软启动在中央空调中的应用.docx
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软启动在中央空调中的应用
软起动在中央空调中的应用
魏强WeiQiang赖元华LaiYuanhua
珠海格力电器有限公司519070
摘要：
常见的中央空调包括冷水机组和末端部分，所用的风机电机、压缩机电机功率从十几千瓦到几百千瓦，这些电动机由于功率较大，直接启动对电网容易产生影响，因而通常会使用以下几种启动方式：
如星三角、闭式星三角、软起动以及变频启动等。
变频启动往往价格会相对比较昂贵，使用较难普及；而星三角以及闭式星三角还是会产生一定的冲击电流，影响电网的质量；目前采用软起动由于启动电流相对比较平滑，不会产生冲击电流和影响电网的谐波，且性价比优势日益明显，应用也逐渐广泛起来。
Abstract：
Thepowerofthemotorswhichisappliedtofansandcompressorsofchillersandterminalshasalimitfromtensofkilowattstohundredsofkilowatts.Sothiskindofmotorswillgenerateagreatstartingcurrentwhichwillinfluenttheuserpowergridbadlywhenthemotorsisdirectlystarted.Topreventtheseinfluenceswecanchangethestartmethodsofthemotors,thesemethodscouldbestardeltastartclosedstardeltastartsoftstartandinverterstart.Thecostofinverterstarterisveryexpensiveanditisn’tverywidelyused.Thestardeltastartandclosedstardeltastartcanjustreducetheeffectoftheinfluencenoteliminatetheinfluence.Thesoftstartercaneliminatetheinfluencebymakingthemotorstartcurrentwaveformmuchmoresmoothly.Alsothecostofthesoftstarterismuchcheaperthaninverterstarters.Sothesoftstarterismoreandmorepopularinmotorstartapplications.
关键词：
中央空调、电机、起动方式、软起动、星三角起动、闭式星三角起动
Keywords：
Centralairconditioning，Motor，Startmethod，Softstarter,Stardeltastart,Closedstardeltastart
1、软起动的基本工作原理
软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。
软起动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间，这种电路如三相全控桥式整流电路。
使用软起动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。
待电机达到额定转数时，启动过程结束，软起动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软起动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。
软起动器同时还提供软停车功能，软停车与软起动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
2、中央空调机组中软起动的负载特点以及起动方法
在中央空调机组中，软起动器的启动负载主要包括是风机电机、压缩机电机等，机型主要有离心式冷水机组、螺杆式冷水机组、组合风柜等。
以离心式冷水机组为例，通常机组起动的时候，导叶为关闭状态，主电机起动完成之后才慢慢打开导叶、执行器执行动作过行加载。
因此，软起动器在电机实际启动过程中，一般可以将起动的对象按空载或者轻载处理。
软起动器适用于中央空调机组的启动方式常包括以下几种：
2.1电压斜坡软起动
向电机提供电压谐波，产生恒定的转矩增加，这是最常用的软起形式。
该起动模式使设定起始转矩值和斜波的持续时间以达到全电压状态，在斜波之后，旁路接触器闭合。
图2-1电压斜坡软起动
2.2限流起动。
在起动阶段限制供给电动机的最大电流。
当由于起动时间长或者为保护电机，有必要限制最大起动电流是，可以采用这种模式。
这种起动模式能够将设定作为堵转电流的百分数的最大起动电流和限流的持续时间。
限流时间后，旁路接触器接通。
图2-2限流起动
3、软起动与传统星三角、闭式星三角启动的区别
3.1、笼型电机传统的减压起动方式有Y-Δ、闭式星三角起动、自耦减压起动、电抗器起动等。
这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。
以离心机的启动波形为例，各种起动方式的起动电流波形如下
图3-1星三角启动波形（整个启动过程）
图3-2星三角启动波形（切换时候波形）
星三角启动时：
星型启动时启动电流比较大，星三角切换的时候，有瞬间的掉电，时间大概为66毫秒，此时还有个二次冲击的电流，，虽然持续的时间比较短，但是比星型启动时候还要大。
当采用闭式星三角启动时，电流波形如下：
图3-3闭式星三角启动波形
闭式星三角：
闭式星三角起动比星三角起动多了一个电阻器和一个交流接触器，因此在切换的时候不会出现掉电情况，但仍存在二次冲击电流，只是幅值相对比较小。
图3-4软起动启动波形
软起动：
从图3-4可以看出，使用软起动启动时，电流比较平滑，不会出现电流的突然变大、或者起动过程中有掉电的情况。
3.2、软起动与传统减压起动方式的不同之处是：
（1）无冲击电流。
软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。
（2）恒流起动。
软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。
（3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。
（4）软起动器将晶闸管等组合到一起，使用软起动器时，只需要选择好软起动器；而采用星三角主回路上需要3交流接触器和1个热继电器保护，采用闭式星三角启动时，主回路上需要4个交流接触器、1个热继电器和1个电阻器。
