變頻器和軟啟動器的對比研究

苻志強

（云南紅塔體育中心有限公司，云南 昆明 650000）

變頻器和軟啟動器的對比研究

苻志強

（云南紅塔體育中心有限公司，云南 昆明 650000）

隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展，新興產(chǎn)業(yè)、能源政策以及節(jié)能環(huán)保體系等工程也為電動機行業(yè)帶來了更多的機遇與挑戰(zhàn)。電動機中的軟啟動器主要改變動力矩，通過減小對電網(wǎng)沖擊來減輕電動機啟動對設備的沖擊，而變頻器則主要用于調(diào)速，調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速與電源頻率之間的關(guān)系，啟動方式可以不同程度的影響電動機的使用壽命。文章研究了變頻器與軟啟動器之間的區(qū)別，并進行了對比，以便為工業(yè)企業(yè)提供最為合理的啟動方式。

變頻器；軟啟動器；對比

工業(yè)生產(chǎn)過程中，電動機占據(jù)十分重要的地位，而電動機啟動方式卻可以不同程度的影響其性能與使用壽命。以往電動機傳統(tǒng)的啟動方式主要分為直接啟動與降壓啟動兩種，但這兩種啟動方式也存在著很多亟待解決的問題。比如交流電動機在啟動過程中會將電壓全部加載于定子繞組上，啟動電流甚至為額定電流的三至七倍，這種啟動方式將會直接影響其他電氣設備的正常運行，甚至還會出現(xiàn)電網(wǎng)跳閘現(xiàn)象。除此之外，直接啟動還會導致過高的啟動沖擊轉(zhuǎn)矩，這種沖擊力度很有可能會損壞其他機械設備。另外一種是降壓啟動方式，為了避免電流過大，此種方式通過降低電壓啟動電機，但這種啟動方式會導致電機無法正常運行，嚴重時還會出現(xiàn)電機燒毀現(xiàn)象，為企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。為了進一步改善傳統(tǒng)啟動方式的弊端，我們研究并發(fā)明了軟啟動方式。

1　軟啟動器與變頻器簡介

（1）軟啟動器。軟啟動器主要串聯(lián)于電源與被控電機之間，同時，微電腦可以控制其內(nèi)部的晶閘管，從而實現(xiàn)交流調(diào)壓作用，而后輸入電壓開始以預設函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至給予電機全部電壓為止，這種啟動過程便可以成為軟啟動。在此過程中，電機的轉(zhuǎn)矩始終增加，轉(zhuǎn)速也會相應加大，直至晶閘管全部接通。利用這種啟動方式可以確保電機在額定電壓下工作，避免了以啟動電流過大而出現(xiàn)跳閘問題，實現(xiàn)了平滑啟動。由此可以看出，電機啟動時，軟啟動器實質(zhì)為一個調(diào)壓器，可以保護電機不受過流損害，但軟啟動器也存在自身一些弊端問題：首先，它無法調(diào)節(jié)電源頻率，不能實現(xiàn)零壓啟動，也無法達到零沖擊啟動的目的；其次，啟動過程中不能調(diào)速；最后電機啟動后，軟啟動器便退出了保護系統(tǒng)，不能全程保護電機不受損害。

（2）變頻器。顧名思義，變頻器的主要功能便是改變頻率，它主要是將電壓、頻率不變的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?、頻率可變的交流電。使用變頻器可以降低電機啟動時的沖擊力，有效控制電機啟動速度，延長啟動時間，從而將電流逐漸放緩，最終實現(xiàn)軟啟動，此過程中，變頻啟動器還可以提升電機的工作效率。由此看出，變頻器主要適用于節(jié)能環(huán)保方面，通過調(diào)速改變電機的啟動電壓與頻率，同時變頻器也具備一定的軟啟動功能，主要利用調(diào)節(jié)頻率來控制用電設備，比如工業(yè)生產(chǎn)中使用的變頻泵等。除此之外，變頻器還可以啟動大頻率電機，減少了因直接啟動帶來了的超負荷卸載等問題。但這種啟動方式也存在自身的一些弊端：首先，它的造價成本較大，價格遠超出了軟啟動器；其次，當前幾乎所有的變頻器都是使用PWM的控制方式，運行時極易產(chǎn)生諧波電流，造成電壓波形畸變，影響了系統(tǒng)的運行效率，甚至還會嚴重損害電子系統(tǒng)的安全運行；最后，變頻器的跳動比較頻繁，一旦發(fā)生過載顯現(xiàn)便會跳動。過載能力較強的馬達，只要設置合理的變頻器參數(shù)便不會經(jīng)常發(fā)生過載現(xiàn)象，但變頻器本身過載能力較差，因而極易出現(xiàn)過載報警現(xiàn)象。

2　軟啟動器與變頻器的啟動特性

（1）軟啟動器啟動特性。當前工業(yè)生產(chǎn)中使用的軟啟動器主要采用的是三相的交流調(diào)壓電路，電源通過三相交流電為電機供電。電機啟動時，三相交流調(diào)壓電路中的輸出電壓開始改變，隨之電機定子電流、轉(zhuǎn)矩等物理量也開始發(fā)生改變，而后進入啟動過程。此后，隨著輸出電壓的逐漸增加，電機的運行速度也在逐漸加快，當轉(zhuǎn)速達到固定值時，整個啟動過程便結(jié)束。整個啟動過程中控制交流調(diào)壓電路晶閘管的方式主要有兩種：一種是將晶閘管看作開關(guān)，在每一次電壓周期中，在固定時刻連通電路與電源，改變時刻便可以實現(xiàn)調(diào)壓，這種控制方式也被稱為相位控制；另一種則是連接電源與負載電路形成周波，再斷開一定周波數(shù)，而后通過改變接通與切斷時間進行調(diào)壓，即通過控制周波進行調(diào)壓，因此這種控制方式也被稱為通斷控制。

