瘦斯达软起动与变频器差异分析

20221207V1戴政耀

软起动器不能调速，为何与变频器作比较？

瘦斯达软起动器因为只有两倍的起动冲击电流，可采用多次起动达到调节做功，因此应用在流体机械上与变频器相同的节能效果，变频器采用调速方式调整做功，目的相同方法不相同，同归殊途而已。

既然两种装置同归殊途，有必要对两个产品详细的作比较。

瘦斯达软起动采用多次起动方式调整做功，也就是开关电灯一样，需要时开灯，不需要就关灯。以前没有合适的起动装置所以无法像开关电灯一样调整做功。瘦斯达软起动器采用旁路运行没有额外损耗当然不会有电网环境污染问题，停机时没有耗电。

反观变频器采用调速方式调整做功，变频器运行自带15%额外基本损耗（参考下列分析资料）。更重要的是驱动负载都是必须在额定转速下才能达到最高效率，也就是不允许调速，如果一定要调速负载供应商不保修，更达不到最高运行效率。我们必须注意变频器带来的电网谐波污染问题，PWM电磁噪音污染，电机异常发热，电机线圈突波电压破坏绝缘的问题。因此，变频器不合适应用在流体机械的节能驱动控制。

 多电平变频器的效率更掺，除了变频器15%的基本损耗外还内置一个移相变压器，该移相变压器在额定负载时的损耗最少为10%，因此多电平变频器用户不可能达到可行性报告的预期节电效果。

电机软起动与变频器差异分析可从几个方面探讨（以下资料为参考数据）；

1. 原理分析差异（软起动-瘦斯达软起动器-变频器几种、IGBT）

传统软起动器：参考下面软起动主回路图，只需要六个晶闸管就构成一个软起动器。传统软起动器采用可调电源供应器原理，调整触发角度来改变输出电压方式达到降压目的。传统软起动器的起动电流为2-6倍额定电流（而交流电机直接起动的电流为6-8倍），这是因为电机转矩与电压平方成比例，降压就会减少起动转矩，这就是传统软起动器的局限性，驱动电机不允许多次起动，只适合应用在流体、液压、电磁阀控制或无载起动的机器（带离合器）没有大量使用在交流异步电机的主要原因。

瘦斯达软起动器（后面简称瘦斯达）采用变频器的原理作为软起动的输出电源，不再是电源供应器的原理，这样，瘦斯达软起动就有接近额定磁通量-额定起动转矩的特性，而且起动电流只需额定2倍以内。额定电流两倍可以接近输出额定转矩的软起动器是21世纪软起动技术最大的突破，瘦斯达已经获得国家多项发明专利，用户对于交流异步电机的应用将会更得心应手，同时瘦斯达电控柜能够缩小传统电控柜80%的体积减少用户大量的电气投入资金。

变频器主回路原理图如下，采用交直交原理将交流电源全波整流滤波变成直流电源再利用IGBT-PWM斩波原理得到需要的电压与频率，达到VVVF（可变电压可变频率）控制的变频器基本原理。

2. 技术含量；从原理图来看，软起动器的技术简单、器件较少、效率高、体积小、成本较低、产品可靠性较高，容易被用户接受，软起动器技术含量不高，国内已经生产30年了，软起动器没有必要再购买进口品牌产品。反观变频器的器件数量超过软起动器甚多，又有矢量控制技术与一般VF控制技术差异。

3. 变频器能否替代瘦斯达软起动器？答案是不行，因为变频器无法旁路运行，变频器运行时有15%的基本运行损耗无法避免，使用变频器无法节能省电，还有严重的环境污染问题。

4. 瘦斯达能否替代变频器在流体、液压、电磁阀控制节能驱动控制？答案是可以，而且节能效果更好、更可靠便宜，瘦斯达是变频器在流体、液压、电磁阀控制的节能改造与技术改造产品。一般流体、液压、电磁阀控制（风机、水泵、空气压缩机、压缩机等）的负载不允许调速运行，否则效率低故障率高，因此只能使用瘦斯达软起动器达到节能驱动控制，变频器运行有15%的运行损耗（无法旁路运行），中高压的损耗更大（增加移相变压器的10%以上损耗）而且产生严重的环境污染问题，变频器不能使用在流体、液压、电磁阀控制节能驱动控制，变频器不能节电，更不能省电。

