压缩机系统中的电气装置

为压缩机选择正确的电动机对于确保系统高效和有效地运行至关重要。

这可以尽量降低发生机械故障的风险，防止出现成本高昂的维修和停机时间。电动机的使用寿命和工作时间越长，就越省钱。

空气压缩机通常使用三相鼠笼式感应电动机。低压电动机特别适合功率不超过 450-500 kW 的压缩机，而高压电动机更适合功率更高的压缩机。 

电动机通常由风扇冷却，选用的电动机一般可在温度不超过 40°C 以及海拔不超过 1000 米的条件下工作。有些制造商使用许可环境温度上限达 46°C 的标准电动机。在为海拔更高或温度更高的地区确定压缩机装置的规格时，必须对输出功率进行降额。 

电动机一般为法兰安装，并直接连接到压缩机上。电机转速要适合压缩机的类型，但在实际应用中，一般都是选择转速为 3000 rpm 的 2 极或 4 极电动机。此外，还要确定电动机的额定输出（在 1500 rpm 转速下的输出功率）。

使用规格过大的电动机可能导致 

• 成本升高， 

• 起动电流过大， 

• 要使用更大的保险丝， 

• 功率因数低， 

• 以及效率变低。 

另一方面，使用规格过小的电动机可能导致

• 过载
• 和故障风险。

确保电动机的输出与压缩机的功率需求相匹配有助于避免潜在问题，并确保电动机发挥理想性能。这对电动机和压缩机都有利，可以帮助延长二者的使用寿命并提高工作效率。

电动机防护等级用于衡量电动机的耐尘防水能力。电动机防护等级需要符合相关标准。 

请注意，开放式电动机不适合与压缩机一起使用，因为这种电动机无法提供足够的防尘和防水能力。比如说，防护等级为 IP23 的电动机只能承受水溅或轻薄水雾，但不能浸入到液体中。

采用防尘防喷水设计 (IP55)的电动机优于开放式电动机 (IP23)，后者可能需要定期拆解和清洁。

在有些情况下，机器中的积尘会导致过热，进而缩短机器使用寿命。不过，压缩机成套设备的外壳也能防尘防水，所以或许也能使用防护等级低于 IP55 的电动机。

在选择电动机时，还必须考虑起动方法。对于星形/三角形起动方式，电动机只需正常起动扭矩的三分之一就能顺利起动，因此，对比一下电动机和压缩机扭矩曲线可帮助您确保压缩机能够正确地起动。

常见的起动方法包括直接起动、星形/三角形起动和软起动。

• 直接起动非常简单，但起动电流和扭矩很高，这可能造成电动机损坏。 

• 星形/三角形起动会限制起动电流，它由三个接触器、过载保护装置以及一个计时器组成，后者可将电动机从星形接法切换为三角形接法。 

• 软起动是一种渐进式起动方法，它利用半导体开关来限制起动电流。 

直接起动非常简单，只需要接触器和过载保护装置。它的缺点是起动电流高（电动机额定电流的 6-10 倍）和起动扭矩高（可能造成轴和联轴器受损等）。

星形/三角形起动可以限制起动电流。起动器由三个接触器、过载保护装置和一个计时器组成。

电动机以星形接法起动，并在到达设定的时间后（当转速达到额定转速的 90% 时），由计时器切换接触器，使电动机变为三角形接法，即进入工作模式。 

与直接起动相比，星形/三角形起动可将起动电流降低至约 1/3，起动扭矩也降至 1/3。

更低的起动扭矩意味着电动机在起动阶段的负载应该较低，因此，电动机在切换至三角形接法之前，几乎已经达到额定转速。

如果转速过低，在切换至三角形接法时，会产生与直接起动同样高的电流/扭矩峰值。

软起动（或渐进起动）可作为星形/三角形起动的替代方法，它使用半导体（IGBT 型电源开关）起动器替代了机械式接触器。这种起动是渐进式的，起动电流限制为额定电流的大约三倍。 

在大多数情况下，直接起动和星形/三角形起动使用的起动器都集成在压缩机中。

对于大型压缩机设施，由于以下原因，这些装置可能单独布置在开关设备内：

• 空间需求，
• 产生热量
• 以及方便检修。

（了解有关如何在压缩机房中创造理想工作条件的更多信息。）

请注意，软起动的起动器通常单独安装在压缩机旁边以便于散热。但是，如果冷却系统能够保证可靠地散热，也可能集成在压缩机成套设备内。对于使用高电压的电动压缩机，起动设备总是安装在单独的电气柜中。

应按照标准确定电缆"规格，以确保在正常运行中，电缆不会出现过高温度，也不会因短路而受到过热或机械损坏"。

要为应用选择合适的电缆，您需要考虑：

• 负载，
• 允许的电压降，
• 布线方法（电缆架、墙壁等）
• 以及环境温度。

还可以使用保险丝来保护电缆，以免发生短路和过载。

使用电动机时，您需要提供两种类型的保护。一是短路保护（比如使用保险丝），以防止危险的电气短路。二是过载保护（通常是使用起动器中包含的电动机保护），以在电流超过特定水平时自动跳闸和断开起动器。这可保护电动机及其电缆。

短路保护可以保护起动器、过载保护装置和电缆。要选择正确的电缆规格，您可以查阅 IEC 60364-5-52。 

不过，还有一个重要因素："跳闸条件"。这意味着装置的设计应保证可在短路时快速安全地断电。为确保满足此条件，您需要考虑电缆的长度、横截面和选用的短路保护。

短路保护安装在电缆的连接起点处，可包括保险丝或断路器。如果您选择的解决方案与系统相匹配，则哪一种方案都能提供合理的保护水平。 

保险丝在会出现较大的短路电流时保护效果更好，但它无法形成隔离断路，而且发生小故障时的跳闸时间较长。断路器可以快速形成隔离断路，即使出现小故障也是如此，但断路器规划起来更复杂。短路保护的规格取决于预期负载以及起动器装置的限制。

有关起动器短路保护，请参阅国际电工委员会标准 IEC 60947-4-1（类型 1 和类型 2）。

选择类型 1 还是类型 2 取决于短路对起动器的影响。 

类型 1："… 发生短路时，接触器或起动器不得对人员或设施造成危险，而且如果不对部件进行维修和更换，便不适合再继续使用。" 

类型 2："… 发生短路时，接触器或起动器不得对人员或设施造成危险，但必须适合继续使用。能够发现接触器轻度粘结风险，在这种情况下，制造商应指明相应的维护措施…"

电动机既消耗有功功率（变成机械功），也消耗无功功率（电动机励磁）。无功功率会给电缆和变压器带来负载。功率因数 cos φ 决定了二者之间的关系，该值通常介于 0.7 和 0.9 之间，电动机越小，功率因数越小。

通过使用电容器由机器直接生成无功功率，您可以将功率因数几乎提高到 1。这意味着您不必从主电源获取所需的无功功率。这样做是为了避免因在预定的电压水平以外消耗无功功率而被电力公司加收额外的费用。此外，这还有助于抵消重载变压器和电缆的部分负载。

通过考虑上述因素，您可以构建一个合理运行的电气系统，从而尽可能地提高压缩机的性能并增加其使用寿命。

阅读下面的文章，了解有关压缩机系统安装过程的更多信息。