一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置和评价方法与流程

本发明属于制冷系统测试以及数字信号处理技术领域，具体涉及一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置和评价方法。

背景技术：

随着社会发展和人民生活水平的日益提高，制冷设备的使用范围日趋广泛，致使制冷压缩机所处的环境越来越复杂，制冷压缩机的可靠性将面临更高的要求；在绿色高效制冷行动与节能减排国家战略的大背景下，国家对制冷设备的能效和可靠性提出了更高的要求，作为制冷设备核心部件的压缩机，其能效与可靠性成为改善的重点；制冷压缩机使用范围的不同，直接导致其所处环境温度不同，因此恶劣环境温度条件下的启动性能对制冷压缩机可靠性具有重要意义。

冰箱制冷压缩机主要分为定频和变频两类，定频压缩机采用单相异步电机，通过主绕组（运行绕组）与副绕组（启动绕组）电流的相位差，产生旋转磁场，实现电机启动，电机启动后切断副绕组；变频压缩机采用直流无刷电机，压缩机启动由变频驱动器控制。目前，制冷压缩机行业内，高低温启动性能测试基本在通用烘箱内完成，对启动电流和启动时间进行简单记录，启动时间的精度基本以秒为数量级，启动瞬时电流的状态难以准确捕捉，其测试精度与测试效率已不能满足制冷压缩机研发与生产的实际需求。综上所述，冰箱制冷压缩机高低温启动性能的测试与评价技术，特别是启动瞬间电机运行电流的高速检测，已经成为制冷行业急需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种全封闭制冷压缩机在高温、低温环境下启动性能的测试装置及评价方法。

本发明提供如下技术方案：一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置，其特征在于所述测试装置包括被测样品、制冷系统和测控系统，所述测试装置采用双工位结构，两个工位设置不同的环境温度进行独立测试，既考虑设备的经济性，又提高了测试的效率，每个工位配置有若干套两器安装座，每个工位上放置有测试烘箱；

所述被测样品包括被测压缩机、保护器、电容和启动器，所述被测压缩机放置于烘箱内，所述保护器、电容和启动器安装在两器安装座上，所述两器安装座通过操作面板上的两器选择开关进行切换，以便提高测试的效率；

所述制冷系统包括吸气压力表、低压排放阀、低压加液阀、平衡阀、膨胀阀、高压排放阀、高压加液阀和排气压力表，所述制冷系统与被测压缩机连接，构成制冷回路；所述测控系统以工业控制计算机作为控制核心，实现整个测试装置的数据测量与系统控制。

所述的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置，其特征在于所述测试装置对被测压缩机的副相电流、两相电流、ptc两端电压进行高速采样，采样频率范围为1k-50khz，根据测试所需精度来进行选择，测试装置默认采用10khz的采样频率，所述测试装置的被测对象为被测压缩机及其所配保护器、电容和启动器，所述测试装置的测量电路元器件包括变频电源、单相电参数表、被测压缩机、电容、保护器、启动器、两器选择开关、压机启动接触器、主绕组测量继电器、副绕组测量继电器、绕组测试仪、副相电流传感器、两相电流传感器、ptc两端电压传感器、排气压力传感器和吸气压力传感器，所述副相电流传感器、两相电流传感器和ptc两端电压传感器均采用高频响传感器，所述两相电流传感器测量的是压缩机公共端的电流，即所测电流为通过主相运行绕组与副相启动绕组的电流之和，副相电流传感器测量的是通过启动绕组的电流。

所述的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置，其特征在于所述测控系统实现测试装置的控制、数据采集和数据处理，所述工业控制计算机通过数字量控制卡输出控制信号，对变频电源的频率档位、状态指示灯、压机启动接触器、副绕组测量继电器、主绕组测量继电器进行控制，工业控制计算机通过高速模拟量输入卡对排气压力、吸气压力、两相电流、副相电流、ptc电压实现高速同步采集，工业控制计算机通过模拟量输出卡提供0-10v电压信号，实现变频电源电压高低的调节，工业控制计算机通过rs485接口与单相电参数表、绕组测试仪进行通信，实现被测压缩机各项电参数的采集和被测压缩机主副绕组电阻值的测量，所述单相电参数表和绕组测试仪的绕组测试仪数字显示面板均放置于操作面板，工业控制计算机通过显示器、键盘鼠标、打印机作为输入输出设备，实现人机对话、报告打印功能。

