【涨知识】智能电机启动方式的比较分析

在直接线电压启动和停止时，中、低电压电机的启动电流最高可达正常运行电流的8倍，同时具有非常高的加速速率或力矩。这些特性会导致网上电压骤降、还会带来机械磨损，在某些情况下甚至导致设备损坏，比如传动装置、联轴器、轴、传输带、易碎元件或产品的损坏。

在电机启动和停止过程中，最常见的问题就是管道内的所谓“水锤”现象。当泵突然停止时，流速骤减，就会造成水锤现象。尽管电机-泵联合体，几乎不会承受任何机械压力，但是阀门和管道则不同，会承受一定的压力。一旦损坏，对这些设备的维修费钱、费时、费事。

电网运行和监管机构，也在不断提高对三相感应电机的要求。欧洲也在不断的颁布各种监管条例，旨在减少能源消耗和二氧化碳的排放。IEC 60034-30:2008的“修正条款04/2014”，致力于处理三相感应电机的能源消耗、能源效率、能效等级问题。

由于对效率和低损驱动方案需求的持续增加， ISO 14001的认证对于公司来讲越来越重要。能效等级越高，意味着产品的竞争力越大。

■ 配置软启动器电机的典型启动流程。图片来源：Igel电气

电网监管和启动器

自从可再生能源被允许上网以来，电网的稳定性大大降低。这就是为何电网运营人员，为新增用户提出了更严格的要求，尤其是额定电压在1kV以上，使用软启动器和变频器来启动电机的那些电力驱动系统。

大多数技术指导和新增要求，已经包含了这些规定。为了以一种技术上比较成熟，而且能源效率较高的方式来启动或停止电机。一般情况下，优先推荐普遍使用的星型-三角形启动器，因为这种启动器对空间要求比较低，成本也不高，而且启动电流较小。

尽管如此，它也有其自身的局限性：这种方式不能调节启动参数，根本不能实现软停机。由于电机需要六根电缆，因此电缆方面的费用也不能忽视。而且，在进行切换时，可能会产生高力矩和高峰值电流。综上所述，为了优化电机的保护，唯一可能的方式就是增加更多的部件，由此会产生一定的费用。

和星型-三角形启动器一样，自耦变压器启动器可以降低启动电流，但是配电盘空间要求比较大，因此成本相对较高。而且每个小时启动的次数受到限制，因此对于那些启动次数较多的需求，这种方式的适用性就大打折扣。基于这些原因，再加上启动参数的切换只能在电气-机械设备上完成，因此自耦变压器启动器的使用较少。

变频器

变频器连续可调，但是相对较贵。很多公司为驱动器配置了变频器。对于使用变频器的好处，最强有力的证据是电机启动可以保持名义力矩不变，而且连续可调，同时还可以对转速进行精确控制。通过这种方式，变频器通过持续调节电压和频率，可以按照需求实现对所需力矩的直接调节。这样就可以在驱动环节中改善机械效率。

由于变频器需要控制系统，公司就面临着可观的费用问题。为了避免保存时的损坏，使用变频器的电机，需要独立隔离的存储空间。而且，变频器的效率，尤其是在低端应用场合，具有很大的想象空间。电损耗可高达5%。而且，对于电网而言，变频器可能是一个大的电磁干扰负载。伴随着力矩的降低所产生的巨大热量也是一个关键问题。

备选的软启动器

对于上面提及的启动方式，一个更经济的备选方案是软启动器。得益于所使用的半导体技术，软启动器不需要过多的维护，而且可以提供差异化的启动和停机性能。

启动所需时间，最多为30秒钟，然后软启动器就被切换为旁路模式。电网的电磁干扰负载，仅仅在启动或停机的时候发生。发热也仅仅在启动或停机时发生，持续时间很短。这就是软启动器可以减少机械应力的原因。与变频器相比，软启动器体积更小，而据说其效率可以超过99%。

启动或停机参数的设置非常简单。利用该特性，电压控制和电压斜坡增长可以分别设置。软启动器可以应用于大多数工业场合，尤其是需要软力矩过程、降低启动电流和小电网等环境下的驱动。和变频器相比，软启动器具有较低的故障率。内置的推进器，具有更高的稳定性，软启动器没有配置绝缘栅双极晶体管。

如果不需要转速控制，而仅仅是希望具有软启动性能，从而降低对电网的扰动，减少机械磨损，那么软启动器是一个不错的选择。