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瘦斯達軟起動與變頻器差異分析

20221207V1戴政耀

軟起動器不能調速，為何與變頻器作比較？

瘦斯達軟起動器因為只有兩倍的起動沖擊電流，可采用多次起動達到調節(jié)做功，因此應用在流體機械上與變頻器相同的節(jié)能效果，變頻器采用調速方式調整做功，目的相同方法不相同，同歸殊途而已。

既然兩種裝置同歸殊途，有必要對兩個產品詳細的作比較。

瘦斯達軟起動采用多次起動方式調整做功，也就是開關電燈一樣，需要時開燈，不需要就關燈。以前沒有合適的起動裝置所以無法像開關電燈一樣調整做功。瘦斯達軟起動器采用旁路運行沒有額外損耗當然不會有電網環(huán)境污染問題，停機時沒有耗電。

反觀變頻器采用調速方式調整做功，變頻器運行自帶15%額外基本損耗（參考下列分析資料）。更重要的是驅動負載都是必須在額定轉速下才能達到最高效率，也就是不允許調速，如果一定要調速負載供應商不保修，更達不到最高運行效率。我們必須注意變頻器帶來的電網諧波污染問題，PWM電磁噪音污染，電機異常發(fā)熱，電機線圈突波電壓破壞絕緣的問題。因此，變頻器不合適應用在流體機械的節(jié)能驅動控制。

 多電平變頻器的效率更摻，除了變頻器15%的基本損耗外還內置一個移相變壓器，該移相變壓器在額定負載時的損耗最少為10%，因此多電平變頻器用戶不可能達到可行性報告的預期節(jié)電效果。

電機軟起動與變頻器差異分析可從幾個方面探討（以下資料為參考數據）；

1. 原理分析差異（軟起動-瘦斯達軟起動器-變頻器幾種、IGBT）

傳統(tǒng)軟起動器：參考下面軟起動主回路圖，只需要六個晶閘管就構成一個軟起動器。傳統(tǒng)軟起動器采用可調電源供應器原理，調整觸發(fā)角度來改變輸出電壓方式達到降壓目的。傳統(tǒng)軟起動器的起動電流為2-6倍額定電流（而交流電機直接起動的電流為6-8倍），這是因為電機轉矩與電壓平方成比例，降壓就會減少起動轉矩，這就是傳統(tǒng)軟起動器的局限性，驅動電機不允許多次起動，只適合應用在流體、液壓、電磁閥控制或無載起動的機器（帶離合器）沒有大量使用在交流異步電機的主要原因。

瘦斯達軟起動器（后面簡稱瘦斯達）采用變頻器的原理作為軟起動的輸出電源，不再是電源供應器的原理，這樣，瘦斯達軟起動就有接近額定磁通量-額定起動轉矩的特性，而且起動電流只需額定2倍以內。額定電流兩倍可以接近輸出額定轉矩的軟起動器是21世紀軟起動技術最大的突破，瘦斯達已經獲得國家多項發(fā)明專利，用戶對于交流異步電機的應用將會更得心應手，同時瘦斯達電控柜能夠縮小傳統(tǒng)電控柜80%的體積減少用戶大量的電氣投入資金。

變頻器主回路原理圖如下，采用交直交原理將交流電源全波整流濾波變成直流電源再利用IGBT-PWM斬波原理得到需要的電壓與頻率，達到VVVF（可變電壓可變頻率）控制的變頻器基本原理。

2. 技術含量；從原理圖來看，軟起動器的技術簡單、器件較少、效率高、體積小、成本較低、產品可靠性較高，容易被用戶接受，軟起動器技術含量不高，國內已經生產30年了，軟起動器沒有必要再購買進口品牌產品。反觀變頻器的器件數量超過軟起動器甚多，又有矢量控制技術與一般VF控制技術差異。

3. 變頻器能否替代瘦斯達軟起動器？答案是不行，因為變頻器無法旁路運行，變頻器運行時有15%的基本運行損耗無法避免，使用變頻器無法節(jié)能省電，還有嚴重的環(huán)境污染問題。

