启动，停止电机柔和
在全输入电压下不启动(或停止)交流感应电动机的好理由包括暴露于极高的锁定转子电流和高达满载转矩230%的转矩。固态降压(SSRV)软起动器用于减轻这种非常高的电机涌流的破坏性影响，以及由此产生的对连接设备或系统组件的机械应力。
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在全输入电压下不启动(或停止)交流感应电动机的好理由包括暴露于极高的锁定转子电流和高达满载转矩230%的转矩。固态降压(SSRV)软起动器用于减轻这种非常高的电机涌流的破坏性影响，以及由此产生的对连接设备或系统组件的机械应力。
许多较新的软起动器不需要额定连续运行。集成旁路接触器在电机达到运行速度后启动，将电机连接到线路上，此时启动器可以关闭。由于固态控制器被用作逻辑引擎，软启动器的保护和诊断作用也在上升。然而，可控硅整流器(scr)仍然是主要的功率元件。
在ABB公司，重点放在软启动器作为电机保护继电器的更广泛功能上。ABB低压产品与系统产品经理Paul Terry表示:“软启动器现在不仅仅是软启动/停止感应电机。特里列出了“顶级”软起动器提供的保护功能中基于电机电流、电压和温度输入的相位不平衡、相位反转、相位损耗和过载/欠载条件下的瞬时跳闸。在ABB的PST系列设备中，用户编程的定时阈值和更精确的电机传感器限制了麻烦的跳闸。
施耐德电气北美事业部电机控制业务总监Charles Forsgard指出，SSRV设备最初采用简单的电压斜坡设计，提供了“更柔和”的机械启动，减少了电机的涌流电流，但其效果取决于驱动负载的特性。他说:“如果发动机负荷较轻，就根本不会产生‘软启动’效应。”
新方法侧重于转矩斜坡而不是电压斜坡方法。它依赖于新一代能够确定功率和功率因数的控制算法，利用有关电机电压和电流的信息，软起动器从中获得实际定子功率，定子损耗，并因此获得交付给转子的实际功率。Forsgard继续说道:“转子的功率用于计算实际电机扭矩，只要电机负载不超过当前限制设置，SSRV启动器就会跟随扭矩斜坡。”
在转矩斜坡中，转矩控制器(见图)使用操作员输入的电机标称转矩、初始转矩和转矩极限输入值，在“转矩参考/斜坡”块加上转矩斜坡时间，产生所需的电机转矩。福斯加德说:“然后，根据实际电机转矩与期望值的对比，控制器用于控制晶闸管点火。”“(重要的是)，电机转矩不再严格依赖于施加的电机电压或电机的速度-转矩特性，而是根据定时斜坡增加。”
极性平衡，更小的设备
西门子能源与自动化公司的SSRV软启动器技术的最新特点是一项名为“极性平衡”的专利控制技术。西门子E&A公司RVSS启动器产品经理Steve Koch指出，两相控制通过产生均匀的电机启动特性(速度、扭矩和电流)来确保平稳、安静的启动，从而避免了直流组件。
| 为了最大限度地灵活性和适应不同的负载，施耐德电气的SSRV软起动器的扭矩斜坡控制使用户可调节初始扭矩，扭矩限制和加速时间。 |
他解释说，在两个受控相中重叠产生的电流将在第三个不受控制的相中流动，导致电机启动时三相电流的不对称分布。此外，功率半导体在两个受控相中切换会产生直流分量，这可能导致启动电压低于50%时产生有害的电机噪声。极性平衡在启动过程中消除了这些影响。(为了经济起见，软启动器通常采用两相控制。)
“启动过程的声学质量实际上达到了三相控制启动的质量。这是通过在电机启动期间连续动态调整或平衡不同极性的电流半波来实现的，”Koch说。
Baldor电气公司的驱动产品经理Jeff Lovelace指出，由于可控硅尺寸大大减小，在相同的功率输出下，更紧凑的软启动器封装也得到了发展。他还提到了更快的控制逻辑，这要归功于更低成本的微处理器和软启动器的键盘编程设置，而不是使用电位器。“由于微处理器是内置的，当轻负荷运行时，我们可以调整控制输出以提高功率因数，”Lovelace说。他把这称为“优化”，避免了电机的过度磁通。
丹佛斯北美运动控制公司的产品专家Douglas Yates提到了创新低热膨胀(LTE)技术，该技术采用新材料，几乎消除了传统功率继电器中使用的典型功率芯片技术所经历的热膨胀效应(以及其他问题)。他解释说，由于芯片、导热体和电流载体夹之间的热膨胀率不同，电源芯片产生的过多热量可能导致金属疲劳。“此外，焊接过程中的气穴会在芯片上产生热点，这也会损害性能并导致故障。”
