Có, hầu như tất cả các máy nén AC hiện đại đều được trang bị các thiết bị bảo vệ nhiệt được thiết kế để ngăn chặn sự cố nghiêm trọng do quá nóng. Các bộ phận an toàn quan trọng này giám sát nhiệt độ máy nén và tự động ngắt điện khi phát hiện thấy mức nhiệt nguy hiểm, bảo vệ động cơ máy nén đắt tiền khỏi bị hư hỏng vĩnh viễn. Bộ bảo vệ nhiệt đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trong hệ thống điều hòa không khí dân dụng, thương mại và công nghiệp, là biện pháp bảo vệ thiết yếu giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và ngăn ngừa việc sửa chữa tốn kém. Hiểu cách thức hoạt động của các thiết bị này, các loại khác nhau hiện có và đặc điểm hoạt động của chúng cho phép các kỹ thuật viên HVAC và chủ sở hữu tài sản bảo trì hệ thống làm mát đúng cách và chẩn đoán các sự cố khi chúng xảy ra.
Việc thực hiện bảo vệ nhiệt trong máy nén AC giải quyết được điểm yếu cơ bản của động cơ điện trước sự hư hỏng do nhiệt. Động cơ máy nén tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động bình thường thông qua điện trở và ma sát cơ học, đồng thời hấp thụ nhiệt từ chất làm lạnh trong chu kỳ nén. Trong điều kiện bình thường, lượng nhiệt này sẽ tiêu tan đầy đủ thông qua vỏ máy nén và tuần hoàn môi chất lạnh. Tuy nhiên, các điều kiện vận hành bất thường như mức nạp môi chất lạnh thấp, luồng khí bị hạn chế, sự cố về điện hoặc sự cố cơ học có thể khiến nhiệt độ tăng đến mức nguy hiểm. Nếu không có bảo vệ nhiệt, những tình trạng này sẽ nhanh chóng phá hủy cuộn dây động cơ, đòi hỏi phải thay thế hoàn toàn máy nén với chi phí đáng kể.
Bộ bảo vệ nhiệt bên trong được gắn trực tiếp bên trong vỏ máy nén, thường được gắn vào hoặc gắn vào cuộn dây động cơ nơi chúng có thể cảm nhận chính xác nhiệt độ cuộn dây thực tế. Các thiết bị này cung cấp khả năng giám sát nhiệt độ chính xác nhất vì chúng đo nhiệt tại nguồn thay vì dựa vào các phép đo gián tiếp. Loại phổ biến nhất là bộ bảo vệ đĩa lưỡng kim hoặc klixon, bao gồm một đĩa lưỡng kim nhạy cảm với nhiệt độ, sẽ mở ra khi đạt đến nhiệt độ xác định trước, làm gián đoạn dòng điện đến động cơ máy nén. Bộ bảo vệ bên trong thường kích hoạt ở nhiệt độ từ 115°C đến 135°C (240°F đến 275°F), tùy thuộc vào thiết kế máy nén cụ thể và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
Bộ bảo vệ nhiệt bên trong mang lại khả năng bảo vệ vượt trội vì chúng phản ứng trực tiếp với nhiệt độ động cơ thay vì các điều kiện xung quanh hoặc các chỉ báo thứ cấp. Khi bộ bảo vệ hoạt động, máy nén sẽ tắt ngay lập tức, ngăn nhiệt độ tăng thêm. Khi động cơ nguội đi, đĩa lưỡng kim trở lại hình dạng ban đầu và các tiếp điểm đóng lại, cho phép máy nén khởi động lại khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm đặt lại, thường thấp hơn 20-30°C (35-55°F) so với điểm ngắt. Chức năng đặt lại tự động này có nghĩa là hệ thống sẽ cố gắng khởi động lại sau khi làm mát. Điều này có thể có lợi hoặc có vấn đề tùy thuộc vào nguyên nhân cơ bản gây ra hiện tượng quá nhiệt đã được giải quyết hay chưa.
