萬行沛 馬潔丹

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

風(fēng)管式空調(diào)機組由于隱藏安裝、美觀大方、節(jié)省空間等特點，越來越深受消費者的喜歡，漸漸取代傳統(tǒng)分體空調(diào)進入了人們的生活。不同的用戶安裝環(huán)境各不相同，導(dǎo)致安裝風(fēng)管長度也不相同。為保證機組的制冷、制熱能力，風(fēng)機轉(zhuǎn)速需要相應(yīng)的調(diào)整，來保證送風(fēng)揚程，從而產(chǎn)生不同的機外靜壓。IEC 60335-1中，銘牌要求標(biāo)出器具的額定功率或額定電流，且對器具在正常工作溫度下的輸入功率和電流與額定輸入功率與電流之間的允差有要求。本文通過分析不同機外靜壓和風(fēng)速條件下風(fēng)管式空調(diào)機組電氣安全輸入功率和電流的測試結(jié)果，總結(jié)機外靜壓對空調(diào)輸入功率和電流的影響規(guī)律，供設(shè)計和檢測人員參考。

1 風(fēng)管式空調(diào)機組常見概念

風(fēng)管式機組的安裝涉及風(fēng)管管道，而進風(fēng)或出風(fēng)的帶風(fēng)管機組，在正常運行時，進風(fēng)或出風(fēng)風(fēng)口受限，因而風(fēng)管管道會對進風(fēng)或出風(fēng)產(chǎn)生阻力，且風(fēng)管管道內(nèi)會產(chǎn)生一定的壓力。對于帶風(fēng)管的機組，一般涉及以下幾個概念：

1）全壓（PT）：所謂全壓就是靜壓與動壓之和，在使用上常以kgf/m2或mmaq來表示。在風(fēng)機中全壓值是屬固定，并不會因風(fēng)管縮管而產(chǎn)生變化。

2）靜壓（Ps）：所謂靜壓就是流體施加於器具表面且與表面垂直的力，在風(fēng)機中一般是由於重力與風(fēng)扇之推動所造成。具體來講，靜壓就是把風(fēng)機開到最大檔位，封住風(fēng)的出口，風(fēng)箱里的壓力增大。

3）動壓（Pv）：所謂動壓就是流體在風(fēng)管內(nèi)流動之速度所形成之壓力，在使用上常以kgf/m2或mmaq來表示。

全壓（PT）=靜壓（Ps）+ 動壓（Pv）

風(fēng)速v2=2*動壓(Pv)/ 密度ρ

風(fēng)量（Q）=風(fēng)速（V）×截面積(A)

機組生產(chǎn)出廠后，全壓相對不變，根據(jù)不同的安裝使用環(huán)境風(fēng)管的管長會出現(xiàn)相對差異，靜壓值也因此出現(xiàn)變化，從而影響了風(fēng)管機組的動壓。動壓與風(fēng)速呈正相關(guān)關(guān)系，大靜壓下，動壓相對減小，風(fēng)量、風(fēng)速也相應(yīng)減小。風(fēng)量、風(fēng)速是用戶體驗的一個重要考量指標(biāo)，靜壓變化對電氣安全輸入功率和電流也有一定的影響，本文對出風(fēng)風(fēng)口帶風(fēng)管的風(fēng)管空調(diào)進行測試分析。

2 常用電機原理及調(diào)速方法

風(fēng)管式空調(diào)是通過改變內(nèi)風(fēng)機電機轉(zhuǎn)速來滿足各靜壓條件下空調(diào)的使用效果，不同類型的電機調(diào)速原理也各不相同。公司目前使用的直流電機為無刷直流電機和L型、T型及PG交流電機。

2.1 工作原理

直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?，因此此時轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉(zhuǎn)動。

無刷直流電機主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器組成。它和直流電機有著很多共同點，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)差不多，繞組的連線也基本相同。但是，結(jié)構(gòu)上它們有一個明顯的區(qū)別：無刷直流電機沒有直流電機中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流，則電機只能產(chǎn)生不變的磁場，電機不能轉(zhuǎn)動起來，只有實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機的不同相通以對應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。

交流電機定子繞組中通入交變電流，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。初始啟動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零開始，與旋轉(zhuǎn)磁場的相對運動速度較高，會在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來

