李锡刚 李倩 亓效亮 王晓琳
【摘要】本文对某公司新建60000m?/h空压机电气启动的过程进行阐述，同时也对同步电动机采用变频软启动的启动方式优缺点进行分析，优化制氧机启动时电气操作步骤，达到快速、稳定的启动要求。
【关键词】空压机;电动机;变频启动
Abstract：The Shandong iron and steel company Laiwu branch，new process 60000m?/h Air compressor electrical startup is described，the advantages and disadvantages of start-up mode with frequency soft starting of synchronous motor is analyzed，the optimization of oxygen making machine startup electrical operation steps，achieving fast，stable starting requirements.
Key word：Air compressor;Motor;Frequency conversion start
一、前言
某公司新建60000m?/h制氧机工程是其近年来重点建设项目之一，该空压机是德国林德公司设计生产，目前处于国内制氧系统领先水平，本文所阐述的空压机为ABB公司的AMS-1120SH型无刷同步电动机，容量为29MW，采用变频软启动方式进行启动，目前已投入使用，运行稳定，满足正常的生产需求。
二、空压机电气组成
按照设计结构，空压机电气部分包括进线隔离柜一台、空压机运行柜一台、变频软启动器电源柜一台、变频软启动器输出柜一台、电缆连接柜两台、励磁柜一台、LCI单元（变频软启动器）。当运行柜、电源柜及输出柜三台断路器置于工作位置，保护装置选择远程控制，且励磁柜电控允许，则由DCS（集散控制系统）进行开停车控制。三台断路器启动切换程序编制在励磁柜内的PLC逻辑内。三台断路器之间有必要的硬接点连锁，在空压机旁、中控室配有紧急停车按钮，开关柜上也具有机械紧停按钮，以确保设备安全。
图1 启动原理图
三、空压机启动过程描述
1.启动控制原理
DCS启动命令下达后，先合上变频软启动器输出柜断路器（OCB）和变频软启动器电源柜断路器（ICB），再合上励磁电源接触器，此时励磁柜采用恒励磁电流（FCR）控制模式，励磁电流由LCI（变频软启动器）控制，向同步机交流励磁发电机的定子三相绕组供电。交流励磁机的转子与同步电动机的转子同轴，在励磁发电机的转子电枢绕组端部感应出三相交流电压，由固定在同步电动机转子轴的二极管旋转整流器整流成直流电压，施加在无刷同步电动机的转子励磁绕组上，为其提供持续的励磁电流。（启动原理图如图1所示）
高压电流经ICB至降压变压器TLS（将10kV电压降为2090V），然后通过变频器LCI经过整流、逆变把变化着的电壓和频率输出到升压变压器TMS（再将2090V电压重新变为10KV），启动初始时为防止大电压变化率对电动机冲击，经由旁路Bypass至OCB，当转速为150rpm时，断开Bypass开关后切至升压变压器TMS运行，电机继续加速至1500rpm时，变频器LCI对电压互感器T1和T2二次侧信号进行比较，当电压差小于5V，频率差小于0.2Hz，相位差为零时，空压机运行柜RCB断路器吸合，同时ICB及OCB断开，电动机全压运行，电机启动完成后，LCI控制系统退出运行，励磁控制模式转为功率因数PF控制模式，启动时间约120秒。
图2 空压机电动机启动特性图
图3 空压机电动机机械特性图
2.启动特性
空压机电动机启动特性图如图2所示。如上文所述，电动机定子通入电枢电流、转子加励磁电流，电动机运转，待其进入稳定运行状态（150rpm）后逐渐升高电枢频率，电动机转速进一步提高。
3.机械特性
空压机电动机机械特性图如图3所示。
电动机启动时，对电机施加的初始电流拖动设备运转，待转子与旋转磁场建立关系后，逐渐升高电枢电压，使电动机平滑加速。
四、存在问题及处理方法
1.空压电机容量为29MW，启动转矩较大，因此需要较大启动电流方可满足启动要求，在设置启动参数时，增大启动电流虽然能增大启动转矩，但也会使电机振动加大，电机机械特性所示波动增大，损伤电机本体;启动电流较小时，不能有效的拖动设备运转，导致多次启动失败的情况出现，不能满足生产的要求。鉴于此种情况，通过多次试验的对比、研究，我们找出了符合实际要求的启动电流临界值，既能可靠的拖动电动机运转又能满足机械特性要求，从而有效的解决了空压机电机多次启动不成功的难题。
2.空压机变频启动不成功时，LCI单元面板会有错误类型提示，但此时LCI单元并未停止继续启动设备，而保持持续运行模式，只能通过人为的拍下急停按钮来中断启动，这就增加了设备运行的不安全隐患。变频器启动过程控制是通过PLC程序来实现，消除此项缺陷只能更改程序来完成，根据设备参数及实际经验总结，当启动14秒时，电机转速小于150rpm时，视为此次启动失败，终止启动，将命令增加至PLC中，有效的解决了该项问题。
五、结论
该机组目前是某公司最大的制氧机组，空压机电机目前已安全顺利的运行了半年多时间，每次启动都十分顺利，采用变频软启动器方式启动既减小了对电网系统的冲击，又满足了制氧工艺、机械系统的要求，是大型同步电机比较理想的启动方式。
参考文献
[1]杨兴瑶.电动机调速的原理和系统[M].北京：水利电力出版社，1979.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2003.
