软启动器用于热泵热水机降低管路启动应力的研究

杜成志（广东美的暖通设备有限公司，广东 佛山 528311）

引言：软启动工作原理及运行特点：异步电机启动性能主要依靠两个指标，启动电流倍数和启动转矩倍数，软启动器就是在电动机启动时通过改变加在电机上的电源电压，以减小启动电流和启动转矩来实现电动机的软启。软启动的限流特性可有效限制冲击电流，避免不必要的冲击力以及对配电网络的电流冲击，有效地减少线路刀闸和接触器的错误触发动作;对频繁启停的电动机，可有效控制电动机的温度，大大延长电动机的寿命。

热泵系统管路断裂的主要原因是管路的振动应力过大[1]。而热泵系统管路的振动主要是压缩机排气管和吸气管的振动，这是由于受到压缩机的激振和冷媒的流动而处于受迫振动状态，长期疲劳就会导致管路断裂[2]。如果一款商用热泵热水机组启动时压缩机振动较大，则会导致排气管应力超标严重，长期使用的话，容易疲劳断裂。通过对三相异步交流电机启动方式的了解，得出压缩机直接启动时，由于初始转矩大，瞬间启动不平衡导致压缩机振动大。为使压缩机启动平稳，一般采用降压启动，三相异步电机降压启动的方法有以下几种：定子电路串电阻 (或电抗 ) 降压启动、自耦变压器降压启动、Y- △降压启动、软启动器等[3]，本文综合考虑选用软启动器进行研究，研究压缩机直接启动和软启动器降压启动以及软启动器不同设置对管路应力的影响。本论文所研究的热泵热水机组采用丹佛斯压缩机PSН026A4ALC，电源形式为 380V～50 Нz。软启动器采用ABB 厂家，型号为 PSR30-600-70，启动时间设定范围为 1～20s，初始电压设定范围 Uini=40%～70%。

一、实验方法

在相同管路结构的同一台机组上，要通过接线来改变压缩机的启动方式，在直接启动压缩机电气图和使用软启动器的压缩机电气图中。分别在排气管和吸气管折弯处布置轴向和切向电阻应变仪，测试机组排气管和吸气管管路应力，电阻应变仪是将电阻片感受到应变转化为电阻变化，再把电阻变化通过 1/4 桥路和放大器转为电压变化，并显示出来。

分别测试 342 V、380 V、415 V、457 V 电源电压下，直接启动和使用软启动器启动时排气管和吸气管应变值，分别测试3次开机，应变值取3次开机的平均值。通过胡克定律可以得出应力值。胡克定律σ=E×ε，其中σ为应力，E为铜管的弹性模量，ε为应变。[4]

二、实验结果

（一）有无软启动器启动对机组管路应变的影响

机组在不同电源电压直接启动时，排气管和吸气管应变值可查看相关数据。企业标准要求机组在 342V、380V、415 V 电压下开机应变平均值不能大于 300με，从数据来看，排气管一内弯轴向、排气管二内弯轴向、排气管三内弯轴向应力超标严重，不满足企业标准。软启动器设置为：启动时间设定为 15s，初始电压为 70%，查看数据可知机组在不同电源电压使用软启动器启动时，排气管和吸气管应变值未超过300，只有排气管二内弯轴向在 457V 非标准电压下超过300，其对比有无软启动器排气管应变值，对比得出，使用软启动开机排气管应力值很低，在 415V 电压以下， 使用软启动器开机应变值为未使用软启动器开机应变值的一半以下，并且在测试标准电压下，应变值均未超过300με，满足标准要求，效果非常明显。

（二）软启动器不同设置对管路应变的影响

通过调整软启动器启动时间与初始电压，分析不同设置对管路应变的影响。软启动器启动时间分别设置为10s、15s、20s，初始电压设定为40%、55%、70%，电源电压为 380 V，分别测试启动时排气管二弯轴向、排气管三弯轴向应变值（详细数据可查），从数据可以看出，随着初始电压的升高，管路应变值会降低，说明初始电压不是越低越好；相同的初始电压，不同的启动时间，对管路应变值影响较小，特别是在初始电压在55 %～70 % 中。

软启动器设置为：启动时间设定为15s，初始电压为 70%，机组在不同电源电压使用软启动器启动时，排气管和吸气管应变值不超过300，只有排气管二内弯轴向在 457 V 非标准电压下超过300，其对比有无软启动器排气管应变值对比得出， 使用软启动开机排气管应力值很低，在 415V 电压以下， 使用软启动器开机应变值为未使用软启动器开机应变值的一半以下，并且在测试标准电压下，应变值均未超过300με，满足标准要求，效果非常明显。

（三）软启动器不同设置对管路应变的影响

通过调整软启动器启动时间与初始电压，分析不同设置对管路应变的影响。软启动器启动时间分别设置为10s、15s、20s，初始电压设定为 40%、55%、70%， 电源电压为 380 V，分别测试启动时排气管二弯轴向、排气管三弯轴向应变值（详细数据可查），从数据可以看出，随着初始电压的升高，管路应变值会降低，说明初始电压不是越低越好；相同的初始电压，不同的启动时间，对管路应变值影响较小，特别是在初始电压在55%～70 % 中。

总结：定频机组使用软启动器启动能够明显降低开机时排气管、吸气管的应变值；随着软启动器的初始电压的升高，管路应变值会降低，说明初始电压不是越低越好；相同的初始电压，不同的启动时间，对管路应变值影响较小，特别是在初始电压在55%～70% 中。