一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，其特征在于所述测试装置通过对两相电流、副相电流、吸排气压力、ptc两端电压的状态来评价被测压缩机及其所配两器在特定环境温度下的启动性能，所述测试装置按照设定的高速采样时间，对被测压缩机的两相电流、副相电流、ptc电压、吸气压力、排气压力进行同步高速采样，高速采样完成后，系统对瞬时相电流进行数据处理，自动计算两相突入电流峰值、两相工作电流峰值、运行电流峰值、两相突入时间、两相启动时间、副相突入电流峰值、副相工作电流峰值、副相突入时间和副相启动时间参数；

所述的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，其特征在于所述评价方法包括如下测试步骤：

步骤一、被测样品安装：选定工位的测试烘箱内安装被测压缩机，并将被测压缩机的吸气和排气端连接到制冷系统，然后，在两器安装座上连接启动器、保护器及电容，操作面板上的两器选择开关打到对应位置，完成测试两器的选择；

步骤二、测试工况与方式设定：在启动性能测试之前，先对测试的工况进行设定，本测试装置的测试方式有两种形式，一种为单工况点测试，另一种为多工况点连续测试，单工况点测试指被测样品在一种设定的环境温度下进行启动性能测试，测试完成后生成报告；多工况点连续测试指被测样品在多种设定的环境温度下进行启动性能测试，一个工况点完成后，烘箱按照工况设定值改变烘箱温度，当设定环境温度到达后，系统自动进行新的测试，直至所有测试点都完成，最后生成多点启动性能报告；

步骤三、冷态绕组测量：测试装置吸合主绕组测量继电器，绕组测试仪对被测压缩机的运行绕组阻值进行测量，然后断开主绕组测量继电器，吸合副绕组测量继电器，绕组测试仪对被测压缩机的启动绕组阻值进行测量；

步骤四、数据高速采样：测试装置吸合压机启动接触器，使被测样品通电，同时对两相电流、副相电流、吸气压力、排气压力和ptc两端电压进行高速采集，直至设定采样时间达到，断开压机启动接触器，被测压缩机停止工作；

步骤五、热态绕组测量：测试装置吸合主绕组测量继电器，绕组测试仪对被测压缩机的运行绕组热态阻值进行测量，然后断开主绕组测量继电器，吸合副绕组测量继电器，绕组测试仪对被测压缩机的启动绕组热态阻值进行测量，结合压缩机启动前的冷态电阻值和冷态温度，计算运行绕组与启动绕组的温升；

步骤六、数据计算与性能评价：对高速采集的两相电流、副相电流、吸气压力、排气压力和ptc两端电压进行处理，计算两相突入电流有效值i1、两相工作电流有效值i2、运行电流有效值i3、副相突入电流有效值i4、副相工作电流有效值i5、两相突入时间t1、两相启动时间t2、副相突入时间t3、副相启动时间t4、两相工作ptc电压u1、启动完成ptc电压u2、以及启动完成时的排气压力pd和吸气压力ps评价指标参数，依据相应评价指标参数对被测样品的启动性能进行评价；

步骤七、保存数据与生成报告：将测试数据保存到数据库中，并生成压缩机启动性能测试报告，其中多工况点连续测试除生成单点测试报告外，还生成启动全性能测试报告。

所述的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，其特征在于所述突入电流为压缩机通电时出现的最大电流，压缩机电流在正半轴与负半轴不完全对称，所述突入电流峰值是正半轴电流的最大值与负半轴电流的最大值的绝对值之和。

