電機啟動方式對啟動轉矩和啟動時間影響的分析計算

盧大杰

（阿特拉斯·科普柯（無錫）壓縮機有限公司）

空壓機的電機功率從十幾到幾千千瓦不等，電機啟動轉矩和機頭負載也千差萬別，根據其電網特性用戶對啟動方式的要求也不相同。 如果電機不能在規定時間達到額定轉速，不僅會導致電機過熱而影響電機的性能和壽命，還會對電力系統造成影響。 因此，準確計算電機啟動時間，對于電機選型、 電機和設備的安全使用等都非常重要。

盡管目前電機生產廠家都設計由計算軟件計算電機啟動時間，但電機廠家對負載特性的把握有可能不夠準確，很多工程技術人員并不理解電機啟動時間的計算原理，為了使電機啟動時間的計算結果更為準確，就需要做進一步的分析驗證。 文獻［1，2］對電機軟啟動做了介紹，但是未見對不同啟動方式下電機啟動時間更為全面的研究報道。 為此， 筆者將全面闡述應用于空壓機3種不同啟動方式下電機啟動轉矩和啟動時間的計算方法與經驗。

1 不同啟動方式下電機啟動轉矩的變化

1.1 直接啟動

ABB 品牌630 kW 電機在100%、90%、80%額定電壓下的電機啟動轉矩如圖1 所示，可以看出， 不同啟動電壓對電機啟動轉矩的影響較大。因此，如果不考慮電壓變化因素將導致電機啟動時間計算錯誤，進而造成電機選型錯誤。

圖1 不同電壓下的電機啟動轉矩

1.2 星-三角降壓啟動

對于大、中功率電機，若直接啟動會造成線路壓降過大，因此一般不允許直接啟動，必須采用降壓啟動?？諌簷C常規降壓啟動方式之一為星-三角降壓啟動。理論上星-三角降壓啟動時電機的啟動轉矩減會小到直接啟動的1/3，但實際上該方式下的電機啟動轉矩是額定電壓下電機啟動轉矩的1/4～1/3（系數），相應的計算結果見表1。

表1 星-三角降壓啟動方式下的啟動轉矩計算結果

1.3 限電流軟啟動

限電流軟啟動是給予一定的限電流系數，電機在啟動過程中，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］。在限電流軟啟動中，電機轉矩與限電流倍數有如下關系：

不同啟動倍數下的電機啟動轉矩如圖2 所示，可以看出，軟啟動初始轉矩較小，啟動過程中的沖擊轉矩也較小，降低了電網和機械設備沖擊和破壞風險。 但要達到相同的啟動效果，對電機性能的要求也會更高。

圖2 不同啟動倍數下的電機啟動轉矩

2 不同啟動方式下電機啟動時間的計算

從開始啟動至達到額定轉速的時間t 的計算式為：

式中 TL（i）——第i 區段的平均負載轉矩，N·m；

Tm′（i） ——第i 區段的平均電機轉矩，N·m；

Δni——電機轉動過程中第i 區段與第i-1 區段的轉速差。

根據以上計算思路，可編制計算工具，以方便工程技術人員使用。 以Atlas ZH630 離心式壓縮機為例，不同啟動方式下的啟動時間見表2。可以看出， 不同啟動方式下的啟動時間完全不同，有的甚至無法啟動。 啟動時間過長則會造成電機過熱等問題，通常要求離心機的啟動時間小于20 s， 雖然此電機采用直接啟動方式時間最短，但是如果客戶電網難以承受8.7 倍的啟動電流，還是建議采用星-三角降壓啟動或限電流軟啟動方式。

表2 不同啟動方式下的啟動時間計算結果

3 結束語

分析不同電機啟動方式對啟動轉矩的影響，理解電機啟動時間的計算原理，為電機選型和啟動方式的選擇提供參考，優化空壓機設計，為設備的安全有效運行提供保障。