一.软起动的作用
大功率交流电机直接起动会产生一系列电气和机械问题。
电气方面有：
1. 起动时可达5-7倍的额定电流，造成电动机绕组因电流引起过温，从而加速绝缘老化。
2. 造成供电网络电压波动大，当电压≤0.85UN时，影响其他设备的正常使用。
机械方面有：
1. 过大的起动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成大的冲击力，缩短使用寿命，影响精确度。如使联轴器损坏、皮带撕裂等。
2. 造成机械传动部件的非正常磨损及冲击，加速老化，缩短寿命。
人们为了解决以上问题，不断的寻求解决起动问题的方法，例如采用自耦变压器降压起动、串联电抗器、液体电阻器、磁控电抗器等起动方式。晶闸管降压软起动是近年来出现的高科技产品，是计算机技术和电力技术相结合的产物，可以根据不同的应用情况设置初始转矩、起动时间、停机时间、限流和各种保护值等。平滑的起动特性和免维护等使其具有传统软起动方法无法比拟的优越性。国内市场低压380V软起动主要是采用晶闸管降压软起动器，高压软起动主要采用传统软起动方法，近年来采用液体电阻软起动器的比较多，也有部分采用进口公司如ABB、SIEMENS、摩托托尼、AB公司生产的晶闸管降压软起动器，但由于其价格昂贵，影响其大量推广使用。
二、软起动的分类
软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的；后者的调节是连续的。传统的软起动均是有级的，如星/角变换软起动，自耦变压器软起动，电抗器软起动等等。本文关心的是无级类的：液阻软起动、磁控软起动和晶闸管软起动。
变频调速装置也是一种软起动装置，它是比较理想的一种，它可以在限流同时保持高的起动转矩，价格贵是制约其推广应用的主要因素。
在电动机定子回路，通过串入有限流作用的电力器件实现软起动，叫做降压或限流软起动。它是软起动中的一个重要类别。以限流器件划分，可分为：以电解液限流的液阻软起动，以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动，以磁饱和电抗器为限流器件的磁控软起动。
三、软起动过程描述参数与软起动装置优劣评分项目
为了能够客观地对软起动过程以及装置作出比较和评价，提出以下15条。不言而喻，所有的比较和评价只有在电网、电动机、负载相同的条件下才有意义。
1. 软起动能否完成以及起动（完成）时间;
2. 软起动过程中的电动机最大电流（ %）;
3. 软起动过程中的最大电网电压降（ %）;
4. 软起动过程中电动机有否机电共振等异常现象;
5. 软起动过程中电流的高次谐波含量（ %）;
6. 软起动装置的价格（常以单位容量的人民币表示）;
7. 软起动装置允许的连续起动次数;
8. 软起动装置占用的空间大小;
9. 软起动装置限流器件开度的易控性：调节是否平滑、快速;
10. 软起动装置对使用环境要求的裕度;
11. 软起动装置的起动重复性（相连两次软起动‘过程描述参数’的守恒性），
12. 软起动装置所提供的起动和停止方式的多样性;
13. 软起动装置所具备的对于装置本身以及电动机综合保护功能的完备性（包括过流、过载、欠相、起动超时、接地等，包括故障提示和显示、诊断、记忆等）;
14. 软起动装置在起动过程中的噪声大小;
15. 软起动装置所需要的辅助电源功率的大小。
以上1至5条等属于‘过程描述参数’，6至15条属于‘装置评分项目’。
四、液阻软起动
液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。它的阻值正比于相对的二块电极板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电导率都便于控制。液阻的热容量大。液阻的这两大特点（阻值可以无级控制和热容量大），恰恰是软起动所需要的。加上另一个十分重要的优势即低成本使液阻软起动得到广泛的应用。
液阻软起动的缺点:
1、液阻箱容积大，其根源在于阻性限流，减小容积引起温升加大。一次软起动后电解液通常会有10°C～30°C的温升，使软起动的重复性差。
2、控制功能低下。起动时间、停止时间、初始电压、限压范围等主要控制参数均不能方便地调节。移动极板需要有一套伺服机构，它的移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化。保护功能不全。无自检、过载保护、电流不平衡、断相等保护。
3、维护困难。须经常维护，须经常添加液体以保持液位。在高压回路里加水作业有很大危险性。电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要作表面处理 。
4、安全性差。这是该装置最大的隐患，一但维护不及时，至液阻液位过低，起动时有引起装置爆炸的危险，爆炸后引起高压接地，给人员设备带来灾难性的后果。在起动时有噪声及电动力致使振动,特别是在极板运行中易造成导电水飞溅，安全性差。在高压起动回路中，用传动电机及传动机构控制极板运行，一旦控制失灵，后果比较严重。
5、对环境温度要求高。液阻软起动装置不适合于置放在易结冰的现场。
五、热变液阻软起动
近年有所谓的热变液阻软起动装置，通过液阻本身在软起动过程中的温升，借助电解液电导率与温度的正相关性实现无极板伺服机构的软起动。但是，其可行性大可质疑：它的限流器件不具备限流能力易控性，装置对使用环境温度要求高，软起动重复性差。因为热变电阻软起动装置具备‘原理’决定的、‘与生俱来’的几个内在特点：
