盧大杰

（阿特拉斯·科普柯（無錫）壓縮機(jī)有限公司）

空壓機(jī)的電機(jī)功率從十幾到幾千千瓦不等，電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和機(jī)頭負(fù)載也千差萬別，根據(jù)其電網(wǎng)特性用戶對(duì)啟動(dòng)方式的要求也不相同。 如果電機(jī)不能在規(guī)定時(shí)間達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，不僅會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過熱而影響電機(jī)的性能和壽命，還會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成影響。 因此，準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，對(duì)于電機(jī)選型、 電機(jī)和設(shè)備的安全使用等都非常重要。

盡管目前電機(jī)生產(chǎn)廠家都設(shè)計(jì)由計(jì)算軟件計(jì)算電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，但電機(jī)廠家對(duì)負(fù)載特性的把握有可能不夠準(zhǔn)確，很多工程技術(shù)人員并不理解電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的計(jì)算原理，為了使電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確，就需要做進(jìn)一步的分析驗(yàn)證。 文獻(xiàn)［1，2］對(duì)電機(jī)軟啟動(dòng)做了介紹，但是未見對(duì)不同啟動(dòng)方式下電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間更為全面的研究報(bào)道。 為此， 筆者將全面闡述應(yīng)用于空壓機(jī)3種不同啟動(dòng)方式下電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)時(shí)間的計(jì)算方法與經(jīng)驗(yàn)。

1 不同啟動(dòng)方式下電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的變化

1.1 直接啟動(dòng)

ABB 品牌630 kW 電機(jī)在100%、90%、80%額定電壓下的電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩如圖1 所示，可以看出， 不同啟動(dòng)電壓對(duì)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響較大。因此，如果不考慮電壓變化因素將導(dǎo)致電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算錯(cuò)誤，進(jìn)而造成電機(jī)選型錯(cuò)誤。

圖1 不同電壓下的電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

1.2 星-三角降壓?jiǎn)?dòng)

對(duì)于大、中功率電機(jī)，若直接啟動(dòng)會(huì)造成線路壓降過大，因此一般不允許直接啟動(dòng)，必須采用降壓?jiǎn)?dòng)?？諌簷C(jī)常規(guī)降壓?jiǎn)?dòng)方式之一為星-三角降壓?jiǎn)?dòng)。理論上星-三角降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減會(huì)小到直接啟動(dòng)的1/3，但實(shí)際上該方式下的電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定電壓下電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/4～1/3（系數(shù)），相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 星-三角降壓?jiǎn)?dòng)方式下的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算結(jié)果

1.3 限電流軟啟動(dòng)

限電流軟啟動(dòng)是給予一定的限電流系數(shù)，電機(jī)在啟動(dòng)過程中，按限電流控制方式輸出電壓，電流大小通常限定在額定電流的2～4 倍［4］。在限電流軟啟動(dòng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)矩與限電流倍數(shù)有如下關(guān)系：

不同啟動(dòng)倍數(shù)下的電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩如圖2 所示，可以看出，軟啟動(dòng)初始轉(zhuǎn)矩較小，啟動(dòng)過程中的沖擊轉(zhuǎn)矩也較小，降低了電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備沖擊和破壞風(fēng)險(xiǎn)。 但要達(dá)到相同的啟動(dòng)效果，對(duì)電機(jī)性能的要求也會(huì)更高。

圖2 不同啟動(dòng)倍數(shù)下的電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩

2 不同啟動(dòng)方式下電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的計(jì)算

從開始啟動(dòng)至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間t 的計(jì)算式為：

式中 TL（i）——第i 區(qū)段的平均負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N·m；

Tm′（i） ——第i 區(qū)段的平均電機(jī)轉(zhuǎn)矩，N·m；

Δni——電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中第i 區(qū)段與第i-1 區(qū)段的轉(zhuǎn)速差。

根據(jù)以上計(jì)算思路，可編制計(jì)算工具，以方便工程技術(shù)人員使用。 以Atlas ZH630 離心式壓縮機(jī)為例，不同啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)時(shí)間見表2?？梢钥闯觯?不同啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)時(shí)間完全不同，有的甚至無法啟動(dòng)。 啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)則會(huì)造成電機(jī)過熱等問題，通常要求離心機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間小于20 s， 雖然此電機(jī)采用直接啟動(dòng)方式時(shí)間最短，但是如果客戶電網(wǎng)難以承受8.7 倍的啟動(dòng)電流，還是建議采用星-三角降壓?jiǎn)?dòng)或限電流軟啟動(dòng)方式。

表2 不同啟動(dòng)方式下的啟動(dòng)時(shí)間計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)束語

分析不同電機(jī)啟動(dòng)方式對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響，理解電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間的計(jì)算原理，為電機(jī)選型和啟動(dòng)方式的選擇提供參考，優(yōu)化空壓機(jī)設(shè)計(jì)，為設(shè)備的安全有效運(yùn)行提供保障。