Bộ bảo vệ nhiệt bên ngoài gắn ở bên ngoài vỏ máy nén, cảm nhận nhiệt độ thông qua tiếp xúc với vỏ máy nén thay vì đo nhiệt độ cuộn dây trực tiếp. Những thiết bị này dễ thay thế và thử nghiệm hơn nhưng cung cấp khả năng giám sát nhiệt độ kém chính xác hơn so với các thiết bị bảo vệ bên trong. Bộ bảo vệ bên ngoài thường có hai loại: bộ bảo vệ ngắt dòng làm gián đoạn nguồn điện cho toàn bộ mạch máy nén và bộ bảo vệ nhiệm vụ thí điểm mở mạch điều khiển để kích hoạt công tắc tơ hoặc rơle ngắt kết nối nguồn máy nén. Bộ bảo vệ nhiệt bên ngoài thường kích hoạt ở nhiệt độ thấp hơn so với các thiết bị bên trong, thường là từ 90°C đến 120°C (195°F đến 250°F), cung cấp thêm một lớp bảo vệ trước khi các thiết bị bên trong hoạt động.
Nhiều máy nén hiện đại sử dụng các bộ bảo vệ quá tải nhiệt kết hợp đáp ứng cả nhiệt độ và dòng điện. Các thiết bị phức tạp này giám sát cường độ dòng điện của động cơ cũng như nhiệt độ, cung cấp khả năng bảo vệ chống lại tình trạng rôto bị khóa, mất cân bằng điện áp và các sự cố về điện khác có thể không gây tăng nhiệt độ ngay lập tức nhưng có thể làm hỏng động cơ theo thời gian. Các bộ bảo vệ kết hợp thường có bộ phận làm nóng nối tiếp với máy nén để làm ấm đĩa lưỡng kim dựa trên dòng điện, bổ sung cho khả năng bảo vệ dựa trên nhiệt độ. Hoạt động ở chế độ kép này cho phép phản ứng nhanh hơn với các điều kiện hư hỏng nhất định và cung cấp khả năng bảo vệ động cơ toàn diện hơn.
Hiểu được chu trình hoạt động của bộ bảo vệ nhiệt giúp kỹ thuật viên chẩn đoán các sự cố hệ thống và phân biệt giữa lỗi của bộ bảo vệ và các sự cố khác khiến máy nén ngừng hoạt động. Trong quá trình hoạt động bình thường, bảo vệ nhiệt vẫn đóng, cho phép dòng điện chạy tới động cơ máy nén. Khi động cơ hoạt động, nó sẽ tạo ra nhiệt mà bộ bảo vệ liên tục theo dõi. Nếu các điều kiện hoạt động khiến nhiệt độ tăng vượt quá mức bình thường, bộ phận nhạy cảm với nhiệt độ của bộ bảo vệ sẽ bắt đầu đạt đến điểm ngắt. Tốc độ tăng nhiệt độ phụ thuộc vào mức độ nghiêm trọng của sự cố gây ra quá nhiệt, với các vấn đề nghiêm trọng như mất hoàn toàn lượng chất làm lạnh hoặc tình trạng rôto bị khóa khiến nhiệt độ tăng nhanh.
Khi đạt đến nhiệt độ chuyến đi, các tiếp điểm của bộ bảo vệ sẽ mở ra, làm gián đoạn dòng điện đến động cơ máy nén. Việc mất điện đột ngột khiến máy nén ngừng chạy, loại bỏ sự sinh nhiệt từ hoạt động của động cơ và công việc nén. Quá trình tản nhiệt sau đó bắt đầu, với việc máy nén nguội dần thông qua dẫn truyền đến không khí và bề mặt xung quanh. Tốc độ làm mát thay đổi tùy theo nhiệt độ môi trường, kích thước máy nén và liệu quạt ngoài trời có tiếp tục hoạt động hay không. Đối với máy nén dân dụng thông thường ở điều kiện môi trường xung quanh vừa phải, việc làm nguội đến nhiệt độ cài đặt lại thường cần 5-15 phút, mặc dù khoảng thời gian này có thể dài hơn đáng kể ở nhiệt độ môi trường cao hoặc đối với máy nén thương mại lớn hơn.
