一、引言
1977年美國航空航天局(NASA)FrankNole工程師獲得了一項節電器**,初期稱為“功率因數控制器”,此后又有許多公司和個人開發了十幾種節電器。1982年FrankNole又作了二點改進,一是省掉取樣電阻而改為監視晶閘管兩端電壓,二是采取了反饋控制技術,使空載時電動機電壓進一步減小,節電率大大提高,正式定名為“節電器”(POWERSAVER)。我國也開發了節電器,但實際使用效果不佳,未能廣泛推廣使用。1983年后,上海市相繼引進了一系列的節電器產品,在對引進的節電器消化吸收的基礎上,上海,西安等地研制出了新型節電器,其性能達到并超過引進的同類產品,為進一步推廣節電器創造了條件,國內市場上從上世紀90年代開始把軟啟動器作為電機節能的優選產品。
二、作為節能應用的軟啟動器
節電器通過雙向晶閘管或反并聯晶閘管相位控制實現降壓,其主電路原理如圖1所示。

圖1軟啟動主電路
晶閘管軟啟動器實測數據見表1(參閱30kW電機實測數據)。從表1可見

1、節電器對某些特定的負載具有較好的節電效益,因此,它應在相應范圍內推廣使用,切莫不分對象應用。
2、對于不變負載(不管是滿載還是負載率30%~40%情況),連續長期運行,則不宜采用節電器,而應該選用高效電動機。
3、對于變負載情況,如果*低負載率≥30%以上,采用晶閘管軟啟動器意義也不大。
三、軟啟動器與自耦式補償器技術經濟對比
傳統的自耦補償器自上世紀50年代初開始應用以來,一直在電機起動裝置領域占居主要地位。自上世紀80年代開始,國外固態起動裝置在我國工業領域逐步推廣使用,已對傳統的補償器形成較大沖擊。表2對二種裝置進行了技術與經濟對比,并給出了正確應用范圍供讀者參考。

四、軟啟動器的技術特點與應用范圍
1、短期重復工作的機械
長期空載(輕載<40%)運行,短時重載。例如:起重機、皮帶輸送機、金屬材料壓延機、車床、沖床、刨床、剪床等。
2、頻繁起動的工作機械
有些機械經常處于開停狀態,如果允許輕載啟動,則可以使用軟起動技術。以下列舉一些軟起動器的特性。
(1)線性軟起動
這種起動方式是*普遍使用的。首先,電機上升至初始轉矩值,該值可在5%~90%的額定轉矩之間調節。然后,電機電壓在加速斜坡上升時間逐漸上升,加速斜坡上升時間可在2~30s之間調整。如圖2所示。

(2)帶可選擇突跳起動的軟起動
這種起動方式提供了突跳起動和升壓。它可提供500%滿載電流的電流脈沖,可調時間范圍為0.4~2s。使電機因負載需要助推才能起動時額外加一個附加轉矩。如圖3所示。

(3)泵控制
該功能在離心泵的起動及停止期間,通過平滑地加速及減速電機來減小泵系統中出現的喘振。由微計算機分析電機變量并發出控制命令,以減小系統中出現喘振可能性的方式來控制電機。起動時間可在2~30s之間調整,停止時間可在2~120s之間調整。如圖4所示。

(4)智能電機制動
控制系統可實現在需要電機比自由停車更快速停車的場合,即快速制動。它是以微計算機為基礎的制動系統,該系統給標準的鼠籠感應電動機提供三相制動電流。制動在沒有附加的接觸器或電源設備的情況下完成,而且無需計時器、傳感器或測速計,便實行自動零速停車。制動電流的強弱可在滿載電流的150%~400%之間調整。補償器無法完成此功能。如圖5所示。

(5)低速制動
該功能主要用于電動機需正向低速定位和需要制動控制停車的場合。慢速調制速度為額定速度的7%(低)或額定速度的15%(高)。低速加速電流(2s內)可在50%~400%之間調整。制動電流可在150%~400%之間調整。不能采用突跳啟動。低速電流限量可在滿載電流的50%~450%之間調整。如圖6所示。

(6)泵專門起動控制
消除喘振現象的控制方法如圖7所示,電動機的轉速-轉矩曲線已經修改成泵系統相關特性。這種特性可提供盡可能接近恒定的加速轉矩。同時不需要轉速表、流量或壓力傳感器、或其它類型的外部反饋到控制器,而是利用基于微處理器的電動機反饋來完成的。由于沒有突然的轉矩變化、因此電動機平滑地加速,泵系統的喘振或沖擊達到*小。

五、晶閘管軟啟動器應用情況
根據上海某公司提供的銷售情況,2001年該公司銷售晶閘管軟啟動器2000余臺。說明晶閘管軟啟動器的市場前景看好,傳統的自耦式補償器將逐步被軟啟動器取代。
在我國晶閘管軟啟動器從上世紀90年代中期開始逐漸被應用于取代傳統的自耦式補償器,其*大的優點是軟起動性能好,可以根據被啟動設備的需要進行限流啟動,即可以在電機額定啟動電流0.5~4倍以內任意調整。其次是體積小,不需消耗大量銅,硅鋼片材料。
表3列出自耦式補償器價格及銅,硅鋼片用量。同時列出ABB軟啟動器同等功率產品的參考價格。

六、結束語
1、從初投資對比來看,功率在250kW以下,選用晶閘管軟啟動器相間功率增大倍,但價格與自耦式補償器相仿。功率從280kW開始采用晶閘管軟啟動器較貴,但可以節約大量硅鋼及銅材,并滿足一定工藝要求,還可防止二次沖擊。
2、凡工藝上有特殊需要的設備,如圖3~圖6傳統的補償器啟動無法滿足要求,必須采用智能晶閘管軟啟動器。
3、長期高速,短時低速,且電機負載率在35%以下時,采用晶閘管軟啟動器有較好節能效果。