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软起动（soft start） 软起动（soft start）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Soft Starter。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。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。电动机软起动器是运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩
逐渐增加，转速也逐渐增加。
软起动一般有下面几种起动方式：
（1）斜坡升压软起动。
（2）斜坡恒流软起动。
（3）阶跃起动。
几种大型电机起动方法之比较
当前我国经济已经进入了一个新的发展阶段，大型企业和大型装备越来越多，大型电机（5000kW～60000kW）的应用越来越多，大型电机的起动方法也越来越受到人们的重视。
社会发展是有阶段性的。在不同阶段，人们的生产手段、生产工具和生活用品都有很大的不同。上世纪80～90年代，我国的经济实力尚较薄弱，当时的小水泥和小钢铁发展很快，1000kW～4000kW电机的应用增长很快，与当时的经济基础相适应的液态起动装置出现，它经济实用，解决了电机起动中的一些问题。对当时的经济发展起到了一定的作用。到世纪之交时期，我国经济实力已有较大的发展，生产手段和生产工具亦有了较大发展，电机容量也有了很大增长，人们开始不满足液态起动装置的低性能，于是晶闸管串联式（固态）软起动装置的应用开始增加，继而又出现了开关变压器式软起动装置和磁饱和电抗器式（磁控）起动装置，变频装置用于电机软起动的情况也越来越多，当前这四种产品是大型电机起动市场的主流产品，液态起动装置则应用在小型（5000kW以下）电机上较多。另外，两种老式起动方法（自耦变压器和变压器-电动机组）也常常出现在20000kW以下电机的起动上。
大型电机驱动的设备一般都是企业的核心设备，直接影响企业的生产状况，因此人们应该对其起动给予特别的关注，合理的选择起动装置将给企业带来很大的经济效益。但是电机起动技术毕竟不是一个企业的核心技术，许多企业的电气工作者很少有时间来研究各种起动方法之间的差别，往往会造成不恰当的选择，有时甚至不得不做出第二次选择，给企业造成不应有的损失。因此，如实地说明各种起动方法的性能及其差别是非常重要的。为此我们在这方面做抛砖之尝试，如有不完善和不妥之处，望不吝添金加玉。
一、电动机直接全压起动的危害性及软起动好处
⒈ 引起电网电压波动，影响同电网其它设备的运行
交流电动机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的4~7倍，当电机的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行。
软起动时，起动电流一般为额定电流的2~3倍，电网电压波动率一般在10%以内，对其它设备的影响非常小。
⒉ 对电网的影响
对电网的影响主要表现在两个方面：
①超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。
②起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。
软起动时起动电流大幅度降低，以上影响可完全免除。
⒊ 伤害电机绝缘，降低电机寿命
①大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。
②大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命。
③高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。
软起动时，最大电流降低一半左右，瞬间发热量仅为直起的1/4左右，绝缘寿命会大大延长；软起时电机端电压可以从零起调，可完全免除过电压伤害。
⒋ 电动力对电机的伤害
大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。
软起动时，由于最大电流小，则冲击力大大减轻。
⒌ 对机械设备的伤害
全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。
软起动的转矩不会超过额定转矩，上述弊端可以完全克服。
当采用减压起动时，上述危害只有一定程度的降低；当采用软起动时，上述危害几乎完全消失；独立变压器供电方式直接起动只能在电网电压波动方面有所缓解，而其它方面的危害都照样存在。
超大型电动机的价值都很高，在生产中也都起着核心作用。它的一点故障便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。比如说对一台电机我们不能指望它的各处绝缘都是完全一致的，可能在某一点就有个薄弱环节，出厂试验时它能通过，但在长时间的冲击下这个薄弱环节会逐渐首先显露出来，使其寿命缩短。如果我们采取软起动，则可以大大延长电机的使用寿命，这两种方案哪一个合算呢？这是显而易见的。