| Loại bảo vệ | Nhiệt độ chuyến đi | Đặt lại nhiệt độ | Thời gian hạ nhiệt điển hình |
| Lưỡng kim nội bộ | 115-135°C | 85-105°C | 10-20 phút |
| Vỏ ngoài | 90-120°C | 65-90°C | 8-15 phút |
| Kết hợp quá tải nhiệt | 100-130°C | 70-95°C | 12-25 phút |
Bộ bảo vệ nhiệt kích hoạt để phản ứng với nhiệt độ máy nén tăng cao, nhưng các nguyên nhân cơ bản gây ra hiện tượng quá nhiệt rất khác nhau và cần có chẩn đoán có hệ thống để xác định và khắc phục. Lượng chất làm lạnh nạp thấp là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hiện tượng ngắt bảo vệ nhiệt, vì chất làm lạnh không đủ làm giảm khả năng làm mát động cơ máy nén và gây ra nhiệt độ xả cao hơn. Rò rỉ chất làm lạnh phát triển theo thời gian do ăn mòn, nứt do rung hoặc hỏng khớp nối, làm giảm dần lượng điện tích của hệ thống cho đến khi công suất làm mát giảm và nhiệt độ máy nén tăng. Kỹ thuật viên nên đo quá nhiệt và làm mát phụ để xác minh mức sạc phù hợp và sử dụng thiết bị phát hiện rò rỉ để xác định và sửa chữa rò rỉ trước khi sạc lại hệ thống.
Luồng khí bị hạn chế đi qua cuộn dây ngưng tụ khiến áp suất xả tăng lên, tăng công nén và sinh nhiệt đồng thời giảm khả năng thải nhiệt. Các hạn chế về luồng không khí phổ biến bao gồm cuộn dây bẩn phủ đầy bụi, phấn hoa hoặc mảnh vụn; quạt ngưng tụ bị hỏng do động cơ bị hỏng hoặc vòng bi bị kẹt; và không đủ khoảng trống xung quanh dàn nóng, ngăn cản sự thông gió thích hợp. Các sự cố về điện bao gồm mất cân bằng điện áp, hệ thống ba pha một pha hoặc kết nối dây bị xuống cấp tạo ra dòng điện quá mức và sinh nhiệt. Các sự cố cơ học như vòng bi bị hỏng, chất làm lạnh bị trượt do sạc hoặc lắp đặt không đúng cách hoặc hỏng van bên trong làm tăng tải và nhiệt độ động cơ, kích hoạt bảo vệ nhiệt.
Chẩn đoán có hệ thống giúp phân biệt giữa việc kích hoạt bộ bảo vệ nhiệt do các điều kiện quá nhiệt hợp lý và lỗi bộ bảo vệ gây ra vấp ngã khó chịu. Bắt đầu chẩn đoán bằng cách xác định xem máy nén có thực sự quá nóng hay bộ bảo vệ bị trục trặc. Sử dụng nhiệt kế hồng ngoại hoặc nhiệt kế tiếp xúc để đo nhiệt độ vỏ máy nén trong quá trình vận hành và ngay sau khi tắt máy. Nếu nhiệt độ đo được đạt đến hoặc vượt quá điểm ngắt thông thường (90-135°C tùy thuộc vào loại bộ bảo vệ) khi thiết bị ngắt, thì bộ bảo vệ đang hoạt động chính xác và chẩn đoán nên tập trung vào việc xác định nguyên nhân gây ra hiện tượng quá nhiệt. Ngược lại, nếu máy nén hoạt động ở nhiệt độ hoạt động bình thường dưới 80°C, bản thân bộ bảo vệ nhiệt có thể bị lỗi.
