软启动器工作原理

软启动器（软启动器）是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

​随着国产变频器产业的迅速发展，变频器的价格不再高高在上，它不仅解决了电机启动产生大冲击电流的问题，并且具有很好的节能效果，因此，曾经风光一时的软启动器似乎有些没落，声音越来越小。那么，软启动器未来还有发展空间吗?它会不会完全被变频器替代?软启动器是否会被变频器完全取代还需要市场的验证，但是软启动器面临的替代压力确实越来越大;[1]这种情况在我国尤为明显。由于中国工业技术一直较为落后，在十多年前，我国的变频器产业刚刚起步，没有定价权，国内市场大部分为国际品牌占据，变频器的成本一直居高不下。当时，国内鼠笼型异步电动机一般采用直接启动，或用自耦、星三角启动器启动。上世纪九十年代，以单片机为核心、半导体可控硅为执行元件的智能化电机软启动器进入中国市场，并在2000年以后开始加速发展，目 前市场规模约为20亿。软启动器主要解决电动机启动时对电网的冲击和启动后旁路接触器工作的问题，对电机有较好的保护作用，在轻载情况下可以实现一定程度的节能(约5%)，但是节能效果远远不如变频器。随着中国变频器产业的崛起，并因此使变频器的价格大幅下降，近几年来，变频器才又逐渐取代了软启动器的作用。

我国变频器的国产化进程正在快速崛起，质量稳定性进步很快，加上服务和成本上的优势，变频调速的性价比高，质量和价格的竞争优势越来越明显，软启动器面临的替代压力越来越大，科技进步带来的产品更新换代应该会是一个趋势。这就如同节能灯替代白炽灯一样，这是科技和生活进步的必然结果，变频器替代软启动器也是同样道理。特别是我国的变频器产业在近十多年的发展中已经实现国产化，国产变频器技术已经比较成熟，制造成本明显下降。我国软启动器行业从兴旺到衰弱也经历了一个性价比的变革，价格从以前的每千瓦150元降到每千瓦不到50元左右，国内很多企业产品质量非常稳定，但市场在逐渐萎缩。从直起、自耦和星三角启动器的发展演变，到变频调速器的出现，软启动器是这当中的过渡产品。现只有很小部分工况采用软启动器，比如电动机工作负载在90%以上的，其他工况以前是采用软启动方式起动的，现大多采用变频调速器了，因为变频调速器的节能效果有30%左右。此外，变频器价格也从早期的每千瓦1000元左右下降到每千瓦只有200多元(大功率)，价格下降十分显著。如今的工矿企业对变频器的应用已经全面普及了，几乎涵盖了所有领域，不夸张地说，凡是用到电动机的地方肯定有变频调速器的身影。而且变频调速器具备了电动机所需要的起动效果和节能效果。科技进步决定市场占有，这就是为什么软起动器市场发展空间会逐步下降，而变频器市场占有率飞速提高的主要原因。

我国变频器产业的国产化水平已经有了质的突破，国产变频器的市场份额也在逐步提升，但是和国外品牌在技术上相比，还是有一定距离，你认为我国的变频技术有可能超越国外吗?

目前谈超越还为时过早，因为我们在变频技术领域的研究、开发方面，无论在基础上还是起步时间上都落后于欧美国家。但至少目 前技术已经不是我国与国外变频器行业的壁垒，而稳定性及产品性能才是各个厂商面临的主要技术问题。许多国内软启动企业都在变频器研发上投入大量的人力与物力，力求在变频器技术方面占领制高点。一批优秀的变频器企业脱颖而出，成为了国内上市企业。尽管如此，变频器的核心器件IGBT和芯片始终依赖进口，成为制约变频器国产的瓶颈。变频器核心器件的研发制造是我国变频器产业需要突破的一个重要关口，我国威尔凯电气也正在这个领域进行不懈地坚持和努力。我想不久的将来，中国的变频技术是有可能达到甚至超越外国先进水平，至于多久能够实现，我们一起拭目以待吧。

我国当前节能减排政策对变频器行业的发展会带来什么样的机遇?

全球性“节能减排”工业改造计划正在大规模推行,中国作为世界大国也高度重视节能减排，低能耗、低污染的低碳经济将是中国未来发展的必经之路。如今，中国正在坚定不移地推动低碳经济，相关节能减排政策已密集出台。这些举措其实都是国内变频器企业千载难逢的机遇，变频器行业将迎来新一轮高速增长期。变频器不仅要满足国内市场的需求，还要出口的世界各地，在全球的节能减排革命中发挥作用。

由于变频器具有软启动器的所有功能，但它软启动器也只是一个过渡产品，那是否意味着终有一天这个过渡产品将会完全被变频器取代而消失?在哪些场合还在广泛应用软启动器?

