Bardzo ważna, z punktu widzenia analizy elektrycznej układu chłodniczego, jest znajomość, zrozumienie i umiejętność wykrywania usterek, bazując na pomiarach napięcia prądu w poszczególnych elementach instalacji chłodniczej.

Jak wspomniałem w poprzednich częściach tego cyklu (CHiK nr 8/2013, 9/2013 i 7/2014) sprężarka jest najważniejszym elementem każdego układu chłodniczego. Jeżeli byśmy odnieśli układ czy też system chłodniczy do anatomicznej budowy człowieka, powiedziałbym, że sprężarka jest „sercem” układu chłodniczego, przewody rurowe z całym osprzętem zapewniającym prawidłową pracę instalacji chłodniczej porównałbym do naszego „krwioobiegu”, natomiast zasilanie elektryczne sprężarki porównałbym do naszego „układu pokarmowego”.

Żaden z wyżej wymienionych elementów układu chłodniczego nie będzie pracował oddzielnie. Muszą one być w logiczny sposób połączone ze sobą i współpracować, aby zapewnić instalacji lub urządzeniu chłodniczemu zaprojektowane parametry pracy.

Co to jest prawo Ohma?

Aby lepiej zrozumieć prawa elektryczności, pozwolę sobie na krótkie wprowadzenie do podstawowego prawa elektrotechniki, jakim jest prawo Ohma (rys. 1. i rys. 2.). Prawo Ohma można zapisać w trzech równoważnych równaniach:

Rys. 1. Prąd I, opór R i zasilanie V – podstawowe parametry prawa Ohm’a

Rys. 2. Trójkąt prawa Ohm’a

V = I · R – we wzorze tym często zamiast litery V używa się litery E. Wzór ten używamy, jeżeli znamy wartości prądu I płynącego przez opornik (wyrażone w amperach) jak i wartość oporności R opornika (wyrażone w Ohmach).

I = V / R – wzór ten używamy, jeżeli znamy napięcie zasilania elektrycznego V (wyrażone w Voltach) po obu stronach opornika R (wyrażone w Ohmach).

R = V /I – wzór ten używamy, jeżeli nie znamy wartości oporności elektrycznej opornika R, natomiast wiemy, jakie jest napięcie zasilania opornika V i wartość prądu I przez niego płynącego.

Prawo Ohma jest dlatego tak ważne, gdyż ma zastosowanie do wszystkich obwodów elektrycznych, zawierających każdego rodzaju opornik elektryczny i przewody elektryczne. Jeżeli w obwodzie elektrycznym znajdują się takie elementy jak: cewka indukcyjna lub kondensator, prawo Ohma nie może być bezpośrednio zastosowane do takiego obwodu elektrycznego. Jeżeli obwód elektryczny zawierający tylko elementy oporności R zasilany jest prądem zmiennym lub stałym, prawo Ohma ma zastosowanie w obu przypadkach.

Co to jest prawo Joule’a?

Prawo Joule’a znamy z termodynamiki. Jest to tzw. drugie prawo Joule’a, które mówi, że energia wewnętrzna gazu doskonałego jest niezależna od ciśnienia i objętości, natomiast jest wyłącznie zależna od temperatury tego gazu. 

Natomiast w naszych pracach związanych z elektrycznością posługujemy się często pierwszym prawem Joule’a zwanym często efektem Joule’a. Prawo to opisuje zależność pomiędzy ciepłem wytwarzanym przez prąd elektryczny I płynący przez przewodnik. Prawo to wyrażone jest następująco:

Q = I² · R · t

gdzie:
Q – wartość ciepła wytwarzanego przez prąd I płynący przez przewodnik o oporności R w czasie t.

Jeżeli prąd wyrażony jest w Amperach, oporność przewodnika w Ohmach a czas w sekundach, to jednostka wytworzonego ciepła jest Joule. 

Pozwoliłem sobie przytoczyć powyższe informacje dla lepszego zrozumienia problemów elektrycznych, jakie będą omówione w dalszej części tego artykułu.

Jaka jest różnica pomiędzy połączeniem w gwiazdę i trójkąt w układach trójfazowych?

Zacznę od rzeczy podstawowej. W przypadku silników jednofazowych zasilających sprężarkę chłodniczą potrzebne są tylko dwa przewody do jej zasilania. Jeżeli mamy do czynienia ze sprężarką pracującą z silnikiem elektrycznym trójfazowym i tylko trzy przewody wychodzą z puszki sprężarki, nie jesteśmy w stanie stwierdzić, czy jest to połączenie typu gwiazda czy typu trójkąt (rys. 3.). Nie znajdziemy również tej informacji na schemacie znajdującym się na ściance skrzynki połączeniowej. W przypadku znalezienia 9 przewodów wychodzących z silnika elektrycznego sprężarki trójfazowej z pewnością na schemacie elektrycznym umieszczonym na ściance skrzynki znajdziemy informacje o rodzaju połączenia elektrycznego. W większości przypadków silników trójfazowych (rys. 4.) silnik elektryczny sprężarki będzie na starcie podłączony w gwiazdę, a jego połączenie elektryczne zostanie przełączone w trójkąt po nabraniu określonej szybkości obrotowej (praca ciągła sprężarki).

Rys. 3. Połączenie typu „gwiazda” i typu „trójkąt”

Rys. 4. Uzwojenie silnika trójfazowego

Wybór połączenia w gwiazdę lub trójkąt zależy od kilku czynników. Główne z nich to: 

• ƒwielkość silnika elektrycznego (ilość kW),
• ƒƒprzestrzeń wewnątrz silnika elektrycznego niezbędna do podłączenia przewodów do źródła zasilania elektrycznego,
• ƒƒwymagana ilość podłączeń elektrycznych,
• ƒƒprędkość obrotowa silnika elektrycznego,
• ƒƒwzględy ekonomiczne.

Dodatkowo, projektant silnika elektrycznego trójfazowego musi określić wartość napięcia (Volty) na jeden obrót w każdej fazie. Jest to konieczne do zapewnienia trójfazowemu silnikowi elektrycznemu niezbędnej wartości siły pola elektromagnetycznego wytworzonej w stojanie do zapewnienia silnikowi niezbędnej mocy i prędkości obrotowej.

Podstawowe zależności połączenia w gwiazdę są następujące:

I_linii = I_fazy; V_linii = V_fazy . 1,73

Podstawowe zależności połączenia w trójkąt są następujące:

I_linii = I_fazy . 1,73; V_linii = V_fazy

Z powyższych zależności wynika, że wartość prądu płynącego przez uzwojenie zależy od połączenia. Jednocześnie wartość prądu dyktuje średnicę przewodów uzwojenia silnika jak i przewodów zasilających silnik.

Jakie pomiary elektryczne powinny być wykonane przed przystąpieniem do analizy elektrycznej układu chłodniczego?

(...)

Dlaczego producent sprężarki w danych technicznych podaje wartości prądu dla różnej temperatury parowania i skraplania?

(...)

Andrzej WESOŁOWSKI
były pracownik Carrier,
York i Embraco, USA