机房维谛UPS电源和维谛精密空调用涡旋压缩机常见故障浅析(1)- 电机烧毁-维谛蓄电池
摘要：机房维谛精密空调用涡旋压缩机的电机绕组烧毁是压缩机常见的故障。在绕组烧毁前，用户不易发现其故障征兆，而当电机绕组烧毁后，又会掩盖了一些导致绕组烧毁的真像，给事后故障原因分析增加了难度。本文从压缩机长期过载运行、电机堵转、缺油、电压异常、压缩机散热不足、绕组绝缘破坏和电气电路几方面进行了分析，揭示了这些因素与压缩机电机绕组烧毁之间的关系，以提高用户及维护工程师对压缩机损坏前的异常现象的重视关键词：机房维谛空调、压缩机故障、电机烧毁、绕组烧毁
涡旋压缩机的电机绕组烧毁是一个常见压缩机故障。当压缩机的电机绕组烧毁发生了，因电机绕组线圈、压缩机的冷冻机油、和制冷剂在高温高压的状态下，会产生巨烈的化学反应，生成物通过压缩机的进排气管道会污染整个制冷系统。维修时需要清洗制冷系统，维修难度大，维修成本高。被污染制冷系统又会掩盖电机烧毁的原因，给事后故障根本原因分析增加了难度。根本故障原因分析是维修工作的关键步骤。没有找出故障原因的维修，可能会导致相同的故障重复出现。本文将重点分析电机绕组烧毁的故障现象及其原因。
涡旋压缩机原理是在1905年就被发明。涡旋压缩机的压缩部分主要由一个动涡旋盘和一个静涡旋盘组成的，如图1所示。工作时静涡旋盘不运动，动涡旋盘由电机驱动下转动如图3和图4。由于动涡旋盘不停的旋转，气体在动涡旋盘和静涡旋盘之间的月牙形封闭空间内，从外周向中心卷进，不停被压缩，最终从中间喷出，如图1和图2所示。
由于二十世纪末的高精度数控机床技术的发展，使涡旋压缩机生产成本大大降低，从而逐步地代替了传统的活塞压缩机，在机房维谛空调行业中，机房维谛精密空调几乎都是采用涡旋压缩机，如图3所示。本文所说的压缩机，如没有特别注明的，皆指机房维谛空调所使用谷轮公司的涡旋压缩机，未注明的维谛精密空调皆指维谛公司的机房维谛空调。
压缩机在机房维谛空调制冷系统的作用：压缩气体制冷剂，保证制冷系统的高低压力，并提供制冷剂循环流动的动力。如果压缩机出现故障，维谛精密空调就不能制冷。压缩机故障根本原因分析不能仅对压缩机本身分析，需要对整个制冷系统进行分析。
涡旋压缩机的故障可分为机械故障和电机故障。机械故障主要指压缩机的压缩部分故障，不能完成压缩功能，制冷系统不能建立高低压，比如压缩机轴卡死。压缩机电机故障主要指压缩机的电机烧毁，主要表现为定子绕组绝缘层破坏（短路）和断路。
短路是指电机的三相绕组相间的短路和三相绕组对地短路。根据《谷轮电气手册》，三相绕组对地的绝缘电阻值以0.5兆欧作为判定压缩机好坏的界限。压缩机电机短路会引起机房维谛空调的压缩机空开跳闸。
断路是指电机的三相绕组的某一相或几相的断开。用万用表检查三相绕组间阻值为无穷大。机房维谛精密空调表现的故障现象是压缩机的接触器吸合，但无压缩机工作电流，维谛空调也无制冷效果。维修工程师可用万用表检查电机绕组阻值大小，可以判断压缩机好坏。实际上电机绕组故障是很难被及时发现，一旦被发现，绕组已经被烧毁。
然而，压缩机电机绕组烧毁无非是两大原因：大电流和电压异常。只要从这两方面入手，就不难发现绕组烧毁的原因。以下是故障原因分析：
2.1长期过载运行
压缩机长期过载运行会导致电机绕阻温度偏高。由于电阻发热量与电流的平方成正比，电流越大，绕组温度越高。高温加快绕阻的绝缘层的老化速度，最终导致电机线圈绕组相间短路，烧毁绕组。
压缩机过载的主要原因是电机负荷过大，常见的原因：