4. 瘦斯達能否替代變頻器在流體、液壓、電磁閥控制節(jié)能驅動控制？答案是可以，而且節(jié)能效果更好、更可靠便宜，瘦斯達是變頻器在流體、液壓、電磁閥控制的節(jié)能改造與技術改造產品。一般流體、液壓、電磁閥控制（風機、水泵、空氣壓縮機、壓縮機等）的負載不允許調速運行，否則效率低故障率高，因此只能使用瘦斯達軟起動器達到節(jié)能驅動控制，變頻器運行有15%的運行損耗（無法旁路運行），中高壓的損耗更大（增加移相變壓器的10%以上損耗）而且產生嚴重的環(huán)境污染問題，變頻器不能使用在流體、液壓、電磁閥控制節(jié)能驅動控制，變頻器不能節(jié)電，更不能省電。

5. 用途差異；軟起動器與變頻器都是應用在交流電機驅動控制使用，軟起動顧名思義主要功能就是解決電機的沖擊電流與機械沖擊問題，當然，瘦斯達軟起動器已經濃縮電機所需要的功能：軟起動、節(jié)能、控制、通訊、保護于一體形成一個交流裝置系統(tǒng)；而變頻器在交流電機的主要目的是調速，當然也能夠軟起動，變頻器的功能超越軟起動器但是無法替代軟起動器，因為變頻器自身損耗15%再加上嚴重的環(huán)境污染問題。

6. 市場大小；交流電機起動沖擊電流約6-8倍，因此交流電機基本上都需要軟起動控制，有電機的地方就有軟起動。軟起動是交流異步電機應當匹配的基本裝置（當然，有些較大電網容量的場合可以忍受而忽略起動沖擊電流）。需要調速場合才需要用到變頻器，那么需要調速的場合大約只限于工業(yè)機械與工具機械的加工工藝需要調速部分。流體、液壓、電磁閥控制不適合使用變頻器來驅動控制，因為流體機械不允許調速。

7. 需要調速場合分析：因為加工工藝需要，有些場合需要調整負載轉速，在工業(yè)機械與工具機械因為加工的原材料變化需要調速場合較多，而流體、液壓、電磁閥控制（風機、水泵、壓縮機等負載）因為負載原始設計就是不能調速，如果硬要調速就會降低效率減低壽命提高故障率，加上壓力是轉速的平方比例以及流量是轉速的三次方關系，流體、液壓、電磁閥控制采用降低轉速方式改變做功不是好方法。

8. 做功調整原理；

瘦斯達軟起動在流體、液壓、電磁閥控制節(jié)能驅動控制最簡單的原理就是間歇式起?？刂疲簿褪巧舷扌盘柾Ｖ棺龉?，下限信號起動做功。這是最簡單的原理，需要的時候起動，不需要就關掉電機的運行。有些人可能會問，為何以前的軟起動做不到？那是因為傳統(tǒng)軟起動器的起動沖擊電流還是太大（4-6倍），電機無法忍受多次起動。瘦斯達在技術上已經突破，起動電流只需要兩倍以內，因此多次起動電機不會影響電機的壽命。 

變頻器做功原理采用改變轉速來改變做功，這要負載可調速才能成立。變頻器的缺失在于無法旁路運行，運行就會有15%的基本損耗產生而且環(huán)境污染問題嚴重，這是應用變頻器必須付出的代價。如果變頻器應用在流體、液壓、電磁閥控制負載，實際上就只有軟起動功能，因為負載不允許調速，調速就沒有意義。

9. 環(huán)境污染問題；

軟起動的電網污染很小，只有在起動瞬間有諧波問題，其他時間都是旁路運行沒有污染問題，稱得上綠色產品。

變頻器的環(huán)境污染問題可分為幾個，各個都必須關注：

9-1.變壓器諧波污染：這是目前電力公司最關注的事情，因為不只會傷害到變壓器而且還影響到二次變電所的供電系統(tǒng)質量。由于變頻器的輸入端是整流濾波，因此電網電流不是正弦波而是尖峰脈沖電流，這種電流會產生脈沖電壓疊加到正弦波上面而破壞變壓器線圈的絕緣導致層間短路燒毀變壓器，另外諧波導致大量的鐵損，因此變壓器效率降低，大幅度發(fā)熱運行效率降低，這個損耗有可能用戶不必承擔，而是電力公司。

