空压机软起动方法研究

空压机软起动方法研究

叶思聪

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000

摘要 本文分析了空压机起动过程的电流变化。为提高空压机起动的起动转矩和降低起动电流，研究了一种二分频到工频的软起动方法。利用Simulink对空压机二分频软起动器起动方法进行了仿真。仿真结果表明，该方法兼顾了低起动电流和高起动转矩。

关键词：软起动，二分频，起动电流，起动转矩，Simulink

0引言

空压机是列车的重要设备，它在列车运行过程中起着非常重要的作用，主要体现在以下几个方面，可为列车制动、空簧、撒沙、风笛、真空集便器、空调和车门等用风设备提供压缩空气，其性能直接影响到列车的运行的安全性和乘坐的舒适性^【1】。

1空压机起动分析

目前列车常用空压机有两种，一种是螺杆式空压机，一种是活塞式空压机。螺杆式空压机的特点是温控能力好、压缩效率高，寿命较长，维护周期较长，但空压机结构较为复杂。活塞式空压机因效率较高、体积较小、维护方便、噪声低等优点，与其他空压机相比应用更为广泛^【2】。两种空压机均采用三相感应电机为动力，感应电机成本低，耐用性好，广泛应用于空压机领域。

感应电机起动时转子转速很低，定子旋转磁场旋转速度为同步速度，转子切割磁感线速度很快，感应电动势很大，转子电流很大，导致起动电流很大^【3】。一种比较简单的解决办法是进行降压起动，但定子电流峰值依然较大，而且存在二次冲击电流。另一种采用晶闸管软起动器。常见的起动方法有限流软起动、电压斜坡起动、转矩控制起动、转矩加突跳起动，电压控制起动等^【4】。软起动器起动时，定子电流变化较为平缓，没有过高的冲击电流，但是电磁转矩较小，重载起动有可能造成起动失败。

2空压机二分频软起动

对于需要满载起动的空压机，在分级变频原理基础之上，采用一种简单易行的软起动方法，该方法起动电流小而且起动转矩大，克服了软起动器起动的缺点。

电机为惯性环节，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上其效果基本相同^【5】。通过控制晶闸管导通与关断，改变输出电压的正半波与负半波的导通数以改变等效电压频率，通过改变触发角的大小来调节等效电压的幅值^【6】。

多频段分级变频软起动的状态较多，起动过程比较复杂，频段切换时，相位对接不上会使转矩大幅度跌落，电机容易出现抖动。在电机起动的时候，只要起动电流不超过额定电流的4倍，而且起动转矩可以达到额定转矩，分级变频就可以使用较少的分级频段起动本文从二分频( 25 Hz) 起动，电压按斜坡电压法从某一值增加至二分频下的工作电压，就可实现二分频下的斜坡电压起动。

对于二分频来说，将三相相位随意组合，可形成64种不同的三相电压系统，这些不对称三相系统会影响电机的运行性能。在电力系统在有一种方法专门来研究不对称电压系统，这种方法被称为对称分量法，即将不对称的三相电压经过相量分解，得到正序、负序和零序三种对称的分量，然后分别考虑各分量对电机机械特性的影响，最终把这些影响叠加起来，构成在三相不对称电压系统下电机的实际运行情况^【7】。设正序分量的有效值为 ，负序分量有效值为 ，零序分量有效值为 。电机在 的作用下产生正向的定子电流从而形成正向的电磁转矩，电机在 的作用下产生负向的定子电流从而形成负向的电磁转矩，电机起动时需正向电磁转矩占主导作用。这就需要电机端电压中的正序分量最大，而负序分量最小，通过改变相位组合来调节负序电压的含量。经计算，二分频在（0°，60°，210°），（0°，150°，210°）和（0°，150°，300°）状态下的正序分量最大，占91.07%。二分频的相电压有效值约为156V，工频相电压约为220V，直接切换会导致二次冲击电流，因此二分频到工频的切换要与普通的软起动结合起来。

本文以地铁列车常用的活塞式空压机采用的4极7.5Kw三相感应电机为例进行分析。空压机起动为满载起动。

式（1）为电机的功率转矩公式，经计算，负载转矩约为50N·m。

（1）

在Simulink建立空压机二分频软起动模型如图1所示。

图1空压机二分频软起动模型

图2 二分频起动定子电流以及电磁转矩

从仿真结果可以看出二分频软起动下定子电流峰值为稳态的4倍，变化较为平缓，没有过高的冲击电流，而且电磁转矩较大，响应迅速，不易造成起动失败。

3结论与展望

本文对空压机以不同的起动方式起动进行了研究。针对起动时电流不能过大，同时电磁转矩不宜过小的问题，提出一种以二分频为基础结合斜坡电压的软起动方式，降低了起动时的冲击电流同时保证了电磁转矩。

未来分频软起动方式仍有改进的空间，可以对电压上升的方式、频率切换的时机进行优化，降低起动时的冲击电流保证电磁转矩同时，也考虑谐波问题等方面进行改进

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