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）

隨著我國工業化的快速發展，新興產業、能源政策以及節能環保體系等工程也為電動機行業帶來了更多的機遇與挑戰。電動機中的軟啟動器主要改變動力矩，通過減小對電網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速，調節電動機轉速與電源頻率之間的關系，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別，并進行了對比，以便為工業企業提供最為合理的啟動方式。

變頻器；軟啟動器；對比

工業生產過程中，電動機占據十分重要的地位，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，甚至還會出現電網跳閘現象。除此之外，直接啟動還會導致過高的啟動沖擊轉矩，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，嚴重時還會出現電機燒毀現象，為企業造成巨大的經濟損失。為了進一步改善傳統啟動方式的弊端，我們研究并發明了軟啟動方式。

1　軟啟動器與變頻器簡介

（1）軟啟動器。軟啟動器主要串聯于電源與被控電機之間，同時，微電腦可以控制其內部的晶閘管，從而實現交流調壓作用，而后輸入電壓開始以預設函數關系逐漸上升，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，電機的轉矩始終增加，轉速也會相應加大，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跳閘問題，實現了平滑啟動。由此可以看出，電機啟動時，軟啟動器實質為一個調壓器，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，它無法調節電源頻率，不能實現零壓啟動，也無法達到零沖擊啟動的目的；其次，啟動過程中不能調速；最后電機啟動后，軟啟動器便退出了保護系統，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變為電壓、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能環保方面，通過調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，主要利用調節頻率來控制用電設備，比如工業生產中使用的變頻泵等。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，運行時極易產生諧波電流，造成電壓波形畸變，影響了系統的運行效率，甚至還會嚴重損害電子系統的安全運行；最后，變頻器的跳動比較頻繁，一旦發生過載顯現便會跳動。過載能力較強的馬達，只要設置合理的變頻器參數便不會經常發生過載現象，但變頻器本身過載能力較差，因而極易出現過載報警現象。

2　軟啟動器與變頻器的啟動特性

（1）軟啟動器啟動特性。當前工業生產中使用的軟啟動器主要采用的是三相的交流調壓電路，電源通過三相交流電為電機供電。電機啟動時，三相交流調壓電路中的輸出電壓開始改變，隨之電機定子電流、轉矩等物理量也開始發生改變，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，當轉速達到固定值時，整個啟動過程便結束。整個啟動過程中控制交流調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，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調壓，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，而后通過改變接通與切斷時間進行調壓，即通過控制周波進行調壓，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，將傳統降壓啟動由有級變為無級。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，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，突跳轉矩會克服電機阻力矩，而后轉矩會拋物線上升，進而縮短了啟動時間。但突然起跳會為電網帶去較大電流，進而會過度沖擊電網。

（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差功率，可以確保電機平穩啟動，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，它主要建立于電子、自動化以及計算機技術的基礎之上，但由直流電動阻力影響，電動機無法實現高速運轉，比較特例的是異步電機，它不受上述因素的干擾，可以實現高速運轉。除此之外，變頻器還可以自由控制調速，可以實現電機的正反轉切換。啟動時，只需要改變變頻器內部的開關順序，不必擔心因轉換不當發生電機燒毀問題。因此變頻器啟動尅可以自由的進行啟、停轉換，可以適用各種環境。

3　軟啟動器和變頻器的區別

全啟動器與變頻器主要存在七方面的區別：①啟動原理不同，軟啟動器主要利用固態繼電器，通過過零觸發實現電動機的調壓調速，而變頻啟動器則是利用變頻調速，工作中可以對電機任意進行正轉調速、反轉調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，可以實現帶載啟動，不會發生沖擊電流；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定調節，而變頻器則是同時改變電壓與頻率，且在不降低轉矩的基礎上調節轉速；④變頻器既可以調速，也具備節能功能，但軟啟動器明顯并不具備此種優勢；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速才可以實現節能，可以節省20%至60%的電率，節能效果較好。而軟啟動器的技術含量較低，且性能穩定，因而價格也要遠低于變頻器，因此在不調速的情況下，多數企業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整電機啟動時的轉速，一般情況下，變頻器主要適用于變速裝備。

4　結論

傳統的電機啟動方式存在很多弊端，對大型生產企業與電網復雜企業來講，傳統啟動方式不僅無法適應企業的生產進程，還損害了企業的經濟利益。軟啟動方式不但可調啟動參數，還可以解決啟動設備沖擊電網問題，具備保護、節能、調速等優點，因此得到了廣泛使用。但軟啟動也存在不能平穩啟動等問題，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，進而多數企業利用變頻器控制實現電機的軟啟動過程。

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TM921.41

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1671-3818（2016）09-0093-02