9-2.無線電干擾（EMI）；變頻器IGBT高速切割電壓產生無線電脈波并通過電機線的連接發(fā)射形成無線電干擾，無線電干擾有傳導、輻射、感應等方式；對周圍附近的自動控制系統(tǒng)產生很大的干擾，工廠的電氣工程師每日窮于應付變頻器的無線電干擾問題。

9-3.電磁噪音：變頻器驅動電機因PWM原理造成電磁噪音，噪音造成員工耳背現(xiàn)象，目前Fc載波頻率約1-20 kHZ，載波越高則噪音越?。撾x音頻范圍），但是系統(tǒng)效率越低、干擾越大。

9-4.尖峰脈沖電壓：由于PWM產生的脈沖電流與電機輸入電纜線形成疊加電壓在電機線圈上面，而電機線圈耐壓一般為800V左右，故非常容易被突波高壓擊穿形成層間短路，此現(xiàn)象在電機線較遠或潮濕腐蝕環(huán)境更明顯。

9-5.開關器件的影響，由于變頻器的電流是尖峰脈沖，在各種開關的觸點導致局部發(fā)熱現(xiàn)象，導致開關器件壽命嚴重減短。

9-6.異常發(fā)熱 使用變頻器后電網供電系統(tǒng)所有的開關器件、變壓器、電纜線（集膚效應）、驅動電機都會異常發(fā)熱，因為變頻器的高頻諧波的損耗產生的熱量，大幅度增加車間空調費用。

10. 效率分析（低壓、中高壓）；

軟起動的效率：軟起動是起動以后旁路運行，所以基本上沒有運行損耗，運行效率100%。變頻器的效率分析：變頻器的運行損耗從電網變壓器開始估算，包括：

8-1.變壓器損耗增加2-3%，由變壓器所有權單位承擔。

8-2.變頻器自身損耗由導通+開關損耗（與Fc成比例）相加；約2-5%。

8-3.集膚效應，變頻器到電機之間的電線（與Fc、電線長度成比例），

8-4.驅動電機損耗增加：鐵損增加5-10%左右（電機外殼可以煮雞蛋）（與Fc成比例）.

8-5.負載運行效率下降（沒有估算），

8-6.諧波抑制損耗3-5% 交流電抗器及直流電抗器，抑制效果與電感量（損耗）成比例.

8-7.高頻抑制損耗：0.5-2%（高頻濾波器損耗與Fc成比例）。

以上資料與變頻器品牌互有差異，這是低壓變頻器運行損耗15%的估算資料；中高壓變頻器因為增加一個移相變壓器（移相變壓器的效率在滿載效率最高90%）所以中高壓變頻器最高運行效率只有75%而已，相信知道真相后很多人會被嚇到，同時也真正的了解變頻器不省電的基本道理。

11. 節(jié)能驅動控制；瘦斯達軟起動采用間歇式起停控制得到基本沒有損耗的運行效率，而變頻器帶有15%左右的運行損耗（不能旁路運行），因此瘦斯達軟起動在流體、液壓、電磁閥控制的驅動控制的節(jié)能效益超過變頻器15%以上，其實應該說采用變頻器在流體、液壓、電磁閥控制（風機水泵、空氣壓縮機、冷凍機、注塑機等）驅動控制無法節(jié)能還必須額外增加15%的運行損耗以及帶來的環(huán)境污染問題待解決。

12. 注塑機節(jié)電探討：

注塑機能夠節(jié)電是因為油泵電機有起動沖擊電流問題而無法停止運行，采用電磁閥作加載-卸載控制。因為電機空載運行時損耗約30-40%，這些都是能源浪費，  采用變頻器當作軟起動器來使用，再增加15%的運行損耗，因此要節(jié)電的空間很窄。采用瘦斯達軟起動器的節(jié)能效益超過變頻器15%以上而且沒有環(huán)境污染問題。  

