晶闸管软启动器将逐步取代传统的自耦式补偿器

摘要：软启动器作为节能控制器于上世纪90年代初开始在国内大量推广，经过多年实践证明晶闸管软启动器优于传统的自耦式补偿器，随着国产化的推进传统的自耦式补偿器将被逐步淘汰。

关键词：晶闸管软启动器；节能控制器；自耦式补偿器；智能化软启动器中图分类号：TP2文献标识码：B文章编号：0219－2713(2002)09－0437－03

表1有功功率P对比数据（30kW）序号负载率/％输出功率P2/W输入功率P1/W节电量/W
不带节电器带节电器
100880432448
20.3152.911100446654
32.8766.0716601200460
451532.1424702100370
5103064.2840403800240
6154599.4757005540160
7206116.257200712080
8319168.21104401040040
940.712199.63136001356040
105015218.731676016840－80
1170.721234.342328023440－160
1210030170.4733200332000

1引言

1977年美国航空航天局(NASA)FrankNole工程师获得了一项节电器专利，初期称为“功率因数控制器”，此后又有许多公司和个人开发了十几种节电器。1982年FrankNole又作了二点改进，一是省掉取样电阻而改为监视晶闸管两端电压，二是采取了反馈控制技术，使空载时电动机电压进一步减小，节电率大大提高，正式定名为“节电器”（POWERSAVER）。我国也开发了节电器，但实际使用效果不佳，未能广泛推广使用。1983年后，上海市相继引进了一系列的节电器产品，在对引进的节电器消化吸收的基础上，上海，西安等地研制出了新型节电器，其性能达到并超过引进的同类产品，为进一步推广节电器创造了条件，国内市场上从上世纪90年代开始把软启动器作为电机节能的首选产品。

2作为节能应用的软启动器

节电器通过双向晶闸管或反并联晶闸管相位控制实现降压，其主电路原理如图1所示。

晶闸管软启动器实测数据见表1（参阅30kW电机实测数据）。从表1可见

1）节电器对某些特定的负载具有较好的节电效

益，因此，它应在相应范围内推广使用，切莫不分对象

图1软启动主电路

图3软启动＋突跳起动方式

图2线性软启动方式

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图4平滑加、减速方式

应用。

2）对于不变负载（不管是满载还是负载率30％～40％情况），连续长期运行，则不宜采用节电器，而应该选用高效电动机。

3）对于变负载情况，如果最低负载率≥30％以上，采用晶闸管软启动器意义也不大。

3软启动器与自耦式补偿器技术经济对比

传统的自耦补偿器自上世纪50年代初开始应用以来，一直在电机起动装置领域占居主要地位。自上世纪80年代开始，国外固态起动装置在我国工业领域逐步推广使用，已对传统的补偿器形成较大冲击。表2对二种装置进行了技术与经济对比，并给出了正确应用范围供读者参考。

4软启动器的技术特点与应用范围

1）短期重复工作的机械

长期空载(轻载40％)运行，短时重载。例如：起重机、皮带输送机、金属材料压延机、车床、冲床、刨床、剪床等。

2）频繁起动的工作机械

有些机械经常处于开停状态，如果允许轻载启动，则可以使用软起动技术。以下列举一些软起动器的特性。 a)线性软起动

这种起动方式是最普遍使用的。首先，电机上升至初始转矩值，该值可在5％～90％的额定转矩之间调节。然后，电机电压在加速斜坡上升时间逐渐上升，加速斜坡上升时间可在2～30s之间调整。如图2所示。b）带可选择突跳起动的软起动