5. 用途差异；软起动器与变频器都是应用在交流电机驱动控制使用，软起动顾名思义主要功能就是解决电机的冲击电流与机械冲击问题，当然，瘦斯达软起动器已经浓缩电机所需要的功能：软起动、节能、控制、通讯、保护于一体形成一个交流装置系统；而变频器在交流电机的主要目的是调速，当然也能够软起动，变频器的功能超越软起动器但是无法替代软起动器，因为变频器自身损耗15%再加上严重的环境污染问题。

6. 市场大小；交流电机起动冲击电流约6-8倍，因此交流电机基本上都需要软起动控制，有电机的地方就有软起动。软起动是交流异步电机应当匹配的基本装置（当然，有些较大电网容量的场合可以忍受而忽略起动冲击电流）。需要调速场合才需要用到变频器，那么需要调速的场合大约只限于工业机械与工具机械的加工工艺需要调速部分。流体、液压、电磁阀控制不适合使用变频器来驱动控制，因为流体机械不允许调速。

7. 需要调速场合分析：因为加工工艺需要，有些场合需要调整负载转速，在工业机械与工具机械因为加工的原材料变化需要调速场合较多，而流体、液压、电磁阀控制（风机、水泵、压缩机等负载）因为负载原始设计就是不能调速，如果硬要调速就会降低效率减低寿命提高故障率，加上压力是转速的平方比例以及流量是转速的三次方关系，流体、液压、电磁阀控制采用降低转速方式改变做功不是好方法。

8. 做功调整原理；

瘦斯达软起动在流体、液压、电磁阀控制节能驱动控制最简单的原理就是间歇式起停控制，也就是上限信号停止做功，下限信号起动做功。这是最简单的原理，需要的时候起动，不需要就关掉电机的运行。有些人可能会问，为何以前的软起动做不到？那是因为传统软起动器的起动冲击电流还是太大（4-6倍），电机无法忍受多次起动。瘦斯达在技术上已经突破，起动电流只需要两倍以内，因此多次起动电机不会影响电机的寿命。 

变频器做功原理采用改变转速来改变做功，这要负载可调速才能成立。变频器的缺失在于无法旁路运行，运行就会有15%的基本损耗产生而且环境污染问题严重，这是应用变频器必须付出的代价。如果变频器应用在流体、液压、电磁阀控制负载，实际上就只有软起动功能，因为负载不允许调速，调速就没有意义。

9. 环境污染问题；

软起动的电网污染很小，只有在起动瞬间有谐波问题，其他时间都是旁路运行没有污染问题，称得上绿色产品。

变频器的环境污染问题可分为几个，各个都必须关注：

9-1.变压器谐波污染：这是目前电力公司最关注的事情，因为不只会伤害到变压器而且还影响到二次变电所的供电系统质量。由于变频器的输入端是整流滤波，因此电网电流不是正弦波而是尖峰脉冲电流，这种电流会产生脉冲电压叠加到正弦波上面而破坏变压器线圈的绝缘导致层间短路烧毁变压器，另外谐波导致大量的铁损，因此变压器效率降低，大幅度发热运行效率降低，这个损耗有可能用户不必承担，而是电力公司。

9-2.无线电干扰（EMI）；变频器IGBT高速切割电压产生无线电脉波并通过电机线的连接发射形成无线电干扰，无线电干扰有传导、辐射、感应等方式；对周围附近的自动控制系统产生很大的干扰，工厂的电气工程师每日穷于应付变频器的无线电干扰问题。

9-3.电磁噪音：变频器驱动电机因PWM原理造成电磁噪音，噪音造成员工耳背现象，目前Fc载波频率约1-20 kHZ，载波越高则噪音越小（脱离音频范围），但是系统效率越低、干扰越大。

9-4.尖峰脉冲电压：由于PWM产生的脉冲电流与电机输入电缆线形成叠加电压在电机线圈上面，而电机线圈耐压一般为800V左右，故非常容易被突波高压击穿形成层间短路，此现象在电机线较远或潮湿腐蚀环境更明显。

9-5.开关器件的影响，由于变频器的电流是尖峰脉冲，在各种开关的触点导致局部发热现象，导致开关器件寿命严重减短。

9-6.异常发热 使用变频器后电网供电系统所有的开关器件、变压器、电缆线（集肤效应）、驱动电机都会异常发热，因为变频器的高频谐波的损耗产生的热量，大幅度增加车间空调费用。

10. 效率分析（低压、中高压）；

软起动的效率：软起动是起动以后旁路运行，所以基本上没有运行损耗，运行效率100%。变频器的效率分析：变频器的运行损耗从电网变压器开始估算，包括：

8-1.变压器损耗增加2-3%，由变压器所有权单位承担。

8-2.变频器自身损耗由导通+开关损耗（与Fc成比例）相加；约2-5%。

8-3.集肤效应，变频器到电机之间的电线（与Fc、电线长度成比例），

8-4.驱动电机损耗增加：铁损增加5-10%左右（电机外壳可以煮鸡蛋）（与Fc成比例）.

