简述软启动器和变频调速系统有何相同点和不同点。

2023-01-08

本文主要是 简述软启动器和变频调速系统有何相同点和不同点。 相关的知识问答，如果你也了解，请帮忙补充。

低压软启动器选用时应注意的问题
软启动器以体积小，转矩可以调节、启动平稳冲击小并具有软停机功能等优点得到了越来越多的应用，大有取代传统的自耦减压、星－角等启动器的趋势。由于软启动器是近年来新发展起来的启动设备，在设计、安装、调试和使用方面还缺少指导性的规范与规程。我们在软启动器的安装、调试工作中也遇到了一些实际技术问题。例如：不同启动负载软启动器的选型、软启动冲击电流与过流保护定值的配合、软启动设备容量与变压器容量的关系等问题。
1、软启动器简介
目前，市场上常见的软启动器主要有电子式、磁控式和自动液体电阻式等类型。电子式以晶闸管调压式为多数。变频器在某种意义上也是一种软启动器，而且是能够真正地实现软启动的启动器，只是造价要高些。
晶闸管式软启动器是串接在电源与电动机之间的三组正反向并联的晶闸管，通过微电脑控制触发导通角实现交流调压。晶闸管式软启动器的启动方式有斜坡电压型、突跳加斜坡电压型和限流型等可供选择。
磁控式软启动器是利用磁放大器原理制造的串联在电源和电动机之间的三相饱和电抗器构成的软启动装置。启动时通过数字控制板调节磁放大器控制绕组的激磁电流，改变饱和电抗器的电抗值调节启动电压降，实现电动机软启动。
不论晶闸管式软启动器还是磁控式软启动器在启动时只能调节输出电压，达到控制启动时的电压降、限制启动电流的目的。一般的软启动器不能调节电源频率，也就不能象变频器那样从零频零压开始启动电动机，实现无冲击启动。实际上软启动器在启动设备时还是要产生一定的冲击电流的；斜坡电压型控制软启动器的启动时的电压、电流变化曲线见图1所示。晶闸管式软启动器采用斜坡电压启动时，开始时要使软启动器输出一个初始电压（初始电压在80~280V之间可以调节），使电动机产生足以克服机械设备的静摩擦的初始转矩，拖动设备开始转动，启动电流为Is。在微电脑的控制下，继续增加输出电压使电动机加速。当软启动器的输出电压接近额定电压时，电动机就已达到额定转速，Is降为负荷电流In。启动时间t1结束时，软启动器输出额定电压并发出旁路信号，使旁路接触器闭合，软启动器停止输出电压，电动机转入正常运行。软启动的初始转矩可以通过给定初始电压和启动时间进行调节，控制启动电流在2~4.5倍电动机额定电流以内。
低压软启动器的停车方式主要有自由停车，软停车，制动停车三种。传统的电动机停车方式常用自由停车，但有许多应用场合，自由停车会产生很大问题，如高层建筑的水泵系统，如果采用自由停车，会产生巨大的“水锤”效应，使管道、水泵损坏。因此利用软停车可以消除自由停车带来的这种反惯性冲击。在停车时刻t2发出停车指令，电动机的端子电压从Un缓慢下降，在电压下降瞬间电动机电流会有一个小的电流冲击，然后电动机电流会随电压的下降而下降，直至电动机停下来。
2、低压软启动器选用时应注意的问题
2．1低压软启动柜电气接线与元件排列
一般低压软启动柜的电气接线如图2所示。柜内电气元件按图示顺序排列，作到主接线简短不交叉，便于铜排连接。软启动器安装在接触器的右侧不受其他元件发热的影响。软启动器与控制柜边壁及其他元件间距要求≥100mm，方便软启动器散热。
2．2软启动器选型
除了技术、性能、价格比较外，还要考虑设备现场的电网容量、设备启动负荷轻重、启动频繁程度等具体条件。
对于水泵类启动负载较轻的设备，可选择功能简单、价格较低、操作方便的软启动器。这类设备根据电动机额定功率，选用样本规定的相同容量的软启动器就能满足需要。对于大型风机、破碎机等启动负荷比较重的设备，应该选用启动功能比较多、有限流启动功能、自身保护比较齐全的软启动器。尤其功率比较大的设备（200KW以上），最好选用启动功能比较全的高性能软启动器。
2．3隔离器和熔断器选择
软启动柜中的隔离电器，可以选用隔离开关也可以选用具有隔离功能的塑壳断路器。小功率软启动柜宜选用隔离开关熔断器组合的刀熔开关。不但起到隔离保护作用，还可以降低工程造价。隔离开关的额定电流大于电动机额定电流就可以满足运行要求。
由于软启动器中晶闸管的浪涌焦耳积分（I2t）值有限，选用断路器做短路保护装置不能有效保护晶闸管元件。建议选用快速熔断器做短路保护装置。快速熔断器可选用aR或NGT型半导体保护熔断器。选用快速熔断器一般不用做分断能力校验，因为aR型熔断器的额定分断能力为50KA，NGT快速熔断器的分断能力为120KA，能够满足一般配电工程需要。另外熔断器还有限流功能，对晶闸管的保护要比断路器可靠。
