軟啟動器用于熱泵熱水機(jī)降低管路啟動應(yīng)力的研究

杜成志（廣東美的暖通設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311）

引言：軟啟動工作原理及運(yùn)行特點(diǎn)：異步電機(jī)啟動性能主要依靠兩個指標(biāo)，啟動電流倍數(shù)和啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，軟啟動器就是在電動機(jī)啟動時通過改變加在電機(jī)上的電源電壓，以減小啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的軟啟。軟啟動的限流特性可有效限制沖擊電流，避免不必要的沖擊力以及對配電網(wǎng)絡(luò)的電流沖擊，有效地減少線路刀閘和接觸器的錯誤觸發(fā)動作;對頻繁啟停的電動機(jī)，可有效控制電動機(jī)的溫度，大大延長電動機(jī)的壽命。

熱泵系統(tǒng)管路斷裂的主要原因是管路的振動應(yīng)力過大[1]。而熱泵系統(tǒng)管路的振動主要是壓縮機(jī)排氣管和吸氣管的振動，這是由于受到壓縮機(jī)的激振和冷媒的流動而處于受迫振動狀態(tài)，長期疲勞就會導(dǎo)致管路斷裂[2]。如果一款商用熱泵熱水機(jī)組啟動時壓縮機(jī)振動較大，則會導(dǎo)致排氣管應(yīng)力超標(biāo)嚴(yán)重，長期使用的話，容易疲勞斷裂。通過對三相異步交流電機(jī)啟動方式的了解，得出壓縮機(jī)直接啟動時，由于初始轉(zhuǎn)矩大，瞬間啟動不平衡導(dǎo)致壓縮機(jī)振動大。為使壓縮機(jī)啟動平穩(wěn)，一般采用降壓啟動，三相異步電機(jī)降壓啟動的方法有以下幾種：定子電路串電阻 (或電抗 ) 降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動、Y- △降壓啟動、軟啟動器等[3]，本文綜合考慮選用軟啟動器進(jìn)行研究，研究壓縮機(jī)直接啟動和軟啟動器降壓啟動以及軟啟動器不同設(shè)置對管路應(yīng)力的影響。本論文所研究的熱泵熱水機(jī)組采用丹佛斯壓縮機(jī)PSН026A4ALC，電源形式為 380V～50 Нz。軟啟動器采用ABB 廠家，型號為 PSR30-600-70，啟動時間設(shè)定范圍為 1～20s，初始電壓設(shè)定范圍 Uini=40%～70%。

一、實(shí)驗(yàn)方法

在相同管路結(jié)構(gòu)的同一臺機(jī)組上，要通過接線來改變壓縮機(jī)的啟動方式，在直接啟動壓縮機(jī)電氣圖和使用軟啟動器的壓縮機(jī)電氣圖中。分別在排氣管和吸氣管折彎處布置軸向和切向電阻應(yīng)變儀，測試機(jī)組排氣管和吸氣管管路應(yīng)力，電阻應(yīng)變儀是將電阻片感受到應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化，再把電阻變化通過 1/4 橋路和放大器轉(zhuǎn)為電壓變化，并顯示出來。

分別測試 342 V、380 V、415 V、457 V 電源電壓下，直接啟動和使用軟啟動器啟動時排氣管和吸氣管應(yīng)變值，分別測試3次開機(jī)，應(yīng)變值取3次開機(jī)的平均值。通過胡克定律可以得出應(yīng)力值。胡克定律σ=E×ε，其中σ為應(yīng)力，E為銅管的彈性模量，ε為應(yīng)變。[4]

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一）有無軟啟動器啟動對機(jī)組管路應(yīng)變的影響

機(jī)組在不同電源電壓直接啟動時，排氣管和吸氣管應(yīng)變值可查看相關(guān)數(shù)據(jù)。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求機(jī)組在 342V、380V、415 V 電壓下開機(jī)應(yīng)變平均值不能大于 300με，從數(shù)據(jù)來看，排氣管一內(nèi)彎軸向、排氣管二內(nèi)彎軸向、排氣管三內(nèi)彎軸向應(yīng)力超標(biāo)嚴(yán)重，不滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。軟啟動器設(shè)置為：啟動時間設(shè)定為 15s，初始電壓為 70%，查看數(shù)據(jù)可知機(jī)組在不同電源電壓使用軟啟動器啟動時，排氣管和吸氣管應(yīng)變值未超過300，只有排氣管二內(nèi)彎軸向在 457V 非標(biāo)準(zhǔn)電壓下超過300，其對比有無軟啟動器排氣管應(yīng)變值，對比得出，使用軟啟動開機(jī)排氣管應(yīng)力值很低，在 415V 電壓以下， 使用軟啟動器開機(jī)應(yīng)變值為未使用軟啟動器開機(jī)應(yīng)變值的一半以下，并且在測試標(biāo)準(zhǔn)電壓下，應(yīng)變值均未超過300με，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，效果非常明顯。

（二）軟啟動器不同設(shè)置對管路應(yīng)變的影響

通過調(diào)整軟啟動器啟動時間與初始電壓，分析不同設(shè)置對管路應(yīng)變的影響。軟啟動器啟動時間分別設(shè)置為10s、15s、20s，初始電壓設(shè)定為40%、55%、70%，電源電壓為 380 V，分別測試啟動時排氣管二彎軸向、排氣管三彎軸向應(yīng)變值（詳細(xì)數(shù)據(jù)可查），從數(shù)據(jù)可以看出，隨著初始電壓的升高，管路應(yīng)變值會降低，說明初始電壓不是越低越好；相同的初始電壓，不同的啟動時間，對管路應(yīng)變值影響較小，特別是在初始電壓在55 %～70 % 中。

軟啟動器設(shè)置為：啟動時間設(shè)定為15s，初始電壓為 70%，機(jī)組在不同電源電壓使用軟啟動器啟動時，排氣管和吸氣管應(yīng)變值不超過300，只有排氣管二內(nèi)彎軸向在 457 V 非標(biāo)準(zhǔn)電壓下超過300，其對比有無軟啟動器排氣管應(yīng)變值對比得出， 使用軟啟動開機(jī)排氣管應(yīng)力值很低，在 415V 電壓以下， 使用軟啟動器開機(jī)應(yīng)變值為未使用軟啟動器開機(jī)應(yīng)變值的一半以下，并且在測試標(biāo)準(zhǔn)電壓下，應(yīng)變值均未超過300με，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，效果非常明顯。

（三）軟啟動器不同設(shè)置對管路應(yīng)變的影響

通過調(diào)整軟啟動器啟動時間與初始電壓，分析不同設(shè)置對管路應(yīng)變的影響。軟啟動器啟動時間分別設(shè)置為10s、15s、20s，初始電壓設(shè)定為 40%、55%、70%， 電源電壓為 380 V，分別測試啟動時排氣管二彎軸向、排氣管三彎軸向應(yīng)變值（詳細(xì)數(shù)據(jù)可查），從數(shù)據(jù)可以看出，隨著初始電壓的升高，管路應(yīng)變值會降低，說明初始電壓不是越低越好；相同的初始電壓，不同的啟動時間，對管路應(yīng)變值影響較小，特別是在初始電壓在55%～70 % 中。

總結(jié)：定頻機(jī)組使用軟啟動器啟動能夠明顯降低開機(jī)時排氣管、吸氣管的應(yīng)變值；隨著軟啟動器的初始電壓的升高，管路應(yīng)變值會降低，說明初始電壓不是越低越好；相同的初始電壓，不同的啟動時間，對管路應(yīng)變值影響較小，特別是在初始電壓在55%～70% 中。