0 引言

在電動機工頻降壓起動一直占據(jù)絕對統(tǒng)治地位的今天，變頻軟起動已經(jīng)悄然興起。在變頻軟起動中，變頻器專為起動而設(shè)置。這常常出現(xiàn)在電網(wǎng)容量比較緊張，降壓起動難以勝任的場合。在起動完成后，變頻器便從系統(tǒng)中退出，這是與以節(jié)能為目的而應(yīng)用變頻器的不同點。

1 變頻器為什么能夠重載起動

所謂重載，就是靜阻矩大的負(fù)載。變頻器是一個輸出頻率可變的電壓源，該電壓除以輸出回路的阻抗以后，得到負(fù)載電流。在轉(zhuǎn)速接近于零的情況下，變頻器輸出低頻電壓，這時由于回路感抗小，功率因數(shù)高，負(fù)載電流的有功分量大，由電流產(chǎn)生電動轉(zhuǎn)矩的效率高，所以，變頻器往往能夠勝任重載起動。

2 在輕載起動的應(yīng)用場合變頻器額定容

量可以選小在以下討論中，容量、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等變量均按電動機的額定值標(biāo)么。

一般說來，在風(fēng)機或泵類輕載起動的應(yīng)用場合，變頻器額定容量大體可以按風(fēng)機或泵額定容量的40%來選取。(據(jù)考察，在已付工程應(yīng)用的若干變頻軟起動的實例中，變頻器額定容量均為電動機額定容量的40%。)

拖動風(fēng)機或泵類的電動機起動不成功不外以下兩種情況：一是電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩克服不了負(fù)載靜阻矩，二是電動機轉(zhuǎn)矩曲線與負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線在低于額定的某轉(zhuǎn)速相交。

但是，若變頻器額定容量選40%，以上情況一般不會發(fā)生。這是因為

3 同步電動機變頻軟起動

同步電動機變頻軟起動是同步起動(s=0)，是不依靠轉(zhuǎn)子阻尼繞組感應(yīng)電勢的起動，是轉(zhuǎn)子已經(jīng)投勵后的起動，是在保證不失步條件下的頻率f*漸次由低到高的起動。

因為以上關(guān)于額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不超過1/3的前提條件不變，所以，40%容量的變頻器即可完成電動機軟起動的結(jié)論同樣適合于同步電動機。

4 軟起動中變頻器的控制

在變頻軟起動中，變頻器可以實行VVVF 開環(huán)控制，f*的給定值f**(t)按斜坡方式增長。也可以按恒流或斜坡轉(zhuǎn)速方式工作，通過電流(轉(zhuǎn)速)閉環(huán)實現(xiàn)電動機的軟起動。在實際的閉環(huán)控制中，f*的給定值f**是電流(轉(zhuǎn)速)閉環(huán)中電流(轉(zhuǎn)速)調(diào)節(jié)器的輸出。

5 變頻軟起動中的電動轉(zhuǎn)矩和起動完成

時間在工頻條件下，同步機或異步機實行的都是異步起動。可以參照全壓下電動機機械特性，作出電動轉(zhuǎn)矩與滑差率之間的關(guān)系曲線，再將與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩差(除以飛輪慣量)積分，得出起動完成時間。

但是，在變頻軟起動情況下，同步機或異步機電動轉(zhuǎn)矩還與f**上升斜率正相關(guān)。只要不出現(xiàn)諸如失步、變頻器過載等“拖不動”的情況，起動完成時間就是f*由0→1的時間。

6 變頻軟起動與工頻降壓起動的比較

降壓起動因為仍然是工頻起動，總要有200%~300%電流流過電網(wǎng)，流過電動機，從而危害電網(wǎng)和電動機。為了限制其危害，對于起動超時有嚴(yán)格要求。為了使電網(wǎng)壓降不太大，有時不得不使用大量電容。這些，在變頻軟起動條件下，都不再必要。

變頻軟起動的卓越之處在于大大提高了電動機的功率因數(shù)。只需要40%~100%的電流，就可以完成輕載或重載軟起動。

降壓軟起動的起動裝置容量必須>200%;而變頻軟起動，即使面臨重載，裝置容量也無須>100%。

7 變頻軟停止

軟停止比電動機主電路突然切斷后的停止更平緩。在軟停止期間，電動機需要繼續(xù)向負(fù)載水泵提供有功功率和主動轉(zhuǎn)矩。不論是軟起動或軟停止，變頻器都是“單象限”運行。

工頻下電動機停止，是在電動機電壓下降到相當(dāng)小以后開始的停止。其時，與電動機電壓相應(yīng)的機械特性與負(fù)載特性相切，以后，兩個特性不再有交點。電動機開始有明顯的速降，而且，制動轉(zhuǎn)矩(機械特性與負(fù)載特性的縱向差)隨滑差率s 的增大而劇增，可能出現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速急墜的現(xiàn)象。

變頻軟停止在關(guān)小閥門后開始，其機理與工頻軟停止不同，是在s 保持較小值的軟停止，轉(zhuǎn)速n 隨著f* 平穩(wěn)下降。

8 變頻軟起動的軟切換

在變頻軟起動結(jié)束時，存在一個負(fù)載由變頻器供電向工頻供電的切換問題。軟切換是關(guān)于如何確保切換安全、沒有電流沖擊、轉(zhuǎn)速不丟或少丟的專門技術(shù)。軟切換的硬件至少包括2 個真空接觸器或斷路器和若干檢測元件，軟件包括時機判斷和保護(hù)等。

在軟切換中，切換順序必須妥善解決。讓電動機先脫離變頻器后聯(lián)電網(wǎng)，存在一個電動機因為失電而丟轉(zhuǎn)的問題;讓電動機先聯(lián)電網(wǎng)后脫離變頻器，就會在一段間隔時間內(nèi)使變頻器的輸入和輸出通過電網(wǎng)短接，可能引發(fā)安全事故。

從性能上看，后者優(yōu)于前者。所以，軟切換的任務(wù)就是通過一定的硬件和軟件，安全又快速地實現(xiàn)后者。