有關變頻軟起動的幾個問題

0 引言

在電動機工頻降壓起動一直占據絕對統治地位的今天，變頻軟起動已經悄然興起。在變頻軟起動中，變頻器專為起動而設置。這常常出現在電網容量比較緊張，降壓起動難以勝任的場合。在起動完成后，變頻器便從系統中退出，這是與以節能為目的而應用變頻器的不同點。

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，得到負載電流。在轉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，功率因數高，負載電流的有功分量大，由電流產生電動轉矩的效率高，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、轉矩、轉速等變量均按電動機的額定值標么。

一般說來，在風機或泵類輕載起動的應用場合，變頻器額定容量大體可以按風機或泵額定容量的40%來選取。(據考察，在已付工程應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：一是電動機堵轉轉矩克服不了負載靜阻矩，二是電動機轉矩曲線與負載轉矩曲線在低于額定的某轉速相交。

但是，若變頻器額定容量選40%，以上情況一般不會發生。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)，是不依靠轉子阻尼繞組感應電勢的起動，是轉子已經投勵后的起動，是在保證不失步條件下的頻率f*漸次由低到高的起動。

因為以上關于額定轉速對應的負載轉矩不超過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速方式工作，通過電流(轉速)閉環實現電動機的軟起動。在實際的閉環控制中，f*的給定值f**是電流(轉速)閉環中電流(轉速)調節器的輸出。

5 變頻軟起動中的電動轉矩和起動完成

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，作出電動轉矩與滑差率之間的關系曲線，再將與負載轉矩的轉矩差(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矩還與f**上升斜率正相關。只要不出現諸如失步、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，流過電動機，從而危害電網和電動機。為了限制其危害，對于起動超時有嚴格要求。為了使電網壓降不太大，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。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，電動機需要繼續向負載水泵提供有功功率和主動轉矩。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小以后開始的停止。其時，與電動機電壓相應的機械特性與負載特性相切，以后，兩個特性不再有交點。電動機開始有明顯的速降，而且，制動轉矩(機械特性與負載特性的縱向差)隨滑差率s 的增大而劇增，可能出現電動機轉速急墜的現象。

變頻軟停止在關小閥門后開始，其機理與工頻軟停止不同，是在s 保持較小值的軟停止，轉速n 隨著f* 平穩下降。

8 變頻軟起動的軟切換

在變頻軟起動結束時，存在一個負載由變頻器供電向工頻供電的切換問題。軟切換是關于如何確保切換安全、沒有電流沖擊、轉速不丟或少丟的專門技術。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電網，存在一個電動機因為失電而丟轉的問題;讓電動機先聯電網后脫離變頻器，就會在一段間隔時間內使變頻器的輸入和輸出通過電網短接，可能引發安全事故。

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