软启动器是为了填补星-三角启动器和变频器在功能实用性和价格之间的鸿沟而研发的产品，因此说它是过渡产品。随着变频器成本的逐渐下降，软启动器的市场空间将越来越小。至于未来软启动器是否会完全消失，这还需要市场的进一步验证。就目 前情况而言，软启动器依然有自己的生存空间，在电机运行负载功率在80%以上时，选用软启动器依然是最好、最实用、最省钱的。在未来几年，软启动器的市场依然会稳定增长，但是增速远远低于变频器市场的增速，并随着市场竞争的加剧，一批规模小竞争力弱的企业被淘汰，软启动器市场集中度将进一步增加。软启动器产品的应用现只涉及到我国国民经济较多领域，电力、冶金、建材、机床、石化和化工、市政、煤炭是七个主要行业。

软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。国内软起动器以安肯6000系列软起动器最为有名，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。

1、根据电压分类：高压软启动器、低压软启动器

2、根据介质分类：固态软启动器、液阻软启动器

3、根据控制原理：电子式软启动器、电磁式软启动器

4、根据运行方式：在线型软启动器、旁路型软启动器

5、根据负载：标准型软启动器、重载型软启动器

电动机属感性负载，电流滞后电压，大多数用电器都属此类。为了提高功率因数须用容性负载来补偿，并电容或用同步电动机补偿。降低电动机的激磁电流也可提高功率因数（HPS2节能功能，在轻载时降低电压，使激磁电流降低，使COS∮提高）。节能运行模式：轻载时降低电压减少了激磁电流，电机电流分为有功分量和无功分量（激磁分量）提高COS∮。

节能运行模式：当电动机负载轻时，软起动器在选择节能功能的状态下，PF开关热拨至Y位，在电流反馈的作用下，软起动器自动降低电动机电压。减少了电动机电流的励磁分量。从而提高了电动机的功率因数（COS∮）。（国产软起动器多无此功能）在接触器旁路状态下无法实现此功能。TPF开关提供了节能功能的两种反应时间；正常、慢速。节能运行模式：自动节能运行。正常、慢速两种反应速度）空载节能40%，负载节能5%。

⑴过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。

⑵缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。

⑶过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。

⑷其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

电动机属感性负载，电流滞后电压，大多数用电器都属此类 。为了提高功率因数须用容性负载来补偿，并电容或用同步电动机补偿。降低电动机的激磁电流也可提高功率因数（HPS2节能功能，在轻载时降低电压，使激磁电流降低，使COS∮提高）。节能运行模式：轻载时降低电压减少了激磁电流，电机电流分为有功分量和无功分量（激磁分量）提高COS∮。

当电动机负载轻时，软启动器在选择节能功能的状态下，PF开关热拨至Y位，在电流反馈的作用下，软启动器自动降低电动机电压。减少了电动机电流的励磁分量。从而提高了电动机的功率因数（COS∮）。（国产软启动器多无此功能）在接触器旁路状态下无法实现此功能。TPF开关提供了节能功能的两种反应时间；正常、慢速。节能运行模式：自动节能运行。（正常、慢速两种反应速度）空载节能40%，负载节能5%。

⑴过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时

，关断晶闸管并发出报警信号。

⑵缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。

⑶热过载保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。

⑷测量回路参数功能：电动机工作时，软启动器内的检测器一直监视着电动机运行状态，并将监测到的参数送给CPU进行处理，CPU将监测参数进行分析、存储、显示。因此电动机软起动器还具有测量回路参数的功能。

⑸其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

平时注意检查软起动器的环境条件，防止在超过其允许的环境条件下运行。注意检查软起动器周围是否有妨碍其通风散热的物体，确保软起动器四周有足够的空间（大于150mm）。

定期检查配电线端子是否松动，柜内元器件有否过热、变色、焦臭味等异常现象。

定期清扫灰尘，以免影响散热，防止晶闸管因温升过高而损坏，同时也可避免因积尘引起的漏电和短路事故。

清扫灰尘可用干燥的毛刷进行，也可用于皮老虎吹和吸尘器吸。对于大块污垢，可用绝缘棒去除。若有条件，可用0.6MPa左右的压缩空气吹除。

平时注意观察风机的运行情况，一旦发现风机转速慢或异常，应及时修理（如清除油垢、积尘，加润滑油，更换损坏或变质的电容器）。对损坏的风机要及时更换。如果在没有风机的情况下使用软起动器，将会损坏晶闸管。

