電機(jī)軟啟動(dòng)器類型分析–晶閘管在線式和旁路型優(yōu)缺點(diǎn)分析
電子式固態(tài)軟起動(dòng)器是通過微型計(jì)算機(jī)來控制串接于電源和交流電機(jī)定子繞組之間的三組反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角度來改變電機(jī)的輸入電壓,同時(shí)以程序控制交流電機(jī)整個(gè)起動(dòng)過程的電壓曲線，使得電機(jī)以一條S形的曲線柔和的完成起動(dòng)過程，是一種綜合運(yùn)用了現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)的新型電氣裝置,廣泛應(yīng)用于各行業(yè)感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制，可完全取代傳統(tǒng)的星/角起動(dòng)器、自耦起動(dòng)器、水阻起動(dòng)器等設(shè)備。
2 電子式固態(tài)軟啟分類
2.1 晶閘管在線運(yùn)行軟啟動(dòng)器
可控硅在線運(yùn)行軟啟動(dòng)器，顧名思義是指軟啟動(dòng)器的主開關(guān)元件晶閘管長期在線運(yùn)行，它不僅在起動(dòng)和停車過程中能控制電動(dòng)機(jī)的電壓升降，還要在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)供給其全電壓如圖1所示。它的優(yōu)點(diǎn)僅僅是電路簡單，減少成套體積以及減少一次成套成本（不用旁路交流接觸器），而缺點(diǎn)是：
1，使用成本極高。晶閘管在線運(yùn)行，造成軟起動(dòng)器本身功耗極大，為了解決其功耗所發(fā)生的熱量，軟起動(dòng)器本體及散熱器設(shè)計(jì)體積很大，同時(shí)還需要機(jī)械強(qiáng)制風(fēng)冷。以200KW軟起動(dòng)器的晶閘管為例，其在線運(yùn)行的發(fā)熱功耗是1100W,即軟起運(yùn)行一天就得多浪費(fèi)26.4度電，一個(gè)月就是792度電，一年按10個(gè)月運(yùn)行就是近8000度電，（軟啟動(dòng)器功率越大晶閘管選型就越大，晶閘管越大在線功耗越大）可想而知，如果長期使用，其浪費(fèi)的電費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于軟啟動(dòng)器本身成本以及節(jié)省的交流接觸器成本。
2，諧波污染大。利用晶閘管調(diào)壓是一個(gè)斬波調(diào)壓的過程，如長期在線運(yùn)行會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生大量高次諧波污染，如治理電網(wǎng)的高次諧波就需要巨大的設(shè)備成本，不治理諧波其潛在的成本浪費(fèi)更高。這些高次諧波會(huì)造成整個(gè)用電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，用電設(shè)備及載流電纜，銅排等溫升增加，降低用電設(shè)備的絕緣壽命，增加潛在的系統(tǒng)功耗，電磁干擾以及因?yàn)楫惓０l(fā)熱而導(dǎo)致引起安全事故等。
3，使用壽命短，綜合性價(jià)比低。在線電子式軟啟動(dòng)器如多臺(tái)使用于一個(gè)電氣室，因其自身的散熱會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)溫度都會(huì)超標(biāo)，配電系統(tǒng)難以正常運(yùn)行，同時(shí)其本身的發(fā)熱亦會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)品內(nèi)部元器件老化加劇，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于旁路型軟啟動(dòng)器。
2.2 旁路型軟起動(dòng)器
為了解決晶閘管在線運(yùn)行軟起動(dòng)器的大量功耗和諧波等弊端問題，人們?cè)谑褂镁чl管軟起動(dòng)器時(shí)加上旁路接觸器，當(dāng)軟啟動(dòng)器完成軟啟動(dòng)過程之后由并聯(lián)在軟起旁邊的接觸器閉合供給電動(dòng)機(jī)全電壓運(yùn)行，晶閘管隨之關(guān)斷，不再產(chǎn)生功耗和高次諧波。如圖2所示。旁路型軟起動(dòng)器由于晶閘管只是在起動(dòng)過程中短時(shí)工作幾秒到幾十秒，所以晶閘管的散熱量很小，故而軟起動(dòng)器本體不需要太大散熱器，僅需在線型軟起動(dòng)器的1/2即可，體積比在線型軟起動(dòng)器小，也不需要機(jī)械風(fēng)冷，工程設(shè)計(jì)更合理。晶閘管和旁路交流接觸器的完美結(jié)合使得旁路型軟啟動(dòng)器廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)，牢牢占據(jù)整個(gè)國內(nèi)外市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。
2.3 內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器
