軟啟動器用于熱泵熱水機降低管路啟動應力的研究

杜成志（廣東美的暖通設備有限公司，廣東 佛山 528311）

引言：軟啟動工作原理及運行特點：異步電機啟動性能主要依靠兩個指標，啟動電流倍數和啟動轉矩倍數，軟啟動器就是在電動機啟動時通過改變加在電機上的電源電壓，以減小啟動電流和啟動轉矩來實現電動機的軟啟。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絡的電流沖擊，有效地減少線路刀閘和接觸器的錯誤觸發動作;對頻繁啟停的電動機，可有效控制電動機的溫度，大大延長電動機的壽命。

熱泵系統管路斷裂的主要原因是管路的振動應力過大[1]。而熱泵系統管路的振動主要是壓縮機排氣管和吸氣管的振動，這是由于受到壓縮機的激振和冷媒的流動而處于受迫振動狀態，長期疲勞就會導致管路斷裂[2]。如果一款商用熱泵熱水機組啟動時壓縮機振動較大，則會導致排氣管應力超標嚴重，長期使用的話，容易疲勞斷裂。通過對三相異步交流電機啟動方式的了解，得出壓縮機直接啟動時，由于初始轉矩大，瞬間啟動不平衡導致壓縮機振動大。為使壓縮機啟動平穩，一般采用降壓啟動，三相異步電機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行研究，研究壓縮機直接啟動和軟啟動器降壓啟動以及軟啟動器不同設置對管路應力的影響。本論文所研究的熱泵熱水機組采用丹佛斯壓縮機PSН026A4ALC，電源形式為 380V～50 Нz。軟啟動器采用ABB 廠家，型號為 PSR30-600-70，啟動時間設定范圍為 1～20s，初始電壓設定范圍 Uini=40%～70%。

一、實驗方法

在相同管路結構的同一臺機組上，要通過接線來改變壓縮機的啟動方式，在直接啟動壓縮機電氣圖和使用軟啟動器的壓縮機電氣圖中。分別在排氣管和吸氣管折彎處布置軸向和切向電阻應變儀，測試機組排氣管和吸氣管管路應力，電阻應變儀是將電阻片感受到應變轉化為電阻變化，再把電阻變化通過 1/4 橋路和放大器轉為電壓變化，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變值，分別測試3次開機，應變值取3次開機的平均值。通過胡克定律可以得出應力值。胡克定律σ=E×ε，其中σ為應力，E為銅管的彈性模量，ε為應變。[4]

二、實驗結果

（一）有無軟啟動器啟動對機組管路應變的影響

機組在不同電源電壓直接啟動時，排氣管和吸氣管應變值可查看相關數據。企業標準要求機組在 342V、380V、415 V 電壓下開機應變平均值不能大于 300με，從數據來看，排氣管一內彎軸向、排氣管二內彎軸向、排氣管三內彎軸向應力超標嚴重，不滿足企業標準。軟啟動器設置為：啟動時間設定為 15s，初始電壓為 70%，查看數據可知機組在不同電源電壓使用軟啟動器啟動時，排氣管和吸氣管應變值未超過300，只有排氣管二內彎軸向在 457V 非標準電壓下超過300，其對比有無軟啟動器排氣管應變值，對比得出，使用軟啟動開機排氣管應力值很低，在 415V 電壓以下， 使用軟啟動器開機應變值為未使用軟啟動器開機應變值的一半以下，并且在測試標準電壓下，應變值均未超過300με，滿足標準要求，效果非常明顯。

（二）軟啟動器不同設置對管路應變的影響

通過調整軟啟動器啟動時間與初始電壓，分析不同設置對管路應變的影響。軟啟動器啟動時間分別設置為10s、15s、20s，初始電壓設定為40%、55%、70%，電源電壓為 380 V，分別測試啟動時排氣管二彎軸向、排氣管三彎軸向應變值（詳細數據可查），從數據可以看出，隨著初始電壓的升高，管路應變值會降低，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，對管路應變值影響較小，特別是在初始電壓在55 %～70 % 中。

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

（三）軟啟動器不同設置對管路應變的影響

通過調整軟啟動器啟動時間與初始電壓，分析不同設置對管路應變的影響。軟啟動器啟動時間分別設置為10s、15s、20s，初始電壓設定為 40%、55%、70%， 電源電壓為 380 V，分別測試啟動時排氣管二彎軸向、排氣管三彎軸向應變值（詳細數據可查），從數據可以看出，隨著初始電壓的升高，管路應變值會降低，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，對管路應變值影響較小，特別是在初始電壓在55%～70 % 中。

總結：定頻機組使用軟啟動器啟動能夠明顯降低開機時排氣管、吸氣管的應變值；隨著軟啟動器的初始電壓的升高，管路應變值會降低，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，對管路應變值影響較小，特別是在初始電壓在55%～70% 中。