软起动器控制电动机的几个重要概念
1、脉冲突跳起动方式 对于静阻力矩较大的负载，必须施加一个短时的大起动力矩，以克服静摩擦力，这就要求起动器可以短时输出90%的额定电压。
2、接触器旁路工作模式 当电动机全速运行后，用旁路接触器来取代已完成任务的软起动器，以降低晶闸管的热耗，提高系统效率。在这种模式下用一台软起动器起动多台电动机。
3、节能运行模式 电动机负荷较轻时，软起动器可自动降压，以此提高电动机功率因数。
4、软停车 在不希望电动机突然停车的场合，可以通过软停车方式来逐步降低电动机端电压。
5、泵停车 对惯性力矩较小的泵，软起动器在起动和停机过程中，实时检测电动机的负载电流，根据泵的负载和速度特性调节输出电压，消除“水锤效应”。
6、动力制动 在惯性力矩大的负载或需要快速停机的场合，可以向电动机输入直流电，以实现快速制动。
软启动器和变频器的区别
软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。
变频器是用于电机需要调速的地方，变频器的输出不但改变电压而且可以同时改变频率。
软起动器实际上是个调压器，用于电机降压起动时，软启动器输出只改变电压不能改变频率。
变频器具备所有软起动器功能，但它的结构复杂，价格也比软起动器贵得多。
热变电阻软起动
一、前言 最近，某公司通过媒体以新闻和广告的形式，对热变电阻软起动作了大量的宣传。宣称：“此类软起动可以完全替代进口变频软起动，并且价格优势特别大”。 作为一名多年从事软起动技术工作的知识分子，我认为有必要比较客观地从技术角度上给热变电阻软起动一个准确的定位，因而撰写本文。
二、热变电阻软起动原理 热变电阻软起动中的电阻是液态电阻，是由水和电解质配制的，导电机理是离子导电。离子导电的电导率随温度增加而上升，其温度灵敏度因电解质元素和浓度而异。 电动机软起动时，需要随着电动机转速的增加而平滑减小串在电动机定子回路的阻抗。可以实现这种平滑减小的方法很多，例如，通过电极移动、通过晶闸管的导通角变化，通过改变饱和电抗器的饱和度等。热变电阻软起动装置利用了液阻阻值的温度热变性：既然液阻的发热（温升）是不可避免的，那么就利用它，“以毒攻毒”，使液阻电阻值随温升而平滑减小，达到软起动的目的。 热变电阻软起动装置的限流电力器件是装有固定电极的液阻箱（每相一个，共三个）。每箱的一对电极之间的距离比较近，电极之间的空间（以下简称极空间）在整个液箱容积中所占的比例不大。液箱内的所有离子均参与决定液箱电阻阻值，但是，极空间的离子对于液阻箱阻值起决定作用。所谓“热
变”主要是指极空间内离子导电率的热变。它是由极空间的温升决定的。在软起动过程中，极空间液体温度因发热而上升，又因对流等热交换而下降。加热和对流是决定极空间温度的一对矛盾。及至软起动结束，电极失电，加热停止。停止后，在对流作用下，液箱内的温度逐渐趋于平衡。所谓“液箱电解液一次软起动温升”，是指停止后的新热平衡温度对于软起动前热平衡温度增量。 因此，极空间温升和一次起动温升是二个概念。前者大于后者。这个“大于”当然是有利的，它使热变电阻软起动装置一方面可以利用“前者”实现热变软起动；另一方面，又可以利用“后者”使装置能够具有一定的“连续起动数次”（例如3次）。
现在，进而就某公司对热变电阻软起动原理的陈述作以下评论。
根据该公司的《技术报告》（2000年），极空间温度“在常温到之间电阻率呈近似反比关系……，这一发现……提供了宝贵的技术依据”。对于软起动而言，软起动从开始到完成，极空间电解液阻值可以表示为一条时间曲线，在不同的环境温度下软起动，其时间曲线自然亦不相同。 热变电阻软起动装置允许的环境温度是，人们有理由担心，在和软起动是否均能成功。退一步说，即便均能成功，在这两种情况下，极空间电解液阻值时间曲线肯定是很不相同的。因此，软起动所能达到的指标亦是大不相同的。 《技术报告》指出，“液体在时，其表面就有大量的蒸汽散发”。所以，热变电阻软起动装置应该对蒸汽散发以及大量散发乃至防爆有所防范，例如，采取“缓冲室”，“液面封油”等措施。
