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浅析大功率压缩机软启动的电路设计

浅析大功率压缩机软启动的电路设计
   压缩机在电路设计中,小功率的电机可以使用直接启动方式,因为启动瞬间电流小,一般不会对电网造成冲击。假如是比较大功率的电机,启动瞬间的电流是正常运转电流的4到7倍,很大的瞬间电流将会给整个供配电系统造成冲击,严重情况下可能会造成配电室高低压断路开关跳闸,从而引发全公司范围内停电事故,对正常的生产和生活带来影响。为此,对于大功率压缩机如何降低启动电流是压缩机电路设计中必须重视的一个问题。
 
  一、大功率压缩机电机区分点
 
  一般压缩机功率在7.5kW以下都允许直接启动,但是对于大型压缩机,就不允许直接启动。如果额定电流是100A,那么在启动的瞬间电流可以达到好几百安,这么大的电流对电网的冲击非常大,会影响同一电网所带其他负载的正常工作,这种情况我们经常可以看到。
 
  电机的负载转功率计算
 
浅析大功率压缩机软启动的电路设计
浅析大功率压缩机软启动的电路设计
 
  二、大功率压缩机电机软启动定义
 
  在考虑这个问题的时候,我们首先来了解下什么是交流电机软起动?通过增加附加装置,减小对电机本身和电网的应力冲击,使电动机在从零升速至额定转速的起动过程更加平稳,这个过程叫电机软起动。这种附加装置叫电机软起动器。注意:这里所说的电机均指交流电机。
 
  软起动是相对直接起动而言的。从某种角度来讲,如果忽略直接起动对电机和负载的影响,只要电网容量足够大,任何电机都可以直接起动。那为什么还要用软起动器?
 
  1、电网容量不是无限的
 
  当电动机直接起动时,起动电流为正常工作的5-7倍,此电流作用在有限容量电网的阻抗上就会产生压降,电网电压降低到一定程度就会影响电网上其他设备的正常工作。要解决此问题,一个办法是加大电网容量,但是电网容量的加大需要增加变压器容量、线路容量,致使费用大大提高。在起动结束,电机正常运行时,电网的容量得不到充分的利用,同时加大的变压器空载损耗也大大增加了,这白白浪费了很多电能。所以,当改造项目需要对电网扩容,而原设计电网容量无法改变时,或新项目考虑到增加电网容量的成本,就要采用另一个办法,即加装软起动器。
 
  2、过大的起动电流和软起动转矩造成的危害
 
  普通异步电动机直接起动电流达到额定电流5-7倍,起动转矩能达到额定转矩的1.25倍以上。它在电网条件(电机启动时的电网压降小于10%)和工艺条件(启动转矩满足)允许的情况下,可以直接起动。但过大的启动电流会给电机和电网造成很大的危害。
 
  当电机启动电流达到额定电流的6-7倍时,线圈发热量是电机正常运行时的36-49倍。过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力,会产生很大的破坏力,缩短定子线圈和转子铜条(特别是转子常利用趋肤效应现象,降低启动电流,转子铜条在启动时,表面的温度达到350℃以上)的使用寿命。
 
  解释:何谓趋肤效应?当导体中有交流电或者交变电磁场时,导体内部的电流分布不均匀,电流集中在导体的“皮肤”部分,也就是说电流集中在导体外表的薄层。越靠近导体表面,电流密度越大,导线内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加,使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应,所以从保护电机的角度也应当使用软起动器。
 
  3、过大的启动电流对生产和生活造成的影响
 
  某一大型负载启动的瞬间灯泡会变暗,我们在家有时候也会遇到这种情况,比如开电视机的时候,灯泡有时候会突然间暗一下。同样,负载的启动电流太大,对电机绕组的绝缘也极为不利。所以对于大型压缩机一般都要实行软启动。软启动器给电动机的电压,从0逐渐到额定电压,它的启动过程更为平滑,启动效果更好,对电网冲击和对绕组的伤害也是最小的,要优于自耦变压器降压启动。
 
  三、大功率压缩机软启动电路设计原则
 
  1.软启动器的带载能力设计
 
  软启动器的带载能力主要指过载能力。由于实际工作制的不同,软启动器实际带载情况也不同。例如,在起动过程中一般将承受2-4倍的额定电流,时间通常在60S以内,因此,对于长期工作制来说,软起动器在起动过程中实际属于短时过载工作;而对于重复短时工作制来说,软启动器在起动过程中属于长时过载工作。由于电力半导体器件(晶闸管)的热容量很小,因此装置的过载能力主要决定于电力导体器件的过载能力和软起动器的散热能力。
 
  软起动器的过载能力,一般是按以下原则设计:
 
  (1)持续时间超过15min的过载,一般按连续负载条件设计。
 
  (2)持续时间不超过15min的过载,根据晶闸管器件的瞬态热阻抗曲线核算器件结温的方法来计算器件的过载能力并选择器件。
 
  因此,在选择软起动器时,应查阅其相关说明,明确其产品所适用的额定工作制和适用的相关标准,以此来确定其产品实际带载能力。
 
  注意:一般来说,晶闸管容量越大,散热器尺寸越大,散热风机越大,则相应软启动器的带载能力越强。当然,相应设备的体积、成本越高。对于电力电子设备,同等容量下,决不是体积越小越好,这一点应当引起注意。
 
  2.对软启动器应用中一些错误的认识
 
  (1)认为电动机是否能起动成功和软起动器的性能有关,较重负载情况下应选好的品牌、甚至国外的品牌;
 
  (2)当出现电动机不能将负载起动起来的情况时,认为是软起动器的容量不够,应当增大软启动器的容量;
 
  (3)认为某种起动方式特别适合“重载”起动;
 
  (4)认为起动电流越小,电网降压越少的软起动器性能越好。
浅析大功率压缩机软启动的电路设计
 
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