電機啟動的基本原理：
電機起動效能規定使用全電壓起動器或降壓起動器能達到的極限值。當嘗試以下方式時考慮電機起動特性尤其重要：
-將起動電流降至最小；
-將起動扭矩增至最大。
電機效能：
1.轉子的設計影響起動效能。
2.定子的設計影響全速效能。
3.轉子杆的形狀、位置和材料影響引入電流和電機起動時產生的扭矩。
典型電機資料：
電機起動效能可透過檢查電機資料表得到確認。
資料表詳述了110kW電機系列選用的效能資料。
全電壓起動條件下最大電機起動電流是由電機鎖定轉子電流（LRC）確定的。LRC等級在電機間有顯著變化。在例項中，電機H引入的起動電流比電機E多55%。
在例項中，電機A起動時產生的扭矩是電機I的兩倍。
確定電機起動效能時必須合併考慮LRC & LRT。
降壓起動擴大電機差異。扭矩減少值是電流降底值的平方。如何計算起動扭矩？
依照例項，計算電機B、C和D在3×FLC條件下的起動扭矩。
滿電壓起動：
電流瞬間上升至LRC水平，由此引起的電流瞬變可對電源產生不良的影響；電機速度增加時電流下降。電機負載隻影響加速所需的時間，而不影響始終為LRC的電流值。電流瞬間上升至LRC水平，由此引起的電流瞬變具有破壞性。電機達到滿速前，典型轉矩在升至失步轉矩前由LRT降至脫扣力矩。
滿電壓起動限制：
1.電流瞬變；2.電流值；3.扭矩瞬變；4.扭矩值。
降壓起動透過逐漸利用滿電壓的方式力圖克服這些限制。
降壓起動：
降低起動電流。起動扭矩減少值是電流降低值的平方。
電流只能降到電機扭矩輸出超過負載要求的扭矩的那個點。為確保有效執行，降壓起動器須使電機在使用滿電壓之前加速到90％左右。如果低於此速度，電流將逐步達到LRC水平，從而失去降壓起動器的任何優點。
降壓起動器：
機電：自耦變壓器，一次電路電阻，星形/三角形。
電子：軟起動。
自耦變壓器：超動期間自耦變壓器起動器使用自耦變壓器降低電壓。變壓器有一套輸出電壓開關，可用以設定起動電壓。
電機電流隨起動電壓下降而降低，且透過變壓器的作用進一步降低最後產生的線路電流小於電機實際電流。
限制：60%分接頭：限定電壓分接頭；限定每小時的起動次數；在所有速度下扭矩值降低；價值高。
50%分接頭：初始起動電壓是由分接頭選擇設定的，而起動時間是由定時器控制的。如果起動電壓太低或起動時間設定不正確，變至滿電壓的過程將發生在電機未達全速之時，因此導致高電流和扭矩步進。
一次電路電阻：電阻器與隔離接觸器和電機之間的每一相實行串接。電阻器降壓導致電機降壓，從而降低起動電流和扭矩。
設定4×FLC起動電流。
限制： 很難改變電阻；大量散熱；限定每小時的起動次數；如果電阻器沒有完全冷卻，起動特性會在各起動間發生差異；難以起動高慣性負載。
設定3.5×FLC起動電流。
起動電壓是由所使用的電阻器確定的。如果電阻太高，則扭矩不足以加速電機達到全速。降壓起動時間是由預置計時器控制的。如果時間太短，電機不會在電阻器跨接之前達到全速。
星形/三角形：電機最初以星形配置進行連線，然後，在預設時間之後，電機會與電源斷開，並再次以三角形配置進行連線。當電機以三角形連線時，則星形配置電流和扭矩是滿電壓電流和扭矩的三分之一。
不足的扭矩以星形配置加速該負載。
限制：不能調節。星形和三角形之間的開路瞬變會破壞電流和扭矩瞬變。
開路瞬變轉換：當起動器以轉換順序透過開路段時發生。[1]連線降壓；[2]與降壓（開路）斷開；[3]連線滿電壓。
開路瞬變起動造成嚴重的電流和扭矩瞬變，這對電源和機械裝置可能比滿電壓起動更加有害。
當電機旋轉、然後與電源斷開時，起到發電機的作用。輸出電壓可與電源振幅相同。再合閘時，仍可有明顯的電壓出現在電機終端。
