有关变频软起动的几个问题

0 引言

在电动机工频降压起动一直占据绝对统治地位的今天，变频软起动已经悄然兴起。在变频软起动中，变频器专为起动而设置。这常常出现在电网容量比较紧张，降压起动难以胜任的场合。在起动完成后，变频器便从系统中退出，这是与以节能为目的而应用变频器的不同点。

1 变频器为什么能够重载起动

所谓重载，就是静阻矩大的负载。变频器是一个输出频率可变的电压源，该电压除以输出回路的阻抗以后，得到负载电流。在转速接近于零的情况下，变频器输出低频电压，这时由于回路感抗小，功率因数高，负载电流的有功分量大，由电流产生电动转矩的效率高，所以，变频器往往能够胜任重载起动。

2 在轻载起动的应用场合变频器额定容

量可以选小在以下讨论中，容量、电流、转矩、转速等变量均按电动机的额定值标么。

一般说来，在风机或泵类轻载起动的应用场合，变频器额定容量大体可以按风机或泵额定容量的40%来选取。(据考察，在已付工程应用的若干变频软起动的实例中，变频器额定容量均为电动机额定容量的40%。)

拖动风机或泵类的电动机起动不成功不外以下两种情况：一是电动机堵转转矩克服不了负载静阻矩，二是电动机转矩曲线与负载转矩曲线在低于额定的某转速相交。

但是，若变频器额定容量选40%，以上情况一般不会发生。这是因为

3 同步电动机变频软起动

同步电动机变频软起动是同步起动(s=0)，是不依靠转子阻尼绕组感应电势的起动，是转子已经投励后的起动，是在保证不失步条件下的频率f*渐次由低到高的起动。

因为以上关于额定转速对应的负载转矩不超过1/3的前提条件不变，所以，40%容量的变频器即可完成电动机软起动的结论同样适合于同步电动机。

4 软起动中变频器的控制

在变频软起动中，变频器可以实行VVVF 开环控制，f*的给定值f**(t)按斜坡方式增长。也可以按恒流或斜坡转速方式工作，通过电流(转速)闭环实现电动机的软起动。在实际的闭环控制中，f*的给定值f**是电流(转速)闭环中电流(转速)调节器的输出。

5 变频软起动中的电动转矩和起动完成

时间在工频条件下，同步机或异步机实行的都是异步起动。可以参照全压下电动机机械特性，作出电动转矩与滑差率之间的关系曲线，再将与负载转矩的转矩差(除以飞轮惯量)积分，得出起动完成时间。

但是，在变频软起动情况下，同步机或异步机电动转矩还与f**上升斜率正相关。只要不出现诸如失步、变频器过载等“拖不动”的情况，起动完成时间就是f*由0→1的时间。

6 变频软起动与工频降压起动的比较

降压起动因为仍然是工频起动，总要有200%~300%电流流过电网，流过电动机，从而危害电网和电动机。为了限制其危害，对于起动超时有严格要求。为了使电网压降不太大，有时不得不使用大量电容。这些，在变频软起动条件下，都不再必要。

变频软起动的卓越之处在于大大提高了电动机的功率因数。只需要40%~100%的电流，就可以完成轻载或重载软起动。

降压软起动的起动装置容量必须>200%;而变频软起动，即使面临重载，装置容量也无须>100%。

7 变频软停止

软停止比电动机主电路突然切断后的停止更平缓。在软停止期间，电动机需要继续向负载水泵提供有功功率和主动转矩。不论是软起动或软停止，变频器都是“单象限”运行。

工频下电动机停止，是在电动机电压下降到相当小以后开始的停止。其时，与电动机电压相应的机械特性与负载特性相切，以后，两个特性不再有交点。电动机开始有明显的速降，而且，制动转矩(机械特性与负载特性的纵向差)随滑差率s 的增大而剧增，可能出现电动机转速急坠的现象。

变频软停止在关小阀门后开始，其机理与工频软停止不同，是在s 保持较小值的软停止，转速n 随着f* 平稳下降。

8 变频软起动的软切换

在变频软起动结束时，存在一个负载由变频器供电向工频供电的切换问题。软切换是关于如何确保切换安全、没有电流冲击、转速不丢或少丢的专门技术。软切换的硬件至少包括2 个真空接触器或断路器和若干检测元件，软件包括时机判断和保护等。

在软切换中，切换顺序必须妥善解决。让电动机先脱离变频器后联电网，存在一个电动机因为失电而丢转的问题;让电动机先联电网后脱离变频器，就会在一段间隔时间内使变频器的输入和输出通过电网短接，可能引发安全事故。

从性能上看，后者优于前者。所以，软切换的任务就是通过一定的硬件和软件，安全又快速地实现后者。