內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器，顧名思義是在旁路型軟起動(dòng)器內(nèi)部加裝一套與晶閘管并聯(lián)的接觸器，在電機(jī)軟啟動(dòng)過程和軟停車過程中由晶閘管運(yùn)行，機(jī)械觸頭斷開，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)晶閘管關(guān)閉，機(jī)械觸頭閉合。這套動(dòng)作過程是通過軟啟動(dòng)器內(nèi)部控制自動(dòng)完成的，對(duì)外部接線來講是一個(gè)裝置，但也屬旁路型軟啟動(dòng)器的范疇，將外邊的接觸器移到了軟啟動(dòng)器里邊集成為一體。它的優(yōu)點(diǎn)是具備上述兩種類型的所有優(yōu)點(diǎn)同時(shí)回避了它們各自的缺點(diǎn)：一是電路簡單;二是晶閘管只負(fù)責(zé)啟動(dòng)和停車，回避了晶閘管在線運(yùn)行所帶來的功耗與散熱;三是強(qiáng)大的一體化作用得以全面發(fā)揮，能對(duì)電動(dòng)機(jī)起到起停、保護(hù)及其控制;四是節(jié)省成套空間以及成套材料成本和人工成本。如圖3所示。缺點(diǎn)是：1，產(chǎn)品內(nèi)多一個(gè)元器件就多一個(gè)故障點(diǎn)，內(nèi)置旁路型軟啟動(dòng)器較外置旁路型軟啟動(dòng)器故障率略微高些；2，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的維護(hù)能力要求較高。
3 軟起動(dòng)器類型的比較
目前市場(chǎng)上流行的三種類型軟起動(dòng)器：在線型、旁路型、內(nèi)置旁路型。
從產(chǎn)品體積上來說旁路型軟起動(dòng)器最小，其次是在線軟啟動(dòng)器，最大的是內(nèi)置旁路軟啟動(dòng)器；從同一功率產(chǎn)品價(jià)格趨勢(shì)來比較，旁路型軟啟動(dòng)器最實(shí)惠，其次是在線型軟啟動(dòng)器，內(nèi)置旁路軟啟動(dòng)器因其元器件多而使得價(jià)格最高；從功能穩(wěn)定性來講外置旁路型優(yōu)于內(nèi)置旁路型，內(nèi)置旁路軟啟動(dòng)器優(yōu)于在線型；從使用成本和維護(hù)成本來比較，最經(jīng)濟(jì)的是旁路型軟啟動(dòng)器，其次是內(nèi)置旁路型，在線型軟起動(dòng)器最高。
具體到使用環(huán)境，不同的場(chǎng)合會(huì)有不同選擇：在一些自動(dòng)化要求較高以及電氣專業(yè)技術(shù)力量雄厚的國企，內(nèi)置旁路軟啟動(dòng)器在多數(shù)場(chǎng)合會(huì)作為首選；在偶爾短時(shí)間使用的大電機(jī)設(shè)備場(chǎng)合如應(yīng)急備用設(shè)備等，在線軟起也不失為一種明智之選；而在一些對(duì)于穩(wěn)定性可靠性要求高，對(duì)生產(chǎn)連貫性有要求的場(chǎng)合，亦或是電氣專業(yè)技術(shù)人員薄弱的電氣設(shè)備使用企業(yè)，如砂石骨料行業(yè)的民營企業(yè)，越是簡單穩(wěn)定的產(chǎn)品越是受歡迎，外置旁路的軟啟動(dòng)器自然就會(huì)成為不二之選。
4 總結(jié)
國外軟啟動(dòng)器品牌如ABB,西門子，施耐德等在進(jìn)入國內(nèi)時(shí)，均提供在線軟起的功能，但此功能在使用手冊(cè)上均有特別說明，即應(yīng)急狀態(tài)下可允許軟啟動(dòng)器在旁路交流接觸器損壞的情況下短時(shí)間在線運(yùn)行。同時(shí)，受制于在線軟啟動(dòng)器的弊端，各個(gè)軟起動(dòng)器生產(chǎn)廠家均在旁路型軟啟動(dòng)器的基礎(chǔ)上開發(fā)內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器，這些年，進(jìn)口企業(yè)如abb的pstb系列、a-b的flex系列、西門子的3rw44系列，紫菱電氣的ZLR06系列、西安西普STRB系列等等。然而國內(nèi)一些仿制生產(chǎn)在線型軟啟動(dòng)器的小微企業(yè)為了逐利鉆空子，玩概念，對(duì)于其比較隱蔽且居高不下的使用功耗只字不提，通過低價(jià)和不用旁路交流接觸器來不分場(chǎng)合的誤導(dǎo)專業(yè)技術(shù)力量薄弱或者抱有應(yīng)付使用心態(tài)的企業(yè)，最終使用的也都是些無知工程，市場(chǎng)上的用量份額很小，大約不到5%，這屬于一種劣幣驅(qū)逐良幣的市場(chǎng)行為。大約有70%以上的用戶采用旁路型軟起動(dòng)器。從內(nèi)置旁路型軟啟動(dòng)器面世后，隨著市場(chǎng)推廣和內(nèi)置旁路軟啟動(dòng)器的日趨完善，內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器市場(chǎng)份額逐漸增加。最終，在線型軟起動(dòng)器應(yīng)該會(huì)被旁路型軟起動(dòng)器所淘汰，而旁路型軟起動(dòng)器又會(huì)被內(nèi)置旁路型軟起動(dòng)器所替代。
以上為紫菱電氣技術(shù)部分析敘述，僅供參考。不對(duì)之處，歡迎指正！
紫菱電氣技術(shù)部
2025年08月21日
