变频器和软启动器的对比研究

苻志强

（云南红塔体育中心有限公司，云南 昆明 650000）

变频器和软启动器的对比研究

苻志强

（云南红塔体育中心有限公司，云南 昆明 650000）

随着我国工业化的快速发展，新兴产业、能源政策以及节能环保体系等工程也为电动机行业带来了更多的机遇与挑战。电动机中的软启动器主要改变动力矩，通过减小对电网冲击来减轻电动机启动对设备的冲击，而变频器则主要用于调速，调节电动机转速与电源频率之间的关系，启动方式可以不同程度的影响电动机的使用寿命。文章研究了变频器与软启动器之间的区别，并进行了对比，以便为工业企业提供最为合理的启动方式。

变频器；软启动器；对比

工业生产过程中，电动机占据十分重要的地位，而电动机启动方式却可以不同程度的影响其性能与使用寿命。以往电动机传统的启动方式主要分为直接启动与降压启动两种，但这两种启动方式也存在着很多亟待解决的问题。比如交流电动机在启动过程中会将电压全部加载于定子绕组上，启动电流甚至为额定电流的三至七倍，这种启动方式将会直接影响其他电气设备的正常运行，甚至还会出现电网跳闸现象。除此之外，直接启动还会导致过高的启动冲击转矩，这种冲击力度很有可能会损坏其他机械设备。另外一种是降压启动方式，为了避免电流过大，此种方式通过降低电压启动电机，但这种启动方式会导致电机无法正常运行，严重时还会出现电机烧毁现象，为企业造成巨大的经济损失。为了进一步改善传统启动方式的弊端，我们研究并发明了软启动方式。

1　软启动器与变频器简介

（1）软启动器。软启动器主要串联于电源与被控电机之间，同时，微电脑可以控制其内部的晶闸管，从而实现交流调压作用，而后输入电压开始以预设函数关系逐渐上升，直至给予电机全部电压为止，这种启动过程便可以成为软启动。在此过程中，电机的转矩始终增加，转速也会相应加大，直至晶闸管全部接通。利用这种启动方式可以确保电机在额定电压下工作，避免了以启动电流过大而出现跳闸问题，实现了平滑启动。由此可以看出，电机启动时，软启动器实质为一个调压器，可以保护电机不受过流损害，但软启动器也存在自身一些弊端问题：首先，它无法调节电源频率，不能实现零压启动，也无法达到零冲击启动的目的；其次，启动过程中不能调速；最后电机启动后，软启动器便退出了保护系统，不能全程保护电机不受损害。

（2）变频器。顾名思义，变频器的主要功能便是改变频率，它主要是将电压、频率不变的交流电转变为电压、频率可变的交流电。使用变频器可以降低电机启动时的冲击力，有效控制电机启动速度，延长启动时间，从而将电流逐渐放缓，最终实现软启动，此过程中，变频启动器还可以提升电机的工作效率。由此看出，变频器主要适用于节能环保方面，通过调速改变电机的启动电压与频率，同时变频器也具备一定的软启动功能，主要利用调节频率来控制用电设备，比如工业生产中使用的变频泵等。除此之外，变频器还可以启动大频率电机，减少了因直接启动带来了的超负荷卸载等问题。但这种启动方式也存在自身的一些弊端：首先，它的造价成本较大，价格远超出了软启动器；其次，当前几乎所有的变频器都是使用PWM的控制方式，运行时极易产生谐波电流，造成电压波形畸变，影响了系统的运行效率，甚至还会严重损害电子系统的安全运行；最后，变频器的跳动比较频繁，一旦发生过载显现便会跳动。过载能力较强的马达，只要设置合理的变频器参数便不会经常发生过载现象，但变频器本身过载能力较差，因而极易出现过载报警现象。

2　软启动器与变频器的启动特性

（1）软启动器启动特性。当前工业生产中使用的软启动器主要采用的是三相的交流调压电路，电源通过三相交流电为电机供电。电机启动时，三相交流调压电路中的输出电压开始改变，随之电机定子电流、转矩等物理量也开始发生改变，而后进入启动过程。此后，随着输出电压的逐渐增加，电机的运行速度也在逐渐加快，当转速达到固定值时，整个启动过程便结束。整个启动过程中控制交流调压电路晶闸管的方式主要有两种：一种是将晶闸管看作开关，在每一次电压周期中，在固定时刻连通电路与电源，改变时刻便可以实现调压，这种控制方式也被称为相位控制；另一种则是连接电源与负载电路形成周波，再断开一定周波数，而后通过改变接通与切断时间进行调压，即通过控制周波进行调压，因此这种控制方式也被称为通断控制。

