胡煜剛 胡盛文 韋貝貝 于磊

廣東美的制冷設(shè)備有限公司 廣東順德 528311

1 引言

隨著人們對(duì)能效的標(biāo)準(zhǔn)越來越重視，以及壓縮機(jī)等變頻技術(shù)的日益成熟，變頻制冷空調(diào)愈發(fā)受到消費(fèi)者喜愛，越來越多的廠家開始生產(chǎn)變頻制冷產(chǎn)品?？照{(diào)整機(jī)廠在以變頻壓縮機(jī)代替定速壓縮機(jī)的基礎(chǔ)上，引入了雙變頻系統(tǒng)，即同時(shí)使用變頻壓縮機(jī)和電子膨脹閥，可更加精確控制系統(tǒng)蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)器出口過熱度[1]，從而提升空調(diào)的能效。

現(xiàn)階段國內(nèi)家用空調(diào)市場(chǎng)所使用的電子膨脹閥由閥體、線圈兩個(gè)分體部件組成[2]，從外形區(qū)分主要有兩種結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2所示。

電子膨脹閥線圈根據(jù)注塑方式分為內(nèi)塑封線圈和外塑封線圈兩種形式，內(nèi)塑封線圈的極爪殼將塑封層包裹；外塑封線圈的塑封層將極爪殼包裹，其極爪鑲嵌注塑在絕緣層內(nèi)，外塑封線圈局部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2 電子膨脹閥線圈低溫工況下的失效現(xiàn)象及原因分析

近年來，電子膨脹閥隨著變頻空調(diào)在全球范圍內(nèi)應(yīng)用，尤其是在北方低溫極端工況下（-30℃）[3]，出現(xiàn)了不少電子膨脹閥線圈絕緣失效導(dǎo)致空調(diào)不能正常使用的案例，主要表現(xiàn)在線圈絕緣層開裂，線圈匝間短路、擊穿等現(xiàn)象。

2.1 線圈繞線變形失效

通過對(duì)失效線圈進(jìn)行CT掃描發(fā)現(xiàn)，部分失效線圈與其繞線層變形有強(qiáng)相關(guān)，如圖4所示，線圈繞線變形，繞線到極爪殼的絕緣層厚度降低，使線圈在極端工況下的老化壽命降低，最終導(dǎo)致短路擊穿，燒毀空調(diào)電控板。

外塑封線圈的極爪殼被夾在塑封層中間，在注塑時(shí)，高溫高壓的液態(tài)注塑料通過極爪殼表面的進(jìn)料孔進(jìn)入極爪殼與繞線之間的夾縫中，直至填滿。為提升塑效率，增加注塑料的流動(dòng)性，減少注塑時(shí)產(chǎn)生的氣孔，線圈生產(chǎn)廠家會(huì)在極爪殼設(shè)置多個(gè)進(jìn)料孔，如圖5所示。

圖1內(nèi)塑封線圈電子膨脹閥

圖2 外塑封線圈電子膨脹閥

圖3 外塑封線圈局部結(jié)構(gòu)

圖4 時(shí)效線圈CT掃描

圖5極爪殼及其進(jìn)料孔結(jié)構(gòu)

圖6 繞線外層增加保護(hù)層

線圈注塑過程中，因存在多處進(jìn)料孔，液態(tài)注塑料在極爪殼與繞線之間的夾縫中填充時(shí)，會(huì)形成交匯相熔，若不同進(jìn)料口進(jìn)入的兩股液態(tài)注塑料的溫度、壓力存在差異，就會(huì)導(dǎo)致作用在繞線表面的流體壓力不均勻，若沖擊壓力超過繞線漲緊包裹力，就會(huì)使繞線受擠壓沖擊變形，形成凸起，即繞線與極爪殼之間的絕緣層壁厚降低。