2.2 風(fēng)機調(diào)速方法

PG交流電機的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)，改變交流風(fēng)機機的最大轉(zhuǎn)速需要變頻器改變頻率。對于L型、T型交流電機而言，通過改變接入電路的繞組值大小，來改變風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。而對于直流電機來說，它的供電電壓是直流輸入，可以用PWM技術(shù)控制，PWM是一種占空比可調(diào)節(jié)的信號，通過改變輸入的電壓/電流，或者勵磁電壓/電流，直流電機可以實現(xiàn)無極變速，不需要其它設(shè)備的配合。

PG交流電機和直流電機均可以通過改變電路的信息（PWM信號）進行風(fēng)速調(diào)節(jié)，可調(diào)的級數(shù)較多。而L型、T型交流電機在機組接入電路后，風(fēng)檔通過電路中更換接入的繞組抽頭實現(xiàn)調(diào)速，可調(diào)節(jié)級數(shù)受繞組抽頭限制。

3 機外靜壓對輸入功率與電流的影響

3.1 標(biāo)準(zhǔn)理解

輸入功率是指設(shè)備所吸收的功率。對于電器設(shè)備而言，輸入功率等于輸入電壓于輸入電流的乘積，IEC 60335-1中，輸入功率和電流的測試是在正常工作溫度下進行進行測試，也就是在器具正常工作時的最大功率和電流。輸入功率和電流的參數(shù)為電器安裝電源線線徑的選擇提供了參考，當(dāng)使用者按銘牌額定電參數(shù)選擇供電電源和電源線，但器具實際輸入功率和電流卻過大時，有造成的電擊、火災(zāi)等安全風(fēng)險。風(fēng)管式空調(diào)機組在實際使用安裝時，風(fēng)管長度不一，靜壓各不相同，研究不同的靜壓對風(fēng)管機輸入功率和電流的影響，避免錯誤選型安裝出現(xiàn)用戶體驗不佳和電氣安全隱患問題。

3.2 靜壓變化對直流風(fēng)機風(fēng)管機輸入功率和電流的影響

目前市場采用直流風(fēng)機風(fēng)管機的機型，考慮到實驗室環(huán)境和實際安裝的差異性，測試環(huán)境下會調(diào)整風(fēng)機所能達到的最大風(fēng)檔限值，風(fēng)機最大風(fēng)檔的設(shè)定的不同，風(fēng)機能達到的最大轉(zhuǎn)速也不相同。以下將對比最大風(fēng)檔和機外靜壓變化時電氣安全輸入功率和電流的測試結(jié)果，并對其進行分析總結(jié)。

3.2.1 直流多聯(lián)風(fēng)管內(nèi)機

多聯(lián)風(fēng)管內(nèi)機一般采用的是直流電機，根據(jù)多聯(lián)機特點，單獨考核靜壓對多聯(lián)風(fēng)管內(nèi)機的影響。以A機型多聯(lián)風(fēng)管內(nèi)機為例，在最大風(fēng)檔設(shè)定為5檔，風(fēng)機調(diào)到最高轉(zhuǎn)速時，分別測試0 Pa靜壓和50 Pa靜壓下機組的輸入功率和電流，結(jié)果如表1。

由表1測試結(jié)果可以看出，在制冷和制熱模式下，風(fēng)機最高轉(zhuǎn)速（最大風(fēng)檔）不變的情況下，直流多聯(lián)風(fēng)管內(nèi)機的輸入功率和電流隨著靜壓的增大呈現(xiàn)降低的趨勢，風(fēng)量也出現(xiàn)較為明顯的降低。

在相同最大風(fēng)檔條件下，機組的全壓（PT）保持不變，隨著機外靜壓的加大，動壓（Pv）減小，風(fēng)量也同樣減少。雖然機組輸入功率和電流都有所下降，但空調(diào)的使用效果也同樣變差了。如果要保證在大靜壓環(huán)境下的使用效果，必須加大風(fēng)機轉(zhuǎn)速，也就必須選擇更大的風(fēng)機最大風(fēng)檔位來提高最大風(fēng)機轉(zhuǎn)速限值。

不同安裝靜壓對應(yīng)風(fēng)機最大風(fēng)檔的調(diào)節(jié)是在研發(fā)測試階段調(diào)節(jié)參考的，對于用戶來說，只能在設(shè)定最大風(fēng)檔允許的最高風(fēng)速及以下范圍進行風(fēng)速調(diào)節(jié)，能達到的最大風(fēng)機轉(zhuǎn)速相對是固定的。

