电冰箱控制系统实验实验指导书.docx
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电冰箱控制系统实验实验指导书
目录
第一部分电冰箱电气控制线路实验的基础知识
第一节压缩电机的启动与保护…………………………………………2
第二节温度控制与温控器………………………………………………12
第三节化霜与化霜控制…………………………………………………18
第四节风扇、照明电路…………………………………………………23
第五节电冰箱典型电路分析……………………………………………24
第六节电冰箱的主要电气故障分析……………………………………26
第二部分实验部分
实验一电冰箱电气线路器件的认识和性能测试………………………28
实验二直冷式冰箱电气控制线路接线与测量…………………………32
实验三间冷式电冰箱电气控制线路接线与故障试验…………………35
第一部分电冰箱电气控制线路系统的基础知识
一只合格的、功能齐全的电冰箱应具有的四大功能是：
制冷、保温、温控
和化霜，电气控制系统的任务就是要保证压缩机的正常启动和保护；实现对箱内温度的控制；实现化霜和照明。
第一节压缩电机的启动与保护
一、压缩电机
1．电压与功率
目前家用电冰箱的压缩电机均采用单相鼠笼式异步电动机，供电电压为220V+10-15%，即运行在187~242V之间，从1/10Hp~1/5Hp对应的功率如下表示：
Hp
1/10
1/9
1/8
1/7
1/6
1/5
W
75
82
93
105
125
150
2．结构特点：
在结构上与压缩机构成一个整体，全密封在一个壳体中。
单相压缩电机有两个绕组（在空间互成90o的空间角，均匀地嵌放在定子铁心槽中），如图1-1所示。
其中一个绕组命名为运行绕组（或工作绕组）用CM表示；另一个命名为启动绕组（或辅助绕组）用CS表示。
C为公共端，M为运行端,S为启动端。
在室温下不同容量电机绕组的阻值范围大约为：
RCM=8~22Ω，RCS=24~45Ω，可见启动绕组的阻值RCS要大于运行绕组的阻值RCM（但亦有例外的情况，如个别进口的压缩机，其启动绕组的阻值反而小于运行绕组的阻值，（称之谓特殊电机）。
在接线操作时，首先必须判别压缩电机的三个接线端，对普通压缩电机，其判别的依据就是RCS＞RCM，且RSM=RCS+RCM，实际操作时，只要用万用表的欧姆R×1档，在两两之间测量电阻，共测三次，就可判别出C、S、M三个端子。
3．绝缘性能测试
电冰箱的四大安全性能是指绝缘电阻、泄漏电流、耐压和接地电阻，前三项主要由压缩电机的定子绕组所决定。
因此必须对压缩电机的定子进行绝缘性能指标的测试，具体测试方法是：
1）绝缘电阻的测量：
用500型或1000型兆欧表，测试点选在绕组的引出端（即导电部分）与壳体（即绝缘部分）之间，以120rpm的速度均速摇动手柄，读取指针所指之值，按规定必须大于2MΩ，该值越大绝缘性能越好.
