夏世銅，高元明，葛 蕾，康 娜

（沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司，遼寧沈陽 110869）

1 引言

船用空壓機是船舶壓縮空氣系統(tǒng)的重要設(shè)備，主要用來產(chǎn)生和提供一定壓力的高壓空氣，為發(fā)電機和主機的啟動、廢物吹除以及其它需要壓縮空氣的設(shè)備提供所需的高壓空氣。

某型船用空壓機在啟動過程中，給空壓機供電的配電板斷路器發(fā)生跳閘現(xiàn)象，雖然通過調(diào)整斷路器的整定值，解決了空壓機啟動過程中斷路器發(fā)生跳閘的問題，但在處理該問題的過程中發(fā)現(xiàn)，空壓機星三角啟動切換時存在啟動瞬時峰值電流。該瞬時峰值電流，會對電網(wǎng)造成較大沖擊，存在影響其它用電設(shè)備正常工作的風(fēng)險。本文對星三角啟動瞬時峰值電流進行了分析，通過優(yōu)化電控箱的控制原理、使用示波器進行優(yōu)化后的試驗驗證，提出了一種抑制船用空壓機啟動瞬時峰值電流的方法。

2 現(xiàn)象分析

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

船用空壓機電控箱主要功能是負責(zé)設(shè)備的啟動和停車，并集成了自動控制、故障報警、潤滑油自動加熱、電機驅(qū)潮和異地操作等功能。其主要的技術(shù)參數(shù)如表1。

2.2 電控箱啟動原理

空壓機采用三相異步電機驅(qū)動，其啟動方式為星三角降壓啟動。電氣原理圖如圖1所示。

合上電源開關(guān)1QF后，按下SB1按鈕，中間繼電器4KA得電，其常開觸點閉合，使接觸器3KM和1KM得電吸合，電機進入Y啟動狀態(tài)。星型啟動7～8 s后，接觸器3KM斷電，接觸器2KM得電吸合，電機進入△運行狀態(tài)。在緊急情況下需按急停按鈕JT1，主電源開關(guān)1QF脫開，空壓機斷電停機。

2.3 啟動峰值電流的現(xiàn)象分析

通過查閱星三角降壓啟動的相關(guān)資料，在星形啟動向三角運行轉(zhuǎn)換的瞬間，出現(xiàn)瞬時峰值電流的現(xiàn)象的原因是：星啟動完成后，電機的定子繞組從電源完全斷開，電機的轉(zhuǎn)子為閉合的回路，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，并在電機的定子繞組上感應(yīng)出感應(yīng)電動勢；當(dāng)電機切換到三角型運行瞬間，上述感應(yīng)電動勢與電源電壓會相疊加，當(dāng)兩者相位差為180°時，就會產(chǎn)生9～10倍額定電流的瞬時峰值電流。

表1 空壓機電控箱主要技術(shù)參數(shù)

圖1 電氣原理圖（星三角啟動部分原理圖）

3 試驗測試

根據(jù)電控箱接線圖將電控箱和空壓機、主電源連接，進行試驗前試驗狀態(tài)檢查。確保氣體流程、冷卻水流程、潤滑油流程、通電及盤車檢查等試驗狀態(tài)皆滿足空壓機啟動要求后，將羅氏線圈同DL750型示波器、主電源電纜相聯(lián)，開始進行空壓機啟動峰值電流的測試。共進行了10組數(shù)據(jù)采集，峰值電流記錄如表2所示。

通過上述數(shù)據(jù)可以看出，試驗中出項的最大啟動峰值電流為1586A（第3組數(shù)據(jù)），為額定工作電流（170A）的9.3倍，其電流波形圖如圖2所示。

4 電控箱優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)啟動峰值電流的現(xiàn)象分析，在星三角切換時接入一組三相電阻，以消耗定子繞組上感應(yīng)出的電動勢，就可以降低啟動瞬時峰值電流；再對電氣原理圖中的控制元件進行相應(yīng)的調(diào)整，精確計算出電阻的阻值、功率。優(yōu)化設(shè)計后的電氣原理圖，如圖3所示。

