不同启动方式在暖通空调领域的应用

电机启动的基本原理：

电动机的起动性能规定了使用全压起动器或降压起动器所能达到的极限值。尝试以下方式时，考虑电机的启动特性尤为重要：

-最小化启动电流；

-将启动扭矩增加到最大值。

电机性能：

1.转子的设计影响起动性能。

2.定子的设计影响全速性能。

3.转子杆的形状、位置和材料会影响电机启动时引入的电流和产生的扭矩。

典型电机数据：

通过检查电机数据表，可以确认电机的启动性能。

数据表详细说明了110kW电机系列的性能数据。

全电压启动条件下的最大电机启动电流由电机堵转电流(LRC)决定。不同电机的LRC等级差别很大。在示例中，电机H引入的启动电流比电机e引入的启动电流多55%。

在示例中，电机A启动时产生的扭矩是电机I的两倍。

在确定电机的起动性能时，必须考虑LRC LRT。

降压启动加大电机差。扭矩降低值是电流下降值的平方。如何计算启动扭矩？

根据例子，计算3FLC条件下电机B、C、D的起动转矩。

满电压起动：

电流瞬间上升到LRC水平，由此产生的电流瞬变会对电源产生不良影响；当电机速度增加时，电流减小。电机负载仅影响加速所需的时间，但不影响始终为LRC的电流值。电流瞬间上升到LRC电平，产生的电流瞬变是破坏性的。在电机达到全速之前，典型转矩从LRT下降到跳闸转矩，然后上升到失步转矩。

全电压启动极限：

1.电流瞬变；2.当前值；3.扭矩瞬变；4.扭矩值。

降压试图通过逐渐使用全电压来克服这些限制。

降压起动：

降低启动电流。起动转矩减少量是电流减少量的平方。

电流只能下降到电机输出转矩超过负载所需转矩的点。为确保有效运行，降压启动器必须在使用全电压前将电机加速至90%左右。如果低于这个速度，电流将逐渐达到LRC水平，从而失去降压启动器的任何优势。

降压起动器：

机电：自耦变压器，初级电路电阻，星形/三角形。

电子：软启动。

自耦变压器：自耦变压器起动器使用自耦变压器在过驱动期间降低电压。变压器有一组输出电压开关，可以用来设置启动电压。

电机的电流随着启动电压的降低而降低，变压器产生的线电流低于电机的实际电流。

极限：60%分接头：极限电压分接头；限制每小时的启动次数；扭矩值在所有速度下都降低；高价值。

50%抽头：初始启动电压由抽头选择和设定，启动时间由定时器控制。如果启动电压过低或启动时间设置不正确，电机在全速运行时会发生变满电压的过程，从而产生大电流和转矩步进。

一次电路电阻：电阻器与隔离接触器和电机之间的每相串联。电阻压降导致电机压降，降低启动电流和转矩。

设置4倍FLC启动电流。

局限性：阻力难以改变；散热；限制每小时的启动次数；如果电阻器没有完全冷却，启动特性在不同的启动中会有所不同；很难启动高惯性负载。

设定启动电流为3.5FLC。

起始电压由所用的电阻决定。如果阻力太大，扭矩不足以将电机加速到全速。启动时间由预设定时器控制。如果时间太短，电机将不会在电阻器被越过之前达到全速。

星形/三角形：马达最初以星形配置连接。然后，在预设时间后，电机将断开电源，并以三角形配置再次连接。当电机以三角形连接时，星形配置的电流和扭矩是全压电流和扭矩的三分之一。

