電機軟啟動器類型分析–晶閘管在線式和旁路型優(yōu)缺點分析
電子式固態(tài)軟起動器是通過微型計算機來控制串接于電源和交流電機定子繞組之間的三組反并聯(lián)晶閘管的導通角度來改變電機的輸入電壓,同時以程序控制交流電機整個起動過程的電壓曲線，使得電機以一條S形的曲線柔和的完成起動過程，是一種綜合運用了現(xiàn)代電力電子技術、微型計算機技術、現(xiàn)代控制技術的新型電氣裝置,廣泛應用于各行業(yè)感應式電動機的起動控制，可完全取代傳統(tǒng)的星/角起動器、自耦起動器、水阻起動器等設備。
2 電子式固態(tài)軟啟分類
2.1 晶閘管在線運行軟啟動器
可控硅在線運行軟啟動器，顧名思義是指軟啟動器的主開關元件晶閘管長期在線運行，它不僅在起動和停車過程中能控制電動機的電壓升降，還要在電動機正常運行時供給其全電壓如圖1所示。它的優(yōu)點僅僅是電路簡單，減少成套體積以及減少一次成套成本（不用旁路交流接觸器），而缺點是：
1，使用成本極高。晶閘管在線運行，造成軟起動器本身功耗極大，為了解決其功耗所發(fā)生的熱量，軟起動器本體及散熱器設計體積很大，同時還需要機械強制風冷。以200KW軟起動器的晶閘管為例，其在線運行的發(fā)熱功耗是1100W,即軟起運行一天就得多浪費26.4度電，一個月就是792度電，一年按10個月運行就是近8000度電，（軟啟動器功率越大晶閘管選型就越大，晶閘管越大在線功耗越大）可想而知，如果長期使用，其浪費的電費遠遠高于軟啟動器本身成本以及節(jié)省的交流接觸器成本。
2，諧波污染大。利用晶閘管調壓是一個斬波調壓的過程，如長期在線運行會在電網(wǎng)中產(chǎn)生大量高次諧波污染，如治理電網(wǎng)的高次諧波就需要巨大的設備成本，不治理諧波其潛在的成本浪費更高。這些高次諧波會造成整個用電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，用電設備及載流電纜，銅排等溫升增加，降低用電設備的絕緣壽命，增加潛在的系統(tǒng)功耗，電磁干擾以及因為異常發(fā)熱而導致引起安全事故等。
3，使用壽命短，綜合性價比低。在線電子式軟啟動器如多臺使用于一個電氣室，因其自身的散熱會導致室內溫度都會超標，配電系統(tǒng)難以正常運行，同時其本身的發(fā)熱亦會導致其產(chǎn)品內部元器件老化加劇，使用壽命遠遠低于旁路型軟啟動器。
2.2 旁路型軟起動器
為了解決晶閘管在線運行軟起動器的大量功耗和諧波等弊端問題，人們在使用晶閘管軟起動器時加上旁路接觸器，當軟啟動器完成軟啟動過程之后由并聯(lián)在軟起旁邊的接觸器閉合供給電動機全電壓運行，晶閘管隨之關斷，不再產(chǎn)生功耗和高次諧波。如圖2所示。旁路型軟起動器由于晶閘管只是在起動過程中短時工作幾秒到幾十秒，所以晶閘管的散熱量很小，故而軟起動器本體不需要太大散熱器，僅需在線型軟起動器的1/2即可，體積比在線型軟起動器小，也不需要機械風冷，工程設計更合理。晶閘管和旁路交流接觸器的完美結合使得旁路型軟啟動器廣泛應用于市場，牢牢占據(jù)整個國內外市場的主導地位。
2.3 內置旁路型軟起動器