再合閘瞬間電機產生的電壓可與電源電壓相等但正好失相。這等於再合閘電機上有兩倍的電源電壓。這一結果是兩倍鎖定轉子電流的電流和四倍鎖定轉子扭矩的扭矩瞬變。
軟起動器：軟起動器透過與電機電源串接的固態AC開關（ACR）控制電機電壓。
起動電流可達最低；沒有電流步進；沒有扭矩步進；良好的起動扭矩特性。
電機特性決定軟起動器所能達到的極限。
在以下情況下要特別注意電機特性：
將起動電流降至最低是十分重要的；
將起動扭矩增至最大是十分重要的；
涉及大型電機（200kW+）；星形/三角形起動是最廉價和最通用的降壓起動系統。但其運作效能有破壞性。
壓縮機的啟動方式：
直接啟動：這種啟動方式主要應用在小功率空壓機上，啟動電流一般為額定電流的7-8倍，啟動瞬間對電網危害較大。
常用於相對較小的壓縮機（製冷壓縮機、空氣壓縮機等）。通常由1接觸器、1空開，1熱繼組成。
星角啟動：啟動電流為額定電流的3-4倍，啟動電流比直接啟動電流小。
在星角切換過程中會有大約為額定電流4-6倍的尖峰電流。對電網及裝置也有相當的危害。
目前由於成本原因，此方式廣泛的應用在壓縮機起停中，但是隨著軟啟動器和變頻器的廣泛應用。越來越多的應用被軟啟動器和變頻所替代（尤其大功率的壓縮機）。
軟啟動方式：
採用軟啟動方式的好處：
減少維護：傳統的星角啟動方式在電機啟動過程中，接觸器吸合斷開會透過很大的電流，造成接觸器壽命減少採用軟啟動器控制機組主電機，透過可控矽SCR的門極觸發控制電路的控制，控制或限制電機啟動電流；增加系統可靠性。
傳統星角啟動方式，透過元件組合才能實現實現過載，欠載，相序保護，造成接線麻煩，故障率高。系統可靠性差；啟動器本身整合多種保護，接線少，系統可靠性強。
啟動電流為額定電流的2－3倍，啟動較平穩。
需加旁路接觸器，啟動完畢後切換到旁路工作。
軟啟動方式不能調速。對於相應壓縮機調速節能方式無能為力。
軟啟動起整合多種保護功能，是二此迴路更加簡單，維護方便。
整合通訊口，容易接入整體系統中。
涵蓋軟啟動器方式的所有優點。相對軟啟動方式具有更好的優點：啟動電流更小，1.5In以下，所以所需的電網容量也最小，啟動最平穩。
可實現壓縮機調速，根據實際負荷調整壓縮機的轉速，實現節能。
相對於軟啟動器，保護更加豐富，診斷更加容易，人機介面更加友好。
實現更多通訊方式，方便整合不同控制系統中。
離心式製冷機組變頻控制：
導葉和調速配合進行能量調節。
透過調節電動機轉速和最佳化壓縮機導流葉片位置，使機組在各種工況下，尤其部分負荷情況下，始終保持最佳效率。
當滿負荷運轉時，導葉全開，此時電機速度邏輯完全由溫差控制，當冷負荷減小時，電動機轉速減小，並透過壓縮機的壓頭和系統最小允許轉速來控制電機速度邏輯，直至最小轉速，當最小轉速時，控制導葉開啟角度。
空氣壓縮機變頻控制：
傳統方式：儲氣罐壓力控制壓縮機加解除安裝，此種情況壓力成波浪型。
變頻方式：採用變頻器控制方式，可以根據儲氣罐壓力變送器訊號調整變頻器輸出從而控制電機轉速，達到排氣壓力平穩。
幾種方式比較：
軟起動在中央空調中的應用：
軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能於一體的新穎電機控制裝置。軟起動器採用三相反並聯閘流體作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間，這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟起動器啟動電動機時，閘流體的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到閘流體全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟起動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的閘流體，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低閘流體的熱損耗，延長軟起動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波汙染。軟起動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟起動過程相反，電壓逐漸降低，轉數逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩衝擊。
1.中央空調機組中軟起動的負載特點以及起動方法：
在中央空調機組中，軟起動器的啟動負載主要包括是風機電機、壓縮機電機等，機型主要有離心式冷水機組、螺桿式冷水機組、組合風櫃等。以離心式冷水機組為例，通常機組起動的時候，導葉為關閉狀態，主電機起動完成之後才慢慢開啟導葉、執行器執行動作過行載入。因此，軟起動器在電機實際啟動過程中，一般可以將起動的物件按空載或者輕載處理。
軟起動器適用於中央空調機組的啟動方式常包括以下幾種：
1.1電壓斜坡軟起動
向電機提供電壓諧波，產生恆定的轉矩增加，這是最常用的軟起形式。該起動模式使設定起始轉矩值和斜波的持續時間以達到全電壓狀態，在斜波之後，旁路接觸器閉合。
圖1 電壓斜坡軟起動
1.2限流起動。
在起動階段限制供給電動機的最大電流。當由於起動時間長或者為保護電機，有必要限制最大起動電流是，可以採用這種模式。這種起動模式能夠將設定作為堵轉電流的百分數的最大起動電流和限流的持續時間。限流時間後，旁路接觸器接通。
圖2 限流起動
軟起動與傳統星三角、閉式星三角啟動的區別：
1、籠型電機傳統的減壓起動方式有Y-Δ、閉式星三角起動、自耦減壓起動、電抗器起動等。這些起動方式都屬於有級減壓起動，存在明顯缺點，即起動過程中出現二次衝擊電流。
以離心機的啟動波形為例，各種起動方式的起動電流波形如下：
星三角啟動時：星型啟動時啟動電流比較大，星三角切換的時候，有瞬間的掉電，時間大概為66毫秒，此時還有個二次衝擊的電流，，雖然持續的時間比較短，但是比星型啟動時候還要大。
當採用閉式星三角啟動時，電流波形如下：
閉式星三角：閉式星三角起動比星三角起動多了一個電阻器和一個交流接觸器，因此在切換的時候不會出現掉電情況，但仍存在二次衝擊電流，只是幅值相對比較小。
軟起動：從圖3-4可以看出，使用軟起動啟動時，電流比較平滑，不會出現電流的突然變大、或者起動過程中有掉電的情況。
2、軟起動與傳統減壓起動方式的不同之處是：
（1）無衝擊電流。軟起動器在起動電機時，透過逐漸增大閘流體導通角，使電機起動電流從零線性上升至設定值。
（2）恆流起動。軟起動器可以引入電流閉環控制，使電機在起動過程中保持恆流，確保電機平穩起動。
（3）根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的起動電流。
（4）軟起動器將閘流體等組合到一起，使用軟起動器時，只需要選擇好軟起動器；而採用星三角主迴路上需要3交流接觸器和1個熱繼電器保護，採用閉式星三角啟動時，主迴路上需要4個交流接觸器、1個熱繼電器和1個電阻器。相比之下，星三角以及閉式星三角所需要的元器件繁多，控制迴路繁瑣，電控櫃所需要的空間大，可靠性相對較差，同時星三角以及閉式星三角對負載的保護功能也少於軟起動器。