所述的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，其特征在于所述两相工作电流为压缩机经过突入阶段后主相与副相达到稳定的电流，两相工作电流峰值是两相电流稳定时单个周期内正半轴电流最大值与负半轴电流最大值的绝对值之和。

所述的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，其特征在于所述运行电流为压缩机完成启动后运行绕组通过的电流，此时ptc高温高阻使启动绕组无电流通过，运行电流峰值是单个周期内正半轴电流最大值与负半轴电流最大值的绝对值之和。

所述的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，其特征在于所述突入时间为压缩机通电到两相工作电流开始的时间间隔，启动时间为压缩机通电到压缩机启动绕组无电流通过的时间间隔。

所述的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，其特征在于所述定频压缩机通过的电流为正弦电流，所述两相突入电流、两相工作电流、运行电流的有效值通过对应的电流峰值计算求得，所述两相突入电流、两相工作电流、运行电流的真有效值通过周期内瞬时电流的积分计算求得，所述副相突入电流峰值、副相工作电流峰值、副相突入时间和副相启动时间与两相突入电流峰值、两相工作电流峰值、两相突入时间和两相启动时间的计算方法相同。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明通过采用双工位结构，两个工位可设置不同的环境温度进行独立测试，既考虑设备的经济性，又提高了测试的效率；

2）本发明通过对电流、电压、压力等参数进行高速采样，能准确捕捉压缩机在启动瞬间相电流的各种状态，进而对被测样品在启动阶段的性能做出精确评价；

3）本发明中的测试装置和评价方法不仅适用于制冷压缩机与两器的匹配实验研究，同时也适用于制冷压缩机制造生产中的品管检测。

附图说明

图1是本发明装置的外形结构示意图；

图2是本发明装置的测试原理示意图；

图3是本发明装置的控制系统硬件框架图；

图4是本发明测试方法所述的启动阶段两相电流图；

图5是本发明测试方法所述的启动阶段ptc电压图；

图6是本发明测试方法所述的启动阶段吸排气压力图；

图7是本发明测试方法的流程图。

图中：1、被测压缩机；2、测试烘箱；3、排气压力表；4、吸气压力表；5、显示器；6、绕组测试仪数字显示面板；7、单相电参数表；8、状态指示灯；9、系统电源开关；10、两器选择开关；11、键盘鼠标；12、工业控制计算机；13、打印机；14、两器安装座；15、平衡阀；16、高压排放阀；17、高压加液阀；18、低压加液阀；19、低压排放阀；20、膨胀阀；21、变频电源；22、电容；23、启动器；24、保护器；25、压机启动接触器；26、副绕组测量继电器；27、主绕组测量继电器；28、绕组测试仪；29、ptc两端电压传感器；30、副相电流传感器；31、两相电流传感器；32、数字量控制卡；33、高速模拟量输入卡；34、模拟量输出卡；35、排气压力传感器；36、吸气压力传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

请参阅图1-7，一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置，所述测试装置包括被测样品、制冷系统和测控系统，所述测试装置采用双工位结构，两个工位设置不同的环境温度进行独立测试，既考虑设备的经济性，又提高了测试的效率，考虑到匹配压缩机的两器品类较多，每个工位配置有若干套两器安装座14，每个工位上放置有测试烘箱2；

所述被测样品包括被测压缩机1、保护器24、电容22和启动器23，所述被测压缩机1放置于烘箱内2，所述保护器24、电容22和启动器23安装在两器安装座14上，所述两器安装座14通过操作面板上的两器选择开关10进行切换，以便提高测试的效率，测试装置适用于两种不同形式的启动器23，一种为ptc启动器，一种为重锤式启动器；

所述制冷系统包括吸气压力表4、低压排放阀19、低压加液阀18、平衡阀15、膨胀阀20、高压排放阀16、高压加液阀17和排气压力表3，所述制冷系统与被测压缩机1连接，构成制冷回路，低压加液阀18与低压排放阀19可分别对被测压缩机1的吸气端进行加制冷剂和排放制冷剂，从而调节被测压缩机1吸气端的压力，高压加液阀17与高压排放阀16可分别对被测压缩机1的排气端进行加制冷剂和排放制冷剂，从而调节被测压缩机1排气端的压力，膨胀阀20可以手动调节被测压缩机1运行过程中的制冷剂流量，平衡阀15可以平衡被测压缩机1吸气和排气两端的压力，制冷系统适用多种制冷工质，如r600a、r290、r404a、r134a等；

