温控器在家用冰箱上的试验研究

由于家用冰箱是靠温控器使压缩机启停从而实现间歇运行的，而冰箱铭牌上所标称的输入功率是冰箱制冷时所消耗的电功率，如果不知道冰箱中温控器的大致通断时间比是无法像计算其它家用电器一样来计算冰箱所消耗电功率的。下面是通过对西门子ＫＧ１８Ｖ４１ＴＩ冰箱在不同的环境温度下测试压缩机的大致通断时间比来得出计算家用冰箱耗功的方法。

本试验所采用西门子ＫＧ１８Ｖ４１ＴＩ冰箱铭牌上的主要参数：

型号：ＢＣＤ－１７４ 直冷式冰箱输入功率：１０５Ｗ照明灯功率：１５Ｗ制冷剂：Ｒ６００ａ

耗电量：０．７９ＫＷ．ｈ／２４ｈ

所使用的测量仪表为数字式温度计和秒表，在做该试验时冰箱冷冻室中没有放任何物品，冷藏室内放置的物品以不重置为原则，且始终不移动。

在温控器处于不同档位下测量冷藏室的温度，对于每个档位测量５次从中取平均得出如表１所示的温度，从试验数据中可得出该温控器的通断温度上下限大致为３℃，即对于１档位而言，其温度范围为１０．５℃～１３．５℃。

表１为试验所记录的数据以及该冰箱每天所消耗的电能Ｑ。

从表１可以得出以下结论：当环境温度（ｔ１）越高、冰箱冷藏室的温度（ｔ２）越低，即温差△ｔ＝ｔ１－ｔ２越大时，ｎ越小，冰箱所消耗的电能就越多；反之当环境温度（ｔ１）越低，冰箱冷藏室的温度（ｔ２）越高，即温差△ｔ＝ｔ１－ｔ２越小时，ｎ越大，冰箱所消耗的电能就越少。但是要注意这并不是绝对的，因为在冬季要打开冬季开关，

温控器在家用冰箱上的试验研究

高登山 无锡职业技术学院汽车技术系 ２１４１２１

１　温度控制器分类和工作原理

温度控制器又称温度继电器或温度自动开关，简称温控器，属于双位调节器。按照控制方法可以分为机械式和电子式两种，机械式是根据被调参数的温度变化来进行控制的，电子式是根据被调参数的温差变化来进行控制的。对于家用冰箱来

讲，其温控器主要是机械式温控器。

［１］

１．１　机械式温控器

机械式温控器主要由感温包、感温管（一般为毛细管）和温控主体组成。它主要分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器和金属膨胀式温控器。在工作时感温包一般放在蒸发器的外表面感受蒸发器温度的变化或放在冰箱内感受箱体温度的变化，并把这个温度变化通过充注在感温管中的工质变成压力信号作用在隔膜或波纹管上，通过杠杆的移动来达到通断电动机电源的作用，从而控制压缩机的启停。

１．２　电子式温控器

电子式温控器可分为电阻式温控器和热电耦式温控器。

电阻式温控器是采用电阻感温的方法来测量的，测温电阻一般采用白金丝、铜丝、钨丝、半导体（热敏电阻等）和铂热电阻，这些电阻各有其优缺点，但其共同的特点就是阻值随着温度的变化而呈现一定的变化规律，通过这个阻值的变化就可以控制压缩机的起停，从而达到控制被调对象温度的目的。

２　西门子ＫＧ１８Ｖ４１ＴＩ的通断时间比试验

利用电加热器使冰箱内的温度升高，这样虽然温差△ｔ增大了，但是由于电加热器额外的耗电，所以会使能耗增加（本试验中没有测试冬季状况）。

从传热学和制冷原理的角度很容易解释这一结论。根据传热学可知两个温度不相等的物体之间必然有热量传递，传热过程中热流量的公式为：

φ＝ｋＡ△ｔ

其中ｋ为总传热系数，Ａ为传热面积，△ｔ为温差。

随着温差△ｔ的增大，冰箱外部环境中的热空气和冰箱冷藏室内的冷空气之间的热流量φ进也随之增大，这样当冰箱冷藏室内的温度到达温度下限温控器让压缩机停机后，冰箱冷藏室内的温度ｔ２因φ进的增大其上升的速度也会增大，从而导致ｔ２上升到上限的时间减少，即减少了系统停机的时间ｔ停机。同时当ｔ２到达上限温控器让压缩机启机时，制冷剂在蒸发器中吸热制冷，带走的热量为φ出。在温控器的档位不变的情况下，其φ出近似不变，但是外界热空气通过冰箱的保温层进入箱体中的热流量φ进是始终都存在的，这样在制冷剂流入冷藏室的蒸发器吸热制冷时，虽然此时φ出大于φ进，但由于φ进的增大而延长了系统运行的时间ｔ运行，从而使断通时间比ｎ减小，最终使耗电量Ｑ增加。

在试验中发现当环境温度为２０℃时，把温控器置于“１”档时压缩机的运行时间大致为１２分３２秒，停机时间为４４分４５秒，而把温控器置于“５”档时压缩机的运行时间大致为１４分２５秒，停机时间为４２分４９秒。由此可以看到温差△ｔ越大压缩机的运行时间就越长，系统停机的时间就越短，最终系统的耗电量就越大。

