發(fā)電機(jī)供電場(chǎng)合使用單相定速空調(diào)的適應(yīng)性研究

倪偉 汪輝

摘 要：隨著制冷制熱應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增長，壓縮機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合正逐步擴(kuò)大。傳統(tǒng)家用空調(diào)壓縮機(jī)也常被使用在不同環(huán)境、不同電源形式的場(chǎng)合。其中也遇到了一些技術(shù)性問題。如何保證不同于家用使用環(huán)境下空調(diào)運(yùn)行的可靠性，壓縮機(jī)及其控制保護(hù)是關(guān)鍵之一。本文主要從單相定速壓縮機(jī)應(yīng)用于小型發(fā)電機(jī)組的使用環(huán)境，從改善壓縮機(jī)啟動(dòng)特性角度，用最經(jīng)濟(jì)性的方法提出解決方案。

關(guān)鍵詞：單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；發(fā)電機(jī)；功率；PTC

隨著制冷制熱需求的快速增長，壓縮機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域正逐步擴(kuò)大。而傳統(tǒng)家用空調(diào)壓縮機(jī)也常被使用在不同環(huán)境、不同電源形式的場(chǎng)合。其中也遇到了一些問題及技術(shù)隱患。如何保證壓縮機(jī)能適應(yīng)不同于家用空調(diào)的運(yùn)行條件，并保證其可靠性是關(guān)鍵。

由于受發(fā)電機(jī)組供電容量的限制，傳統(tǒng)定速壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)功率要求較高，小功率機(jī)組往往會(huì)跳閘保護(hù)。因此減小電機(jī)啟動(dòng)電流，縮短啟動(dòng)時(shí)間，是解決該問題的重要技術(shù)手段。

1定速空調(diào)運(yùn)行特點(diǎn)介紹

感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)有其自身特點(diǎn)，即啟動(dòng)電流非常大，除了造成很大的能源損失外，這也是制約其應(yīng)用于小功率發(fā)電機(jī)組場(chǎng)合的重要因素。在電機(jī)啟動(dòng)瞬間，電流回路里阻抗僅為定子繞組組抗，阻值很小，因此瞬間啟動(dòng)電流很大，往往是其正常運(yùn)行電流的4～7倍。啟動(dòng)過程中，由于電磁感應(yīng)作用，回路中電抗逐步增加，電流逐步減小，直至趨于穩(wěn)定值。采用軟件仿真其啟動(dòng)特性，結(jié)果如圖1。

圖1單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流圖形

從電流啟動(dòng)計(jì)算結(jié)果分析，啟動(dòng)瞬間電流峰值接近穩(wěn)定運(yùn)行電流約6倍。

表1是普通民用某型號(hào)5KW柴油發(fā)電機(jī)組規(guī)格值。

2 改善定速空調(diào)啟動(dòng)電流的幾種方式

2.1 應(yīng)用軟啟動(dòng)方式

運(yùn)用串接于電源和壓縮機(jī)電機(jī)之間的軟啟動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐步上升，直至啟動(dòng)結(jié)束賦予全電壓。由于軟啟動(dòng)器成本相對(duì)較高，控制器選配及設(shè)計(jì)有一定難度，目前使用此類降低啟動(dòng)電流方式在定速空調(diào)上應(yīng)用很少。

表1發(fā)電機(jī)組主要參數(shù)

2.2 應(yīng)用電機(jī)沖片調(diào)整改善

為了改善籠型異步電機(jī)啟動(dòng)，可以從轉(zhuǎn)子槽型著手，設(shè)法利用“集膚效應(yīng)”使啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻增大，以增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并減少啟動(dòng)電流。深槽和雙籠型槽均是比較常用的方式。此變更屬于顛覆性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，投資較大。

2.3 應(yīng)用PTC熱敏電阻

該方式在副繞組定子回路并連電阻器，啟動(dòng)結(jié)束后自動(dòng)斷開。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、啟動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行可靠，啟動(dòng)階段功率因素影響小。通過副繞組電容兩端并聯(lián)PTC，增加了電機(jī)等效回路的總電抗，改善啟動(dòng)效果。此外，為進(jìn)一步減小啟動(dòng)電流，可以在主線圈繞組串聯(lián)電感，起到增加回路總電抗效果，效果與并聯(lián)PTC相當(dāng)。

圖2 簡易控制電路圖

3 PTC在某定速1.5HP壓縮機(jī)應(yīng)用實(shí)例

3.1 PTC應(yīng)用于壓縮機(jī)啟動(dòng)簡介

啟動(dòng)瞬間，電流同時(shí)經(jīng)過低阻態(tài)的PTC，時(shí)間延時(shí)t后，電流通過PTC”切換”到高阻態(tài)。通過PTC電阻及運(yùn)行電容Cr值的選配，可以改善提高電容充電時(shí)間。從而縮短電機(jī)的啟動(dòng)速度。當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)后，PTC在很短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至初始低阻態(tài)，為下次壓縮機(jī)啟動(dòng)提供輔助扭矩。

3.2 被測(cè)定速壓縮機(jī)啟動(dòng)性能實(shí)測(cè)

測(cè)試壓縮機(jī)啟動(dòng)方式為電容啟動(dòng)及運(yùn)行，標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行電容為35uF。通過主繞線串電感、副繞組電容端并聯(lián)PTC，分別測(cè)試其啟動(dòng)時(shí)間改善情況。

圖3 啟動(dòng)時(shí)間隨電壓變化圖 圖4 啟動(dòng)電流隨電壓變化圖

由圖3可知，采用副繞組電容端并聯(lián)PTC，啟動(dòng)所需時(shí)間有較明顯減少，可以起到加快啟動(dòng)穩(wěn)定所需時(shí)間的作用。主繞線組串聯(lián)電感對(duì)縮短啟動(dòng)時(shí)間沒有幫助。

由圖4知，通過電容端并聯(lián)PTC電阻，對(duì)降低啟動(dòng)電流值沒有明顯差異。而通過主繞組串聯(lián)電感，對(duì)降低啟動(dòng)電流有一定效果。

通過PTC與電感的疊加應(yīng)用，啟動(dòng)要求及保護(hù)器允許范圍內(nèi)達(dá)到最優(yōu)化的啟動(dòng)能力。

3.3 改善后效果

圖5啟動(dòng)電流隨電壓變化圖 圖6啟動(dòng)時(shí)間隨電壓變化圖

從圖5、圖6可知道，通過電感及PTC的共同使用，將壓縮機(jī)額定電源下啟動(dòng)電流下降約23%，啟動(dòng)時(shí)間則縮短約10%?？梢跃徑庑」β拾l(fā)電機(jī)供電的電網(wǎng)壓力?；緷M足使用條件。

4 結(jié)語

采用主繞組串聯(lián)電感，副繞組電容端并聯(lián)PTC，可以達(dá)到降低啟動(dòng)電流縮短啟動(dòng)時(shí)間的作用。通過合理的選擇電感及PTC電阻值，可以滿足原有壓縮機(jī)可靠的啟動(dòng)，且不影響啟動(dòng)后的各項(xiàng)性能。因電感及PTC為外接器件，電路維修及安裝均比較方便。成本也相對(duì)便宜，此方式較使用與臨時(shí)性發(fā)電機(jī)供電的場(chǎng)合。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝麗蓉，王智勇，晁勤.鼠籠異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).2008（21）：68-72.

[2] 吳新振.單相異步電機(jī)性能計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)方程[J].微特電機(jī).1995（04）：21-23.