本实施例的测试原理示意图如图2所示，测试装置对被测压缩机1的副相瞬时电流、两相瞬时电流、ptc两端电压、吸气压力、排气压力进行高速采样，采样频率范围为1k-50khz，可根据测试所需精度来进行选择，测试装置默认采用10khz的采样频率，单相电参数表7的u-端连接变频电源21的n端，单相电参数表7的u+端连接变频电源21的l端，单相电参数表7的i-连接变频电源21的n端；每个工位都配置若干个两器安装座14，电容22一端连接变频电源21的l端，另一端连接到两器安装座14的s端，启动器23一端连接变频电源21的l端，另一端连接到两器安装座14的s端，保护器24一端连接单相电参数表7的i+，另一端连接到两器安装座14的c端，两器安装座14的m端与变频电源21的l端相连，两器选择开关10的一端与两器安装座14相连，另一端与压机启动接触器25连接，副相电流传感器30的一端与压机启动接触器25相连，另一端与被测压机1的s端连接，两相电流传感器31的一端与压机启动接触器25相连，另一端与被测压机1的c端连接，ptc电压传感器29一端与被测压机1的s端相连,，另一端与被测压机1的m端连接，绕组测试仪28通过副绕组测量继电器26与被测压机1的s端和c端相连，通过主绕组测量继电器27与被测压机1的m端和c端相连；

本实施例的控制系统硬件框架图如图3所示，测控系统以工业控制计算机12作为控制核心，实现整个测试装置的数据测量与系统控制，工业控制计算机12通过数字量控制卡32输出控制信号，对变频电源21的频率档位、状态指示灯8、压机启动接触器25、副绕组测量继电器26、主绕组测量继电器27等进行控制，工业控制计算机12通过高速模拟量输入卡33对排气压力、吸气压力、两相电流、副相电流、ptc电压实现高速同步采集，工业控制计算机12通过模拟量输出卡34提供0-10v电压信号，实现变频电源21电压高低的调节，工业控制计算机12通过rs485接口与单相电参数表7、绕组测试仪28进行通信，实现压缩机各项电参数的采集和压缩机主副绕组电阻值的测量，工业控制计算机12通过显示器5、键盘鼠标11、打印机13作为输入输出设备，实现人机对话、报告打印等功能。

一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，所述测试装置通过对两相电流、副相电流、吸排气压力、ptc两端电压的状态来评价被测压缩机1及其所配两器在特定环境温度下的启动性能，所述测试装置按照设定的高速采样时间，对被测压缩机1的两相电流、副相电流、ptc电压、吸气压力、排气压力进行同步高速采样，设定的高速采样时间应大于压缩机完成正常启动所需时间，被测压缩机1在启动阶段的两相瞬时电流波形如图4所示；

高速采样完成后，自动计算两相突入电流峰值i1、两相工作电流峰值i2、运行电流峰值i3、两相突入时间t1、两相启动时间t2，其中，两相突入电流峰值i1为正半轴电流的最大值与负半轴电流的最大值的绝对值之和；压缩机两相瞬时电流经过突入阶段后，并且电流峰值达到稳定状态时，单个电流波形周期内正半轴电流最大值与负半轴电流最大值的绝对值之和作为两相工作电流峰值i2，ptc高温高阻使启动绕组无电流通过时，单个电流波形周期内正半轴电流最大值与负半轴电流最大值的绝对值之和作为运行电流峰值i3，两相突入时间t1计算从压缩机通电开始，直到两相工作电流开始为止，两相启动时间t2计算从压缩机通电开始，直到启动绕组无电流通过为止，副相突入电流峰值i4、副相工作电流峰值i5、副相突入时间t3、副相启动时间t4的计算与两相一致；