二、开关变压器技术简介
哈尔滨帕特尔科技有限公司研制的开关变压器技术现在已经成功的应用到高压电机软起动上。至今已有40多套在使用，起动最大电动机12000kW。由于该技术的主电路是完全线性化的，实际上任何容量的电动机（比如60000kW）软起动都可以做到，只是人们的认识和担心需要等待（哈尔滨帕特尔科技有限公司从实验室的100W手电钻到第一台800kW，再到现在的12000kW都是一次设计成功，因为只要把功率电路成比例放大就可以了，其它控制完全一样）。下面列出几个主要业绩：
⒈ 2001年9月首台800kW（一拖二）软起动装置应用于大庆油田钻井机组。
⒉ 2003年12月南京钢铁公司8000kW软起动装置（一拖二）成功投运。
⒊ 2005年9月24日济南鲍德气体10800kW制氧离心空气压缩机软起动成功。
⒋ 2007年4月北京燕山石化12000kW软起动装置（一拖一，采用变压器并联技术）成功起动。
开关变压器式高压电动机软起动装置是对可控硅串联式软起动装置的改进，它用开关变压器（TK）的高压绕组来代替可控硅串，而把可控硅放在开关变压器的低压侧（如图1所示）这样可控硅不用串联，可靠性大大提高；且由于开关变压器漏抗的分压滤波作用，加到电源上的谐波大大减少。其它方面：电压电流可全范围线性调节；可输出任意波形；可构成闭环控制，时间常数小、反应迅速；电动机功率增加时只要增加功率器件的容量即可；开关变压器工作于开关状态，开通时只有铜损，隔断时只有铁损，起动过程中开关变压器损耗很小，可连续起动；由于是纯调压软起动，故一拖多时电动机的容量可以相差很远。这一切使开关变压器式高压电动机软起动装置成为当前性/价比最高的高压电动机软起动装置。
主电路如图1所示：K1为运行柜，它与电动机D构成正常工作时的运行系统；K2为起动柜，它与开关变压器TK构成起动回路。当电动机起动时，合上K2，给可控硅SCR加上触发信号即可实现相控调压软起动；起动结束后，合上K1、断开K2，电动机即转入运行状态。
起动回路的控制系统框图如图2所示。
软起动不同时段的电流由程序给定，主电路中的电流由采样单元采集，PLC比较电流反馈值和给定值，根据差值调节触发单元的输入电压，改变SCR的导通角，从而使主电路中的电流与给定值相等。
修改程序中起动各时段电流的大小和保持时间，即可得到各种不同的起动电流曲线。
图 1 图 2
由控制系统框图可见，如果从虚线处隔开，右侧为功率主回路，左侧为控制环节。当电动机功率不同时，只要更改TK、CT及SCR即可，其控制环节不用改变。
三、开关变压器式高压电动机软起动装置与变频器装置的比较
变频器装置主要是用在交流电机的调速上，具有明显的节能效果。如果把它用在电机软起动上，则不应再把它的调速性能与我公司产品相比较。把变频装置用来做软起动，在整个起动过程中电机不会有过流现象，起动转矩大，具有很好的起动性能。但对于起动转矩小的风机水泵类负荷，变频装置的这一优点则表现不明显。与我公司产品相比它也存在一些不足：
1.变频技术还处于发展阶段，由于开关损耗还比较大，所以可靠性还比较低，故障率比较高，各单位往往由于维修技术跟不上而造成停工时间长。某钢铁公司曾发生35000KW高炉鼓风机一个多星期才起动起来的事例。
2.变频装置输出电压中，高次谐波的含量大，会在电机齿槽上产生局部过热现象，烧毁绝缘，影响电机使用寿命。在调速应用时要使用特殊设计的变频电机就是这个原因；而我公司产品高次谐波含量小，对电机的伤害小。
3.用变频装置做软起动，当达到亚同步转速要从变频电源向工频电源切换时，必须有良好的同步功能（有的变频装置不具备此功能），否则会产生机械冲击，损伤机械设备。
4.变频装置价格高
5.变频装置电路原理复杂，对维修技术水平要求高，维修时间长，而我公司产品一般技术工人即能维修，提供的图纸资料齐全。
与变频装置相比，开关变压器式软起动装置的不足之处仅仅是起动过程中有过流现象，但时间并不长；过电流倍数也不大，空载起动不超过额定电流的2倍，负载起动（风机泵类负荷）不超过额定电流的3倍。
四、开关变压器式（A）和可控硅串联式（B）软起动装置之比较
二者都是相位控制调压软起动装置。主要性能有许多相近之处，二者比较尚有如下差别：
1.可靠性
B装置由于采用可控硅串联，因此对元器件特性参数的一致性要求很高。不容易得到保证。元器件在使用一段时间后特性参数会发生变化，使均压性能降低，极易造成整串元器件的损坏，一旦损坏用户很难修复；而 A 装置由于采用了开关变压器技术，元器件不用串联。因此可靠性大大提高。使用寿命远大于B。
2.高次谐波
二者虽然都是相控。产生谐波的情况是一样的。但 A 装置的开关变压器具有很大的电感量。谐波电压大部分加在它上面，加到电源上的谐波电压较小。所以 A 比 B 对电机的高次谐波伤害要小得多。
3.体积
B 比 A 的体积小，占地面积小。
⒋ 成本
A的可靠性是靠成本来换取的，A用的可控硅数量少、电流大；B用的可控硅数量多、电流小，二者在这方面的投入相差不多。而A增加了一个容量很大的开关变压器，故成本高。