8-5.负载运行效率下降（没有估算），

8-6.谐波抑制损耗3-5% 交流电抗器及直流电抗器，抑制效果与电感量（损耗）成比例.

8-7.高频抑制损耗：0.5-2%（高频滤波器损耗与Fc成比例）。

以上资料与变频器品牌互有差异，这是低压变频器运行损耗15%的估算资料；中高压变频器因为增加一个移相变压器（移相变压器的效率在满载效率最高90%）所以中高压变频器最高运行效率只有75%而已，相信知道真相后很多人会被吓到，同时也真正的了解变频器不省电的基本道理。

11. 节能驱动控制；瘦斯达软起动采用间歇式起停控制得到基本没有损耗的运行效率，而变频器带有15%左右的运行损耗（不能旁路运行），因此瘦斯达软起动在流体、液压、电磁阀控制的驱动控制的节能效益超过变频器15%以上，其实应该说采用变频器在流体、液压、电磁阀控制（风机水泵、空气压缩机、冷冻机、注塑机等）驱动控制无法节能还必须额外增加15%的运行损耗以及带来的环境污染问题待解决。

12. 注塑机节电探讨：

注塑机能够节电是因为油泵电机有起动冲击电流问题而无法停止运行，采用电磁阀作加载-卸载控制。因为电机空载运行时损耗约30-40%，这些都是能源浪费，  采用变频器当作软起动器来使用，再增加15%的运行损耗，因此要节电的空间很窄。采用瘦斯达软起动器的节能效益超过变频器15%以上而且没有环境污染问题。  

  注塑机厂家最大困扰在于采用变频器后带来的电网污染（电力公司随时盯梢）以及驱动电机温升提高导致空调电费提高，PWM电磁噪音严重（员工耳背现象严重），无线电干扰问题严重造成附近机台误动作现象随处可见（电气抢修班日夜待命现象），但是实际上注塑机采用变频器节电空间非常有限或者根本不节电，真正的麻烦倒是惹来不少。

13. 挤出机节电探讨：原来挤出机器都有不同原料匹配不同转速的变速齿轮箱，但是现在很多厂家都改成变频器来调速，这样下来，挤出行业要增加15%的运行损耗，也就是增加15%的流动电费，还要面对严重的环境污染问题无法有效解决。

14. 产品可靠性；电子器件使用多少正比于故障率，运行损耗越多产品可靠性越低（电子器件怕热），变频器的器件约为软起动器的十倍；因此软起动的可靠性大大高于变频器。

15. 产品价格水平；软起动器比起变频器更便宜，在中大功率及中高压差异最大，目前中高压软起动器的价格与中高压多电平变频器相差几倍。

16. 对驱动电机的影响；瘦斯达软起动器因为旁路运行不会对驱动电机产生不良的影响，而变频器对电机的影响相对重大，请参考下列资料；

16-1. 电机外壳温升提高10%以上（与Fc成比例）。

16-2. 电机线圈处于绝缘劣化边缘，因为谐波电压叠加在工作电压上面（与Fc成比例）。

16-3. 电机轴承故障率提高，因为电腐蚀原因在潮湿地方更明显。

16-4. 电机运行效率下降约10%（与Fc成比例）。

16-5. 电机PWM电磁噪音严重，员工耳背现象（与Fc成反比例）。

16-6. 电机震动加大。

16-7. 电机寿命大幅度减少。

16-8. 电机故障率大大提高。

17. 负载匹配性；风机、水泵、空气压缩机、冷冻压缩机、液压机械等负载原始设计都是固定速度，不可调速，调速导致寿命减少、故障率提高、运行效率下降。瘦斯达软起动为缓冲起动功能，对电机、负载都能延长寿命。