Đối với các hệ thống liên tục bật chế độ bảo vệ nhiệt, hãy theo dõi khoảng thời gian từ khi khởi động đến khi tắt. Thời gian chạy rất ngắn dưới một phút thường cho thấy các sự cố về điện như rôto bị khóa, một pha hoặc các sự cố điện áp nghiêm trọng hơn là tắt máy liên quan đến nhiệt độ. Thời gian chạy từ 5-15 phút trước khi tắt máy cho thấy thực tế quá nhiệt do chất làm lạnh, luồng không khí hoặc các vấn đề cơ học. Kiểm tra áp suất hệ thống trong quá trình vận hành, so sánh áp suất hút và áp suất xả với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất đối với điều kiện môi trường xung quanh. Áp suất hút thấp kết hợp với áp suất xả cao cho thấy hạn chế về chất làm lạnh, trong khi áp suất hút và xả cao cho thấy tình trạng nạp quá mức hoặc không ngưng tụ trong hệ thống.
Việc kiểm tra các thiết bị bảo vệ nhiệt đòi hỏi các phương pháp tiếp cận khác nhau đối với các thiết bị bên trong và bên ngoài. Có thể kiểm tra trực tiếp các bộ bảo vệ nhiệt bên ngoài bằng cách sử dụng ôm kế để kiểm tra tính liên tục trên các cực của bộ bảo vệ khi nguội. Bộ bảo vệ bên ngoài hoạt động bình thường có điện trở bằng 0 hoặc gần bằng 0 khi ở nhiệt độ phòng, biểu thị các tiếp điểm đóng. Nếu bộ bảo vệ có điện trở vô hạn khi nguội thì các điểm tiếp xúc sẽ bị kẹt mở và thiết bị đã bị hỏng. Để xác minh phản ứng nhiệt độ, hãy làm nóng cẩn thận bộ bảo vệ bằng súng nhiệt trong khi theo dõi điện trở, điện trở này sẽ chuyển sang vô hạn (hở mạch) ở nhiệt độ ngắt định mức. Việc kiểm tra này phải được thực hiện khi đã tháo bộ bảo vệ khỏi hệ thống để tránh làm hỏng các bộ phận xung quanh.
Không thể kiểm tra trực tiếp các bộ bảo vệ nhiệt bên trong nếu không mở máy nén, điều này không thực tế đối với các thiết bị kín. Thay vào đó, chẩn đoán dựa vào việc đo điện trở của máy nén giữa các thiết bị đầu cuối và quan sát hành vi vận hành. Máy nén có bộ bảo vệ bên trong mở sẽ có điện trở vô hạn giữa cực chung và cực chạy hoặc giữa cực chung và cực khởi động, tùy thuộc vào vị trí của bộ bảo vệ trong mạch. Dành thời gian làm mát thích hợp nếu máy nén mới chạy gần đây, vì bộ bảo vệ có thể chỉ ở trạng thái mở bình thường và chờ thiết lập lại. Nếu điện trở duy trì ở mức vô hạn sau 30 phút làm mát ở nhiệt độ môi trường vừa phải, bộ bảo vệ có thể bị kẹt mở hoặc cuộn dây động cơ có thể bị hỏng, cần phải thay thế máy nén.
Việc thay thế các bộ bảo vệ nhiệt bên ngoài rất đơn giản nhưng cần chú ý lắp đặt đúng cách để vận hành hiệu quả. Trước khi bắt đầu thay thế, hãy ngắt kết nối nguồn điện với bộ điều hòa không khí và xác minh xem không có điện áp bằng đồng hồ vạn năng. Xả hết năng lượng tích trữ trong tụ điện bằng cách nối tắt các cực bằng tuốc nơ vít cách điện. Tháo bộ bảo vệ nhiệt hiện có bằng cách ngắt kết nối các đầu dây và tháo phần cứng gắn cố định nó vào vỏ máy nén. Làm sạch kỹ bề mặt lắp đặt, loại bỏ keo tản nhiệt cũ, chất ăn mòn hoặc mảnh vụn có thể cản trở sự tiếp xúc nhiệt giữa bộ bảo vệ mới và vỏ máy nén.
