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节能技术与装备 有关变频软起动的几个问题 宋立红 西北化工研究院设计所 陕西省临潼市 710600 摘要。说明了变频软起动与工频降压起动的本质差异，阐述了在轻载时小容量变频器足以起动大容量电动机的道理，讲述了 变频软起动必然面临的诸多新问题。 关键字：电动机；变频软起动；变频器容量；轻载和重载 前言 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一直一交方式(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。在起动过程中输 出到电机的电压随着频率增大而按一定规律增大，所以更高效。可见，采用变频器控制的电动机除了能软 启动、软停止，还具有良好的动态、静态性能。 1变频器为什么能够重载起动 所谓重载，就是静阻矩大的负载。变频器是一个输出频率可变的电压源，该电压除以输出回路的阻抗 以后，得到负载电流。在转速接近于零的情况下，变频器输出低频电压，这时由于回路感抗小，功率因数 高，负载电流的有功分量大，由电流产生电动转矩的效率高，所以，变频器往往能够胜任重载起动。 2在轻载起动的应用场合变频器额定容量可以选小 在以下讨论中，容量、电流、转矩、转速等变量均按电动机的额定值标幺。一般说来，在风机或泵类 轻载起动的应用场合，变频器额定容量大体可以按风机或泵额定容量的40％来选取。 (据考察，在已付工 程应用的若干变频软起动的实例中，变频器额定容量均为电动机额定容量的40％。)拖动风机或泵类的电 动机起动不成功不外以下两种情况：一是电动机堵转转矩克服不了负载静阻矩，二是电动机转矩曲线与负 载转矩曲线在低于额定的某转速相交。但是，若变频器额定容量选40％，以上情况一般不会发生。这是因 为 (1)电动机堵转转矩足以克服负载静阻矩从转矩公式T≈c．巾。hCOS巾z(c_是常数，巾-是旋转磁场 每极磁通量，I。是转子电流，COS由。转子电路的功率因数)不难看出，虽然电流打了40％的折扣，但是因 为变频输出标幺频率f．很低，COS由：≈1，电机转矩T仍然能够保持一个较高值。比方说，如果在降压机动 时需要用工频电流200％克服静阻转矩，该电流的有功分量通常只有30％，而40％容量的变频器虽然能提供 40％的电流，但是其有功分量也能够达到30％以上。 (2)风机和泵类总是在关小流量阀门的条件下起动从而确保额定转速对应的负载转矩不超过1／3。因 矩，因此，足以确保起动成功。 3同步电动机变频软起动 同步电动机变频软起动是同步起动(s=0)，是不依靠转子阻尼绕组感应电势的起动，是转子已经投励 后的起动，是在保证不失步条件下的频率f+渐次由低到高的起动。因为以上关于额定转速对应的负载转矩 380 第九届全国石油和化学工业电气技术年会论文集 不超过1／3的前提条件不变，所以，40％容量的变频器即可完成电动机软起动的结论同样适合于同步电动 机。 4软起动中变频器的控制 在变频软起动中，变频器可以实行WVF开环控制，f+的给定值f，Ic木(t)按斜坡方式增长。也可以按 恒流或斜坡转速方式工作，通过电流(转速)闭环实现电动机的软起动。在实际的闭环控制中，f+的给定 值f料是电流(转速)闭环中电流(转速)调节器的输出。 5变频软起动中的电动转矩和起动完成时间 在工频条件下，同步机或异步机实行的都是异步起动。可以参照全压下电动机机械特性，作出电动转 矩与滑差率之间的关系曲线，再将与负载转矩的转矩差(除以飞轮惯量)积分，得出起动完成时间。但是， 在变频软起动情况下，同步机或异步机电动转矩还与f水木上升斜率正相关。只要不出现诸如失步、变频器 过载等“拖不动”的情况，起动完成时间就是f+由O一1的时问。 6变频软起动与工频降压起动的比较 降压起动因为仍然是工频起动，总要有200％’300％电流流过电网，流过电动机，从而危害电网和电动 机。为了限制其危害，对于起动超时有严格要求。为了使电网压降不太大，有时不得不使用大量电容。这 些，在变频软起