快速熔断器的额定电流的选用原则是设备启动时不会熔断，设备安装处发生最小短路电流时必须可靠熔断。具体选用时可根据设备的负荷性质和电动机的启动电流，查阅熔断器制造厂提供的熔断器时间—电流特性曲线、I2t值及晶闸管的I2t值进行计算选择。在缺少上述资料时也可按下述经验公式计算选用：
Ifn≥(1.8~2.0)*Ie(A)
Ifn—快速熔断器额定电流(A)
Ie—电动机额定电流(A)
2．4旁路接触器的选择
软启动结束时电动机已在额定电压上运行，所以按电动机的额定电流选用交流接触器就能满足要求。要注意的是在配柜接线时，作到软启动器与接触器同相连接，不要接错相序。
2．5过负荷保护装置的选择
软启动装置的过负荷保护装置应该选用具有过载保护、断相保护和温度补偿功能的热过载继电器。具体选用时，要使电动机的工作电流在热元件整定电流范围以内。工作时容易过载的设备，要使电动机的额定电流值靠近热元件整定电流范围的下限。
2．6变压器负载能力及保护整定值校验
在软启动装置选用时除注意上述要求外，还要注意为设备供电的变压器的负载能力。如果事前变压器已接近满载，要慎重选用软启动设备。尤其是要增设功率比较大的设备时，更要核对校验变压器的荷载能力和保护的整定值；
增加软启动设备后，变压器二次侧断路器的短路短延时脱扣器的整定值Ir2为：
Ir2≥1.1(IL+1.35*K*Ie) A
式中：IL—变压器正常运行时的负荷电流 A
K—新增加软启动设备的启动电流与电动机额定电流的比值（见表1）；
Ie—新增加电动机的额定电流 A。
计算出的Ir2应小于变压器二次侧断路器现在的实际短路短延时脱扣器的整定值；否则，在新增加设备启动时，变压器二次侧断路器要分断跳闸。造成软启动器选用失败。
表1典型设备软启动效果及启动电流参考值
应用机械类型 选用功能 执行的功能 启动电流（%） 启动时间（秒）
离心泵 标准启动 减少冲击，消除水锤 300 5~15
螺杆式压缩机 标准启动 减少冲击，延长机械寿命 300 3~20
离心式压缩机 标准启动 减少冲击，延长机械寿命 350 10~40
活塞式压缩机 标准启动 减少冲击，延长机械寿命 350 5~10
传送带运输机 标准+突跳 启动平稳，减少冲击 300 3~10
风机 标准启动 减少冲击，延长机械寿命 300 10~40
搅拌机 标准启动 降低启动电流 350 5~20
磨粉机 重载启动 降低启动电流 450 5~60
3、典型应用
例：某市第二热源厂新增四台250KW循环泵，两台工作两台备用，变压器容量1250kVA，10/0.4kV，为降低电机启动电流及避免增容投资过大，我们根据用户要求采用软启动器。由于该负荷为水泵类，启动不是很频繁，所以采用性价比较优的SS2-250型软启动器。隔离开关采用HD17-630/3，熔断器采用NT4-1250A，旁路接触器采用CJ29-500/3，热继电器采用JRS2-630/3。两年来运行正常，能够很好的满足用户要求。
4、调整与试车
软启动控制柜安装完成后要进行认真地检查。按设计图纸核对接线是否正确，连接是否可靠。因为晶闸管等电子器件不允许做绝缘电阻测试，所以只能用数字万用表高阻档检查软启动器中晶闸管的绝缘情况。新的软启动器（冷态时）每组晶闸管输入输出端子间测量电阻值应指示1.3MΩ左右，相间（相间未接控制回路时）、相对地测量电阻值应该指示无穷大。检查确认无误后，在软启动器输出端接上一台小功率电动机并设定启动方式、初始电压、启动时间和停机时间等技术参数。在电动机与软启动器连接前，必须用500V绝缘电阻测试器检查电动机和电缆的绝缘状态。只有绝缘电阻符合有关规定，才准许将电动机连接到软启动器输出端进行启动试验。第一次软启动前要对机械进行人力盘车，检查机械有无“卡堵”现象，然后进行设备启动试验并调节好启动参数后，就可以交付使用了。
总之，软启动器启动转矩大而且可以调节、设备启动时间短、有软停机功能、元件少维修量小，能够完成比较困难的设备的启动，是性能比较好的电动机启动控制设备，应该得到推广应用。

变频器原理介绍
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
变频器选型：
变频器选型时要确定以下几点：
1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。
2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3) 变频器与负载的匹配问题；
I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