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。
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限制：不能实现软停止，不能实现带电流突跳的软起动。
液阻软起动装置可以串在绕线电动机转子回路实现重载软起动，售价低廉，在软起动过程中不产生高次谐波等等，则是它突出的优点。
六、磁控软起动
磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。用三相电抗器串在电动机定子实现降压是两者的共同点。磁饱和软起动不同于电抗器软起动的主要点是其电抗值可控。总体说来，起动开始时电抗器的电抗值较大，在软起动过程中，通过反馈调节使电抗值逐渐减小，及至软起动完成后被旁路。
电抗值的变化是通过控制直流励磁电流，改变铁芯的饱和度实现的，所以叫做磁控软起动。因为磁饱和电抗器的输出功率比控制功率大几十倍，它也可以称为‘磁放大器’。由于它不具有零输入对应零输出的特点，所以，不建议采用‘磁放大器’这一词。
磁饱和电抗器有三对交流绕组（每相一对）和三相共有的一个直流励磁绕组。在交流绕组里流过的是电动机定子电流，它必然会在直流励磁绕组上感应出电势。后者会影响励磁回路的运行。不是用一个，而是用一对交流绕阻的主要原因就是为了抵消这种影响。
显然，电抗值的调节是静止的、无接触的、非机械式的。这就为微电子技术的介入打开了大门。所以，在工作原理上磁控软起动与晶闸管软起动是完全相同的。说磁饱和软起动能够实现软停止，能够具有晶闸管软起动所具有的几乎全部功能，其原因盖出于此。
磁控软起动的缺点，
1、目前国内仅仅处于低电压等级、2MW的实验阶段；
2、起控电压高，有较大的电流冲击；
3、体积较大；
4、工作时的噪音较大；
5、有0.1秒量级的惯性，这使磁控软起动的快速性比晶闸管软起动慢一个数量级；
6、会引起高次谐波。
七、TGQ型晶闸管软起动器
晶闸管软起动产品问世不过30年左右的时间。它是当今电力电子器件长足进步的结果。10年前，电气工程界就有人指出，闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。
目前在低压（380伏）范围内，晶闸管软起动产品价格已经下降到液阻软起动的大约2倍。而其主要性能却大优于液阻软起动。
过去晶闸管软起动产品也有缺点，一是高压产品的价格太高，是液阻的5～10倍，二是晶闸管引起的高次谐波较严重，三是对于绕线转子异步机无所作为。在这几个缺点中，价格高是制约其发展的主要因素。对于贫者，无力选用它；对于富者，何不直接选用高压变频装置？这就是高压晶闸管软起动比较受冷落的原因。而且过去高压晶闸管软起动一直被国外垄断。
针对以上问题，株洲时代集团公司（株洲电力机车研究所）综合自己在高电压大功率半导体制造、电力电子及其控制等方面多年的成功经验以及引进、吸收国外著名公司高压晶闸管阀成熟技术，成功开发出了TGQ型高压软起动器，产品已广泛应用于油田、煤矿、钢铁等行业。该产品的研制成功，填补了国内在高压闸管阀软起动领域的空白。该产品的价格已能做到与液体电阻软起动器、磁控电抗器软起动器差距不大，尤其在3MW以上价格基本相同，具有较大的市场前景。
TGQ型晶闸管软起动的以下优点是液阻软起动难以望其项背的：
● 体积小、结构紧凑，可以节约大量基建投资；
● 免维护，安全可靠；
● 安装使用简单。可控硅是无触点的电子器件，不同于其他类型的产品需经常维护液体和部件等，把机械寿命变为电子元件使用寿命，连续运行数年也无需停机维护，更无爆炸引起高压接地等危险。；
● 备份特性。机内装有可直接起动电机的真空接触器，如果控制系统出现故障，可利用真空接触器直接起动电机，以保证生产的连续性。
● 全智能控制，功能齐全，菜单丰富；
● 起动重复性好，保护周全；
TGQ型高压软起动器的系统电压和电机功率范围：
电源电压：2kV～10kV 电机功率：150kW～25MW
TGQ型高压软起动器有以下特点：
l 采用株洲时代集团公司（株洲电力机车研究所）生产的、经过铁路干线电力机车长期运行考核的高电压、大功率晶闸管元件；
l 引进、吸收国外著名公司成熟技术制作的晶闸管阀作为主电路部件，具有技术先进、工作可靠、结构模块化、便于维护等特征;
l 采用现代先进的数字信号处理和系统集成技术，显著提高各项性能指标、可靠性及稳定性；
l 采用一系列防干扰措施，具有很强的电磁兼容性；
l 采用基于DSP和CPLD的液晶显示控制器，具有良好的人机界面；
l 适用电压及功率范围广。
TGQ型高压软起动器可为用户带来的好处：
l 电机起动时，电流从零平滑上升到设定值，平稳起动，无电流冲击，减小了机械负载的冲击转矩，防止过压和水锤效应，保证了设备的安全运用，可提高电机和相关机械设备的使用寿命；
l 显著降低交流电机的起动电流，因而减小了电网电压波动及对其它用电部门的影响；
l 能实现软停车，可消除骤然停机对某些设备的冲击与损坏；
l 降低了供电设备容量，能节约项目电气设备的投资费用；
l 整套设备体积小、施工方便。同等功率下，体积仅为其他方式软起动器的30%～60%，可为用户节约大量基建投资。
该产品的国产化将阻止国外产品的垄断地位，为企业提供价廉物美的产品，带来国内6kV～10kV大功率软起动领域的一场革命，必将为民族工业的发展作出贡献。
如果您对该产品感兴趣，请联系：
株洲变流技术国家工程研究中心 周恒生 钱 昕
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