同以多聯(lián)內(nèi)機A機型為例，對比在80 Pa靜壓下、最大風(fēng)檔設(shè)為7檔時與靜壓50 Pa、最大風(fēng)檔設(shè)為5檔時的測試結(jié)果對比，結(jié)果如表2。

從表2測試結(jié)果可以得出，由于機外靜壓增加的同時也加大了機組最大風(fēng)檔的設(shè)定，最大風(fēng)機轉(zhuǎn)速相對增加，大靜壓條件下風(fēng)量變化不大，但輸入功率和電流都出現(xiàn)較大增加。

因此，對于多聯(lián)風(fēng)管式內(nèi)機， 風(fēng)機最大風(fēng)檔檔位的設(shè)定對內(nèi)機輸入功率和電流的影響較大，設(shè)定的最大風(fēng)檔越高，用戶能使用到的風(fēng)機最高風(fēng)速越大，而最高風(fēng)機轉(zhuǎn)速對內(nèi)機輸入功率和電流有明顯的影響。

3.2.2 一拖一式直流風(fēng)機風(fēng)管機

一拖一式風(fēng)管機不同于多聯(lián)機，根據(jù)其特點，需要考核機外靜壓變化對其內(nèi)外機輸入功率和電流的影響。針對采用直流電機類型的此類機組，對B機型進行相關(guān)測試對比。在最大風(fēng)檔設(shè)定為5檔，風(fēng)機調(diào)到最高轉(zhuǎn)速時，分別測試0 Pa靜壓和50 Pa靜壓下機型B的輸入功率和電流，結(jié)果如表3。

由表3測試結(jié)果可以得出，相同最大風(fēng)檔條件下，隨著機外靜壓的加大，風(fēng)量大幅度減小，內(nèi)機輸入功率和電流呈現(xiàn)和多聯(lián)內(nèi)機同樣變化，即靜壓越大，輸入功率和電流越小。而外機在制冷模式下輸入功率和電流則隨著機外靜壓的增加出現(xiàn)減小，制熱模式有所增加。

表1 機型A輸入測試數(shù)據(jù)

表2 機型A輸入測試數(shù)據(jù)

表3 機型B輸入測試數(shù)據(jù)

再對機型C進行相關(guān)實驗對比，分別在0 Pa和150 Pa、風(fēng)機最大風(fēng)檔設(shè)定與說明書要求匹配時進行輸入功率和電流測試，測試結(jié)果如表4。

由表4測試結(jié)果可以看出，隨著機外靜壓的增加，內(nèi)機輸入功率和電流都出現(xiàn)較大的增長，而外機輸入功率和電流則有所降低，但幅度較小。并且由于最大風(fēng)檔的增加，風(fēng)機能達到的最高轉(zhuǎn)速相對增加，機組的出風(fēng)風(fēng)量大小相對變化不大。

通過表3、表4數(shù)據(jù)對比可以看出，在制冷模式下，內(nèi)機在風(fēng)檔最大、0 Pa運行環(huán)境下時輸入功率和電流最大，外機輸入功率和電流則在風(fēng)檔最小設(shè)定、0 Pa時最大。制熱模式時內(nèi)機在風(fēng)檔設(shè)定最大、0 Pa時輸入功率和電流最大，外機則在風(fēng)檔設(shè)定最小，最大靜壓時出現(xiàn)最大輸入功率和電流。但此時風(fēng)檔設(shè)置與設(shè)計指導(dǎo)安裝要求出現(xiàn)不一致。

結(jié)合IEC 60335標(biāo)準(zhǔn)，機組應(yīng)在正確的工作條件下進行測試。按要求正確安裝時，最大風(fēng)檔限值設(shè)定需考慮機外靜壓的因素。此時內(nèi)機最大輸入功率和電流點出現(xiàn)在說明書允許的最大靜壓使用環(huán)境以及對應(yīng)最大風(fēng)檔測試條件下，而外機最大輸入功率和電流點則出現(xiàn)在說明書中最小風(fēng)檔和靜壓測試環(huán)境下。