这种起动方式提供了突跳起动和升压。它可提供500％满载电流的电流脉冲，可调时间范围为0.4～2s。使电机因负载需要助推才能起动时额外加一个附加转矩。如图3所示。

c）泵控制

该功能在离心泵的起动及停止期间，通过平滑地加速及减速电机来减小泵系统中出现的喘振。由微计算机分析电机变量并发出控制命令，以减小系统中出现喘振可能性的方式来控制电机。起动时间可在2～30s之间调整，停止时间可在2～120s之间调整。如图4所示。

d）智能电机制动

控制系统可实现在需要电机比自由停车更快速停车的场合，即快速制动。它是以微计算机为基础的制动系统，该系统给标准的鼠笼感应电动机提供三相制动电流。制动在没有附加的接触器或电源设备的情况下完成，而且无需计时器、传感器或测速计，便实行自动零速停车。制动电流的强弱可在满载电流的150％～400％之间调整。补偿器无法完成此功能。如图5所示。

e）低速制动

该功能主要用于电动机需正向低速定位和需要制

表2三种降压起动性能对比降压起动方式自耦变压器星鋈角转换晶闸管软起动器
起动电压K·Ue(0.3～1.0)Ue
起动电流K·Ied(0.3～1.0)Ied
起动力矩K2·Mgd(0.3～1.0)Mgd
各种起动方式的特征及优缺点轻载起动时起动冲击电流小，起动力矩较大，但不允许频繁起动，切换时产生二次冲击起动电流小，起动力矩小，仅适合20kW以下小容量起动电流可以从（20～400）％任意规定，对起动力矩可限制，保护机械安全，轻载可以节能

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晶闸管软启动器将逐步取代传统的自耦式补偿器

图5快速制动方式

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图6低速制动方式

图7泵专门软启动控制方式

表3自耦式补偿器的价格及其铜、硅钢用量及相应软启动器价格控制电动机功率/kW自耦式启动器ABB软启动器价格/元
价格/元消耗铜/kg消耗硅钢/kg
15～223900.0014353450.00
20～374050.0017485830.00
455500.0034866190.00
556400.0036946410.00
756700.00401008700.00
908700.004210510970.00
11010500.004411010950.00
13212700.005614412970.00
16014000.007016014620.00
180～20016000.007518016010.00
220～25020000.008320023660.00
280～31521000.009021040670.00

动控制停车的场合。慢速调制速度为额定速度的7％（低）或额定速度的15％（高）。低速加速电流（2s内）可在50％～400％之间调整。制动电流可在150％～400％之间调整。不能采用突跳启动。低速电流限量可在满载电流的50％～450％之间调整。如图6所示。

f）泵专门起动控制

消除喘振现象的控制方法如图7所示，电动机的转速－转矩曲线已经修改成泵系统相关特性。这种特性可提供尽可能接近恒定的加速转矩。同时不需要转速表、流量或压力传感器、或其它类型的外部反馈到控制器，而是利用基于微处理器的电动机反馈来完成的。由于没有突然的转矩变化、因此电动机平滑地加速，泵系统的喘振或冲击达到最小。 5晶闸管软启动器应用情况

根据上海某公司提供的销售情况，2001年该公司销售晶闸管软启动器2000余台。说明晶闸管软启动器的市场前景看好，传统的自耦式补偿器将逐步被软启动器取代。

在我国晶闸管软启动器从上世纪90年代中期开始逐渐被应用于取代传统的自耦式补偿器，其最大的优点是软起动性能好，可以根据被启动设备的需要进行限流启动，即可以在电机额定启动电流0.5～4倍以内任意调整。其次是体积小，不需消耗大量铜，硅钢片材料。

表3列出自耦式补偿器价格及铜，硅钢片用量。同时列出ABB软启动器同等功率产品的参考价格。

6结语1）从初投资对比来看，功率在250kW以下，选用晶闸管软启动器相间功率增大倍，但价格与自耦式补偿器相仿。功率从280kW开始采用晶闸管软启动器较贵，但可以节约大量硅钢及铜材，并满足一定工艺要求，还可防止二次冲击。

2）凡工艺上有特殊需要的设备，如图3～图6传统的补偿器启动无法满足要求，必须采用智能晶闸管软启动器。

3）长期高速，短时低速，且电机负载率在35％以下时，采用晶闸管软启动器有较好节能效果。