實際啟動過程中，軟啟動器主要存在三種啟動方式：首先是限流啟動，即限制電機的啟動電流，這種啟動方式主要適用于輕載啟動設備，啟動過程中可以直觀的看到啟動電流，但這種方式無法實現(xiàn)啟動壓降，不能充分充分壓降空間，從而可能會損壞電機；其次是斜坡電壓啟動，這種啟動方式主要適用于重載啟動設備，啟動時電壓會由小至大逐漸上升，將傳統(tǒng)降壓啟動由有級變?yōu)闊o級。同時，這種啟動方法柔性較好且啟動平滑，因而可以更好的保護拖動該系統(tǒng)，進而延長了電機的使用壽命，但它明顯的缺點卻是電流過大；最后是轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動，這種啟動方式主要適用于慣量較大設備，主要是在電壓斜坡控制的基礎(chǔ)上加上一個電壓突跳，比如風機負載等啟動困難的設備等。啟動過程中，突跳轉(zhuǎn)矩會克服電機阻力矩，而后轉(zhuǎn)矩會拋物線上升，進而縮短了啟動時間。但突然起跳會為電網(wǎng)帶去較大電流，進而會過度沖擊電網(wǎng)。

（2）變頻器啟動特性。變頻器啟動主要以電壓頻率比例平滑上升為基本原則，啟動過程中并無較大的轉(zhuǎn)差功率，可以確保電機平穩(wěn)啟動，從而減輕了啟動中的沖擊壓力，避免了啟動消耗。變頻器啟動是一種綜合技術(shù)，它主要建立于電子、自動化以及計算機技術(shù)的基礎(chǔ)之上，但由直流電動阻力影響，電動機無法實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)，比較特例的是異步電機，它不受上述因素的干擾，可以實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)。除此之外，變頻器還可以自由控制調(diào)速，可以實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)切換。啟動時，只需要改變變頻器內(nèi)部的開關(guān)順序，不必擔心因轉(zhuǎn)換不當發(fā)生電機燒毀問題。因此變頻器啟動尅可以自由的進行啟、停轉(zhuǎn)換，可以適用各種環(huán)境。

3　軟啟動器和變頻器的區(qū)別

全啟動器與變頻器主要存在七方面的區(qū)別：①啟動原理不同，軟啟動器主要利用固態(tài)繼電器，通過過零觸發(fā)實現(xiàn)電動機的調(diào)壓調(diào)速，而變頻啟動器則是利用變頻調(diào)速，工作中可以對電機任意進行正轉(zhuǎn)調(diào)速、反轉(zhuǎn)調(diào)速以及變頻運行等操作；②軟啟動器主要通過降壓啟動，啟動時會影響力矩，且存在一定的沖擊電流，而變頻器則是通過改變頻率進行啟動，可以實現(xiàn)帶載啟動，不會發(fā)生沖擊電流；③軟啟動主要利用降壓啟動，利用了啟動力矩，但其將壓值可以平滑穩(wěn)定調(diào)節(jié)，而變頻器則是同時改變電壓與頻率，且在不降低轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；④變頻器既可以調(diào)速，也具備節(jié)能功能，但軟啟動器明顯并不具備此種優(yōu)勢；⑤變頻器價格要遠遠高于軟啟動器，這是由于變頻器需要通過調(diào)速才可以實現(xiàn)節(jié)能，可以節(jié)省20%至60%的電率，節(jié)能效果較好。而軟啟動器的技術(shù)含量較低，且性能穩(wěn)定，因而價格也要遠低于變頻器，因此在不調(diào)速的情況下，多數(shù)企業(yè)還是會選用軟啟動器；⑥帶反饋的變頻器價格更高于軟啟動器價格，比如在特殊使用場合中，若負載率低于三分之一且具備反饋能量時，此時線式的軟啟動器成本更低，是最佳的啟動選擇。同時，存在大功率變頻時，采用先切在斷方式的變頻器實現(xiàn)成本更大，且存在不同步以及相位差等問題。而此時軟啟動器的雙向可控硅模塊則可以更輕松的實現(xiàn)啟動，由此看出，變頻器取代軟啟動器的基本前提便是要降低使用成本；⑦軟啟動器可以緩解啟動時電流過大問題，減輕了對電網(wǎng)的沖擊力量，比較適用于較大功率電機。它主要是在固定啟動時間內(nèi)完成由零電壓到全壓的加壓過程，從而啟動電機。而變頻器則是通過改變電源輸出頻率來調(diào)整電機啟動時的轉(zhuǎn)速，一般情況下，變頻器主要適用于變速裝備。

4　結(jié)論

傳統(tǒng)的電機啟動方式存在很多弊端，對大型生產(chǎn)企業(yè)與電網(wǎng)復雜企業(yè)來講，傳統(tǒng)啟動方式不僅無法適應企業(yè)的生產(chǎn)進程，還損害了企業(yè)的經(jīng)濟利益。軟啟動方式不但可調(diào)啟動參數(shù)，還可以解決啟動設備沖擊電網(wǎng)問題，具備保護、節(jié)能、調(diào)速等優(yōu)點，因此得到了廣泛使用。但軟啟動也存在不能平穩(wěn)啟動等問題，而變頻器則可以有效改善此問題，它可以通過數(shù)字化、信息化的控制體系為電動機提供更加全面的服務，進而多數(shù)企業(yè)利用變頻器控制實現(xiàn)電機的軟啟動過程。

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1671-3818（2016）09-0093-02