2.2 線圈絕緣層開裂失效

由于空調(diào)在運(yùn)行過程中，各管路、閥體表面或多或少存在冷凝水，當(dāng)線圈在低溫工況下（-30℃）工作后，停留在線圈表面的冷凝水會(huì)快速結(jié)冰[4]，再次開機(jī)時(shí)線圈溫升將冰融化，如此往復(fù)，相當(dāng)于線圈在水中進(jìn)行高低溫循環(huán)，加速線圈絕緣層老化而開裂，冷凝水通過裂縫進(jìn)入線圈絕緣層，最終導(dǎo)致絕緣失效[5]。

3 電子膨脹閥線圈低溫失效解決對(duì)策

為解決上述兩大難題，大部分電子膨脹閥廠家所采用的方法主要有以下幾種：

（1）水是線圈擊穿和絕緣不良的載體，使線圈處于無水環(huán)境或者使冷凝水快速排光，即通過在線圈上設(shè)置防水和排水結(jié)構(gòu)來降低絕緣失效風(fēng)險(xiǎn)，如增加線圈內(nèi)壁排水槽，線圈頂部增加防水帽等。

（2）繞線變形是線圈注塑進(jìn)料異常導(dǎo)致，所以通過調(diào)整進(jìn)料口位置、注塑壓力、注塑溫度等工藝參數(shù)，以及對(duì)異常停機(jī)的管控等方式來降低繞線變形失效風(fēng)險(xiǎn)。

（3）替換絕緣材料，提升絕緣材質(zhì)的耐候性能和耐低溫性能，也可以有效降低線圈開裂風(fēng)險(xiǎn)，如采用PPS注塑或柔性橡膠材質(zhì)等。

（4）繞線外層增加保護(hù)層，如圖6所示，使其在注塑過程中將注塑料與繞線隔開，保護(hù)繞線不產(chǎn)生變形，由單層絕緣變更為雙層絕緣，改善并提升絕緣性能。

4 線圈繞線變形失效測(cè)試方法

作為主機(jī)廠，即電子膨脹閥客戶，對(duì)線圈做好有效的質(zhì)量把關(guān)才能為廣大空調(diào)消費(fèi)者提供最有利的體驗(yàn)保證。尤其對(duì)于不可見的線圈繞線變形異常，在規(guī)定了量化要求（1 mm最小絕緣壁厚的要求）的同時(shí)，也制定了絕緣壁厚的測(cè)試方法，主要有以下兩種：

（1）軸向或徑向解剖線圈，取出繞線，測(cè)量最小絕緣層壁厚。

此方法也是電子膨脹閥廠家所采用的常規(guī)測(cè)試法，主要用于首檢和巡檢。該方法可以有效測(cè)量線圈絕緣層壁厚，效率較高，但需要破壞線圈本體，僅可做型式試驗(yàn)監(jiān)控手段，如圖7所示。

（2）采用X光透視，掃描量化測(cè)量絕緣層壁厚，如圖8所示。

此方法可以不用解剖線圈本體，采用160 kV以上的X光透視檢測(cè)方法，可以相對(duì)清晰地識(shí)別繞線變形部位，同時(shí)也可以量化最小絕緣層壁厚，可應(yīng)用于批量檢測(cè)監(jiān)控。

5 結(jié)論

通過失效電子膨脹閥線圈剖析，基本確定低溫失效原因：線圈絕緣層熱脹冷縮引起絕緣層開裂，冷凝水進(jìn)入線圈細(xì)微的裂縫，使線圈的絕緣性能降低，導(dǎo)致線圈失效；線圈繞線異常凸起減薄了絕緣層厚度，也加速了線圈失效。

為解決此類失效問題，通常采用的對(duì)策有：增加防水帽結(jié)構(gòu)、增加雙層絕緣結(jié)構(gòu)、優(yōu)化絕緣材質(zhì)、優(yōu)化線圈注塑工藝等。

為快速、有效、無損地檢測(cè)出線圈繞線變形狀態(tài)，可以采用160 kV以上的X光透視檢測(cè)方法。

圖7 解剖法測(cè)量壁厚

圖8 線圈X光透視掃描