相比之下，星三角以及闭式星三角所需要的元器件繁多，控制回路繁琐，电控柜所需要的空间大，可靠性相对较差，同时星三角以及闭式星三角对负载的保护功能也少于软起动器。
图3-5启动初期时电压（中）电流（上、下）波形
图3-6启动接近完成时电压（上）电流（下）波形
从启动波形可以看出，使用软起动，启动是电流波形比较平滑，不会有冲击电流。
晶闸管的输出电压逐渐增加，直到晶闸管全导通。
3.3、软起动和闭式星三角启动方式成本对比
我们对两种启动方式所设计的启动柜报价进行对比：
启动柜成本电机额定功率（kW）
闭式星三角启动
软启动
/
启动柜成本（元）
启动柜成本（元）
差价（元）
227
38000.00
54400.00
16400.00
293
46000.00
66900.00
20900.00
321
53500.00
72400.00
18900.00
383
55400.00
78500.00
23100.00
523
75000.00
93700.00
18700.00
554
75000.00
93700.00
18700.00
582
95500.00
98000.00
2500.00
632
124500.00
117000.00
-7500.00
662
124500.00
117000.00
-7500.00
表3-1启动柜价格对比
备注：
表中软启动器、断路器、交流接触器、热继电器等主要元器件选用ABB厂家，软启选用伊顿的产品，选择依据主要根据《工业与民用配电设计手册》第三版。
对于允许电机较长时间在额定电流1.1运行的中央空调机组，将电机的额定电流的1.1倍当做元器件负责的额定值计算。
由表4-2的数据可以看出，在600kW的电机上，使用软起动方式起动，价格成本上会有优势；而在600kW以下，使用闭式星三角成本相对会低些，当然，软启动器中欧美品、日本品、国产品的价格差异也是很大的，实际上采用日本或国产品，软启动器的优势会更加明显。
3.4、软起动器具有的保护功能
（1）过载保护功能：
软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。
通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。
（2）缺相保护功能：
工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。
（3）过热保护功能：
通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。
（4）其它功能：
通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它联锁保护。
因此在中央空调机组中采用软启动器，不但可以省去原主回路和控制回路中常见的三相电源相序控制器、热继电器，而且保护动作更加准确。
4、软起动常用电路
常见的软起动主回路的电路主要有下面几种：
4.1、标准接法电路
图4-1软起动标准接法电路
4.2、6引线内三角电路
图4-26引线电机内三角电路
4.3、12引线内三角电路
图4-312引线电机内三角电路
在中央空调中，电机一般是有3引线或者是6引线，因此软起动基本上是使用第1和第2种接线方式。
若选择标准接法的电路，则软起动器可以承受的电流务必大于或者等于电机的最大电流。
如果选择第2种方法，即内三角电路，则软起动器可以承受的电流就需要的电机最大电流的1/1.732倍，这样可以大大减少软起动器的成本，但使用内三角电路有个缺点，当主回路上的断路器合闸之后，即使机组没有启动，电机的接线端上还是带电。
5、软起动器的选型
选择软起动器时有几个比较关键的技术参数需要考虑一下。
5.1、使用环境
软起动器内部有电路板、可控硅、晶闸管等，这些元器件对环境都是有一定的要求的。
使用环境的海拔高度、环境温湿度、污染等级都可能对软起动器有影响。
在中央空调机组中使用软启动器，必须选用对PCB板进行过专门的防潮处理的型号。
5.2、软起动器的额定容量
在确定负载的电压、负载的类型（商用大机组一般是空载起动，可按照轻过载或者无过载选择）后，还有一个非常关键的参数，就是电流。
电流选择过大，则浪费成本；选择过小，机组无法完成起动，没法正常运行。
对于标准电路的接法，一般要求软起动器的额定电流大于等于负载允许运行的最大电流；对于内三角接法的电路，一般要求软起动器的额定电流大于等于负载允许运行的最大电流/1.732.
6、软起动器参数的设置注意事项
6.1、不同的厂家的软起动器设置的参数会有或大或小的差别，例如伊顿厂家的软起动器的控制面板是以拨码的方式进行设置参数，需要将拨码打到ON或者OFF,而ABB厂家的软起动器则需要进入通过按钮调整液晶面板显示的参数。
但是有几个参数或者是保护基本上都会有的：
过载保护、缺相保护、堵转保护、起动时间过长保护。
这几个一般都需要设置成有效。
6.2、软起动器通常会提供可选择的起动方式，例如电压斜坡软起动或者是限流起动方式。
无论是使用电压斜坡起动还是使用限流起动，参数务必设置合适，不然的话负载将无法完成起动。
电机起动，需要外部给一个力矩，而这力矩的到底是多大才合适，主要取决于两个条件：
一是电机本身特性；二是电机所带的负载情况。
在空载的情况下，电机的起动主要取决于电机的本身特性。
要使电机完成起动，外部给予电机的力矩必需大于电机的最小力矩。
外部这个力矩的大小，却是由软起动器的参数设置来完成的。
因此，通常我们在设置电流（或者是力矩）时，参数需要适当。
一般情况下，我们设置的限电流值一般在额定的3-4倍之间；若是设置限制力矩，一般是在36-45%之间。
以伊顿内三角接法的软起动器为例，是设计力矩的。
伊顿软起转矩力矩与电流百分比计算大概如下表：
转矩设置
定转子电流百分比
85%
92%
71%
84%
56%
75%
45%
67%
36%
60%
27%
52%
19%
44%
14%
37%
9%
30%
5%
23%
3%
16%
1%
10%
表6-1软起转矩力矩与电流百分比计算
例如将转矩参数设置为36%，这时限制的电流为60%*6*额定电流，约为额定电流的3.6倍；如果设置为45%，这时限制的电流为67%*6*额定电流，约为额定电流的4.02倍。
6.3、设置参数的时候，务必考虑机组的启动的时间。
若设置的时间过短，电机同样会没法完成启动。
7、结束语
软启动有着本身的特点，通过合理的参数设置、正确的电路选用、严谨的性价对比，软启动在中央空调电机启动中运用空间必将越来越广。
参考文献
【1】《工业与民用配电设计手册》第三版[S]中国电力出版社北京2005：
658-661
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