三、热变电阻软起动装置的几个内在特点 以下的内在特点是由“原理”决定的，“与生俱来”的。 1、电极无需动，因而减免了移动电极的伺服机构，减免了伺服机构可能带来的不安全。但是，需要采取防范蒸汽散发的措施。 2、无法进行实时控制，更谈不上“闭环控制”。 3、根据一次软起动的质量对装置进行下次再调整的余地不大。可能的调整仅仅是：极间距离，电解质浓度，液面高度。但调整裕度相当有限。 4、具
有一切液态软起动装置的共性，如发热量大、体积大，不能作到免维护，不产生高次谐波等等。 5、对环境尤其是温度变化的耐受能力较差。难于保证不同环境温度下软起动性能的一致性。 6、软起动功能单一，使适用范围受到一定的：不能实现软停止，不能实现带电流突跳的软起动。
四、热变电阻软起动不具有易控性的实例 液态软起动装置设计者总是希望在整个过程中液阻是不断下降的。事实上能否真的做成这样呢？ 国家配电设备质量检验中心2000.6.6对该公司热变电阻软起动装置作了检验，得到了软起动过程中热变电阻上的电压时间曲线和电流时间曲线（附后）。由此可见，热变电阻阻值是先降后升的。由于热变电阻软起动装置实际上并不能保持电动机定子电流恒定，在软起动后期电流下降，由于发热量的减少和对流作用的增强，出现了人们不愿意看见的热变电阻阻值回升。对于这种回升，装置是束手无策的。此例表明，热变电阻软起动的易控性是很差的。差的根源仍然在于“无法进行实时控制”。
五、关于热变电阻软起动的风险问题 热变软起动极空间电解液温度是发热和对流这对矛盾相互作用的结果。对它虽然“无法进行实时控制”，但是，可以通过液箱容积选择，电极设计等方法，使在软起动过程中的极空间电解液温度时间曲线和与之相应的电流曲线满足软起动的要求。 如果设计者对于软起动系统（电动机，负载，电网）的数学模型和热变液箱内热力学的数学模型把握得比较精准，软起动一次成功是可以指望的。 但是，如果对以上这些数学模型把握得不是那么精准，或者数学模型有了变异，就会遇到风险。 风险之一：极空间温度超过了“沸点”，这时，将有大量的水蒸气产生，突破液面封油，冲到缓冲室，带来诸多麻烦。造成超过沸点的原因可能是环境温度过高，可能是对飞轮惯量估计不足，可能是对于负载的阻转矩估计太小等等。 风险之二：软起动超时，肇致软起动失败。极空间温度达不到设计要求将是软起动超时的主要原因。
六、几个常识问题 1、什么叫“变频软起动”？变频软起动是通过变频装置实现的软起动。它以频率从零开始逐渐增高的方法完成软起动。它也降压。但是，这个降压并没有降低电动机的电磁转矩。所以，“变频软起动”的性能是任何形式的工频降压软起动无法与之匹敌的。
2、目前，现代固态软起动主导产品是晶闸管软起动装置。
3、起动电流是一条时间曲线。所以，如果不提供曲线，则应该用“最大起动电流”或“起动电流变化范围”描述起动电流。
4、电网压降正比于电网短路阻抗。在不知道电网短路阻抗的条件下测得的电网压降是没有意义的。
七、究竟那种液阻装置（热变或动电极）更适合于高压、大容量电动机的软起动
人们看好高压、大容量电动机的软起动市场。
1、热变液阻软起动装置和动电极热变液阻软起动装置的区别
（1）热变液阻软起动装置不需要改变电极板之间的距离因而使装置得到了简化。
（2）热变液阻软起动装置失去了电极板运动的功能，也就失去了通过改变电极板之间的距离改变液阻的手段，失去了易控性，带来了更大的软起动风险。
据悉，动电极液阻软起动装置已经有了软起动6800千瓦交流电动机的工业运行实例。
2、液阻软起动装置向更大容量电动机软起动前进
如果它的电极移动已经成为制约的主要因素了，那么，以上的“得”就是主要的，具有决定意义的。反之，如果并非如此，那么，以上的“得”就是得不偿失的了。
3、顺便说一下，我的以移动绝缘隔板为主要特征的专利（专利名称为：电动机液态软起动液阻箱）如果能做成液阻软起动产品，在高压、大容量电动机的软起动领域将比以上两类液阻软起动装置具有更强的生命力。
八、究竟那种降压软起动更适合于高压、大容量电动机？
这里，要比较的是液阻软起动、晶闸管软起动和磁控软起动。关于磁控软起动技术的特点，请参看本人发表在chinakong网上的文章，题目是“作为降压软起动形式之一的磁控软起动”。在这篇文章里，我预言：磁控软起动装置将成为这一领域内的主导产品。
九、结论