LTE设计采用更少的焊接点，以增加散热。据报道，一种新的一次性真空焊接工艺可以防止气穴和热点的形成。LTE技术用于丹佛斯MCI软启动器，提供固态继电器切换速度和较长的设备寿命。“这项技术的使用寿命比传统的固态继电器长10倍，这对客户来说意味着更高的可靠性和寿命，”耶茨说。
内置旁路
罗克韦尔自动化产品经理Steve Litzau强调了与上一代设备相比，SS启动器的紧凑性和更高的功能。今天的设计有一个内置的旁路，当电机达到全速时打开，以减少固态电源部分的功率(热)损失。这意味着更小的外壳不需要特殊的冷却。Litzau预计，大约75-80%的新启动器将内置旁路。“这个比例还在继续上升，”他说，并补充说，“固态启动器通常有内置的、可配置的输入/输出;它们可以通过DeviceNet等网络进行设置、控制并提供监测反馈，而不是单独运行。”
伊顿公司同样认为软启动器的“旁路运行模式”值得关注。该功能是其IT(智能技术)产品线的一部分，可显着减少启动器产生的热量，从而最大限度地减少外壳尺寸和成本。电源控制产品经理Rodney Partain表示:“此外，旁路接触器位于软启动器内部，无需额外的设备，进一步减小了外壳尺寸并最大限度地缩短了安装时间。”伊顿的IT低压软起动器(如S752, S801和S811)使用24v直流脉宽调制(PWM)线圈控制旁路接触器，据说在稳态下消耗的最小功率仅为5w。他补充说:“PWM线圈与高效电源相结合，可以减少电力系统干扰的负面影响，防止功率损失。”
低压IT软启动器(如上所述)和中压MV801，具有软启动/停止控制和灵活的保护功能。S811 starter通过一个数字接口模块(DIM)增加了通信功能，其中包括一个易于使用的操作界面。DIM使用户能够安全地配置、调试、监控和排除系统故障。S811通过Cutler-Hammer QCPort (Quick Connect)的内置通信功能，可连接各种网络，包括DeviceNet、以太网和Profibus。
也要轻轻地停下来
所有文章的撰稿人都指出了SSRV启动器“软停止”功能的重要性，特别是在泵送应用中，它可以减轻噪音和破坏性的水锤效应。
ABB的Terry认为“软停止”经常被安装人员和用户所忽视，尽管许多软启动器都提供了这个功能。这可能是由于“害怕”经常通过复杂的界面更改出厂默认设置，或者只是缺乏对软停止好处的认识。为了改变这种影响，ABB在其PST系列启动器中加入了纯文本HMI(界面)，通过从措辞明确的基于应用的编程组中选择最符合应用的编程组来指导操作员/安装人员进行设置(见图)。
Baldor的Lovelace同意“隐藏”软停止能力。“大多数人认为使用‘软启动’就是为了启动发动机。他们没有意识到它为软停止负载提供的好处。优点包括当电机突然停止时防止机器上的机械应力。
由于缺乏真正的减速控制，早期(电压斜坡)SSRV起动器的限制也扩展到软停止。根据施耐德电气的Forsgard的说法，它尤其适用于处理轻负荷电机。然而，采用现代转矩控制，SSRV起动器的线性减小转矩斜坡可以使离心泵负载减速。Forsgard补充说:“逐渐降低速度可以在不产生水锤的情况下协调关闭止回阀。软启动器持续监测电机负载扭矩，以便在收到停止命令时准备启动泵负载的线性减速坡道，即使电机只有60-70%的负载。
西门子提供了三种方法来停止电机在天狼星起动器:海岸休息，软停止和直流注入。新型Sirius 3RW44结合了直流喷射制动和闭环扭矩控制(使用软件和电流反馈逐渐降低电压)，能够快速停止驱动负载。对软停止的关注高度依赖于应用程序。“软停止在液压泵中特别重要，以避免水锤，”科赫说。
天狼星3RW44起动器使用闭环扭矩控制，以防止突然的水压变化，当泵被关闭或减轻机械应力的传送带被停止。西门子还提到铣床需要最佳制动。例如，当一个带有15kw电机的铣头在铝制汽车发动机缸体上加工孔时，由于铣头的高惯性矩，停车时间很长。由此导致的刀具更换或机器设置的高空闲时间是不能容忍的。“西门子的3RW44起动器采用了闭环扭矩控制和动态直流制动，以减少机器的长停机时间，”Koch补充说。