從啟動波形可以看出，使用軟起動，啟動是電流波形比較平滑，不會有衝擊電流。閘流體的輸出電壓逐漸增加，直到閘流體全導通。
3、軟起動和閉式星三角啟動方式成本對比：
我們對兩種啟動方式所設計的啟動櫃報價進行對比：
備註：表中軟啟動器、斷路器、交流接觸器、熱繼電器等主要元器件選用ABB廠家，軟啟選用伊頓的產品，選擇依據主要根據《工業與民用配電設計手冊》第三版。對於允許電機較長時間在額定電流1.1執行的中央空調機組，將電機的額定電流的1.1倍當做元器件負責的額定值計算。
由表中的資料可以看出，在600kW的電機上，使用軟起動方式起動，價格成本上會有優勢；而在600kW以下，使用閉式星三角成本相對會低些，當然，軟啟動器中歐美品、日本品、國產品的價格差異也是很大的，實際上採用日本或國產品，軟啟動器的優勢會更加明顯。
4、軟起動器具有的保護功能
（1）過載保護功能：軟起動器引進了電流控制環，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。透過增加過載電流的設定和反時限控制模式，實現了過載保護功能，使電機過載時，關斷閘流體併發出報警訊號。
（2）缺相保護功能：工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發生斷流，即可作出缺相保護反應。
（3）過熱保護功能：透過軟起動器內部熱繼電器檢測閘流體散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值後自動關斷閘流體，併發出報警訊號。
（4）其它功能：透過電子電路的組合，還可在系統中實現其它聯鎖保護。
因此在中央空調機組中採用軟啟動器，不但可以省去原主迴路和控制迴路中常見的三相電源相序控制器、熱繼電器，而且保護動作更加準確。
軟起動常用電路：
常見的軟起動主迴路的電路主要有下面幾種：
1、標準接法電路：
2、6引線內三角電路：
6引線電機內三角電路
3、2引線內三角電路：
12引線電機內三角電路
在中央空調中，電機一般是有3引線或者是6引線，因此軟起動基本上是使用第1 和第2種接線方式。若選擇標準接法的電路，則軟起動器可以承受的電流務必大於或者等於電機的最大電流。如果選擇第2種方法，即內三角電路，則軟起動器可以承受的電流就需要的電機最大電流的1/1.732倍，這樣可以大大減少軟起動器的成本，但使用內三角電路有個缺點，當主迴路上的斷路器合閘之後，即使機組沒有啟動，電機的接線端上還是帶電。
軟起動器的選型：
選擇軟起動器時有幾個比較關鍵的技術引數需要考慮一下。
1、使用環境：
軟起動器內部有電路板、可控矽、閘流體等，這些元器件對環境都是有一定的要求的。使用環境的海拔高度、環境溫溼度、汙染等級都可能對軟起動器有影響。在中央空調機組中使用軟啟動器，必須選用對PCB板進行過專門的防潮處理的型號。
2、軟起動器的額定容量：
在確定負載的電壓、負載的型別（商用大機組一般是空載起動，可按照輕過載或者無過載選擇）後，還有一個非常關鍵的引數，就是電流。電流選擇過大，則浪費成本；選擇過小，機組無法完成起動，沒法正常執行。
對於標準電路的接法，一般要求軟起動器的額定電流大於等於負載允許執行的最大電流；對於內三角接法的電路，一般要求軟起動器的額定電流大於等於負載允許執行的最大電流/1.732。
軟起動器引數的設定注意事項：