扭矩不足会加速星形配置中的负载。

极限：它不能

开路瞬态转换：当启动器通过转换序列中的开路部分时发生。[1]连接降压；[2]断开降压(开路)；[3]连接到全电压。

开路瞬态起动引起严重的电流和转矩瞬态，对电源和机械设备的危害可能比全压起动更大。

当电机旋转，然后断开电源时，它就充当发电机。输出电压可以与电源的幅度相同。重合闸时，电机端子上仍会出现明显的电压。

在重合闸的瞬间，电机产生的电压可以与电源电压相等但刚好异相。这相当于重合闸电机上电源电压的两倍。该结果是两倍堵转电流和四倍堵转转矩的转矩瞬变。

软起动器：软启动器通过与电机电源串联的固态交流开关(ACR)控制电机电压。

启动电流可以达到最低；没有当前步骤；无扭矩阶跃；良好的起动转矩特性。

电机的特性决定了软启动器能达到的极限。

在下列情况下，要特别注意电机特性：

最小化启动电流非常重要；

最大化启动扭矩非常重要；

涉及大型电机(200 kw)；星形/三角形起动是最便宜和最常见的降压起动系统。但是它的操作性能是破坏性的。

压缩机的启动方式：

直接启动：这种启动方式主要用于小功率空压机，启动电流一般是额定电流的7-8倍，启动瞬间对电网危害很大。

常用于相对较小的压缩机(制冷压缩机、空气压缩机等。).它通常由1个接触器、1个开路和1个热继电器组成。

星角启动：起动电流为额定电流的3-4倍，起动电流小于直接起动电流。

在星角切换过程中，会有一个约4-6倍额定电流的峰值电流。对电网和设备也是相当有害的。

目前，由于成本的原因，这种方法广泛应用于压缩机的启停，但随着软启动器和变频器的广泛应用。越来越多的应用被软启动器和变频所取代(尤其是大功率压缩机)。

软启动方式：

采用软启动模式的好处：

维护量减少：在传统的星角启动方式中，电机启动过程中，接触器的闭合和分断会产生较大的电流，降低接触器的寿命。软启动器用于控制机组的主电机，可控硅的门极触发控制电路用于控制或限制电机启动电流；提高系统可靠性。

传统的星角启动方式可以通过元件组合实现过载、欠载和相序保护，接线麻烦，故障率高。系统可靠性差；启动器本身集成了多重保护，布线少，系统可靠性强。

启动电流为额定电流的2-3倍，启动稳定。

增加旁路接触器，启动后切换到旁路运行。

软启动模式不能调速。对于相应的压缩机调速和节能模式也无能为力。

软启动一是集成了多重保护功能，二是这个电路更简单，更容易维护。

集成通信端口，方便接入整个系统。

涵盖软启动器模式的所有优势。与软启动方式相比，具有更好的优势：启动电流更小，小于1.5In，因此所需电网容量也最小，启动最稳定。

可以实现压缩机的调速，根据实际负荷调整压缩机的转速，节约能源。

与软启动器相比，保护更丰富，诊断更容易，人机界面更友好。

实现更多的通信方式，便于不同控制系统的集成。

离心式制冷机组的变频控制：

导叶和调速配合调节能量。

通过调节电机转速，优化压缩机导叶位置，使机组在各种工况下，尤其是部分负荷下，始终保持最佳效率。

满负荷运行时，导叶完全打开。此时，电机速度逻辑完全由温差控制。当t

变频方式：采用变频器控制方式，可根据储气罐压力变送器的信号调节变频器的输出，从而控制电机转速，达到稳定的排气压力。

空气压缩机变频控制：

几种方式比较：

软启动器是一种集软启动、软停止、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电机控制装置。软起动器使用三个相对并联的晶闸管作为电压调节器，它们连接在电源和电动机的定子之间。这个电路就像一个三相全控桥式整流电路。用软启动器启动电机时，晶闸管的输出电压逐渐升高，电机逐渐加速，直到晶闸管完全导通。电机工作在额定电压的机械特性上，从而实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。当电机达到额定转速时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器代替已完成的晶闸管，为电机正常运行提供额定电压，从而减少晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，避免电网谐波污染。同时，软启动器还提供软停止功能，与软启动过程相反。电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免了自由停车带来的扭矩冲击。

软起动在中央空调中的应用：

在中央空调机组中，软启动器的启动负载主要包括风机电机、压缩机电机等。型号主要有离心式冷水机组、螺杆式冷水机组、组合式空气柜等。以离心式冷水机组为例。通常，当机组启动时，导叶是关闭的。主电机启动后，导叶缓慢打开，执行机构过载动作。因此，在电机的实际起动过程中，软启动器一般可以将起动对象视为空载或轻载。

软启动器适用于中央空调机组。启动方法通常包括以下几种：

1.1电压斜坡软启动

它是软启动最常用的形式，为电机提供电压谐波，从而导致恒定的转矩增加。在这种启动模式下，启动转矩值和斜波的持续时间被设置为达到全电压状态。在斜波之后，旁路接触器闭合。