表２中消耗的电能Ｑ理论上讲应该是冰箱铭牌上的耗电量，但从试验数据可以看出冰箱铭牌上给出的耗电量与表２中Ｑ有点差别，这主要是该数值本身就是一个不确定的量，随着外界温度和储藏室冷冻室物品的多少而改变，所以厂家给出的数值是综合计算后的一个大概数值，当冰箱

所处的外部环境温度改变时，冰箱的耗电

表１ 不同环境温度下压缩机的断通时间比

４．２　模拟故障发生时各电气量进行实验利用微机校验仪中电流方波输出的功能，对各电气量进行实验。＃１主变间隙零序电流电压保护动作时限为０．３ｓ，零序电流４．０Ａ，零序电流持续时间０．２ｓ，之后零序电流迅速降至０．１Ａ，保持１ｓ后结束。

实验结果表明：零序电流持续时间０．２ｓ是一个临界值，当零序电流持续时间大于０．２ｓ，保护可靠出口，但当零序电流持续时间小于０．２ｓ时，保护可靠返回，不出口。

４．３　调整＃１主变间隙零序电流电压保护动作时限为０．５ｓ，重复上述实验

实验结果表明：零序电流持续时间０．４ｓ是一个临界值，当零序电流持续时间大于０．４ｓ，保护可靠出口，但当零序电流持续时间小于０．４ｓ时，保护可靠返回，不出口。

综合上述两点，可以判断＃１发变组微机保护装置在保护动作、返回时存在一个取样、运算等的固有时间（约为０．１ｓ），这一点后来得到了厂家的认同。因此虽然１１０ｋｖ系统中的接地故障切除了，但员电＃１发变组的“主变间隙零序电流电压”保护依然动作出口。

５　事件的反措

变压器中性点加装间隙的初衷是为了防止工频过电压时损坏变压器及相关设备，但由于间隙受气象条件、棒直径大小差异、电极形状、间隙棒头未经技术老炼及本身放电电压的离散性的影响，其工频放电电压低于研究所得的测量值是完全可能的，因此其可靠性较差。另外，以往的变压器多为分级绝缘变压器，其中性点绝缘水平较低，传统的保护整定思路相对保守，以至间隙的选择偏小，增加了间隙动作的几率及保护的误动率，这一点可在广东电网的运行经验得以验证。

当前我厂使用的变压器为全绝缘变压器，经过向主变压器生产厂家了解我厂范围内的主变压器绝缘水平、耐受电压与时间，对于变压器的间隙保护提出以下几点意见：

５．１　间隙棒间的配置，可使用Φ１６ｍｍ圆钢，端部为半球形，表面加工细致无毛刺并安装时加电压技术老炼，以提高运行后数据的准确性。

５．２　间隙的安装应牢固可靠，以减少因气候（如风力）影响了间隙的距离而使保护误动。

５．３　按照原广东省电力工业局《关于试行变压器２２０ｋＶ和１１０ｋＶ中性点过电压保护选择推荐的意见》（粤电生【１９９９】

量也明显在改变。由以上分析可从中得出一些冰箱节能的方法：

①放置问题。应将电冰箱放置在环境温度低，而且通风良好的位置，要远离热源，避免阳光直射。放置冰箱时顶部左右两侧及背部都要留有适当的空间，这样有利于冷凝器的散热；

②在平时存取食物时，尽量减少开门次数和开门时间。因为开一次门就有很多热量进入冰箱，从而使冰箱内的温度升高过快，这样势必导致压缩机的运行时间延长；

③将待热的食品冷却后，再放进电冰箱。因为热食品含热量较高，直接放进去会使冰箱内温度快速上升，同时因水分过多还会增加蒸发器表面结霜厚度，导致压缩机工作时间增长，增加耗电量；

④冰箱存放食物要适量。不要让食物在冰箱中过多过紧，影响冰箱内空气的对流，食物散热困难，影响保鲜效果，导致压缩机工作时间增长，使耗电增加；

⑤夏季制作冰块和冷饮应安排在晚间。晚间气温较低，有利于冷凝器散热。而且夜间较少开门存取食物，压缩机工作时间缩短，节约电能。

３、结论

本文从分析温控器入手，通过对家用

冰箱的通断时间进行试验研究，从而得出在使用冰箱时节约能耗的方法。从中得出的结论是只要能够缩短压缩机的运行时间和增加系统停机时间，就能够降低冰箱的能耗。但是最为根本的方法应该是降低冰箱保温材料（目前一般用聚氨脂泡沫塑料）的导热系数（大致为０．０１６～０．０２３ｗ／ｍ．ｋ），因为这样就可以降低外界进入箱体的单位热量，这样就可使冰箱的能耗大大降低。

本文的不足之处是用冰箱外部环境的温度作为参考，如果试验条件具备的话，应把冰箱外部环境的温度对冰箱冷凝器散热的影响考虑进去，这样才能得出比较完美的解答。为此对于该试验还需要进一步的研究！