1、热变电阻软起动装置是以热变电阻为限流电力器件的液态降压软起动装置。它的“一次起动成功”说明它在一定程度上完成软起动任务的可能性。但是，它的可用性、可推广性还要经受时间的考验。
2、电动机软起动是电气工程中的一个学科。有关的专家、学者应该在电动机软起动学科知识的普及上多下一点功夫，使人们多一点科学常识，少一点盲目性。
电动机的启动方案
交流感应电机通常采用三种启动方式：直接启动、（恒频）降压启动及变频变压启动。一般是小功率电机采用（5.5KW以下）。直接启动是直接给电机加额定电压，启动速度快，但危害大，主要表现在：
（1）对电网的冲击
直接启动时的启动电流可达额定电流的4～7倍，造成电网电压跌落，欠压保护可能动作，导致设备跳闸，使电机启动失败并影响其他用电设备的正常运行。
（2）对电机的冲击
过大的启动电流会使电机的绕组迅速发热，加速其绝缘老化，从而影响电机的电气命；直接启动产生的过大冲击转距往往使电动机转子笼条、端环断裂，定子端部绕组绝缘磨损、击穿或转轴扭曲等。
（3）对生产机械的冲击
突然的冲击转距往往易损伤与电动机相连的联轴节或传动齿轮，撕裂传动皮带；过大的冲击力会造成传动的其他设备非正常的磨耗和老化，影响设备精度，缩短其寿命；而直接启动过程中压力的突变可能对泵系统的管道、阀门造成损伤。
所有这些都会给设备的安全运行带来威胁，频繁启停更是如此，因而就研究产生了各种减小电动机启动冲击的方法，其中绝大多数都是采用基于降低电动机的初始端电压的软启动。 近年来，大型交流感应电机的大量应用，大大促进了软启动技术在我国的发展，多种技术应用于软启动领域，出现了许多新型的软启动产品，甚至有学者提出了“软启动学
科”的概念。笔者试图通过介绍先后出现的应用不同技术的软启动产品，对其性能、技术特点进行比较，预测软启动技术的发展方向。
传统的降压启动法
1 定子串联电抗器降压启动法
在电机的定子回路中串联电抗器可定子的启动电流，相当于降低了加在电机定子上的电压。在电机启动结束后，再将电抗器切除。由于电机启动时的电磁转矩与电机定子上所加电压的平方成正比，电抗器的电感值不能选得太大，必须使电机的启动转矩大于负载转矩，同时还需留有一定的余量，以免电网电压跌落以及其他扰动使电机启动失败。电机定子串联固定电抗器启动的方法适应性差，且电抗器被切除时还存在二次的电流冲击和转矩冲击的危险，目前已很少使用。
2 自耦变压器降压启动法
自耦变压器的高压绕组与电网相接，低压绕组接电机，通过自耦变压器逐步升高加在电机上的电压，以电机的启动电流。与串联固定电抗器的启动方式相比，该方法可以调节电机上的初始启动电压，以适应不同的负载要求。同时，由于变压器的作用，流过电网的电流也被缩小了相同变比的倍数，进一步减小了对电网的冲击。但是，用于启动的高压自耦变压器是有级调节的（不能全程改变电压），在改变电压级别和切除自耦变压器时，仍存在对电机的二次冲击。另外，装置体积大，故障率较高，维护工作量大，目前应用的也不多了。
需要说明的是，低压电机原来普遍采用的星形—三角形变换启动方式，只适用于电机
额定运行于三角形连接的场合，但高压电机通常额定运行于星形连接，因此星形—三角形变换的方法基本不用于高压电机的启动。
传统的启动方法除了在启动性能上离人们的要求存在差距之外，还需消耗大量的有色金属，因此已逐渐被近年来出现的新的启动方式所取代。
3液阻式降压启动法
液阻式降压启动方式是在电机定子回路内串联高压电阻，在启动过程中不断减小电阻值，启动完成后完全切除电阻。由于该电阻实质上是离子导电的电解液，因此可称为液阻。根据阻值调整方法的不同，派生了两种产品。
3．1 热变电阻软启动装置
热变电阻软启动装置由液体电阻箱、电极、柜体及相关控制电路组成。电解液为负温度特性。电阻值的改变是利用电机启动电流使电解液升温，其自身的电阻率降低来实现的。可以看到，虽然它可连续调节加在电机上的电压，但调节范围窄，液温达到 60℃后仍有40%～60%的电阻存在，在投入和切除时都有冲击。为使电阻的变化与电机的启动过程匹配，对电阻箱的容积和配液量都有明确的要求。热变电阻对电机负载变化的适应性差，而环境温度的变化对热变电阻的阻值有较大影响，故难以实现连续多次启动。
3．2 液态软启动装置