如果软起动器使用环境较潮湿或易结露，应经常用红外灯泡或电吹风烘干，驱除潮气，以避免漏电或短路事故的发生。

城市供水系统的水库泵站一般都配备大功率水库泵及增压泵若干台，其良好稳定运行为城市居民的生活用水和社会主义工农业生产带来可靠的保证。目前，很多现有设备已经趋于老化，日常维修工作量大，控制原理也较为落后。如何在不增加大量投资的前提下对现有设备进行合理改造，以发挥最高的工作效能，是当前需要重点解决的问题。

上海自来水公司市北泵站管理所下属真北泵站共有三台280kW增压泵和三台280kW水库泵。均采用自耦启动柜进行启动，启动电流大，并且随着设备的长期使用，开关元件及出水阀门的损耗比较严重。为了降低运行成本，减少设备损耗，提高管理水平，决定采用PLC自动控制系统和电机软启动器对原设备进行改造。

工作原理及改造方案

⒈ 控制原理

电机启动器决定使用软启动器。软启动器的基本原理如图1所示，通过控制可控硅的导通角来控制输出电压。因此，软启动器从本质上是一种能够自动控制的降压启动器，由于能够任意调节输出电压，作电流闭环控制，因而比传统的降压启动方式（如串电阻启动，自耦变压器启动等）有更多优点。例如满载启动风机水泵等变转矩负载、实现电机软停止、应用于水泵能完全消除水锤效应等。　

目前，国内外的电机软启动器控制系统一般都采用1台软启动器配1台电机的控制方案，为了节省投资，经过多方论证，并且与上海津信变频器有限公司的技术专家一起进行了模拟试验，最终决定采用1台软启动器带多台电机的方案。同时，也为了最大限度地保障设备无故障连续运行，对原自耦启动柜进行了改造，保留原来自耦启动的全部功能，并且利用原自耦柜中的运行接触器，作为软启动器的旁路接触器，在软启动器启动完毕后将其旁路，以便软启动器可以继续控制其他的电机。软停止控制策略则正好相反，首先要将原自耦柜中的运行接触器断开，电机切换到由软启动器控制，然后启动软启动器的软停止功能，逐渐减小输出电压，将电机慢慢停下来，最后软启动器退出，等待接受下一个启动或停止操作。

⒉ 系统组成框图：

图2为单路进线的主回路接线图

图2

⒊ 主要设备选型：

供水系统关系到千家万户，系统的设计和设备的选型要考虑其可靠性以及产品制造商的资信，使系统在正常工作条件下，尽可能做到万无一失。但同时又要兼顾系统的经济性，因此在设备的配备上对主要关键性设备尽可能选用国内外优质产品，对一些不影响系统性能及可靠性的辅助设备，可选用价廉物美的产品，以提高整个系统的性价比。

⒊1 可编程序控制器（PLC）选型

PLC是控制系统的关键部件之一，选型的时候除了要满足以上要求之外，还要考虑到今后的维护和扩展以及与其他泵站保持统一的通讯接口，为今后连接上位机监控做好准备等。综合考虑之后，决定采用ROCKWELL的SLC500系列PLC。

⒊2 软启动器选型：

选用MCD3000型工业软启动器，该产品具有以下几个优点：

⒈ 有专用的旁路接线端子，在旁路时还有电流监控，能作过载保护；

⒉ 丹佛斯软启动器有1带多的专有功能，特别适用于此次改造；

⒊ 丹佛斯软启动器有内置的软停止功能；

⒋ 丹佛斯软启动器是真正的恒电流闭环控制，能以设定的启动电流值作最快速的启动，启动完成的逻辑判别也更合理。

水泵电机型号为JS137-6，280kW，493A，983rpm。泵站由两路高压进线供电，每路带3台电机。因此决定采用2台300 kW软启动器（型号为MCD3300），每路电源接1台软启动器，每台软启动器负责3台电机的软启动和软停止。其启动控制原理请见图3，启动时完全为电流闭环控制，等到电机加速至额定转速时，电流也降至额定电流，可控硅完全开足，最后软启动器发出运行信号。

