1 引言
三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。而三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較強(qiáng)干擾，尤其在工業(yè)領(lǐng)域中的重載起動(dòng)，有時(shí)可能對(duì)設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因而三相異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)越來越受到相關(guān)技術(shù)人員的重視。
對(duì)于大功率異步電動(dòng)機(jī)而言，軟起動(dòng)比硬起動(dòng)（即直接起動(dòng)）具有如下優(yōu)勢(shì)：
1）減少起動(dòng)過程引起的電網(wǎng)電壓降使之不影響共網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行；
2）減小電動(dòng)機(jī)的沖擊電流沖擊電流會(huì)造成電動(dòng)機(jī)局部過熱，危害電動(dòng)機(jī)壽命；
3）減小硬起動(dòng)帶來的機(jī)械沖力沖力將加速傳動(dòng)機(jī)械（軸、嚙合齒輪等）的磨損；
4）減少電磁干擾沖擊電流會(huì)以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行。
總之，軟起動(dòng)使電動(dòng)機(jī)可以起停自如，提高作業(yè)率，因而有其重要作用。
2 軟起動(dòng)的分類
軟起動(dòng)可分為有級(jí)和無級(jí)兩類，前者的調(diào)節(jié)是分檔的；后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。早先的軟起動(dòng)均是有級(jí)的，如Y/△變換軟起動(dòng)、自耦變壓器軟起動(dòng)、電抗器軟起動(dòng)等。無級(jí)調(diào)節(jié)主要有三種：以電解液液阻限流的軟起動(dòng)、以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動(dòng)、以磁飽和電抗器為限流元件的磁控軟起動(dòng)。
變頻器也是一種軟起動(dòng)裝置，而且是比較理想的一種，它可以在限流的同時(shí)保持高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。價(jià)格貴是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。人們購置變頻器一般都是著眼于調(diào)速，所以，常常不把它歸類于軟起動(dòng)裝置。筆者認(rèn)為應(yīng)對(duì)變頻器的軟起動(dòng)功能給予特別的重視。
2.1 液阻軟起動(dòng)
液阻是一種由電解液形成的電阻，它導(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)電。其阻值正比于二塊電極板的距離，反比于電解液的電導(dǎo)率，極板距離和電導(dǎo)率都便于控制，且液阻的熱容量大。液阻的這兩大特點(diǎn)（阻值可以無級(jí)控制和熱容量大），恰恰是軟起動(dòng)所需要的，加上另一個(gè)十分重要的優(yōu)勢(shì)即低成本，使液阻軟起動(dòng)得到了廣泛的應(yīng)用。
但液阻軟起動(dòng)也有如下缺點(diǎn)：
1）基于液阻限流，液阻箱容積大，且一次軟起動(dòng)后電解液通常會(huì)有10℃～30℃的溫升，使軟起動(dòng)的重復(fù)性差；
2）移動(dòng)極板需要有一套伺服機(jī)構(gòu)，移動(dòng)速度較慢，難以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)方式的多樣化；
3）液阻軟起動(dòng)裝置液箱中的水，需要定期補(bǔ)充。電極板長(zhǎng)期浸泡于電解液中，表面會(huì)有一定的銹蝕，需要作表面處理（一般2～3次/年）；
4）液阻軟起動(dòng)裝置不適合放置在易結(jié)冰或顛簸的環(huán)境中。
液阻軟起動(dòng)裝置可以串在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中以實(shí)現(xiàn)重載軟起動(dòng)，在軟起動(dòng)過程中不產(chǎn)生高次諧波，且售價(jià)低廉，這是它的突出優(yōu)點(diǎn)。有人預(yù)言它即將被淘汰，但是現(xiàn)在還為時(shí)過早。
2.2 晶閘管軟起動(dòng)
晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品問世不過30年左右的時(shí)間。目前在低壓（380V）范圍內(nèi)，晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品的價(jià)格大約已經(jīng)下降到液阻軟起動(dòng)的2倍。而其主要性能卻大大優(yōu)于液阻軟起動(dòng)。與液阻軟起動(dòng)相比，它的體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，幾乎免維護(hù)，功能齊全，起動(dòng)重復(fù)性好，保護(hù)周全，這些都是液阻軟起動(dòng)無法達(dá)到的。
但是，晶閘管軟起動(dòng)也有如下缺點(diǎn)：
1）高壓產(chǎn)品的價(jià)格太高，是液阻的5～10倍；
2）晶閘管引起的高次諧波較嚴(yán)重。
在這幾個(gè)缺點(diǎn)中，價(jià)格高是一個(gè)重要因素。對(duì)于資金緊張者，無力選用它；對(duì)于資金充裕者，何不直接選用高壓變頻裝置？這就是高壓晶閘管軟起動(dòng)比較受冷落的原因。
2.3 磁控軟起動(dòng)
磁控軟起動(dòng)是從電抗器軟起動(dòng)衍生出來的。將三相電抗器串在電源和電動(dòng)機(jī)定子之間實(shí)現(xiàn)降壓是兩者的共同點(diǎn)。磁控軟起動(dòng)不同于電抗器軟起動(dòng)的主要點(diǎn)是其電抗值可控�？傮w說來，起動(dòng)開始時(shí)電抗器的電抗值較大，在軟起動(dòng)過程中，通過反饋調(diào)節(jié)使電抗值逐漸減小，及至軟起動(dòng)完成后被旁路。
電抗值的變化是通過控制直流勵(lì)磁電流，改變鐵心的飽和度實(shí)現(xiàn)的，所以叫做磁控軟起動(dòng)。因?yàn)榇棚柡碗娍蛊鞯妮敵龉β时瓤刂乒β蚀髱资�，它也可以稱為“磁放大器”。
顯然，電抗值的調(diào)節(jié)是靜止的，無接觸的，非機(jī)械式的。這就為微電子技術(shù)的介入打開了大門。所以，在工作原理上磁控軟起動(dòng)與晶閘管軟起動(dòng)是完全相同的。說磁控軟起動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟停止，能夠具有晶閘管軟起動(dòng)所具有的幾乎全部功能，其原因蓋出于此。
磁飽和電抗器具有0.1s量級(jí)的慣性，這使得磁控軟起動(dòng)的快速性比晶閘管軟起動(dòng)慢一個(gè)數(shù)量級(jí)。而對(duì)于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的大慣性來說，磁控軟起動(dòng)的慣性是不足為慮的。
有人說磁控軟起動(dòng)不產(chǎn)生高次諧波,這是不對(duì)的。只要飽和就引起非線性，就會(huì)產(chǎn)生高次諧波。只是磁飽和電抗器產(chǎn)生的高次諧波比工作于斬波狀態(tài)的晶閘管要小一些。磁控軟起動(dòng)裝置需要有相對(duì)功率較大的輔助電源，噪聲較大則是其不足之處。
2.4 變頻器
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速裝置應(yīng)運(yùn)而生。三相異步電動(dòng)機(jī)的起停技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代的變化。對(duì)于變頻器，輸出頻率范圍可以從0.1Hz～500Hz。調(diào)速精度一般不低于1％，有的可高達(dá)0.02％，瞬時(shí)過力矩可為200％(2s內(nèi))或170％(60s內(nèi))。智能化設(shè)計(jì)，可以與上位控制計(jì)算機(jī)接口，具有斷相與相序檢測(cè)，缺相保護(hù)，連續(xù)計(jì)算I2t值并考慮速度影響進(jìn)行過熱保護(hù)。同時(shí)變頻器也可以設(shè)定為軟起動(dòng)工作方式，其最主要的特點(diǎn)是節(jié)能。當(dāng)然對(duì)一些不需要調(diào)速的場(chǎng)合，軟起停裝置的應(yīng)用依然非常普遍，在大功率電機(jī)的起停控制中占有不可動(dòng)搖的地位。
目前，制約變頻器作為軟起動(dòng)裝置大范圍地應(yīng)用于三相異步電機(jī)的原因，僅僅是一次性投資較高，低壓變頻器價(jià)格700～1200元/kW，而高壓變頻器價(jià)格進(jìn)口為2000～2500元/kW，國(guó)產(chǎn)為1200～1500元/kW。相信隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新的功率器件的不斷涌現(xiàn)，變頻器的價(jià)格將會(huì)進(jìn)一步下調(diào)。
2.5 性能比較
三相異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)方式很多。隨著技術(shù)進(jìn)步的加速，各種新的軟起動(dòng)控制方式也脫穎而出。比較各種軟起動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，可從中選擇出適合特定應(yīng)用場(chǎng)合的最佳軟起動(dòng)方案。 |