变频器控制原理图设计：
1) 首先确认变频器的安装环境；
I.工作温度。变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。
II. 环境温度。温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。在水处理间，一般水汽都比较重，如果温度变化大的话，这个问题会比较突出。
III.腐蚀性气体。使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。
IV. 振动和冲击。装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。淮安热电就出现这样的问题。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。
V. 电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地，除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰，往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。
2) 变频器和电机的距离确定电缆和布线方法；
I.变频器和电机的距离应该尽量的短。这样减小了电缆的对地电容，减少干扰的发射源。
II. 控制电缆选用屏蔽电缆，动力电缆选用屏蔽电缆或者从变频器到电机全部用穿线管屏蔽。
III.电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90度角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。
IV. 与变频器有关的模拟信号线最好选用屏蔽双绞线，动力电缆选用屏蔽的三芯电缆（其规格要比普通电机的电缆大档）或遵从变频器的用户手册。
3) 变频器控制原理图；
I.主回路：电抗器的作用是防止变频器产生的高次谐波通过电源的输入回路返回到电网从而影响其他的受电设备，需要根据变频器的容量大小来决定是否需要加电抗器；滤波器是安装在变频器的输出端，减少变频器输出的高次谐波，当变频器到电机的距离较远时，应该安装滤波器。虽然变频器本身有各种保护功能，但缺相保护却并不完美，断路器在主回路中起到过载，缺相等保护，选型时可按照变频器的容量进行选择。可以用变频器本身的过载保护代替热继电器。
II. 控制回路：具有工频变频的手动切换，以便在变频出现故障时可以手动切工频运行，因输出端不能加电压，固工频和变频要有互锁。
4) 变频器的接地；
变频器正确接地是提高系统稳定性，抑制噪声能力的重要手段。变频器的接地端子的接地电阻越小越好，接地导线的截面不小于4mm，长度不超过5m。变频器的接地应和动力设备的接地点分开，不能共地。信号线的屏蔽层一端接到变频器的接地端，另一端浮空。变频器与控制柜之间电气相通。
变频器控制柜设计：
变频器应该安装在控制柜内部，控制柜在设计时要注意以下问题
1) 散热问题：变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热我们通常采用风扇散热；变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器运行；大功率的变频器还需要在控制柜上加风扇，控制柜的风道要设计合理，所有进风口要设置防尘网，排风通畅，避免在柜中形成涡流，在固定的位置形成灰尘堆积；根据变频器说明书的通风量来选择匹配的风扇，风扇安装要注意防震问题。
2) 电磁干扰问题：
I.变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。
II.当系统中有高频冲击负载如电焊机、电镀电源时，变频器本身会因为干扰而出现保护，则考虑整个系统的电源质量问题。
3) 防护问题需要注意以下几点：
I.防水防结露：如果变频器放在现场，需要注意变频器柜上方不的有管道法兰或其他漏点，在变频器附近不能有喷溅水流，总之现场柜体防护等级要在IP43以上。
II. 防尘：所有进风口要设置防尘网阻隔絮状杂物进入，防尘网应该设计为可拆卸式，以方便清理，维护。防尘网的网格根据现场的具体情况确定，防尘网四周与控制柜的结合处要处理严密。
III.防腐蚀性气体：在化工行业这种情况比较多见，此时可以将变频柜放在控制室中。
变频器接线规范：