液态软启动装置的电解液中有两个导电极板，即固定极板和动极板。伺服系统驱动动极板，通过改变两个导电极板在电解液中的距离来改变启动电阻值。其阻值的变化范围较
热变电阻的大，可以使电机在2.5～3倍额定电流下启动。同时，通过测量电解液的温度改变极板的初始位置，可以校核启动电阻的初始值。该装置的温度适应性比热变电阻的要好，投入时，电机的电流呈阶跃上升，虽然冲击减小了，但存在。液阻的负温度系数特性同样使其难以适应连续启动的要求。
液阻式软启动装置的共同优点是不产生谐波，而共同的缺点是体积大，耗能，应用在一定程度上受。对于大型电机的一次启动，其消耗在电阻上的能量还是可观的。
4磁控软启动装置
软启动装置的一个发展趋势是利用成熟的电力电子技术和现代控制技术对传统的启动装置进行改进，磁控软启动装置就是一个很好的例子，它是从电抗器软启动发展而来的。其工作原理框图见图1
由图可见，电抗器改成了电感值可调的饱和电抗器，通过晶闸管控制饱和电抗器的直流励磁电流，改变饱和电抗器电感值，从而达到改变电机启动电流的目的。由于系统控制采用了现代可编程逻辑控制器（PLC），实现了电机启动电流的闭环控制，使电机可以恒流或按要求曲线启动，大大改善了软启动装置的启动性能。
电力电子器件及PLC本身的响应速度是很快的，可以达到周波级，但饱和电抗器具有较大的磁惯性，为秒级，使整个系统的响应速度受到制约。电力电子器件功率放大倍数大，所需的控制功率很小，器件本身的功耗也不大，但受饱和电抗器的影响（其功率放大倍数约为20～50倍），系统仍需要较大的控制功率。在该装置中电力电子器件的功率等级只需达到饱和电抗器的控制功率就够了。
5 开关变压器软启动装置
开关变压器软启动装置是近年来出现的另一种利用晶闸管的开关特性连续调节变压器的输出电压、从而实现高压电机软启动的装置。图2是其工作原理图。
与自耦变压器软启动装置相反，开关变压器的高压绕组接在电机的定子侧，低压绕组接晶闸管，通过低压侧晶闸管的通断来控制开关变压器高压侧的阻抗，等效控制了加在电机上的电压。通过改变晶闸管的导通角，可以获得连续可调的电压，其变化范围较宽。
开关变压器软启动装置利用变压器实现高低压隔离和降压，回避了一直让国内厂商棘手的晶闸管串联应用问题，但也付出了昂贵代价：需要一套满足启动容量的变压器加一套等容量的电力电子装置，虽然晶闸管的工作电压降低了，但其通过的电流却同比放大。
6 晶闸管移相调压软启动装置
晶闸管移相调压软启动装置，即人们常说的固态软启动，在低压领域因其技术可靠和性能优越而得到广泛的应用。但在3kV及以上的中、高压电机的启动应用中，因为晶闸管器件的电压等级不如电机的高，必须串联应用，故不被多数国内厂商所接纳。
其实，晶闸管的串联应用技术在70年代即已成熟，最早应用于高压直流输电（HVDC）和静态无功补偿装置(SVC)。我国最早自主开发的针对高压直流输电的晶闸管移相调压软启动装置在80年代就用于浙江舟山的直流输电项目，串联的晶闸管多达192只，至今已有20多年的使用历史。近年来，国内厂商在SVC领域也取得了突破性进展，在钢铁领域的许多招标中取代了进口产品。对HVDC和SVC的可靠性要求比软启动装置的要高得多，因此高压电机采用晶闸管软启动装置在技术上没有太大障碍。
高压晶闸管软启动装置直接将晶闸管串入高压电机的定子回路，通过移相控制加在电机上的电压。用DSP控制器进行闭环控制，可以实现多种控制方式，具有自诊断和多种保护功能。
这是国外中高压领域广泛应用的起动方式，是国际上的主流起动方式，近年来在国内的保有量正在迅速增长。它是应用了可控硅串联技术，通过光纤传输控制信号，控制可控硅串的同时导通和关断，从而控制电机的起动过程。可控硅方式软起动有诸多优点：
a、体积小，重量轻。
b、控制迅速，响应快。
c、可频繁起动，
d、可靠性高，起动成功率有保证。
鉴于以上优点，可控硅方式软起动是以上几种软起动中性能最优的起动方式。至于价格方面，由于此项技术门槛较高，以前此类产品均为进口，给人以高价的印象，随着半导体元件的价格降低和国内有实力的公司介入，价格已达到了人们可以接受的程度，而且从发展的角度看，半导体功率器件的技术越来越成熟，售价不断降低，而制造变压器、电抗器等金属材料的价格却在逐年提高，所以可控硅方式软起动必将取代其它几种方式软起动成为未来软起动的主流。