（1）是压缩机排气压力高，比如制冷剂为R22的压缩机，压缩机高压报警的压力一般为2.8MPa，如果压缩机在接近报警压力下长期运行，或者高压开关故障，压缩机在超高压状态下长期运行，就会导致压缩机长期过载运行。形成压缩机高压运行的主要原因是冷凝器散热量不良，散热不良的原因有很多：比如设计的问题，冷凝器配置比较小；安装的问题，冷凝器安装空间小，通风不好；维护的问题，冷凝器脏堵，未及时清洗等。因此在更换压缩机时，如果无法确认压缩机故障原因时，就必须检查高压开关的报警功能。
（2）是压缩机吸气压力高，压缩机因进气量过大从而使电机过载。主要原因是维谛精密空调处在高回风温度状态下运行，且膨胀阀的最大操作压力功能（MOP）失效，不能限制低压压力。
（3）是润滑失效引起的机械部件摩擦阻力增加，形成压缩机电机过载，表现出来故障现象是压缩机工作时的噪声大，压缩机壳体温度高。润滑失效的原因主要有以下几点：缺油、回流的液态制冷剂稀释润滑油、以及润滑油过热而焦化变质等。涡旋压缩机缺油原因有，比如长管路系统在开机调试时，未追加冷冻机油；管路系统无法回油；经常漏氟的系统未及时补油。回流的液态制冷剂稀释润滑油，不能形成摩擦面正常油膜，甚至冲刷掉原有油膜，增加摩擦和磨损。涡旋压缩机过热会引起使润滑油蒸发、高温分解甚至焦化，影响正常油膜的形成。
压缩机在工作时，涡旋片、曲转等部件高速旋转，需要润滑油润滑和冷却。如没有油膜保护摩擦面会压缩机迅速升温，局部高温会使润滑油迅速蒸发甚至焦化，数秒钟内可引起局部严重磨损甚至抱轴。在对故障涡旋压缩机做拆解分析时，会闻到焦糊味，因为金属面严重磨损时温度是很高的，而润滑油在175度以上时就开始焦化。
（4）是市电超频，如维谛UPS电源电源的频率的增加太多，压缩机因排气量过大使电机过载。表现出来故障现象是压缩机壳体温度高，压缩机电流过大，高压压力高。
（5）是机房维谛空调的压缩机过载保护装置失效，过载保护装置主要有压缩机主电源的空开、压缩机的内部过载保护装置，功率大的压缩机还有外部过载保护装置。
2.2堵转
堵转是压缩机在短时间内的产生大电流，易产生电机绕组相间短路，烧毁电机绕组。
如果压缩机运行电流达到正常运行电流的4－8倍，就认为压缩机发生堵转。这种电流在维护过程不易被发现。如果维谛精密空调过载保护装置频繁动作，比如压缩机空开频繁跳闸，就可以认为压缩机可能产生堵转故障。
堵转的原因：
（1）是压缩机的负载太大。比如高压开关失效，失去保护作用，使压缩机处于超高压运行状态。
（2）是机械润滑效果极差，在极端情况下形成压缩机抱轴。
（3）是频繁启动，压缩机启动瞬间，电流的峰值也接近或达到堵转电流。启动和堵转时的电流会使绕组迅速升温。压缩机内部热保护器一般不会有很快的响应，不能阻止维谛空调压缩机频繁启动。电机频繁启动，巨大的启动电流和发热,会加剧绕组绝缘层的老化。每次启动时，磁性力矩使电机绕组有微小的移动和相互摩擦。如果有其它因素配合（如金属屑，绝缘性差的润滑油等），很容易引起绕组间短路。
（2）机房的气流组织不合理，维谛空调送风和回风短路，冷风直接回流。
2.3金属屑引起的短路
金属屑是短路和接地绝缘值低的罪魁祸首。尽管制冷系统中有干燥过滤器，但是并不能过滤掉所有金属屑。
因为涡旋压缩机电机冷却方式是回气型，回来的氟里昂必须经过绕组，所以制冷系统中夹杂金属屑，很可能跟随制冷剂回到压缩机并在电机绕组处停留。涡旋压缩机运转时的正常振动，以及每次启动时绕组受电磁力作用而转动，都会促使夹杂于绕组间的金属屑与绕组漆包线之间产生相对运动和摩擦。棱角锐利的金属屑会划伤漆包线绝缘层，引起短路。
金属屑的来源：
（1）是施工时留下的铜管屑、焊渣等。施工时铜管内壁的清洗、切割铜管时毛刺的清除、铜管防灰尘侵入保护、氮气保护焊、氮气吹洗等严谨地施工工艺是防止金属屑进入制冷系统的有效办法。