1、不同的廠家的軟起動器設定的引數會有或大或小的差別，例如伊頓廠家的軟起動器的控制面板是以撥碼的方式進行設定引數，需要將撥碼打到ON或者OFF,而ABB廠家的軟起動器則需要進入透過按鈕調整液晶面板顯示的引數。但是有幾個引數或者是保護基本上都會有的：過載保護、缺相保護、堵轉保護、起動時間過長保護。這幾個一般都需要設定成有效。
2、軟起動器通常會提供可選擇的起動方式，例如電壓斜坡軟起動或者是限流起動方式。無論是使用電壓斜坡起動還是使用限流起動，引數務必設定合適，不然的話負載將無法完成起動。電機起動，需要外部給一個力矩，而這力矩的到底是多大才合適，主要取決於兩個條件：一是電機本身特性；二是電機所帶的負載情況。在空載的情況下，電機的起動主要取決於電機的本身特性。要使電機完成起動，外部給予電機的力矩必需大於電機的最小力矩。外部這個力矩的大小，卻是由軟起動器的引數設定來完成的。因此，通常我們在設定電流（或者是力矩）時，引數需要適當。一般情況下，我們設定的限電流值一般在額定的3-4倍之間；若是設定限制力矩，一般是在36-45%之間。以伊頓內三角接法的軟起動器為例，是設計力矩的。伊頓軟起轉矩力矩與電流百分比計算大概如下表：
軟起轉矩力矩與電流百分比計算
例如，將轉矩引數設定為36%，這時限制的電流為60%*6*額定電流，約為額定電流的3.6倍；如果設定為45%，這時限制的電流為67%*6*額定電流，約為額定電流的4.02倍。
3、設定引數的時候，務必考慮機組的啟動的時間。若設定的時間過短，電機同樣會沒法完成啟動。
本段內容作者：魏強，賴元華。
變頻器軟起動器在暖通空調行業的應用：
熱力行業：
在鍋爐控制系統中，有以下幾個重要的調節控制功能：
燃燒調節：以供水溫度為主調節量，採用風-煤配比控制，透過調節爐排轉速和鼓風機頻率使供水溫度達到設定溫度；
根據爐膛負壓訊號及鼓風量訊號構成前饋-反饋控制，調節引風機電機頻率，使爐膛負壓保持在一定的範圍內；根據汽包水位、蒸汽流量和給水流量對鍋爐水位實行三衝量調節。
在熱力供暖系統中，可以應用到變頻器或軟起動器的傳動點如下：
鼓風機：提高煤的燃燒效率，使供水溫度達到設定溫度；
引風機：保證適當的風-煤比控制，並使爐膛負壓保持在一定的範圍內；
迴圈泵：實現整個供暖系統的迴圈；
補水泵：及時補充回水管路所散失的水份；
爐排：調節進煤量。
以40噸熱水鍋爐為例，變頻或軟起動器的應用大致如下：
鼓風機：75KW的變頻器；
引風機：132KW的變頻器；
迴圈泵：功率由系統配置和供熱面積決定；
補水泵：22KW的變頻器（一用一備)；
爐排：1.1-11KW的變頻器（7-35Hz)；
鼓風和引風電機的控制通常用變頻控制，目的在於：
節能；風-煤比的控制；
鼓、引風機功率較大，採用變頻控制可減少對電網的衝擊。
對於迴圈泵來說，因為負責整個供暖系統的熱能迴圈，為避免鍋爐氣化，管道或鍋爐爆裂，通常採用一用一備或兩用一備的方案，有以下幾種組合：
兩臺變頻器；一變頻，一軟起；兩臺軟起動器。
通風系統：
隧道通風風機包括射流風機和軸流風機兩種。
射流風機：
與車輛的前進方向一致；
功率集中在22KW-55KW之間；
可雙方向執行；不需變頻，只需軟起即可；
每間距150米的橫斷面上有4臺軟起，左右前進方向各2臺。
軸流風機：
當隧道較長，為補充射流風機通風的不足而從隧道一直開到山頂的豎井。
因工藝複雜，造價昂貴，通常只有長於4公里的隧道才可能安裝軸流風機。
一般用變頻調速，功率集中在160-500KW，只需一個方向執行即可。
變頻器通常分2組，一組用於進新鮮空氣，另一組用於將汙濁空氣抽出去。每組有2臺或4臺變頻器。
中央空調送風系統：
送風系統有兩種控制方式，即恆風量（CAV）控制和變風量（VAV）控制。