Chọn một bộ bảo vệ nhiệt thay thế có thông số kỹ thuật phù hợp với thiết bị gốc, đặc biệt chú ý đến nhiệt độ chuyến đi, nhiệt độ đặt lại, định mức dòng điện và kiểu lắp đặt. Bôi một lớp mỏng keo dẫn nhiệt lên bề mặt tiếp xúc của bộ bảo vệ mới để đảm bảo truyền nhiệt hiệu quả từ vỏ máy nén. Gắn bộ bảo vệ chắc chắn vào máy nén, đặt nó ở cùng vị trí với thiết bị ban đầu. Hầu hết các nhà sản xuất đều chỉ định lắp đặt ở phần trên của thân máy nén, nơi có nhiệt độ cao nhất. Kết nối dây điện theo sơ đồ mạch điện, đảm bảo thước dây thích hợp cho định mức dòng điện và các kết nối đầu cuối an toàn không bị rung trong quá trình vận hành máy nén.
Bảo trì phòng ngừa làm giảm đáng kể việc kích hoạt bộ bảo vệ nhiệt bằng cách giải quyết các tình trạng cơ bản khiến máy nén quá nóng. Thực hiện lịch bảo trì thường xuyên bao gồm vệ sinh cuộn dây ngưng tụ hàng quý để duy trì khả năng thải nhiệt thích hợp. Làm sạch cuộn dây bằng các phương pháp thích hợp cho thiết kế cuộn dây cụ thể, với các cuộn dây dạng vây đáp ứng tốt với việc rửa nhẹ bằng nước và các giải pháp làm sạch cuộn dây đã được phê duyệt, trong khi cuộn dây vi kênh yêu cầu làm sạch cẩn thận hơn để tránh hư hỏng. Kiểm tra và làm sạch quạt ngưng tụ, xác minh hướng quay thích hợp, luồng khí thích hợp và không có mảnh vụn hoặc vật cản xung quanh dàn nóng.
Giám sát các thông số điện bao gồm điện áp khi ngắt kết nối trong quá trình vận hành máy nén, so sánh các phép đo với thông số kỹ thuật trên bảng tên. Điện áp phải duy trì trong khoảng ±10% điện áp định mức, với hệ thống ba pha hiển thị cân bằng điện áp trong khoảng 2% trên tất cả các pha. Kiểm tra mức rút hiện tại so với xếp hạng trên bảng tên, điều tra bất kỳ máy nén nào có cường độ dòng điện cao hơn đáng kể so với chỉ định. Xác minh lượng chất làm lạnh thích hợp hàng năm bằng cách đo quá nhiệt và làm mát phụ, chỉ điều chỉnh lượng nạp khi các phép đo nằm ngoài thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Giải quyết mọi rò rỉ chất làm lạnh ngay lập tức thay vì chỉ bổ sung điện, vì hiện tượng quá nhiệt lặp đi lặp lại do mức sạc thấp làm giảm đáng kể tuổi thọ của máy nén ngay cả khi tính năng bảo vệ nhiệt ngăn ngừa hỏng hóc ngay lập tức.
Mặc dù bộ bảo vệ nhiệt cung cấp khả năng bảo vệ cần thiết chống lại sự cố nghiêm trọng của máy nén nhưng chúng có những hạn chế mà người dùng và kỹ thuật viên nên hiểu. Các thiết bị bảo vệ nhiệt phản ứng với nhiệt độ chứ không phải các nguyên nhân cơ bản gây ra hiện tượng quá nhiệt, nghĩa là chúng xử lý các triệu chứng hơn là các vấn đề. Một hệ thống liên tục chạy theo chế độ bảo vệ nhiệt sẽ tiếp tục gặp phải tình trạng gây ra hiện tượng quá nhiệt, gây ra hư hỏng tích lũy theo mỗi chu kỳ mặc dù bộ bảo vệ ngăn chặn được sự cố ngay lập tức. Hoạt động kéo dài trong điều kiện cận biên này làm suy giảm khả năng cách nhiệt của động cơ, bề mặt ổ trục và chất lượng dầu làm lạnh, cuối cùng dẫn đến hỏng máy nén mặc dù có chức năng bảo vệ nhiệt.