图1电压斜坡软启动

1.2限流起动。

限制启动阶段提供给电机的最大电流。由于起动时间长或为了保护电机，需要限制最大起动电流时，可以采用这种方式。在这种起动模式下，最大起动电流和限流持续时间可以设定为堵转电流的百分比。限流时间过后，旁路接触器打开。

图2限流启动

1.中央空调机组中软起动的负载特点以及起动方法：

1.笼型电动机传统的减压起动方式有Y-、闭星三角起动、自耦减压起动、电抗器起动等。这些起动方式都属于逐步减压起动，有明显的缺点，即起动过程中产生二次浪涌电流。

以离心机的启动波形为例，各种启动模式的启动电流波形如下：

星上电：星上电电流比较大，星上电时有瞬间断电，大约需要66毫秒。此时有二次冲击电流，持续时间短，但比恒星启动还要大。

当闭合星形三角形用于启动时，电流波形如下：

封闭式星三角：与星三角起动相比，封闭式星三角起动多了一个电阻和一个交流接触器，所以切换时不会停电，但仍有二次浪涌电流，但幅度比较小。

软启动：从图3-4可以看出，使用软启动时，电流比较平稳，启动过程中不会出现电流突然增大或断电的情况。

2.软启动和传统减压启动的区别在于：

(1)无冲击电流。软启动器启动电机时，通过逐渐增大晶闸管的导通角，电机的启动电流从零线性上升到设定值。

(2)恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，

(4)软启动器结合晶闸管等。使用软启动器时，只需选择软启动器；但是，星形三角形的主电路上需要三个交流接触器和一个热继电器，闭合星形三角形的主电路上需要四个交流接触器、一个热继电器和一个电阻。相比之下，星三角和封闭式星三角需要的元器件多，控制电路复杂，电控柜需要的空间大，可靠性相对较差。同时，星三角和闭合星三角的负荷保护功能比软启动器少。

从起动波形可以看出，使用软启动时，起动电流波形比较平滑，不会出现浪涌电流。晶闸管的输出电压逐渐增加，直到晶闸管完全导通。

3.软启动和封闭式星形三角形启动的成本比较：

我们比较了两种启动方法设计的启动柜的报价：

备注：表中软启动器、断路器、交流接触器、热继电器等主要部件选用ABB厂家，软启动器选用伊顿产品，主要基于《工业与民用配电设计手册》第三版。对于允许电机长期以1.1的额定电流运行的中央空调机组，取电机额定电流的1.1倍作为元件的额定值。

从表中的数据可以看出，在600kW电机上，软启动模式在价格和成本上会更有优势。但在600kW以下，封闭星三角的使用成本会相对较低。当然，欧美、日本、中国软起动器的价格差别也很大。其实如果用日本或者中国的产品，软起动器的优势会更明显。

4.软启动器的保护功能

(1)过载保护功能：软启动器引入了电流控制回路，因此可以随时跟踪检测电机电流的变化。通过增加过载电流设定和反时限控制方式，实现过载保护功能。当电机过载时，晶闸管关断并发出报警信号。

(2)断相保护功能：软启动器在运行过程中，能随时检测三相线电流的变化，一旦电流切断，能做出断相保护反应。

(3)过热保护功能：晶闸管散热器的温度由软启动器的内部热继电器检测。一旦散热器温度超过允许值，晶闸管自动关闭并发出报警信号。

(4)其他功能：通过电子线路的组合，可以在系统中实现其他联锁保护。

因此，在中央空调机组中使用软启动器，不仅可以省去原主电路和控制电路中常用的三相电源相序控制器和热继电器，还可以使保护动作更加准确。

软起动与传统星三角、闭式星三角启动的区别：

常见的软启动主电路电路主要有以下几种：

1.标准连接电路：

2、6引线内部三角形电路：

6导联电机内部三角形电路

3、2导联内部三角形电路：

12引线电机内部三角形电路

在中央空调中，电机通常有3根引线或6根引线，所以软启动基本采用第一种和第二种接线方式。如果选用标准连接的电路，软启动器所能承受的电流必须大于或等于电机的最大电流。如果选择第二种方法，即内三角电路，软启动器所能承受的电流将是电机最大电流的1/1.732倍，可以大大降低软启动器的成本。然而，使用内三角电路有一个缺点。当主电路上的断路器闭合时，即使机组未启动，电机的端子仍会带电。