2）泄漏电流的测量：
用交流毫安表，测量导电部分和绝缘部分之间的电流,应小于1.5mA。
3）耐压试验：
在高压试验台上进行，在电机的出线端与壳体之间加1500V的交流电压，历时1分钟，不应出现击穿和闪烁现象。
（附注：
冰箱的接地电阻必须用电桥进行测量，其指标应小于0.1Ω。
）
二、压缩电机的启动方式
1．电阻分相启动式（RSIR方式）
目前家用冰箱大都采用此方式启动，启动时要求能自动接通启动开关K，当电机转速达到80%nN时，开关K应能自动断开，以切除启动绕组。
该电机启动绕组线径细，匝数多，即电阻大电感小；而运行绕组线径粗匝数多，即电阻小电感大。
由此可得出如图1-2所示的相量图。
即在单相交流电压的作用下，电感量较大的运行绕组中的电流ICM便滞后于电压U一个较大的相位差角，而流过启动绕组的电流ICS滞后于电压U一个较小的相位差角，这两路电流分别流入两个在空间互成90o的绕组，也能形成一个椭圆形的旋转磁场，从而形成电磁转矩，使电机得以启动。
电机的启动电流IQ较大，约为额定值的6~8倍；而启动转矩较小，一般为额定转矩MN的1.4~2.0倍。
由于这种启动方式简单、成本低、工作可靠等优点，而在200升以下的家用电冰箱中获得广泛的采用。
一般只用于输出功率在130W以下的全封闭式制冷压缩机上。
图1-1压缩机绕组图1-2电阻分相启动
2．电容分相启动式（CSIR方式）
原理线路如图1-3所示，在启动绕组支路中串接一个大容量的启动电容器CS，只要选用合适的电容量，使启动支路呈现为容性支路，且使流过两绕组的电流在相位上相差90o，这将在定、转子空气隙中形成一个圆形的旋转磁场，作用在转子上会产生一个较大的启动转矩使电机启动。
当电机启动完毕后，CS连同启动绕组一起从电路中切除。
加CS的目的显然是为了增大压缩电机的启动转矩和减小启动电流。
根据不同的要求，所配置的电容器容量约为30uf~100uf之间，耐压为D.C450V以上的无极性油浸式电容器，如CBB61。
采用CSIR方式启动时，IQ=（5~6）IN，MQ=（2~3.5）MN，故此启动方式常用于对启动转矩要求较大的冰箱、冷水箱、商用冷芷冷冻箱压缩电机的启动，输出功率约为100~300W左右。
图1-3电容分相启动图1-4电容启动电容运行
3．电容启动电容运行式（CSR方式）
原理线路如图1-4所示，这种方式除了在启动绕组中串接一只受启动开关K控制的启动电容器CS外，还固定接有一只小容量的运行电容器CR（CR=2~3uf/450V）。
加CR的目的是为了改善电路的功率因数，减小线路电流，降低电能的损耗（由图1-4可见，运行电流将由ICM降为I），并使电机的运行能力，过载能力均有所改善。
本启动方式常用于180W~1500W大型商用冰箱，冷水器、制冷机压缩电机的启动。
4．电容运行式（PSC方式）
原理线路如图1-5所示，这种启动方式常用于家用房间空调器压缩电机和风扇电机的启动，在启动支路中串有一个固定的电容器CR，无需启动开关，在启动时，启动与运行两个绕组均工作，使电机有较好的运行性能。
图1-5电容运行图1-6人工启动
5．人工启动，按图1-6所示接线。
先断开电源开关K，从压缩机的S端引出一根护套电线,在操作电源开关K闭合瞬间，手拿此导线的另一端碰一下压缩机的M端，就可使电机启动。
人工启动法主要是检查压缩机是否出现卡缸或抱轴等机械故障。
三、启动器
在前述的RSIR、CSIR和CSR三种启动方式中，都必须在启动绕组支路中接入一个启动开关K，当电机启动时将其闭合，启动完毕后应及时将其断开，以切除电机的启动绕组或启动电容器。
显然这一开关无法用人工来操作而必须用一种名为启动器的自动开关来实现。
最初的电冰箱是采用簧片拍合式启动器，而今已淘汰。
当今常用的启动器有两种：
一为重锤式电流启动继电器，二是PTC启动器。
1．重锤式电流启动继电器
图1-7重锤式电流启动继电器的外形、符号、线路、启动曲线
它是由一个电流励磁线圈1和一副动合（常开）触点2构成，电流线圈应与压缩机的运行绕组CM串接，动合触点应与压缩电机的启动绕组CS串接。
表征该启动器工作特性的两个指标是最小吸合电流IA和最大释放电流IB，且IA>IB。
对于RSIR方式启动，启动过程分析如下：
一旦接通220V交流电源，则有很大的启动电流IQ（=6~8IN）流过压缩电机的运行绕组和启动器的电流线圈，当电流上升到电流启动继电器的最小吸合电流IA时，触点吸合，接通启动绕组，在电机定、转子之间形成旋转磁场，并产生启动转矩使电机启动。