內置旁路型軟起動器，顧名思義是在旁路型軟起動器內部加裝一套與晶閘管并聯(lián)的接觸器，在電機軟啟動過程和軟停車過程中由晶閘管運行，機械觸頭斷開，當電動機正常運行時晶閘管關閉，機械觸頭閉合。這套動作過程是通過軟啟動器內部控制自動完成的，對外部接線來講是一個裝置，但也屬旁路型軟啟動器的范疇，將外邊的接觸器移到了軟啟動器里邊集成為一體。它的優(yōu)點是具備上述兩種類型的所有優(yōu)點同時回避了它們各自的缺點：一是電路簡單;二是晶閘管只負責啟動和停車，回避了晶閘管在線運行所帶來的功耗與散熱;三是強大的一體化作用得以全面發(fā)揮，能對電動機起到起停、保護及其控制;四是節(jié)省成套空間以及成套材料成本和人工成本。如圖3所示。缺點是：1，產(chǎn)品內多一個元器件就多一個故障點，內置旁路型軟啟動器較外置旁路型軟啟動器故障率略微高些；2，內部結構緊湊復雜，對于現(xiàn)場技術人員的維護能力要求較高。
3 軟起動器類型的比較
目前市場上流行的三種類型軟起動器：在線型、旁路型、內置旁路型。
從產(chǎn)品體積上來說旁路型軟起動器最小，其次是在線軟啟動器，最大的是內置旁路軟啟動器；從同一功率產(chǎn)品價格趨勢來比較，旁路型軟啟動器最實惠，其次是在線型軟啟動器，內置旁路軟啟動器因其元器件多而使得價格最高；從功能穩(wěn)定性來講外置旁路型優(yōu)于內置旁路型，內置旁路軟啟動器優(yōu)于在線型；從使用成本和維護成本來比較，最經(jīng)濟的是旁路型軟啟動器，其次是內置旁路型，在線型軟起動器最高。
具體到使用環(huán)境，不同的場合會有不同選擇：在一些自動化要求較高以及電氣專業(yè)技術力量雄厚的國企，內置旁路軟啟動器在多數(shù)場合會作為首選；在偶爾短時間使用的大電機設備場合如應急備用設備等，在線軟起也不失為一種明智之選；而在一些對于穩(wěn)定性可靠性要求高，對生產(chǎn)連貫性有要求的場合，亦或是電氣專業(yè)技術人員薄弱的電氣設備使用企業(yè)，如砂石骨料行業(yè)的民營企業(yè)，越是簡單穩(wěn)定的產(chǎn)品越是受歡迎，外置旁路的軟啟動器自然就會成為不二之選。
4 總結
國外軟啟動器品牌如ABB,西門子，施耐德等在進入國內時，均提供在線軟起的功能，但此功能在使用手冊上均有特別說明，即應急狀態(tài)下可允許軟啟動器在旁路交流接觸器損壞的情況下短時間在線運行。同時，受制于在線軟啟動器的弊端，各個軟起動器生產(chǎn)廠家均在旁路型軟啟動器的基礎上開發(fā)內置旁路型軟起動器，這些年，進口企業(yè)如abb的pstb系列、a-b的flex系列、西門子的3rw44系列，紫菱電氣的ZLR06系列、西安西普STRB系列等等。然而國內一些仿制生產(chǎn)在線型軟啟動器的小微企業(yè)為了逐利鉆空子，玩概念，對于其比較隱蔽且居高不下的使用功耗只字不提，通過低價和不用旁路交流接觸器來不分場合的誤導專業(yè)技術力量薄弱或者抱有應付使用心態(tài)的企業(yè)，最終使用的也都是些無知工程，市場上的用量份額很小，大約不到5%，這屬于一種劣幣驅逐良幣的市場行為。大約有70%以上的用戶采用旁路型軟起動器。從內置旁路型軟啟動器面世后，隨著市場推廣和內置旁路軟啟動器的日趨完善，內置旁路型軟起動器市場份額逐漸增加。最終，在線型軟起動器應該會被旁路型軟起動器所淘汰，而旁路型軟起動器又會被內置旁路型軟起動器所替代。
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紫菱電氣技術部
2025年08月21日
