电机软启动器类型分析–晶闸管在线式和旁路型优缺点分析

电子式固态软起动器是通过微型计算机来控制串接于电源和交流电机定子绕组之间的三组反并联晶闸管的导通角度来改变电机的输入电压,同时以程序控制交流电机整个起动过程的电压曲线，使得电机以一条S形的曲线柔和的完成起动过程，是一种综合运用了现代电力电子技术、微型计算机技术、现代控制技术的新型电气装置,广泛应用于各行业感应式电动机的起动控制，可完全取代传统的星/角起动器、自耦起动器、水阻起动器等设备。

2 电子式固态软启分类

2.1 晶闸管在线运行软启动器

可控硅在线运行软启动器，顾名思义是指软启动器的主开关元件晶闸管长期在线运行，它不仅在起动和停车过程中能控制电动机的电压升降，还要在电动机正常运行时供给其全电压如图1所示。它的优点仅仅是电路简单，减少成套体积以及减少一次成套成本（不用旁路交流接触器），而缺点是：

1，使用成本极高。晶闸管在线运行，造成软起动器本身功耗极大，为了解决其功耗所发生的热量，软起动器本体及散热器设计体积很大，同时还需要机械强制风冷。以200KW软起动器的晶闸管为例，其在线运行的发热功耗是1100W,即软起运行一天就得多浪费26.4度电，一个月就是792度电，一年按10个月运行就是近8000度电，（软启动器功率越大晶闸管选型就越大，晶闸管越大在线功耗越大）可想而知，如果长期使用，其浪费的电费远远高于软启动器本身成本以及节省的交流接触器成本。

2，谐波污染大。利用晶闸管调压是一个斩波调压的过程，如长期在线运行会在电网中产生大量高次谐波污染，如治理电网的高次谐波就需要巨大的设备成本，不治理谐波其潜在的成本浪费更高。这些高次谐波会造成整个用电系统的功率因数降低，用电设备及载流电缆，铜排等温升增加，降低用电设备的绝缘寿命，增加潜在的系统功耗，电磁干扰以及因为异常发热而导致引起安全事故等。

3，使用寿命短，综合性价比低。在线电子式软启动器如多台使用于一个电气室，因其自身的散热会导致室内温度都会超标，配电系统难以正常运行，同时其本身的发热亦会导致其产品内部元器件老化加剧，使用寿命远远低于旁路型软启动器。

2.2 旁路型软起动器

为了解决晶闸管在线运行软起动器的大量功耗和谐波等弊端问题，人们在使用晶闸管软起动器时加上旁路接触器，当软启动器完成软启动过程之后由并联在软起旁边的接触器闭合供给电动机全电压运行，晶闸管随之关断，不再产生功耗和高次谐波。如图2所示。旁路型软起动器由于晶闸管只是在起动过程中短时工作几秒到几十秒，所以晶闸管的散热量很小，故而软起动器本体不需要太大散热器，仅需在线型软起动器的1/2即可，体积比在线型软起动器小，也不需要机械风冷，工程设计更合理。晶闸管和旁路交流接触器的完美结合使得旁路型软启动器广泛应用于市场，牢牢占据整个国内外市场的主导地位。

2.3 内置旁路型软起动器

内置旁路型软起动器，顾名思义是在旁路型软起动器内部加装一套与晶闸管并联的接触器，在电机软启动过程和软停车过程中由晶闸管运行，机械触头断开，当电动机正常运行时晶闸管关闭，机械触头闭合。这套动作过程是通过软启动器内部控制自动完成的，对外部接线来讲是一个装置，但也属旁路型软启动器的范畴，将外边的接触器移到了软启动器里边集成为一体。它的优点是具备上述两种类型的所有优点同时回避了它们各自的缺点：一是电路简单;二是晶闸管只负责启动和停车，回避了晶闸管在线运行所带来的功耗与散热;三是强大的一体化作用得以全面发挥，能对电动机起到起停、保护及其控制;四是节省成套空间以及成套材料成本和人工成本。如图3所示。缺点是：1，产品内多一个元器件就多一个故障点，内置旁路型软启动器较外置旁路型软启动器故障率略微高些；2，内部结构紧凑复杂，对于现场技术人员的维护能力要求较高。

3  软起动器类型的比较

目前市场上流行的三种类型软起动器：在线型、旁路型、内置旁路型。

从产品体积上来说旁路型软起动器最小，其次是在线软启动器，最大的是内置旁路软启动器；从同一功率产品价格趋势来比较，旁路型软启动器最实惠，其次是在线型软启动器，内置旁路软启动器因其元器件多而使得价格最高；从功能稳定性来讲外置旁路型优于内置旁路型，内置旁路软启动器优于在线型；从使用成本和维护成本来比较，最经济的是旁路型软启动器，其次是内置旁路型，在线型软起动器最高。

具体到使用环境，不同的场合会有不同选择：在一些自动化要求较高以及电气专业技术力量雄厚的国企，内置旁路软启动器在多数场合会作为首选；在偶尔短时间使用的大电机设备场合如应急备用设备等，在线软起也不失为一种明智之选；而在一些对于稳定性可靠性要求高，对生产连贯性有要求的场合，亦或是电气专业技术人员薄弱的电气设备使用企业，如砂石骨料行业的民营企业，越是简单稳定的产品越是受欢迎，外置旁路的软启动器自然就会成为不二之选。

4  总结

国外软启动器品牌如ABB,西门子，施耐德等在进入国内时，均提供在线软起的功能，但此功能在使用手册上均有特别说明，即应急状态下可允许软启动器在旁路交流接触器损坏的情况下短时间在线运行。同时，受制于在线软启动器的弊端，各个软起动器生产厂家均在旁路型软启动器的基础上开发内置旁路型软起动器，这些年，进口企业如abb的pstb系列、a-b的flex系列、西门子的3rw44系列，紫菱电气的ZLR06系列、西安西普STRB系列等等。然而国内一些仿制生产在线型软启动器的小微企业为了逐利钻空子，玩概念，对于其比较隐蔽且居高不下的使用功耗只字不提，通过低价和不用旁路交流接触器来不分场合的误导专业技术力量薄弱或者抱有应付使用心态的企业，最终使用的也都是些无知工程，市场上的用量份额很小，大约不到5%，这属于一种劣币驱逐良币的市场行为。大约有70%以上的用户采用旁路型软起动器。从内置旁路型软启动器面世后，随着市场推广和内置旁路软启动器的日趋完善，内置旁路型软起动器市场份额逐渐增加。最终，在线型软起动器应该会被旁路型软起动器所淘汰，而旁路型软起动器又会被内置旁路型软起动器所替代。

以上为紫菱电气技术部分析叙述，仅供参考。不对之处，欢迎指正！

                                    紫菱电气技术部

                                   2021年06月10日