  注塑機廠家最大困擾在于采用變頻器后帶來的電網污染（電力公司隨時盯梢）以及驅動電機溫升提高導致空調電費提高，PWM電磁噪音嚴重（員工耳背現(xiàn)象嚴重），無線電干擾問題嚴重造成附近機臺誤動作現(xiàn)象隨處可見（電氣搶修班日夜待命現(xiàn)象），但是實際上注塑機采用變頻器節(jié)電空間非常有限或者根本不節(jié)電，真正的麻煩倒是惹來不少。

13. 擠出機節(jié)電探討：原來擠出機器都有不同原料匹配不同轉速的變速齒輪箱，但是現(xiàn)在很多廠家都改成變頻器來調速，這樣下來，擠出行業(yè)要增加15%的運行損耗，也就是增加15%的流動電費，還要面對嚴重的環(huán)境污染問題無法有效解決。

14. 產品可靠性；電子器件使用多少正比于故障率，運行損耗越多產品可靠性越低（電子器件怕熱），變頻器的器件約為軟起動器的十倍；因此軟起動的可靠性大大高于變頻器。

15. 產品價格水平；軟起動器比起變頻器更便宜，在中大功率及中高壓差異最大，目前中高壓軟起動器的價格與中高壓多電平變頻器相差幾倍。

16. 對驅動電機的影響；瘦斯達軟起動器因為旁路運行不會對驅動電機產生不良的影響，而變頻器對電機的影響相對重大，請參考下列資料；

16-1. 電機外殼溫升提高10%以上（與Fc成比例）。

16-2. 電機線圈處于絕緣劣化邊緣，因為諧波電壓疊加在工作電壓上面（與Fc成比例）。

16-3. 電機軸承故障率提高，因為電腐蝕原因在潮濕地方更明顯。

16-4. 電機運行效率下降約10%（與Fc成比例）。

16-5. 電機PWM電磁噪音嚴重，員工耳背現(xiàn)象（與Fc成反比例）。

16-6. 電機震動加大。

16-7. 電機壽命大幅度減少。

16-8. 電機故障率大大提高。

17. 負載匹配性；風機、水泵、空氣壓縮機、冷凍壓縮機、液壓機械等負載原始設計都是固定速度，不可調速，調速導致壽命減少、故障率提高、運行效率下降。瘦斯達軟起動為緩沖起動功能，對電機、負載都能延長壽命。

18. 有關變頻器的錯誤觀念；

18-1. 使用變頻器就是節(jié)能省電（變頻器本身不節(jié)電還要消耗額外的15%-低壓或25%-中高壓運行損耗，同時產生嚴重的電網環(huán)境污染問題）。

18-2. 注塑機要節(jié)電需要變頻器（錯誤觀念）

18-3. 變頻器可以取代軟起動器（變頻器不能旁路運行，無法取代軟起動器）

18-4. 變頻器的風機水泵型專門為電機節(jié)能使用（扣除變頻器的運行損耗及解決環(huán)保問題才有節(jié)能的空間）。

18-5. 風機水泵要節(jié)能就要使用變頻器驅動（應該是流體、液壓、電磁閥控制不能使用變頻器-因為負載不允許調速）

18-6. 空氣壓縮機要節(jié)電就要使用變頻器（應該是流體、液壓、電磁閥控制負載不能使用變頻器-因為負載不允許調速）

18-7. 變頻空調最省電（錯誤，變頻器有15%運行損耗；旁路運行運行效率最高）。

18-8. 變頻器的輸入電流很小、變頻器的功率因數很高（錯誤，尖峰電流鉗表無法感測，變頻器的功率因數很低-諧波問題）。

18-9. 中高壓電機要節(jié)能就要使用變頻器來節(jié)能改造（應該是負載不允許調速，中高壓變頻器節(jié)能驅動必須先考慮25%的運行損耗）

附注：傳統(tǒng)鉗表或整流型指針表測量變頻器的輸入端電流很低的原因是因為這種儀表只能感測50Hz的正弦波電流，無法感測到高頻脈沖電流；實際上變頻器的功率因數因為諧波原因導致很低，而尖峰脈沖電流傳統(tǒng)儀表無法量測。