随电机转速的上升，运行绕组中的电流很快下降，当转速达到额定值的80%左右时，流过运行绕组的电流下降到继电器最大释放电流IB时，继电器的吸力不足以克服重锤本身的重量，使重锤自由跌落，断开触点，从而切断了启动绕组，使压缩电机运行在正常的额定工作电流IN状态，启动完毕。
整个启动过程时间约为1~3秒。
这种启动器实际上是一个电磁开关，其最大的缺点是有触点：
触点吸合时发生噪声；触点断开时在触点的断开处要产生火花，时间一长会使触点烧毛而造成接触不良或触点脱落；在触点断开瞬间还会对无线电通信设备产生干扰。
2．PTC启动器
PTC是英文positive（正）temperature（温度）coefficient（系数）三个单词第一个字母的合并，它是以酞酸钡为主要原料，掺以微量的稀土元素，采用陶瓷工艺，经高温烧结而成的具有正温度系数电阻特性的半导体器件（热敏电阻器），其外形结构、电路图符号、电阻温度特性和线路如图1-8所示。
图1-8PTC启动器外形、符号、特性曲线及线路图
1）PTC的特性
PTC具有正温度系数电阻特性，随温度升高阻值增大，当温度上升到其居
里点温度110℃以上时，它的阻值会有成千倍的增大，即在常温（110℃以下）下呈现低阻导通（通常为几十欧姆）状态，在高温（居里点温度以上）时呈现高阻（通常为几十千欧姆）“断开”状态，可见PTC元件具有“温度开关”特性，此特性正好符合压缩机分相启动的要求。
2）接线方法及其启动过程分析
如图1-8所示，在线路中，令PTC元件与压缩电机的启动绕组CS相串接
。
采用PTC元件启动的先决条件是必须在常温下，PTC呈低阻态。
在通电启动瞬间，电机的启动与运行绕组同时流过很大的启动电流，在定、转子的气隙间产生旋转磁场，使电机启动，由于大电流流过PTC元件，在零点几秒的时间内可使PTC元件的温度迅速升高达150℃左右，使PTC呈高阻态。
这就使流过启动绕组的电流大大减小，致使启动绕组相当于断路状态，此时流过PTC元件的电流约为10~15mA，并以此维持PTC元件一直处于高温高阻状态，启动完毕。
3）使用特点：
使用PTC启动的电冰箱要防止频繁启动。
这是因为在压缩机进行制冷运转
时，PTC元件一直处于高温高阻状态，如果在断电后马上又接通电源，PTC元件在断电后由于热惯性的存在而未能下降到居里点温度（110℃）以下，而仍保持在高阻态，压缩机的启动支路不能流过足够的启动电流，无法形成旋转磁场使电机启动，而很大的启动电流却一直流过运行绕组，这就有可能烧坏运行绕组。
因此使用PTC启动的电冰箱在断电后，至少要相隔三分钟，待PTC元件冷却到居里点温度以下，使之恢复为低阻态时，方可进行第二次启动。
使用PTC元件启动的最大优点是它是一种无触点的开关，是利用了PTC的温度开关特性，在启动运行时无噪声、无磨损、无火花、高可靠、长寿命，且与压缩机有较宽的匹配范围，一般应选与压缩机的功率相匹配，故常以与其相匹配的压缩机功率（如1/8Hp）作为它的规格，标记在外壳上。
目前国产PTC元件的主要技术指标如下：
在25℃室温下的阻值一般为15~47Ω±30%，冰箱常用的是22Ω和33Ω。
瓷片耐压≥300V，最大承受电流为7A，最大工作电流<20mA，启动时间约为0.1~1.5S。
四、压缩机的保护
1．冰箱压缩电机需要哪些保护
由于压缩机在连续运行时，电机定子绕组、铁心的温度可达100℃~110℃，
压缩机活塞对制冷压缩机所产生的压缩热也可达100℃，这些热量将通过压缩机的外壳向周围空气中散发。
在夏天其外壳的温度可达100℃以上。
这将加速绕组绝缘的老化，缩短压缩机的使用寿命。
但冰箱压缩机是断续工作的，它受温控器的控制，因此在正常制冷运行过程中，温升不会超过也不允许超过绝缘材料所允许的最高温升，其外壳温度约在55℃左右。
但若温控器失灵或安装不当，或其它使用不当等原因，都有可能导致压缩机长时间连续运转。
致使其温升超过所规定的允许范围，因此需要有过温升保护装置，这是其一。
其二，当由于某种原因，如启动支路发生开路或压缩机发生了卡缸、抱轴等到机械故障时，致使通电后压缩机无法启动运转，这时有很大的启动电流流过压缩机的运行绕组，使绕组很快发热，直到冒烟烧坏运行绕组，如遇此情况，就需要有一个过电流保
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