信号线与动力线必须分开走线：使用模拟量信号进行远程控制变频器时，为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，请将控制变频器的信号线与强电回路（主回路及顺控回路）分开走线。距离应在30cm以上。即使在控制柜内，同样要保持这样的接线规范。该信号与变频器之间的控制回路线最长不得超过50m。
信号线与动力线必须分别放置在不同的金属管道或者金属软管内部：连接PLC和变频器的信号线如果不放置在金属管道内，极易受到变频器和外部设备的干扰；同时由于变频器无内置的电抗器，所以变频器的输入和输出级动力线对外部会产生极强的干扰，因此放置信号线的金属管或金属软管一直要延伸到变频器的控制端子处，以保证信号线与动力线的彻底分开。
1) 模拟量控制信号线应使用双股绞合屏蔽线，电线规格为0.75mm2。在接线时一定要注意，电缆剥线要尽可能的短（5-7mm左右），同时对剥线以后的屏蔽层要用绝缘胶布包起来，以防止屏蔽线与其它设备接触引入干扰。
2) 为了提高接线的简易性和可靠性，推荐信号线上使用压线棒端子。
变频器的运行和相关参数的设置：
变频器的设定参数多，每个参数均有一定的选择范围，使用中常常遇到因个别参数设置不当，导致变频器不能正常工作的现象。
控制方式：即速度控制、转距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根据控制精度，需要进行静态或动态辨识。
最低运行频率：即电机运行的最小转速，电机在低转速下运行时，其散热性能很差，电机长时间运行在低转速下，会导致电机烧毁。而且低速时，其电缆中的电流也会增大，也会导致电缆发热。
最高运行频率：一般的变频器最大频率到60Hz，有的甚至到400 Hz，高频率将使电机高速运转，这对普通电机来说，其轴承不能长时间的超额定转速运行，电机的转子是否能承受这样的离心力。
载波频率：载波频率设置的越高其高次谐波分量越大，这和电缆的长度，电机发热，电缆发热变频器发热等因素是密切相关的。
电机参数：变频器在参数中设定电机的功率、电流、电压、转速、最大频率，这些参数可以从电机铭牌中直接得到。
跳频：在某个频率点上，有可能会发生共振现象，特别在整个装置比较高时；在控制压缩机时，要避免压缩机的喘振点。
常见故障分析：
1) 过流故障：过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器。
2) 过载故障：过载故障包括变频过载和电机过载。其可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。
3) 欠压：说明变频器电源输入部分有问题，需检查后才可以运行。
小结：
1) 总之，在设计、安装、使用变频器时一定要遵从变频器使用说明书的指导。
2) 各电气设计人员，现场电气调试人员可以在此基础上完善此变频器参考。 参考知识1 软启动器是晶闸管交流调压技术与功率因数控制技术的结合。主回路采用可控硅元件，微处理控制器作为中央处理器控制单元，实现了三相异步电机的平滑软启动、软停止控制及运行过程中的最佳运行效率的自动同步跟踪调整。具体地说，软启动器采用单片微机作为控制核心，应用先进的软件设计方法和最新的硬件技术，采用晶闸管相移技术，使加到电动机上的电压按某一规律慢慢达到全电压，通过设置适当的控制参数，可以使电动机的转矩和电流与负载要求得到较好的匹配。同时，通过软件与硬件的配合，对软启动器本身、电动机、负载提供全方位的保护。一般来讲，电动机功率的选择总是大于最大负载要求，其结果是电动机很少在额定功率下运行，经常处于轻载或变载的情况，能量严重浪费。软启动器在运行时， 首先保持输出额定电压，以保证电动机和负载在加速后进入稳定状态；保持一段很短时间之后，自动进入节电运行阶段。其独有的节电控制软件自动跟踪负载变化，通过不断对电流和功率因数的综合计算，进行实时调节、更新触发角，控制输出电压，降低励磁电流，提高功率因数，实现节电。另外，其先进的软停车功能，可以很好的消除泵类负载的水锤效应。

可见软启动器只是通过晶闸管调压实现电机软启动、软停车，不具备调速功能。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电机控制（调速）装置。通过变频控制电机运行（电压也随频率变化，如v/f恒定），是真正的高效调速方式，效率很高。
变频器能够实现真正的软启动、软停止和高效调速。

两者可以配合使用，大中型供水设备中，常由变频器带动一台泵变速运行，由一台软启动器完成其余各泵开、停泵操作，变频泵可定时轮换使各泵运行时间均衡，运行中变频与工频可实现平稳切换。本回答被提问者采纳