电机启动方式对启动转矩和启动时间影响的分析计算

卢大杰

（阿特拉斯·科普柯（无锡）压缩机有限公司）

空压机的电机功率从十几到几千千瓦不等，电机启动转矩和机头负载也千差万别，根据其电网特性用户对启动方式的要求也不相同。 如果电机不能在规定时间达到额定转速，不仅会导致电机过热而影响电机的性能和寿命，还会对电力系统造成影响。 因此，准确计算电机启动时间，对于电机选型、 电机和设备的安全使用等都非常重要。

尽管目前电机生产厂家都设计由计算软件计算电机启动时间，但电机厂家对负载特性的把握有可能不够准确，很多工程技术人员并不理解电机启动时间的计算原理，为了使电机启动时间的计算结果更为准确，就需要做进一步的分析验证。 文献［1，2］对电机软启动做了介绍，但是未见对不同启动方式下电机启动时间更为全面的研究报道。 为此， 笔者将全面阐述应用于空压机3种不同启动方式下电机启动转矩和启动时间的计算方法与经验。

1 不同启动方式下电机启动转矩的变化

1.1 直接启动

ABB 品牌630 kW 电机在100%、90%、80%额定电压下的电机启动转矩如图1 所示，可以看出， 不同启动电压对电机启动转矩的影响较大。因此，如果不考虑电压变化因素将导致电机启动时间计算错误，进而造成电机选型错误。

图1 不同电压下的电机启动转矩

1.2 星-三角降压启动

对于大、中功率电机，若直接启动会造成线路压降过大，因此一般不允许直接启动，必须采用降压启动。空压机常规降压启动方式之一为星-三角降压启动。理论上星-三角降压启动时电机的启动转矩减会小到直接启动的1/3，但实际上该方式下的电机启动转矩是额定电压下电机启动转矩的1/4～1/3（系数），相应的计算结果见表1。

表1 星-三角降压启动方式下的启动转矩计算结果

1.3 限电流软启动

限电流软启动是给予一定的限电流系数，电机在启动过程中，按限电流控制方式输出电压，电流大小通常限定在额定电流的2～4 倍［4］。在限电流软启动中，电机转矩与限电流倍数有如下关系：

不同启动倍数下的电机启动转矩如图2 所示，可以看出，软启动初始转矩较小，启动过程中的冲击转矩也较小，降低了电网和机械设备冲击和破坏风险。 但要达到相同的启动效果，对电机性能的要求也会更高。

图2 不同启动倍数下的电机启动转矩

2 不同启动方式下电机启动时间的计算

从开始启动至达到额定转速的时间t 的计算式为：

式中 TL（i）——第i 区段的平均负载转矩，N·m；

Tm′（i） ——第i 区段的平均电机转矩，N·m；

Δni——电机转动过程中第i 区段与第i-1 区段的转速差。

根据以上计算思路，可编制计算工具，以方便工程技术人员使用。 以Atlas ZH630 离心式压缩机为例，不同启动方式下的启动时间见表2。可以看出， 不同启动方式下的启动时间完全不同，有的甚至无法启动。 启动时间过长则会造成电机过热等问题，通常要求离心机的启动时间小于20 s， 虽然此电机采用直接启动方式时间最短，但是如果客户电网难以承受8.7 倍的启动电流，还是建议采用星-三角降压启动或限电流软启动方式。

表2 不同启动方式下的启动时间计算结果

3 结束语

分析不同电机启动方式对启动转矩的影响，理解电机启动时间的计算原理，为电机选型和启动方式的选择提供参考，优化空压机设计，为设备的安全有效运行提供保障。