软起动常用电路：

选择软启动器时，需要考虑几个关键技术参数。

1.操作环境：

有电路板，晶闸管，晶闸管等。在软起动器内部，这些元件对环境有一定的要求。使用环境的海拔、环境的温湿度、污染程度都可能影响软启动器。在中央空调机组中使用软启动器时，必须选择PCB经过特殊防潮处理的型号。

2.软启动器的额定容量：

在确定了负载的电压和负载的类型后(商用大机组一般都是空载启动，可根据轻过载或无过载来选择)，还有一个关键参数，即电流。电流太大，成本就浪费了；如果选择过小，机组不能完成启动和正常运行。

对于标准电路的连接，一般要求软启动器的额定电流大于或等于负载允许的最大电流；对于内部三角形接线的电路，一般要求软启动器的额定电流大于或等于负载允许的最大电流/1.732。

软起动器的选型：

1.不同厂家的软启动器设定的参数会有所不同。比如伊顿的软启动器的控制面板通过拨代码来设置参数，需要打开或关闭，而ABB的软启动器需要输入按钮来调整液晶面板上显示的参数。但有几个参数或保护基本可用：过载保护、断相保护、堵转保护、起动时间过长保护。这些通常需要设置为有效。

2.软启动器通常提供替代启动方法，如电压斜坡软启动或限流启动。无论是采用电压斜坡启动还是限流启动，都必须正确设置参数，否则负载将无法完成启动。电机启动时需要一个来自外界的扭矩，合适的扭矩取决于两个条件：一是电机本身的特性；第二是电机的负载。在空载的情况下，电机的启动主要依靠自身的特性。要启动电机，电机的外部扭矩必须大于电机的最小扭矩。外部转矩由软启动器的参数设置决定。所以，通常我们在设定电流(或转矩)时，参数需要合适。一般来说，我们设定的限流值一般在额定值的3-4倍之间；如果设定了极限扭矩，一般在36-45%之间。以伊顿内部三角形连接的软启动器为例，它是为转矩而设计的。伊顿软启动转矩和电流百分比的计算大致如下：

起动转矩和电流百分比的计算

例如，当转矩参数设置为36%时，极限电流为60%*6*额定电流，约为额定电流的3.6倍；如果设置为45%，则限制电流为67%*6*额定电流，约为额定电流的4.02倍。