与开始相反
丹佛斯的耶茨指出，软停止与软启动恰恰相反。施加在电机上的线路电压逐渐下降到零(或预设的低点)，以延长电机停止时间。丹佛斯的Ci-tronic系列是电机控制设备之一，提供软停止和软启动，易于调整精度。加速/减速时间可从0.5-10秒设置，启动扭矩可在0-85%的公称扭矩范围内调节。此外，启动功能(全扭矩应用200毫秒)可用于高分离扭矩应用，如负载输送机和包装机。
根据Yates的说法，电子控制器可以处理频繁启动和停止的应用程序。他补充说:“许多这样的控制器都采用了零交叉开关技术(接触器总是在电压为零时切换)，以确保最佳的速度和精度。”
罗克韦尔自动化还指出，软启动器能够缩短和延长电机停止时间。虽然许多应用程序寻求避免突然停车，但其他应用程序依靠制动来更快地停车，以提高吞吐量或操作效率。Litzau提供了带锯的例子，它比“从海岸到静止”的制动更快，可以帮助维护并最大限度地减少总停机时间。
“太多的产品完全专注于软启动，而不讨论软停止的好处，”伊顿的帕顿说。刀具锤IT软启动器提供各种停止选项。S801和MV801包括一个泵控制选项，据报道，复杂的算法可以最大限度地减少泵启动或停止时导致水锤的压力波动。此外，S701软启动控制器的直流制动选项可以快速停止高惯性负载，并可以消除机械制动，Partain解释说。
安全，24v直流控制
使用低压直流对软起动器进行实际控制，既能保护操作人员，又符合安全标准。直流电压通常在设备内部转换，但是一些制造商提供外部(直接)24v直流设计。
一段时间以来，伊顿一直是低压直流控制的支持者，1999年推出了其IT软启动系列SSRV设备，专门支持24 v直流控制(CE， 1999年7月，第9-10页)。这种类型的控制消除了在控制系统上工作时的人员危险。“此外，使用24v直流控制简化了对NEC和OSHA法规的遵守，”Partain说。“从全球的角度来看，一个直流电压绕过了改变全球使用的各种交流输入电压的需要。”伊顿的S752, S801和S811低压启动器使用24 v直流控制。
大约在同一时间，ABB开始使用24v直流控制。它的软启动器通常通过内部交直流电源获得低直流电压，在控制板上下降。在新的PST系列中，内部电源具有适合全球市场的100-250 V ac宽输入。Terry解释说，由于所有输出触点都是24v dc，因此操作人员的安全性不会受到影响。这就提供了两种方法的优点——易于110v交流(或220v)。和24v直流的安全性，”他补充道。
Baldor的Lovelace认为采用24v直流控制取决于市场。美国用户对120v交流控制的接受度很高，而欧洲用户在具体法规的刺激下，寻找24v直流控制。“让你的控制系统在两个市场都能工作，可能需要一些额外的硬件，”他说，并补充说，较新的美国系统集成商正在关注低压直流控制。
罗克韦尔自动化公司的Litzau认为，低压直流控制就像通信功能一样，将在固态启动器中流行起来。他说:“低电压在控制器内部提供了更高程度的安全性，避免了无意接触。”“它还允许用户使用与通信架构相同的电源来进行通用控制。”罗克韦尔为其软启动器提供24 V直流和120-240 V交流控制。
一段时间以来，变频驱动(VFD)技术成本的不断降低，以及它对“微型”尺寸的影响，一直被认为是电机启动器可行性的潜在威胁。随着SSRV软启动器的扭矩控制功能的增加，施耐德电气认为这些设备仍将继续存在，其驱动因素是与vfd相同的成本和尺寸减小。SSRV软起动器的吸引力将保持不变，“特别是在不需要过程速度控制的大马力应用中，”Forsgard补充道。
Litzau同意SS启动器作为VFD启动或直接在线/全电压启动器的电机控制替代方案的持续可行性。“当不需要电机速度控制，但用户和oem仍然希望控制设备上的电机启动或停止时，它们是一个很好的解决方案。此外，与变频控制器相比，固态启动器产生的谐波更少，安装成本更低。”
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