变频器与软启动在地铁中的应用

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摘要：随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，变频器可用于高压交流电动机驱动的风机、水泵类负载的调速、节能、软启动和智能控制等多种场合。变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心―变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。本文章阐述了变频器软启动器的工作原理区别、在地铁中的应用以及双方优缺点。

关键词：软启动；变频器；地铁应用

中图分类号： TN773 文献标识码： A 文章编号：

引言

伴随着国家经济的高速发展，大中型城市的居民成倍增加，给城市交通带来巨大的压力，单单靠地面的公交系统，无法满足人们的日常出行。如何增加公共交通的运输能力，摆在了城市决策者的面前。显然，发展城市大型有轨交通，是解决这个问题的关键。大型有轨交通线分地面轻轨与地下铁路，因为轻轨的运行会产生比较大的噪音等问题，所以，目前国内有轨交通以地铁为主。既然机车在地下运行，就必须解决地铁系统供风的问题。地铁都是伴随着大密度的客流量，在地下10多米深的隧道内运行。如果在运行期间出现火灾事故，没有良好的排烟系统，后果是不可想象的。一年四季以及客流的高低峰，人们对隧道内湿度、温度、风量等的要求都是不一样的，这也是地铁供风空调系统需要考虑的。

一、软起动器与变频器的区别

软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。随着电力电子技术的快速发展，智能型软起动器得到广泛应用。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路，运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。

软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。

二、变频器、软启动在地铁中的应用

从技术角度上说，地铁行业对变频器、软起动的要求不是很高，因为地铁行业的驱动负载，基本上是风机（供水系统中有一些泵类）。这就决定了其技术门槛是比较低的，供风空调系统中，大系统对变频器/软起动的要求相对较高。

车站的两端均设置通风道，通风道中并联两台相同技术参数的车站通风风机，并且，它们都是可逆风机。正常工况下，它们起到通风作用，在火灾等紧急情况下，作为排烟风机运行。

根据不同车站的容积大小，该系统的风机功率分布从55kw～90kw，在传统的系统中，风机都是采用星三角启动，也有一些90年代中后期的线路采用软起动。而现在，在此通风系统中采用变频器是一种发展趋势。地铁运行有高低峰，一年四季温度也有区别，如果让风机在任何条件下都处于工频运行，会浪费大量的能源；并且，从舒适性的角度说，对车站内的乘客也是不合理的。变频器在不需要对驱动系统进行任何大的改造前提下，就能根据环境的差别，调节风机的速度，有效的解决了上面的问题。所以，目前在车站风机系统中采用变频器的概率越来越大，并且，一些老的地铁线路，都在把旧方案改造成变频驱动。

三、变频器与软启动两者优缺点分析

3.1变频器优缺点

变频器优点：

变频器完善了带式输送机的电气保护功能。在带式输送机的主回路实现了无触点化，使系统运行更稳定和可靠。变频装置具有电压和电流过大时以及短路、接地、超载、发热时的各种保护功能，提高了带式输送机的运行可靠性。

变频调速是一种先进且较成熟的技术，它是通过整流器、逆变器和控制电路将频率一定的交流电变成直流，再将直流逆变为不同频率的交流，以达到对交流异步电机进行调速控制。在各种工程中采用变频调速技术可以实现节约能源，延长设备寿命，降低噪音，改善环境质量的目的。变频调速技术已在民用及工业建筑的中央空调系统设计及工程实践中得到了具体应用，产生了较大的影响并取得了显著的成效。

变频器缺点：

电磁干扰、发热、成本高、高频谐波污染、容易产生故障且不易维修。

1．散热问题：变频器的发热是由内部的损耗产生的。在变频器中各部分损耗中主要以主电路为主，约占98%，控制电路占2%。为了保证变频器正常可靠运行，必须对变频器进行散热我们通常采用风扇散热；变频器的内装风扇可将变频器的箱体内部散热带走，若风扇不能正常工作，应立即停止变频器运行；大功率的变频器还需要在控制柜上加风扇，控制柜的风道要设计合理，所有进风口要设置防尘网，排风通畅，避免在柜中形成涡流，在固定的位置形成灰尘堆积；根据变频器说明书的通风量来选择匹配的风扇，风扇安装要注意防震问题。

2．电磁干扰问题：

2.1变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波，这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰，而且会产生高次谐波，这种高次谐波会通过供电回路进入整个供电网络，从而影响其他仪表。如果变频器的功率很大占整个系统25%以上，需要考虑控制电源的抗干扰措施。

2.2当系统中有高频冲击负载如电焊机、电镀电源时，变频器本身会因为干扰而出现保护，则考虑整个系统的电源质量问题。

3.2软启动优缺点

软启动优点：

1.工作可靠性提高。软启动器本身具有电子热继电器,有过电流,过载保护和电压保护功能。

2.节能效果明显。因为它是通过改变电压来控制电机,所以在低负荷时可节电25%左右。现有90w左右的油泵电机数十台,都采用软启动器技术,节电的效果是可观的。

3.启动质量明显提高,启动电流明显减少,运转的平滑性也好。

4.软启动器控制箱体积很小,便于安装。

采用软启动器，可以控制电动机的电压，使其在启动过程中逐渐地升高，很自然地限制启动电流。这就意味着电动机可以平稳地启动，机械和电应力也降至最小；该装置还有一种附带的功能，即可用来“软”停机。

软启动缺点：

由于该启动器采用电子式电路，可以相对比较容易地通过安全和事故指示灯增强其基本功能，改善电动机的保护，简化故障查找。如失相、过电流和超高温保护，以及正常运行、电动机满电压和某些故障指示。像斜坡电压和初始电压等所有设定值都可以很容易地在启动器面板上设定，另外，软启动器除了完全能够满足电动机平稳启动这一基本要求外，还具有很多优点，比如可靠性高、维护量小、电动机保护良好以及参数设置简单。然而软启动器仍有一个缺陷，那就是不能长时间用于启动扭矩要求很高的电动机驱动装置上。这种局限性主要因为，软启动器实际上是靠将自身电压斜坡式抬升至最大值(而在停机过程中又逐渐下降至设定的关机水平)来完成工作。由于扭矩与电压平方成正比，连接电动机不能从一开始就达到最大扭矩，因此，软启动器更适合于水泵、风扇、传送带、电梯等轻型易启动的设备。

四、结束语

综上所述，由变频器、软启动器及可编程控制器为主组成的新的变频调速控制系统，充分利用变频器和软启动器本身具有的优良特性，组成了高性能变频调速控制系统。此系统具有运行稳定，高效节能，自动化程度高，易于操作等优点。与普通变频控制系统相比，不但大幅度提高设备性能，而且节省投资。

参考文献：

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[2]徐甫荣，崔力．交流异步电机软起动及优化节能控制技术研究[J]．电气传动自动化，2003，25(1)：1―7．