Bộ bảo vệ nhiệt cũng không thể bảo vệ chống lại tất cả các chế độ hỏng hóc ảnh hưởng đến máy nén. Các hư hỏng cơ học đột ngột như gãy thanh kết nối, tấm van bị vỡ hoặc kẹt vòng bi thảm khốc xảy ra quá nhanh khiến bộ phận bảo vệ nhiệt không thể ngăn ngừa hư hỏng. Các hư hỏng dần dần bao gồm rò rỉ chất làm lạnh chậm có thể hoạt động dưới điểm dừng bảo vệ nhiệt trong khi vẫn gây ra hiệu suất làm mát không đủ và khiến khách hàng không hài lòng. Hiểu được những hạn chế này sẽ củng cố tầm quan trọng của việc giải quyết các nguyên nhân gốc rễ của việc kích hoạt bộ bảo vệ nhiệt thay vì xem bộ bảo vệ như một giải pháp lâu dài cho các vấn đề vận hành đang diễn ra. Khi bộ bảo vệ nhiệt hoạt động, nó báo hiệu một vấn đề cần được điều tra và khắc phục chứ không chỉ đơn giản là sự bất tiện tạm thời có thể chấp nhận được.
Các hệ thống HVAC hiện đại ngày càng kết hợp các công nghệ bảo vệ nhiệt tiên tiến mang lại khả năng giám sát và bảo vệ tinh vi hơn so với các thiết bị bảo vệ lưỡng kim truyền thống. Mô-đun bảo vệ nhiệt điện tử sử dụng cảm biến nhiệt điện trở và chuyển mạch trạng thái rắn để cung cấp khả năng giám sát nhiệt độ chính xác hơn và thời gian phản hồi nhanh hơn. Các thiết bị này có thể được tích hợp với các điều khiển hệ thống để cung cấp thông tin chẩn đoán, theo dõi xu hướng vận hành và phân biệt giữa chu kỳ nhiệt thông thường và các vấn đề đang phát triển cần được chú ý bảo trì. Một số hệ thống dân dụng cao cấp và hầu hết các hệ thống lắp đặt thương mại hiện nay bao gồm các mô-đun bảo vệ máy nén giám sát nhiều thông số bao gồm nhiệt độ, dòng điện, điện áp và chu kỳ vận hành để bảo vệ động cơ toàn diện.
Hệ thống máy nén có tốc độ thay đổi sử dụng các thuật toán bảo vệ động cơ phức tạp được tích hợp vào bộ truyền động biến tần liên tục theo dõi nhiệt độ, dòng điện và tốc độ của động cơ để tối ưu hóa khả năng bảo vệ đồng thời tối đa hóa tính linh hoạt khi vận hành. Các hệ thống này có thể giảm tốc độ máy nén khi đạt đến giới hạn nhiệt thay vì tắt hoàn toàn, duy trì một số công suất làm mát đồng thời ngăn ngừa hư hỏng. Bộ điều nhiệt thông minh và hệ thống quản lý tòa nhà ngày càng kết hợp giám sát bảo vệ nhiệt, cảnh báo người dùng hoặc nhà cung cấp dịch vụ về các sự cố nhiệt lặp đi lặp lại cho thấy các vấn đề đang phát triển cần có sự quan tâm của chuyên gia. Khi công nghệ HVAC tiếp tục phát triển, các hệ thống bảo vệ nhiệt sẽ trở nên tích hợp, thông minh và chủ động hơn, chuyển từ bảo vệ phản ứng đơn giản sang khả năng bảo trì dự đoán nhằm ngăn ngừa sự cố trước khi chúng gây gián đoạn dịch vụ.