19. 變頻器用戶都要節(jié)能改造與技術改造。

變頻器在廠里的用電比率決定節(jié)能改造與技術改造的迫切性及投入金額，節(jié)能改造指的是使用變頻器在流體、液壓、電磁閥控制（風機水泵、空氣壓縮機、冷凍機、油泵電機等負載）節(jié)能驅動控制后還有很大的節(jié)能空間，低壓變頻器15%以上中高壓變頻器有25%的節(jié)電空間可以做節(jié)電改造；采用瘦斯達軟起動器間歇式起?？刂颇Ｊ娇梢怨?jié)省變頻器的運行損耗而且沒有環(huán)境污染問題。

技術改造是解決變頻器產生的電網環(huán)境污染問題，包括諧波抑制以及高頻諧波抑制裝置的購買（當然也有更高昂的逆變式整流裝置）?？蛻舯仨毧紤]到技術改造不只是金錢的投入，更重要的是這些抑制裝置都不是百分百解決問題而且運行時都會耗電（都有2-5%的運行損耗）。當然，最簡單最便宜最可靠的技術改造是不要使用變頻器，采用瘦斯達軟起動器替代變頻器節(jié)能驅動控制。

20. 變頻器購買前的論證都是功率與轉速的三次方成比例，調速就能節(jié)省大量電費的印象深刻，為何“事與愿違”，不但無法省電還要支付更多的電費？

我們知道在流體、液壓、電磁閥控制驅動控制的轉速、壓力、功率（流量）的比例關系，但是實際上風機、水泵、空氣壓縮機、冷凍機等流體、液壓、電磁閥控制早已經設計在最優(yōu)且最大壓力、轉速、功率以及最高效率的參數了，用戶不能改變這些參數否則機械負載會故障損壞、下降效率（能量守恒定理）。

簡單舉例，一臺37kW定速水泵電機，采用變頻器來驅動，不能超過50HZ轉速否則電機及負載會過載燒毀，如果降低轉速流量就會下降三次方做功，運行時間拉長許多倍，壓力平方下降，壓力不足電機空轉。那么將電機及水泵容量都加大到75kW，那么降速會有一定的調速空間，但是明顯的系統(tǒng)容量已經加大一倍，需要更多投資，如何節(jié)電？這個例子是變頻器替代擋板閥門的實際例子，只有加大系統(tǒng)容量才能降速操作。如果要計算變頻器替代擋板閥門的節(jié)電空間請先扣除變頻器的運行損耗（低壓15%，中高壓25%運行損耗）以及環(huán)境污染解決成本，再加上驅動容量變大的成本額外投入。

一般流體、液壓、電磁閥控制負載都有恒壓控制，采用極限開關檢測反饋控制電機的起停，過去在中大功率電機由于降壓裝置的起動電流還是很大，不允許驅動電機多次起動，但是現(xiàn)在瘦斯達軟起動器已經解決了起動沖擊電流過大的問題，在額定兩倍以內就能順利起動電機，對電機壽命沒有損害，瘦斯達允許電機多次起動達到間歇式節(jié)能驅動控制目的。

瘦斯達替代變頻器作節(jié)能改造

瘦斯達產品替代變頻器在流體、液壓、電磁閥控制驅動系統(tǒng)，采用間歇式起?？刂婆月愤\行，運行效率提高15%以上，在中高壓等級替代多電平技術變頻器可找回25%以上的運行損耗，安全有效達到變頻器節(jié)能改造的目的；

瘦斯達替代變頻器作技術改造

瘦斯達采用旁路運行沒有電網諧波污染及無線電干擾問題徹底解決諧波污染無線電干擾等電網環(huán)境污染問題，保護驅動電機以及負載免于變頻器產生的突波電壓過溫度損壞還原驅動系統(tǒng)的正常壽命。

結論 ：

流體機械負載不能使用變頻器節(jié)能驅動控制，

瘦斯達是流體機械替代變頻器節(jié)能驅動最好選擇。