实际启动过程中，软启动器主要存在三种启动方式：首先是限流启动，即限制电机的启动电流，这种启动方式主要适用于轻载启动设备，启动过程中可以直观的看到启动电流，但这种方式无法实现启动压降，不能充分充分压降空间，从而可能会损坏电机；其次是斜坡电压启动，这种启动方式主要适用于重载启动设备，启动时电压会由小至大逐渐上升，将传统降压启动由有级变为无级。同时，这种启动方法柔性较好且启动平滑，因而可以更好的保护拖动该系统，进而延长了电机的使用寿命，但它明显的缺点却是电流过大；最后是转矩加突跳控制启动，这种启动方式主要适用于惯量较大设备，主要是在电压斜坡控制的基础上加上一个电压突跳，比如风机负载等启动困难的设备等。启动过程中，突跳转矩会克服电机阻力矩，而后转矩会抛物线上升，进而缩短了启动时间。但突然起跳会为电网带去较大电流，进而会过度冲击电网。

（2）变频器启动特性。变频器启动主要以电压频率比例平滑上升为基本原则，启动过程中并无较大的转差功率，可以确保电机平稳启动，从而减轻了启动中的冲击压力，避免了启动消耗。变频器启动是一种综合技术，它主要建立于电子、自动化以及计算机技术的基础之上，但由直流电动阻力影响，电动机无法实现高速运转，比较特例的是异步电机，它不受上述因素的干扰，可以实现高速运转。除此之外，变频器还可以自由控制调速，可以实现电机的正反转切换。启动时，只需要改变变频器内部的开关顺序，不必担心因转换不当发生电机烧毁问题。因此变频器启动尅可以自由的进行启、停转换，可以适用各种环境。

3　软启动器和变频器的区别

全启动器与变频器主要存在七方面的区别：①启动原理不同，软启动器主要利用固态继电器，通过过零触发实现电动机的调压调速，而变频启动器则是利用变频调速，工作中可以对电机任意进行正转调速、反转调速以及变频运行等操作；②软启动器主要通过降压启动，启动时会影响力矩，且存在一定的冲击电流，而变频器则是通过改变频率进行启动，可以实现带载启动，不会发生冲击电流；③软启动主要利用降压启动，利用了启动力矩，但其将压值可以平滑稳定调节，而变频器则是同时改变电压与频率，且在不降低转矩的基础上调节转速；④变频器既可以调速，也具备节能功能，但软启动器明显并不具备此种优势；⑤变频器价格要远远高于软启动器，这是由于变频器需要通过调速才可以实现节能，可以节省20%至60%的电率，节能效果较好。而软启动器的技术含量较低，且性能稳定，因而价格也要远低于变频器，因此在不调速的情况下，多数企业还是会选用软启动器；⑥带反馈的变频器价格更高于软启动器价格，比如在特殊使用场合中，若负载率低于三分之一且具备反馈能量时，此时线式的软启动器成本更低，是最佳的启动选择。同时，存在大功率变频时，采用先切在断方式的变频器实现成本更大，且存在不同步以及相位差等问题。而此时软启动器的双向可控硅模块则可以更轻松的实现启动，由此看出，变频器取代软启动器的基本前提便是要降低使用成本；⑦软启动器可以缓解启动时电流过大问题，减轻了对电网的冲击力量，比较适用于较大功率电机。它主要是在固定启动时间内完成由零电压到全压的加压过程，从而启动电机。而变频器则是通过改变电源输出频率来调整电机启动时的转速，一般情况下，变频器主要适用于变速装备。

4　结论

传统的电机启动方式存在很多弊端，对大型生产企业与电网复杂企业来讲，传统启动方式不仅无法适应企业的生产进程，还损害了企业的经济利益。软启动方式不但可调启动参数，还可以解决启动设备冲击电网问题，具备保护、节能、调速等优点，因此得到了广泛使用。但软启动也存在不能平稳启动等问题，而变频器则可以有效改善此问题，它可以通过数字化、信息化的控制体系为电动机提供更加全面的服务，进而多数企业利用变频器控制实现电机的软启动过程。

［1］刘利，王栋，杨润玲，周军妮.电机软启动器节能运行功能及其应用研究［J］.电气传动，2010，（4）.

［2］苗继军，赵利杰，王俊伟.软启动器在煤矿大采高工作面中的应用研究（优先出版）［J］.工矿自动化，2013，（3）.

［3］齐智文，曲兵妮，袁观娜，等.基于C8051F040单片机的软启动器设计（优先出版）［J］.工矿自动化，2014，（9）.

TM921.41

A

1671-3818（2016）09-0093-02