD ขัดขวางการสตาร์ทหรือไม่.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความสำเร็จเริ่มต้นที่ −25°C, −20°ซ, −15°C สภาพแวดล้อมภายนอกอาคาร: 5 เริ่มติดต่อกันตามอุณหภูมิ; การเริ่มต้นโปรไฟล์ปัจจุบันเทียบกับเวลา; เวลาตั้งแต่คำสั่งสตาร์ทไปจนถึงความเร็วคอมเพรสเซอร์ที่กำหนด; ทำความร้อน COP ที่ −15°C (ใน 14825 คะแนนเรตติ้ง A−15).

5. ความเข้ากันได้ของสารทำความเย็นและอายุการใช้งานของฉนวนที่คดเคี้ยว

ฉนวนของมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ต้องสามารถจุ่มลงในส่วนผสมของสารทำความเย็นและน้ำมันได้อย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิและความดันในการทำงาน. ฉนวนลวดเคลือบฟันมาตรฐานที่ใช้ในมอเตอร์แบบเปิดเฟรมไม่เป็นที่ยอมรับ — โพลีเอสเตอร์อิไมด์หรือโพลิเอไมด์ (ปาย) จำเป็นต้องมีการเคลือบแล็กเกอร์ทนสารทำความเย็นสำหรับระบบ HFC/HFO; ฿290 (โพรเพน) นอกจากนี้ กำหนดให้โพลีเมอร์ทั้งหมดมีความทนทานต่อไฮโดรคาร์บอน.

การทดสอบความเข้ากันได้ของฉนวนจะนำตัวอย่างที่คดเคี้ยวไปแช่ในส่วนผสมของสารทำความเย็นและน้ำมันที่อุณหภูมิสูง (การทดสอบการเร่งอายุ, โดยทั่วไปคือ 150°C สำหรับ 500 ชั่วโมงต่อ UL 984 / ไออีซี 62539 เทียบเท่า). ความต้านทานของฉนวนหลังการสัมผัส, ความเป็นฉนวน, และความยืดหยุ่นทางกลยืนยันความเข้ากันได้.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความต้านทานของฉนวนหลังจากอายุ≥ 100 MΩ (ค่าเริ่มต้น); การเก็บรักษาความเป็นฉนวน≥ 90% ของค่าเริ่มต้นหลังจากนั้น 500 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 150°C ในส่วนผสมของสารทำความเย็น-น้ำมัน; ความยืดหยุ่นในการเคลือบลวด: ไม่มีการแตกร้าวหลังจากการดัดงอเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เท่าหลังอายุ.

6. ไออีซี 60335-2-40 การทดสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนด

ปั๊มความร้อนอยู่ภายใต้ IEC 60335-2-40 (เครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนและที่คล้ายกัน - ปั๊มความร้อน, เครื่องปรับอากาศ, เครื่องลดความชื้น). การทดสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดประกอบด้วย: การประเมินการป้องกันมอเตอร์ (การทดสอบโรเตอร์ที่ถูกล็อค, มอเตอร์มีอุณหภูมิสูงเกินไป), การทดสอบการทำงานที่ผิดปกติ (การไหลเวียนของอากาศที่ถูกบล็อก, การรั่วไหลของสารทำความเย็น), และการทดสอบความทนทานความน่าเชื่อถือ 30 วันที่โหลดสูงสุด.

สำหรับสารทำความเย็นโพรเพน R290, ข้อกำหนด ATEX/IECEx ใช้กับระบบอิเล็กทรอนิกส์ของไดรฟ์ — แท่นทดสอบมอเตอร์ต้องมีการประเมินความเสี่ยงในการจุดระเบิดจากประกายไฟที่เกิดจากไดรฟ์และฮอตสปอตของขดลวดในบรรยากาศสารทำความเย็นที่ติดไฟได้.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: การตอบสนองการป้องกันทริปของมอเตอร์ภายใต้โรเตอร์ที่ถูกล็อค (เวลาการเดินทางของตัวป้องกันที่ไวต่ออุณหภูมิ ≤ 20 วินาทีต่อ IEC 60335-2-40); อุณหภูมิของขดลวดภายใต้โรเตอร์ที่ถูกล็อค ≤ ขีดจำกัดคลาส; 30-ความอดทนของวัน: ความล้มเหลวเป็นศูนย์, ความต้านทานของฉนวนที่คดเคี้ยว≥ 50 MΩ หลังการทดสอบ.

การเลือกม้านั่งทดสอบหมายความว่าอย่างไร

การทดสอบมอเตอร์คอมเพรสเซอร์ของปั๊มความร้อนครอบคลุมสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันสองแบบ: ม้านั่งทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า (สำหรับการกำหนดลักษณะเฉพาะของ PMSM, การทำแผนที่ประสิทธิภาพ, พฤติกรรมเริ่มต้น) และอุปกรณ์ทดสอบวงจรสารทำความเย็น (สำหรับการวัด COP ระดับระบบ, เริ่มมีอากาศหนาวเย็น, และความเข้ากันได้ของสารทำความเย็น). การตรวจสอบความถูกต้องแบบเต็มต้องใช้ทั้งสองอย่าง.

สำหรับการทดสอบการยอมรับเฉพาะมอเตอร์ในการผลิต, แท่นทดสอบใช้การจำลองโหลดเชิงกลที่เพลาคอมเพรสเซอร์เพื่อสร้างเส้นโค้งความเร็วแรงบิดของคอมเพรสเซอร์สารทำความเย็นที่สภาวะอัตราส่วนความดันเฉพาะ. ซึ่งเร็วกว่าการใช้สารทำความเย็นจนเต็ม แต่ต้องมีโมเดลทางกลที่ได้รับการตรวจสอบแล้วของโหลดคอมเพรสเซอร์จึงจะตั้งค่าได้อย่างถูกต้อง.

สำหรับระบบ R290, จำเป็นต้องมีเครื่องมือป้องกันการระเบิดและตู้ทดสอบที่มีการระบายอากาศตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย. สิ่งนี้จะเพิ่มต้นทุนและความซับซ้อนให้กับการตั้งค่าการทดสอบที่ต้องวางแผนในขั้นตอนการออกแบบสิ่งอำนวยความสะดวก, ไม่ได้เพิ่มเป็นความคิดในภายหลัง.

ทีมวิศวกรของเราได้ออกแบบระบบทดสอบมอเตอร์คอมเพรสเซอร์สำหรับผู้ผลิตปั๊มความร้อนสำหรับที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์, รวมถึงการบูรณาการห้องควบคุมสภาพอากาศและเซลล์ทดสอบที่ได้รับการจัดอันดับ R290. ติดต่อเรา เพื่อหารือเกี่ยวกับประเภทสารทำความเย็นของคุณ, ช่วงพลังงาน, และระบอบการทดสอบ.