18. 有关变频器的错误观念；

18-1. 使用变频器就是节能省电（变频器本身不节电还要消耗额外的15%-低压或25%-中高压运行损耗，同时产生严重的电网环境污染问题）。

18-2. 注塑机要节电需要变频器（错误观念）

18-3. 变频器可以取代软起动器（变频器不能旁路运行，无法取代软起动器）

18-4. 变频器的风机水泵型专门为电机节能使用（扣除变频器的运行损耗及解决环保问题才有节能的空间）。

18-5. 风机水泵要节能就要使用变频器驱动（应该是流体、液压、电磁阀控制不能使用变频器-因为负载不允许调速）

18-6. 空气压缩机要节电就要使用变频器（应该是流体、液压、电磁阀控制负载不能使用变频器-因为负载不允许调速）

18-7. 变频空调最省电（错误，变频器有15%运行损耗；旁路运行运行效率最高）。

18-8. 变频器的输入电流很小、变频器的功率因数很高（错误，尖峰电流钳表无法感测，变频器的功率因数很低-谐波问题）。

18-9. 中高压电机要节能就要使用变频器来节能改造（应该是负载不允许调速，中高压变频器节能驱动必须先考虑25%的运行损耗）

附注：传统钳表或整流型指针表测量变频器的输入端电流很低的原因是因为这种仪表只能感测50Hz的正弦波电流，无法感测到高频脉冲电流；实际上变频器的功率因数因为谐波原因导致很低，而尖峰脉冲电流传统仪表无法量测。

19. 变频器用户都要节能改造与技术改造。

变频器在厂里的用电比率决定节能改造与技术改造的迫切性及投入金额，节能改造指的是使用变频器在流体、液压、电磁阀控制（风机水泵、空气压缩机、冷冻机、油泵电机等负载）节能驱动控制后还有很大的节能空间，低压变频器15%以上中高压变频器有25%的节电空间可以做节电改造；采用瘦斯达软起动器间歇式起停控制模式可以节省变频器的运行损耗而且没有环境污染问题。

技术改造是解决变频器产生的电网环境污染问题，包括谐波抑制以及高频谐波抑制装置的购买（当然也有更高昂的逆变式整流装置）。客户必须考虑到技术改造不只是金钱的投入，更重要的是这些抑制装置都不是百分百解决问题而且运行时都会耗电（都有2-5%的运行损耗）。当然，最简单最便宜最可靠的技术改造是不要使用变频器，采用瘦斯达软起动器替代变频器节能驱动控制。

20. 变频器购买前的论证都是功率与转速的三次方成比例，调速就能节省大量电费的印象深刻，为何“事与愿违”，不但无法省电还要支付更多的电费？

我们知道在流体、液压、电磁阀控制驱动控制的转速、压力、功率（流量）的比例关系，但是实际上风机、水泵、空气压缩机、冷冻机等流体、液压、电磁阀控制早已经设计在最优且最大压力、转速、功率以及最高效率的参数了，用户不能改变这些参数否则机械负载会故障损坏、下降效率（能量守恒定理）。

简单举例，一台37kW定速水泵电机，采用变频器来驱动，不能超过50HZ转速否则电机及负载会过载烧毁，如果降低转速流量就会下降三次方做功，运行时间拉长许多倍，压力平方下降，压力不足电机空转。那么将电机及水泵容量都加大到75kW，那么降速会有一定的调速空间，但是明显的系统容量已经加大一倍，需要更多投资，如何节电？这个例子是变频器替代挡板阀门的实际例子，只有加大系统容量才能降速操作。如果要计算变频器替代挡板阀门的节电空间请先扣除变频器的运行损耗（低压15%，中高压25%运行损耗）以及环境污染解决成本，再加上驱动容量变大的成本额外投入。

一般流体、液压、电磁阀控制负载都有恒压控制，采用极限开关检测反馈控制电机的起停，过去在中大功率电机由于降压装置的起动电流还是很大，不允许驱动电机多次起动，但是现在瘦斯达软起动器已经解决了起动冲击电流过大的问题，在额定两倍以内就能顺利起动电机，对电机寿命没有损害，瘦斯达允许电机多次起动达到间歇式节能驱动控制目的。

瘦斯达替代变频器作节能改造

瘦斯达产品替代变频器在流体、液压、电磁阀控制驱动系统，采用间歇式起停控制旁路运行，运行效率提高15%以上，在中高压等级替代多电平技术变频器可找回25%以上的运行损耗，安全有效达到变频器节能改造的目的；

瘦斯达替代变频器作技术改造

瘦斯达采用旁路运行没有电网谐波污染及无线电干扰问题彻底解决谐波污染无线电干扰等电网环境污染问题，保护驱动电机以及负载免于变频器产生的突波电压过温度损坏还原驱动系统的正常寿命。

结论 ：

流体机械负载不能使用变频器节能驱动控制，

瘦斯达是流体机械替代变频器节能驱动最好选择。