3.设置参数时，一定要考虑机组的启动时间。如果设定时间太短，电机也将无法启动。

本段作者：魏强、赖。

软起动器参数的设置注意事项：

变频器软起动器在暖通空调行业的应用：

在锅炉控制系统中，有以下重要的调节和控制功能：

燃烧调节：以给水温度为主要调节量，采用风煤比控制，通过调节炉排速度和风机频率，使给水温度达到设定温度；

根据炉膛负压信号和风量信号，形成前馈-反馈控制，调节引风机电机频率，使炉膛负压保持在一定范围内；根据汽包水位、蒸汽流量和给水流量，采用三冲量调节锅炉水位。

在加热系统中，可应用于变频器或软启动器的传输点如下：

鼓风机：提高煤的燃烧效率，使供水温度达到设定温度；

引风机：保证适当的风煤比控制，保持炉膛负压在一定范围内；

循环泵：实现整个供热系统的循环；

补给泵：及时补充回水管道损失的水；

炉排：调整给煤量。

以40吨热水锅炉为例，变频或软启动器的应用大致如下：

鼓风机：75KW变频器；

引风机：132KW变频器；

循环泵：功率由系统配置和加热面积决定；

水泵：22KW变频器(一用一备)；

炉排：1.1-11KW变频器(7-35hz)；

鼓风机和引风机的控制通常采用变频控制，目的是：

节能；风煤比控制；

鼓、引风机功率大，可通过变频控制减少对电网的冲击。

至于循环泵，由于它负责整个供热系统的热能循环，为了避免锅炉气化、管道或锅炉爆管，通常采用一用一备或两用一备的方案，有以下几种组合：

两个变频器；一次变频，一次软启动；两个软启动器。

热力行业：

隧道通风风机包括射流风机和轴流风机。

喷射风扇：

与车辆方向一致；

功率集中在22kW-55kW之间；

可以双向运行；没有变频，只是软启动；

横断面上有4组软梯，间距150m，左右方向各2组。

轴流式风扇：

当隧道较长时，为了补充射流风机通风的不足，从隧道到山顶的竖井。

由于工艺复杂，成本高，通常只能在4公里以上的隧道中安装轴流风机。

一般采用变频调速，功率集中在160-500KW，只需单向运行。

变频器通常分为两组，一组用于引入新鲜空气，另一组用于抽出污浊空气。每组有2或4个变频器。

通风系统：

送风系统有两种控制模式，即定风量(CAV)控制和变风量(VAV)控制。

变频器控制风机转速，调节风量，保持静压恒定，保持回风匹配控制。

回风系统多用于大型空调系统，主要用于维持空调空间的正常压力。

一般来说，控制目标是保持供应空气量和返回空气量之间的一定差异。

控制方式可以是通过采集回风的流量，根据流量差调节回风风机的转速，或者根据风道的静压控制风机转速。

中央空调送风系统：

中央空调末端风机通常采用开/关控制方式，难以完全满足人们对舒适性的要求。

需要时自动启动和停止仅风扇运行；

连续调速能满足舒适性要求；节能；

减少设备磨损；

自动捕捉旋转负载不跳闸运行；

跳频消除共振；噪音低；

可以检测断带；

中央空调的中央送风机：

冷水机组根据冷源可分为吸收式制冷机组和电制冷机组：

溴化锂吸收式制冷机是最常见的吸收式制冷机。

功率通常在2.2-15kW之间；

该泵主要通过变频控制来调节制冷量。

有离心式、螺杆式和活塞式制冷机组。

功率集中在75-160KW之间；

通常采用软启动或星三角方案。

冷冻水循环系统(一)；

冷冻水泵用于完成冷冻水在系统中的循环。在冷冻水的循环系统中，具有一定温度的冷冻水从制冷机组流出(出水)，由冷冻水泵抽到各楼层、各房间，流经各房间，进行热交换，再回到制冷机组(回水)，以此类推。

由于冷冻水的出口温度是制冷机组“冻结”的结果，因此它通常相对稳定。因此，如果对制冷泵进行变频改造，可以根据回水温度方便地保持室温恒定。回水温度高，说明室温也高。此时，通过变频器提高冷冻泵的速度，加快冷冻水的循环速度，降低室温。反之，当回水温度较低时，说明室温较低，这样就可以通过变频器降低冷冻水泵的转速，减缓冷冻水的循环速度，提高室温。

中央空调冷冻水循环系统(二)；

需要注意的是，在各种制冷机组中，冷冻水的流量调节范围是有严格限制的，通常不低于额定流量的75%-80%。如果没有足够的水通过冰箱的蒸发器，蒸发器可能会冻结。因此，无论采用何种调节方式，流量调节的范围都不能低于系统的报警阈值。这个问题可以这样

由于冷却塔的水温随环境温度而变化，其单一的实测水温无法准确反映制冷机组产生的热量。因此，对于冷却泵，以进回水温差为控制依据，实现进回水恒温差控制是合理的。温差大说明制冷机组产生的热量大，应提高冷却泵的转速，以提高冷却水的循环速度；温差小说明制冷机组产生的热量小，可以降低冷却泵的转速，减缓冷却水的循环速度，以节约能源。

冷却塔风机主要用于加快喷淋过程中冷却水的散热，风机的转速由变频器根据季节变化而改变。天热的时候，把速度调大；冷的时候把转速调小一点，配合冷却泵变频调节，达到最佳节能效果。

冷却塔风机的特点：

冷却塔风机惯性大，传动轴长；

在启停过程中，机械冲击大，双速电机常使传动轴变形扭曲；

VSD解决方案=平稳变速并减少机械冲击。

齿轮箱：电机太慢会损坏齿轮箱；

VSD解=设定下限频率。

变频器在冷却塔风机中的应用。

PID控制器真正适合暖通空调；

调整过程平稳；温度传感器可以直接连接到变频器上；

一旦温度反馈丢失，风扇仍可被驱动以设定的方式运行。

系统成本降低：

没有外部PI D控制器或I/O模块；节能。