透過變頻器控制風機轉速，調節風量，保持靜壓恆定，保持送回風匹配控制。
迴風系統大多用於大型空調系統中，主要用來維持被調節空間的正常壓力。
一般情況下，控制目標主要使送風量和迴風量之間維持一定的差值。
控制方式可以透過採集送回風的流量，根據流量差來調節迴風風機的速度，或根據風道的靜壓來控制風機速度。
中央空調的中央送風機：
中央空調的末端送風機多采用開/關控制方式，難以完全滿足人們對舒適感的要求。
自動起停風機－只是在需要時執行；
可連續調速，滿足舒適度要求；節能；
減少裝置磨損；
自動捕捉旋轉負載→無跳閘執行；
跳躍頻率→消除共振；噪聲低；
可進行斷帶檢測；
大中型空調系統：
冷水機組按照冷源可分為吸收式製冷機組和電製冷：
吸收式製冷機組較常見的是溴化鋰吸收式製冷機組。
功率通常在2.2-15KW之間；
溶液泵多采用變頻控制，進行冷量調節。
電致冷機組有離心式，螺桿式，活塞式等。
功率集中在75-160KW之間；
通常採用軟起動或星-三角方案。
冷凍水迴圈系統（一）：
冷凍泵用於完成冷凍水在系統中的迴圈。在冷凍水的迴圈系統中，經過製冷後變成一定溫度的冷凍水從製冷機組流出（出水），由冷凍泵送到各樓層、房間，流經各房間並進行熱交換後，回到製冷機組（回水），並如此反覆迴圈。
由於冷凍水的出水溫度是冷凍機組“冷凍”的結果，常常是比較穩定的。所以對冷凍泵進行變頻改造，根據回水溫度就能夠很方便地實現房間溫度的恆定。當回水溫度高，說明房間溫度也高，這時就透過變頻器提高冷凍泵的轉速，加快冷凍水的迴圈速度，使房間溫度降低；反之，當回水溫度低，說明房間溫度低，則可以透過變頻器降低冷凍泵的轉速，減緩冷凍水的迴圈速度，讓房間溫度升高。
中央空調冷凍水迴圈系統（二）：
需要注意的是，在各類製冷機組中， 冷凍水的流量調節範圍的較為嚴格的限制，通常不能低於額定流量的75%-80%，如不能保證冷凍機蒸發器透過足夠的水量，則可能凍壞蒸發器。因此，不論使用何種調節方法，其流量調節的範圍不應低於系統的報警閥值。可將變頻器的下限頻率設定在一個適當值來解決這一問題。
中央空調冷卻水迴圈系統：
在冷卻水的迴圈系統中，水流進製冷機組（進水），和其冷凝器進行熱交換，帶走製冷機組製冷過程中產生的熱量，再由冷卻泵送上冷卻塔（回水）， 部分水在冷卻塔噴淋過程中蒸發，而留下的水得到冷卻後又流進製冷機組，並如此反覆迴圈。
由於冷卻塔的水溫是隨環境溫度而變的，其單測水溫不能準確地反映冷凍機組內產生熱量的多少。所以，對於冷卻泵，以進水和回水間的溫差作為控制依據，實現進水和回水間的恆溫差控制是比較合理的。溫差大，說明冷凍機組產生的熱量大，應提高冷卻泵的轉速，增大冷卻水的迴圈速度；溫差小，說明冷凍機組產生的熱量小，可以降低冷卻泵的轉速，減緩冷卻水的迴圈速度，以節約能源。
冷卻塔風機主要是用來加快冷卻水在噴淋過程中的散熱速度，根據季節變化透過變頻器來改變風機的轉速。天熱的時候，轉速調高一些；天涼時，轉速調低一點，配合冷卻泵的變頻調節，達到最佳的節能效果。
冷卻塔風機的特點：
冷卻塔風機慣量大，驅動軸長；
起停過程中機械衝擊大，雙速電動機常常使驅動軸產生變形和扭曲；
VSD解決方案=平滑速度變化，降低機械衝擊。
齒輪箱：電動機太慢會損壞齒輪箱；
VSD 解決方案=設定下限頻率。
變頻器在冷卻塔風機上的應用。
真正適用於HVAC的 PID控制器：
調節過程平滑；溫度感測器可直接接到變頻器；
一旦溫度反饋丟失，仍可驅動風機，按設定的方式執行。
系統成本降低：
無需外部的 PI D控制器或I/O 模組；節能。
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