表2 電控箱啟動峰值電流表

圖2 電流波形圖

優(yōu)化后邏輯啟動順序為：

（1）Y啟動：3KM、1KM依次吸合，相應(yīng)的觸點動作，電動機以Y方式連接啟動。

（2）第一次轉(zhuǎn)換：當(dāng)電機Y 啟動10 s 后，1KM、3KM和5KM吸合，電動機線圈仍然以Y方式連接，但每相線圈都并聯(lián)了過渡電阻，如圖4所示。

（3）第二次轉(zhuǎn)換：當(dāng)?shù)谝淮无D(zhuǎn)換后0.25 s，1KM和5KM吸合，3KM釋放，電動機線圈以△方式連接，但每相線圈都串聯(lián)了過渡電阻。

（4）△運行；當(dāng)?shù)诙无D(zhuǎn)換后0.25 s左右后，1KM和2KM吸合，5KM釋放，電動機以△方式運行。

圖3 優(yōu)化后電氣原理圖

4.1 電阻阻值的計算

在第一次轉(zhuǎn)換后（圖4），過渡電阻與電機線圈并聯(lián)Y接法，承受的電壓為相電壓U相；在第二次轉(zhuǎn)換后（圖4），過渡電阻與電機線圈串聯(lián)△接法，共同承受的電壓為線電壓U線，此時，電機線圈上的分壓仍維持相電壓U相，而電機為感性負載，電壓超前電流90°；過渡電阻為阻性負載，電壓與電流同相，所以線圈電壓UL、電阻電壓UR與U線矢量和為

所以，過渡電阻的阻值為R=0.816U/I（I為△切換時的電流值）；根據(jù)多次現(xiàn)場不同的阻值與電流值試驗，當(dāng)I取900A左右時，電流比較穩(wěn)定。經(jīng)計算，R的阻值取0.35 Ω左右。

4.2 電阻功率的選取

過渡電阻R1、R2和R3只在第一次轉(zhuǎn)換（時間0.25 s左右）和第二次轉(zhuǎn)換（時間0.25 s左右）過程這個較短的一段時間流過電流并發(fā)熱，其余時間是不通電的，空壓機的啟動間隔時間為3 min。所以流過電阻的總功率為

轉(zhuǎn)換成電阻功率：p=W/T=106464/180=591（W），實際選取的電阻功率為600 W。

5 優(yōu)化后電控箱電流測試

通過采用示波器，對優(yōu)化后空壓機的啟動峰值電流進行測試，共進行了10組數(shù)據(jù)采集，峰值電流的整理，如表3所示。

圖4 過渡電阻的并串聯(lián)

從上述試驗數(shù)據(jù)可以得出，優(yōu)化后的最大啟動峰值電流為940A（第1組數(shù)據(jù)），為額定工作電流（170A）的5.5倍，其電流波形圖如圖5所示。

表3 優(yōu)化后電控箱啟動峰值電流表

圖5 優(yōu)化后電流波形圖

通過優(yōu)化前后電流的測試，最大啟動峰值電流由1586A降到940A，額定啟動電流倍數(shù)由9.3降至5.5，啟動瞬時峰值電流可以控制在1000A以下，降幅明顯。

6 結(jié)語

綜上所述，在空壓機啟動星三角轉(zhuǎn)換瞬間接入一組三相電阻，以消耗定子繞組上的感應(yīng)電動勢；并通過調(diào)整控制元件的邏輯關(guān)系、優(yōu)化轉(zhuǎn)換的時間、精確計算電阻阻值和功率，最終達到抑制啟動瞬時峰值電流。本文所述的優(yōu)化設(shè)計，已在多臺船用空壓機電控箱上改進應(yīng)用，有效地抑制了峰值電流對電網(wǎng)的沖擊，實際運行可靠穩(wěn)定。