3.3 靜壓變化對交流風(fēng)機風(fēng)管機輸入功率和電流的影響

交流風(fēng)機風(fēng)管機類型電機大多采用T型交流電機，通過改變接入電路的繞組值大小來改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速，從其工作原理以及調(diào)速方法中可以了解到，對于此類風(fēng)管機機型，實驗測試階段無法調(diào)整允許最大風(fēng)檔值的，最大風(fēng)檔是相對固定的。以一拖一式風(fēng)管機為例，對于此類機型，分別測試0 Pa和25 Pa以及60 Pa靜壓時機型D的輸入功率和電流，結(jié)果如表5。

由表5測試結(jié)果可以看出，由于此類機型最大風(fēng)檔檔位相對固定，風(fēng)機能達到的最大轉(zhuǎn)速不變。隨著機外靜壓的增加，風(fēng)量減小，內(nèi)機輸入功率和電流也出現(xiàn)降低。而對于外機來講，在制冷模式下，機外靜壓增加，內(nèi)機風(fēng)量減小，整機負荷也相對變小，外機輸入功率和電流也出現(xiàn)降低。在制熱模式下，由于風(fēng)量的降低，相當(dāng)于冷凝側(cè)換熱變差，系統(tǒng)高壓會變高，外機輸入功率和電流出現(xiàn)升高。

對于采用交流風(fēng)機風(fēng)管機，電氣安全輸入功率和電流制冷模式時應(yīng)該在安裝允許的最小靜壓值條件下測試。制熱模式由于內(nèi)外機變化規(guī)律相反，內(nèi)機輸入功率和電流隨靜壓增大而減小，外機則出現(xiàn)增加，此時需要綜合考量低靜壓和高靜壓時的測試結(jié)果。

表4 機型C輸入測試數(shù)據(jù)

表5 機型D輸入測試數(shù)據(jù)

4 總結(jié)

輸入功率和電流是電器電氣安全的一個重要考核點，通過改變最大風(fēng)檔以及機外靜壓對風(fēng)管式熱泵空調(diào)電氣安全輸入功率和電流測試并分析，其結(jié)果呈現(xiàn)一定規(guī)律。

1）對于內(nèi)機采用直流風(fēng)機類型風(fēng)管機，直流風(fēng)機在選擇相同最大風(fēng)檔條件時，隨著機外靜壓的加大，風(fēng)量明顯降低，內(nèi)機輸入功率和電流也隨之降低。而外機輸入功率和電流在制冷模式下隨著機外靜壓的加大相對減小，制熱模式則有所增加?？照{(diào)機組正常安裝使用時需正確選擇最大風(fēng)檔型號，機外靜壓增加，其最大風(fēng)檔值也需增加，內(nèi)機輸入功率和電流也隨之增加，外機輸入和電流出現(xiàn)降低。因此在電氣安全輸入功率和電流測試過程中，內(nèi)機最大功率點出現(xiàn)在安裝要求允許的最大靜壓使用環(huán)境以及對應(yīng)的最大風(fēng)檔測試條件下，外機最大功率點則出現(xiàn)在安裝要求最小風(fēng)機風(fēng)檔和最小靜壓環(huán)境下。但對整機來說，則需要綜合考量風(fēng)檔、靜壓變化對內(nèi)外機的影響。并且在用戶現(xiàn)場安裝時，必須嚴(yán)格按照風(fēng)機最大風(fēng)檔要求選擇型號，要避免風(fēng)機最大風(fēng)檔和靜壓的選擇不匹配，否則有使用效果差被用戶投訴和其它電氣安全風(fēng)險。

2）對于內(nèi)機采用交流風(fēng)機類型風(fēng)管機，T型交流電機風(fēng)機最大風(fēng)檔無法調(diào)節(jié)，用戶安裝時也一般會有允許安裝的靜壓范圍，在安裝指導(dǎo)文件中必須明確允許的靜壓安裝偏差。根據(jù)測試結(jié)果分析可知，對于采用交流風(fēng)機類型風(fēng)管機組，內(nèi)機電氣安全輸入功率和電流測試需要在最小允許靜壓測試環(huán)境下進行，而外機制冷模式時選擇最小允許靜壓測試環(huán)境，制熱模式時則選擇最大允許靜壓測試環(huán)境。同樣，整機輸入功率和電流需要綜合考量內(nèi)外機的變化。電器產(chǎn)品電氣安全輸入功率和電流測試結(jié)果的不準(zhǔn)確不僅對于銘牌額定值的確定造成影響，還會對用戶機型的選擇造成誤導(dǎo)，當(dāng)用戶供電電源選型不匹配時，留下電氣安全隱患造成危險。