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0   引言

变频空调已经广泛普及千家万户，与定频最大的区别在于其能够根据环境条件调节压缩机频率在一定范围内运转，实现精确控温和省电的作用。变频空调有专门的电器盒部件来控制压缩机转速，区分于定频外机只有一个启动电容。但其元件较多，工艺和技术上相对复杂，在车间生产完成后要进行测试，以确定功能是否正常，然后进入整机组装。这样便于提前发现不良品、排查失效原因并采取纠正对策，另外前端识别到可靠性差的缺陷品时也能够及时介入处理，防止流入整机组装工序造成更大的损失。

1   变频外机电器盒功能测试原理

外机电器盒功能测试需要在输出端连接对应的负载配件，一般使用专用通讯工装来模拟室内机控制器，与待测电器盒建立通讯，向其发送运行指令，使之按照既定的流程完成制冷、制热动作，并读取测试过程中的运行参数进行判异。总体步骤如下。

各配件连接完成后，待测品上电进入自动检测并接收室内通信，综合分析室内环境温度、室内设定温度、室外环境温度等因素，对压缩机变频调速控制。

根据系统需要，控制外风机、四通阀、压缩机等负载完成预定动作。

采集排气、管温、电压、电流、压缩机状态等系统参数，判断系统是否在允许的工作条件内。

负载能否正常运行是判断电器盒功能是否正常的重要依据。以压缩机配件为例，通讯工装通过读取压缩机频率，以及检查吸排气状态来判异，故障形式表现为掉频或反转。在压缩机故障无法使用或超过使用寿命时，则将之报废换新，无法重复利用，造成一定的浪费。随着空调型号的更新迭代，用于电器盒测试的压缩机型号也会逐渐增多，不利于现场管理。常见家用空调压缩机内部的结构设计、驱动原理等均属于成熟的技术，对核心部件改造来节约成本和减少占用空间理论上是可行的。

2   压缩机结构及控制特点

如图1 所示，压缩机的核心有电机和泵体，其中电机主要用于提供动力源，用于驱动制冷剂进行气/ 液转换以及内外机循环交换热量，现有常用电机均采用永磁同步电机（PMSM）[1-5]。而功能测试中将通讯工装以及各种配件与电器盒正确连接后即可进入测试，不需要驱动制冷剂，所以说压缩机配件只有电机部分在转动，运行时将空气由吸气管吸入压缩机内部，并在排气管排出。

压缩机内的电机采用转子磁场定向的矢量控制策略，带有速度闭环和电流闭环，需要实时检测压缩机电流和转子位置，同时在高频时采用弱磁控制。以凌达QXAT-B096zE070 压缩机为例，其电机部分规格书如表1。

图1 空调压缩机部件剖面图

表1 变频压缩机内的电机规格

从规格中可以看到，这款压缩机内部的电机就是采用的永磁同步电机，永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高等优点，比其他类型电动机输出转矩更大，其极限转速和制动性能也比较优异，技术上已经成熟并得到广泛应用。其在压缩机部件中的主要作用是将电能转化为机械能，通过传动部件往复运动来驱动制冷剂的循环来实现热量交换。

变频压缩机由U、V、W 三相供电并根据电器盒PWM 控制电机调速。结合其运行原理，理论上将压缩机内的电机部分拿出来，保持供电方式不变，正确连接到电器盒即可以满足测试要求，把无关紧要的泵体取消。

3   电机结构设计

结合以上分析，确定电机结构设计思路，即采用压缩机内电机加机壳的设计方案，将电机单独作为一个产品，保留定子/ 转子并使用金属外壳密封，取消掉压缩机中泵体结构。

根据图2 可见，设计的电机结构包括轴、前端盖、壳体、定子、转子组件、轴承、后端盖。其中电机定子、转子采用压缩机中电机物料，其驱动参数保持不变，为整个电机的动力源；轴为传动不变，可用于观测电机正反转；整个组件也就成为压缩机的替代配件，应用于生产线电器盒功能测试。

图2 电机结构图

压缩机在正常测试过程中，内部的滚动活塞运动也消耗能量。为避免使用电机替代后在实际应用过程中因功率不够造成空转失速，需要在转轴上安装重物来增加一定的阻力，提高输入电流解决这个问题，实物效果如图3。

图3 电机实物效果图

另外，对反转的检测效果靠人工检查也容易出现遗漏，可以进一步在转子部分增加自动识别反转的小部件做到防呆，避免肉眼观察误判，实现的方式有很多种，这里就不再赘述。

4   检测效果验证

特制电机组装完成后应用于空调外机电器盒产品测试，将待测电器盒上连接压缩机的三相线对接到电机，准备完毕后上电检测。验证发现电器盒能够进入正常测试步骤，通讯工装读取电机运转频率并实时显示升频数值，运行判断合格后断电结束测试；整个测试过程、测试时间上和使用压缩机的效果一致，以U 相为例测量输入电压和电流波形如图4。

对故障品的检出效果方面，需要模拟电路故障来验证是否可控。第1 种是将UVW 三相线反插，压缩机故障表现为吸气口变成排气、排气口变吸气，即内部电机反转造成气流逆行；而切换特制电机后转子同样出现反转，说明对故障品的检测是有效的。第2 种对掉频现象进行模拟，即将压缩机电路的一些元件进行短路等，通讯工装读取到掉频信息并报警提示，总体验证情况见表2。

表2 电机在实际测试过程中的实验结果

表2 实验印证了替换效果符合预期，即采用电机取代压缩机是可行的，并且很多压缩机的电机参数比较接近，一款电机可取代多款压缩机。这种方法对所有使用永磁同步电机的压缩机可以通用。需要注意的是设计电机选用的转子/ 定子部件要选用原压缩机内电机部件，保证正常运行以及待测样品出现故障时能够有效检出来。

通常情况下，一条生产线需要配置多个工位以满足生产节拍。以笔者所在车间为例，一条变频电器盒生产线配置10 个工位并行测试，每个工位一台压缩机，产线总数就需要配置10台放在测试工序，占用的空间是非常多的，压缩机的不同型号也容易混用。根据以上方法改造为特制电机后，将2 组电机为一个单元固定在一个电木盒内，增加编号以示区分，存储和使用都非常方便，有利于现场5S 管理。

图4 U相电压（上）、电流（下）波形

5   结语

在实际生产过程中，为满足生产节拍往往需要多个工位同时进行测试，生产机型换线时需要来回切换压缩机满足对应机型测试。本次根据压缩机运行原理，采用定子/ 转子等核心物料设计为电机，保留运行驱动参数不变，达到相同的测试效果，同时电机结构上相对简单，当出现故障时可以拆开维修，外壳部分重复利用，节约压缩机申购成本和浪费。根据批量的验证结果，电机替代压缩机是可行的，同时结合机型特点可以实现通用，即一种电机满足多种机型，提高了电器盒部件的检测水平。

图5 存储现场改善前后对比图

参考文献：

[1] 张少丕,陈世元,皮明超.高效变频空调压缩机用永磁同步电机研究[J].电机控制与应用,2014,41(2):27-30.

[2] 陈东锁,卢素华,陈彬.空调压缩机中永磁同步电机的损耗分析[J].日用电器,2012(07):50-51.

[3] 张学杰,熊浩,李新华.空调压缩机永磁电机变频调速方案选择[J].湖北工学院学报,2003(01):25-27.

[4] 马名贵,刘军.浅谈空调压缩机电机驱动系统[J].科技视界,2017(06):153.

[5] 吴加强,李高.变频空调压缩机电机设计[J].电机电器技术,1997(02):21-23.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年1月期）