（2）涡旋压缩机内部磨损和零部件损坏时也会掉下的金属屑。比如润滑油不足，电机主轴发生了磨损，导致主轴偏心，转子与定子产生摩擦，破坏绕组绝缘层。或者是压缩机发生液击故障，被击碎的金属屑划破漆绕组绝缘层。
（3）系统中如果有较多水分，润滑油就会被水解成酸性。酸性润滑油会腐蚀铜管和绕组绝缘层，一方面，它会引起镀铜现象，使系统中产生粉末状的铜铁小颗粒；另一方面，这种含有铜原子的酸性润滑油的绝缘性能很差，为绕组短路提供了条件。
1、未充氮气存放；
2、开机调试时真空不够；
3、充注品质差氟利昂时带入的；
4、冷冻油吸湿进入的。
维谛UPS电源电源缺相可以轻而易举地毁掉任何电机。谷轮公司要求维谛UPS电源电源电压变化范围不能超过额定电压的±10%。三相间的电压不平衡不能超过5％。
如果发生缺相时涡旋压缩机正在运转，使未缺相的绕组会有很大的负载电流。电机绕组会很快过热。正常情况下涡旋压缩机会被热保护，当电机绕组冷却至热保护器复位温度，保护器复位后，涡旋压缩机将再次启动，因缺相而启动失败，出现堵转，然后进入“堵转－热保护－堵转”死循环，直至电机烧毁。
（1）空气开关故障。
（2）接触器故障或其触头接触不良。
（3）导线接头松动或断线。
（4）市电缺相。
电压异常也会导致电机烧毁，电压异常包括电压不平衡、过压和欠压。
电压不平衡是导致压缩机运行电流不平衡的根本原因。在正常运行情况下，压缩机电流的不平衡数是电压不平衡数的4－10倍。电压不平衡计算方法为相电压与三相电压平均值的最大偏差值与三相电压平均值比值。电流不平衡会引起绕组温升不平衡。不平衡电压造成的绕组温升大约是电压不平衡数平方的两倍。
例如标称380V三相电源，在涡旋压缩机接线端测量的电压分别为380V、366V、400V。可以计算出三相电压平均值382V，最大偏差为20V，所以电压不平衡数为5.2％。5.2％不平衡电压可能引起50％的电流不平衡，绕组温度温升的不平衡数为54％。结果是一相绕组过热而其他两个绕组温度正常。
电压超过额定电压的10%，称为过压。电动机在超压运行时，压缩机电机处在非常的危险之中，电机绕组会直接放电，击穿绕组绝缘层而烧毁电机。
电压低过额定电压的10%，称为欠压。电动机在低压运行时，转速会下降。电压越低，电流会越大，电机绕组温升越高，严重时会烧坏电机。
2.5压缩机电机冷却不好
压缩机电机冷却不好会导致电机绕组温度升高，绕组温度越高,绕阻的绝缘层的老化速度越快，最终导致电机绕组相间短路，烧毁电机。其故障常伴有压缩机排气温度高报警。
机房维谛精密空调的涡旋压缩机散热是依靠回流的制冷剂蒸汽冷却的，如果回流的制冷剂温度高，或质量流量小，都会造成压缩机散热不好，压缩机的壳体温度升高，在日常工作中，一定要控制好压缩机吸气的过热度和低压压力。
回流的制冷剂蒸汽温度越高，越不利于压缩机散热。回流的制冷剂蒸汽温度与低压压力和膨胀阀的膨胀阀的过热度有关。
低压压力越低，压缩机吸入制冷剂的质量流量越小，越不利于压缩机散热。
低压压力低的原因：
（1）制冷剂泄漏。
（2）蒸发器回风量小，比如过滤网堵塞，主风机故障等。
（3）膨胀阀的过热度太大。
2.6涡旋压缩机抽真空
空气扮演着绝缘介质的角色。密闭容器被抽真空后，里面的电极之间的放电现象就很容易发生。因此，随着涡旋压缩机壳体内的真空度的增加，壳内裸露的接线柱之间或绝缘层有微小破损的绕组之间失去了绝缘介质，一旦通电，电机可能在瞬间内短路烧毁。如果壳体漏电，还可能造成人员触电事故。制冷行业中还有一些现场施工人员保留着的错误习惯――用压缩机抽真空，这是非常危险的。因此，禁止用涡旋压缩机抽真空，并且在系统和涡旋压缩机处于真空状态时（抽完真空还没有加制冷剂），严禁给涡旋压缩机通电。