对于正弦波形电流，两相突入电流有效值i1、两相工作电流有效值i2、运行电流有效值i3、副相突入电流有效值i4、副相工作电流有效值i5可以由公式根据各自的电流峰值计算求得，对于电流真有效值的计算，可以由公式根据单个周期内瞬时电流计算求得，被测压缩机1在启动阶段的ptc两端电压如图5所示，测试系统在高速采样完成后，自动计算两相工作ptc电压u1和启动完成ptc电压u2，两相突入时间t1对应的电压值作为两相工作ptc电压u1；两相启动时间t2对应的电压值作为启动完成ptc电压u2，被测压缩机1在启动阶段的吸排气压力如图6所示，测试系统在高速采样完成后，自动计算启动完成时的排气压力pd和吸气压力ps，被测压缩机1在启动前将吸气与排气两端的压力调节一致，此时的吸排气压力作为启动平衡压力pb，两相启动时间t2时刻对应的排气压力作为pd，两相启动时间t2时刻对应的吸气压力作为ps。

式中i为单周期内电流有效值，i为单周期内电流峰值。

式中i为周期内电流真有效值，t为单周期的采样时间，n为单周期内采样数据个数，in为第n个数据的瞬时电流值。

本实施例的一种制冷压缩机高低温启动性能测试装置的评价方法，其测试流程如图7所示，具体包括如下步骤：

步骤一、被测样品安装：选定工位的测试烘箱2内安装被测压缩机1，并将被测压缩机1的吸气和排气端连接到制冷系统，然后，在两器安装座14上连接启动器23、保护器24及电容22，操作面板的两器选择开关10打到对应位置，完成测试两器的选择；

步骤二、测试工况与方式设定：开启系统电源开关9，开启平衡阀15，连通被测压缩机1的吸气端与排气端，调节高压排放阀16、高压加液阀17、低压加液阀18、低压排放阀19，使吸气压力和排气压力都达到启动平衡压力pb，然后关闭平衡阀15，将测试烘箱2的温度设置为测试所需的温度，单工况点测试设定一个测试温度，多工况点连续测试则设定多个测试温度；

步骤三、冷态绕组测量：测试装置吸合主绕组测量继电器27，绕组测试仪28对被测压缩机1的运行绕组阻值进行测量，然后断开主绕组测量继电器27，吸合副绕组测量继电器26，绕组测试仪28对被测压缩机1的启动绕组阻值进行测量；

步骤四、数据高速采样：测试装置吸合压机启动接触器25，使被测样品通电，同时对两相电流、副相电流、吸气压力、排气压力和ptc两端电压进行高速采集，直至设定采样时间达到，断开压机启动接触器25，被测压缩机1停止工作；

步骤五、热态绕组测量：测试装置吸合主绕组测量继电器27，绕组测试仪28对被测压缩机1的运行绕组热态阻值进行测量，然后断开主绕组测量继电器27，吸合副绕组测量继电器26，绕组测试仪28对被测压缩机1的启动绕组热态阻值进行测量，结合压缩机启动前的冷态电阻值和冷态温度，计算运行绕组与启动绕组的温升；

步骤六、数据计算与性能评价：对高速采集的两相电流、副相电流、吸气压力、排气压力和ptc两端电压进行处理，计算两相突入电流有效值i1、两相工作电流有效值i2、运行电流有效值i3、副相突入电流有效值i4、副相工作电流有效值i5、两相突入时间t1、两相启动时间t2、副相突入时间t3、副相启动时间t4、两相工作ptc电压u1、启动完成ptc电压u2、以及启动完成时的排气压力pd和吸气压力ps等评价指标参数，依据相应评价指标参数对被测样品的启动性能进行评价；

步骤七、保存数据与生成报告：将测试数据保存到数据库中，并生成压缩机启动性能测试报告，其中多工况点连续测试除生成单点测试报告外，还生成启动全性能测试报告。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。