软起动器 安装调节方便，所有控制连接及参数调节均在正面上完成。该软起 动器在安装后用户仍可方便就地改造，如：附加限流功能和内接/外接转换选择。该软起动器可不带旁路持续在线运行。软起动器为旁路和故障单独设置了控制继电器。该软起动器所有参数均通过面板上的三只旋钮电位计和一只拔码开关设定，直观准确。它甚至可以工作在有振动和环境温度较高的应用场合。当该软起动器用于内接时因可控硅模块上承受的是三角形接法时的相电流，所以相同电流的软起动器在内接时可以负载比外接时大1.73倍的电机。如一台58A的S型软起动器内接应用时可以负载100A的电机。

原则上，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。应用范围是交流电380V（也可660V），电机功率从几千瓦到800千瓦。软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车的场合。同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，可广泛用于纺织，冶金、石油化工、水处理、船舶、运输、医药、食品加工，采矿和机械设备等行业。

保护功能

⑴过载保护功能：软起动器引进了电流控 制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。

⑵缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。

⑶过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。

⑷其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

⒎什么是软起动MCC控制柜？

MCC（Motor Control Center）控制柜，即电动机控制中心。软起动MCC控制柜由以下几部分组成：⑴输入端的断路器，⑵软起动器（包括电子控制电路与三相晶闸管），⑶软起动器的旁路接触器，⑷二次侧控制电路（完成手动起动、遥控起动、软起动及直接起动等功能的选择与运行），有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等指示灯显示。

原则上，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。目前的应用范围是交流380V（也可660V），电机功率从几千瓦到800kW。

软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车的场合。

同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行

软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三 相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

软启动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软启动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软启动器贵得多，结构也复杂得多。

软启动器只是改变电源电压，相当于降压起动器。变频器要比软启动器复杂得多，价格也贵得多。变频器也有软启动功能，是通过改变电源频率实现。

高压启动器和低压启动器的区别

软启动器主回路采用晶闸管，通过逐步改变晶闸管的导通角来抬升电压，完成启动过程，这是软启动器的基本原理。在低压软启动器市场，产品繁多，但是高压软启动器产品还是比较少。高压软启动器与低压软启动器基本原理一样，但是高压软启动器与低压软启动器相比，有些地方存在着其特殊性：

1、高压软启动器在高压环境下工作，各种电气元器件的绝缘性能一定要好，电子芯片的抗干扰能力要强。高压软起动器组成电气柜时，电气元器件的布局以及与高压软启动器与其它电气设备的连接也是非常重要的。

2、高压软启动器必须有一个高性能的控制核心，能对信号进行及时和快速地处理。因此这个控制核心一般采用高性能的DSP芯片，而不是低压软启动器的普通单片机芯。低压软启动器主回路由三组反并联的晶闸管组成。而在高压软启动器中，由于单只高压晶闸管的耐压能力不够，所以必须由多个高压晶闸管串联进行分压。但是每个晶闸管的性能参数没有完全一致。晶闸管参数的不一致，会导致晶闸管开通时间不一致，从而导致晶闸管的损坏。因此在晶闸管的选配上，必须保证每一相的晶闸管参数尽可能地一致，并且每一相晶闸管的RC滤波电路的元件参数尽可能一致。

3、高压软起动器的工作环境容易受到各种电磁干扰，因此触发信号的传递必须安全可靠。高压软起动器中，传递触发信号，一般采用光纤传输，能有效地避免各种电磁干扰。通过光纤传递信号，也有两种方式：一种多光纤方式，一种单光纤方式。多光纤方式即每块触发板有一路光纤；单光纤方式即每一相只有一路光纤，信号传递到一块主触发板，再由主触发板传递到同一相的其他触发板。由于各路光纤光电传输过程中损耗不尽一致，因此从触发一致性上看，单光纤的方式比多光纤可靠。

4、高压软启动器对信号的检测比低压软启动器要求更高。高压软起动器所在的环境存在着大量的电磁干扰，并且高压软启动器所用的真空接触器和真空断路器在其分断和闭合过程中会产生大量的电磁干扰。所以对检测到的信号不仅要进行硬件滤波，也要进行软件滤波，去掉干扰信号。

5、软启动器在完成启动过程后，要切换到旁路运行状态，如何平滑地切换到运行状态，这也是软启动器的一个难点，如何选准旁路点非常重要。旁路点早了，电流冲击非常大，即使在低压条件下，也会造成三相电源中断路器跳闸，甚至会损坏断路器。高压条件下危害更大。旁路点迟了，电机抖动得厉害，影响负载正常工作。因此，旁路信号的硬件检测电路必须非常精确，并且程序处理也要恰到好处。