如果机房维谛空调的低压压力开关报警停机功能失效，在一些情况下，比如液态管道的电磁阀关闭，那么就产生上述严禁的现象---压缩机处于带电的状态下抽真空。
在更换压缩机时，如果无法确认压缩机故障原因时，就必须检查低压开关的报警停机功能。
2.7供电回路电气可靠性差
压缩机供电回路主要是保护装置-空开、通断装置-接触器、连接导线。空开和接触器故障是导致压缩机缺相的重要原因。
接触器是压缩机控制回路中重要部件之一，接触器是导致电机损坏的一个重要原因，常常被忽视。接触器的选择是极其重要的，选型不合理可能很快毁坏涡旋压缩机。接触器的额定电流不能低于涡旋压缩机铭牌上的额定电流，最大连续电流值可以将额定负载电流值乘以1.40进行计算。
规格小或质量低劣的接触器无法经受涡旋压缩机启动，堵转和低电压时的大电流冲击，容易出现单相或多相触点抖动,焊接甚至脱落的现象。一旦触头焊合或脱落造成缺相。电机将处于永久缺相状态或永久地运行状态，其时需要特别强调的是依赖接触器断开维谛UPS电源电源回路的所有控制，比如高压低压报警停机控制，将全部失效，任何保护都不能切断维谛UPS电源电源，只有依靠压缩机空开跳闸，和压缩机内部保护装置保护，但是内部是自动复位，压缩机就可能会持续地循环接通和断开。
压缩机的接触器必须能满足快速循环，持续超载和低电压等的条件。它必须能散发负载电流所产生的热量，触点材料必须在启动或堵转等大电流情况下不能焊合。当接触器出现触点打火、温升导常、吸合时声音异常、抖动、嗡鸣，应立即处理。
因此，当电机烧毁后，检查接触器是必不可少的工序。压缩机保护回路也是非常重要，高压开关、低压开关、排气温度开关的可靠性的也是必须检查的。
电机烧毁后，掩盖了绕组损坏的原因，给故障分析造成了困难。然而引起涡旋压缩机电机损坏的根本原因并不会消失。润滑不良或失效时引起的异常负荷甚至堵转，产生异常大电流，增大电机绕组的发热量，或压缩机散热不足，这些都是增加绕组温度，会缩短绕组的寿命。制冷系统中夹杂了金属细屑为绕组短路提供了便利条件；接触器粘连将使涡旋压缩机的失去任何保护；电机赖以运转的维谛UPS电源电源质量出现异常，将从根本上毁掉压缩机电机；涡旋压缩机抽真空，可能引起内接线柱或绝缘层有微小破损的绕组之间放电。
不幸的是，上述不利因素还会交互引发，长期过载运行和堵转时的大电流可能导致接触器粘连；单个触点拉弧，甚至焊合会引起相不平衡或缺相；相不平衡会引起散热问题；压缩机散热不良，会引起润滑油性能下降，润滑油性能下降会引起压缩机机械磨损，磨损会产生金属屑。堵转、频繁启动和长期过载运行，使绕组倍受高温考验，会降低绕组的绝缘性能。当绕组绝缘性能变差后，再加上其它因素如金属细屑，酸性润滑油等，很容易引起电机绕组短路而损坏。
因此，正确安装使用涡旋压缩机，以及合理的日常维护，可以防止上述不利因素的出现，是避免涡旋压缩机电机损坏的根本方法。涡旋压缩机电机的运转正常离不开这几个必要条件：正常的维谛UPS电源电源输入，合理的电机负荷，良好的散热条件和绕组绝缘层的保护。
在更换压缩机前，一定要进行压缩机故障根本原因分析，找出真实的原因。如果无法找出故障原因，那么以下的检查是必不可少：
（1）检查制冷系统有没有被损坏的压缩机污染。
（2）检查管路敷设方式判断回油的状况好不好。
（3）观察视镜中指示水分含量试纸，判断水分含量是否超标。
（5）更换压缩机后，一定要检查高压开关和低压开关能不能正常报警、阀值、能不能报警停机。
（6）检查压缩机的空开能否在过载状况下切断维谛UPS电源电源。接触器是否粘连，吸合和释放时是否打火，正常工作时触头温升是否正常，有无抖动、嗡鸣等。
摘自： vertiv公众号，如有涉权，联系删除
详情请来电咨询：020-22074194、13318871889（微信）