五、开关变压器式（A）和磁控式（B）软起动装置之比较
1.控制性能
A的输出电压、电流全范围可调。电压、电流波形可任意设定，是严格意义上的软起动产品。
B的调节范围较小，一般只能做恒流式起动。
“磁控”即饱和电抗器，它是靠改变铁芯的磁饱和度来改变其电抗值，从而改变其与电机的分压。铁磁性材料的磁化曲线如右图3所示，磁饱和电抗器靠改变其直流激磁Φ0来改变电抗器的电抗值。由图可见磁化曲线的斜率（对应电抗值）变化范围较小，只有α角的范围。因此B的阻抗值变化范围不大。电机端电压的调节范围不大。
用固定的电抗器起动时，电压是不可调的。随着电机的加速，起动电流将下降，如果电网容量不足，很容易引起起动失败（或切换到全压时冲击很大）。饱和电抗器与固定电抗器相比，仅在于它能保持电流不下降，但能不能造成起动失败（或起动时间过长或切换时冲击过大），还要看最大电抗值的选择。最大电抗 图 3
值选的小些，起动失败的可能性小,但合闸时对电网和机械设备的冲击大，最小电抗值选的大些，则容易造成起动失败。所以说B不能称为软起动产品，只是比电抗器好一点的减压起动产品。
A在起动过程中可以连续大范围调节电压和电流，这就从原理上保证了起动不失败。从应用实例上也证明了这一点：在鄂钢10000KW电机软起时，电网容量较小（该厂说140MVA，老外计算后说103MVA）,但由于A的调节范围大，仍能做到了无冲击软起。
2.发热方面
A工作于开关状态，开通时开关变压器（TK）上电压很小，无铁损，只有铜损。关断时TK中电流很小，无铜损，只有铁损。TK发热很小。
B始终工作在饱和区附近，铁芯磁通量很大，铁损很大；另外饱和电抗器有一直流激磁绕组，激磁功率很大（据磁控厂家自己的文章说，7000KW电机起动的辅助电源要180KVA）。这也引起绕组和铁芯发热。
由于发热，B的连续起动性能非常差。这一点对设备安装和设备维修是非常不利的，设备安装时一般都要经过多次起动，发现问题，解决问题；设备维修后也常常需要多次起动来检查维修质量，连续起动性能差将延误工作的进行。
由于发热，绕组绝缘容易老化，引起设备寿命降低。
3.冲击方面
A的电压和电流都可以从零连续调节，对电网无冲击，电压波动小，电机的转速也是从零起慢慢上升，达到了真正的软起动。
B只能以恒流方式工作，且电流不能较小，故在上电时对电网有冲击，电机转速也一下子上升到某一数值，这对于安装非常精密的轴流风机叶片来说，是非常不利的，会增加风机的故障率。
4.控制精度
A完全等同可控硅相位控制，线性度高、控制精度高、响应速度快（10ms），控制实时性好。
B由于受发热和铁芯磁化曲线非线性等因素影响，控制精度低、线性度差、响应速度慢（几百ms）、控制实时性差。
5.一拖多性能
A完全是调压软起，输出电压与负载无关，加上发热小可连续起动，因此非常适于一拖多软起，降低总造价，且电机不受容量限制，例如在鄂钢的一拖三软起，最大电机10000kW，最小电机1000 kW，相差10倍。
B靠分压减压起动，电机端电压与电机容量（阻抗）有关，如果用B起动多台电机，则容量不能相差较多，否则大电机阻抗小、分压低、电流小；小电机阻抗大、分压高、电流大，另外由于B的连续起动性能差，一拖多也无实际意义。
近几年，又有一种被称为“磁控”的新型可控硅饱和电抗器式软起动装置出现，它与老式“磁控”装置的不同之处是直流激磁电源的取法不同，它直接取自高压电源，从结构上看简便了许多，但其性能和老式“磁控”相差不多。
六、两种老式起动方法
⒈ 自耦变压器减压起动
这种方式在起动时电机接于低压侧。因此一次电流较小，能减小线路压降，减小对其它设备的影响。
这种起动方式的缺点如下：
① 冲击方面：在起动过程中，电压有2~3次切换，因而转矩也有2~3次突变，这对较精密的机械设备是非常不利的；在电气方面，如果变比较高对电网的冲击也会较大。
② 可靠性方面：在电压切换时由于电流还比较大，因而在自耦变压器绕组上会产生感应过电压，有时会伤及绕组绝缘，降低使用寿命。
这种方法常在10000~20000kW电机上用，电机再大时已很少应用。
2. 变压器-电动机组
该方法实际上就是直接全压起动。只是用一个独立变压器来隔离对其它用电设备的影响，其它的对电机、对机械设备的危害依然存在。另外，与共用电网的情况相比，要增加相当可观的电能损耗，在过去其实就是一种没有办法的办法，在如今是很不值得称道的。
以20000kW/10kV电机为例，当采用独立变压器供电方式时，一次系统一般如图4所示：
T1为三绕组主变。10kV绕组给其它负荷供电；35kV绕组给T2-D供电。D的容量一般在T2容量的0.6左右。
如果电机D与其它负荷共网运行，则一次系统如图5所示。主变 选择双绕组变压器即可。
从三相油浸式电力变压器国家标准上可以查到如下数据：
变压器 功率损耗
110kV/10kV双绕组63000kVA 260kW
110kV/35kV/10kV三绕组63000kVA 300kW
35kV/10kV双绕组31500kVA 132kW
图4 图5
比较图4和图5可见，独立供电方式较共网方式耗损增加主要由两部分组成：① 主变的损耗差异。② T2的功率损耗。T2的功率损耗主要由铁损和铜损构成。由于不满负荷，故铜损较满负荷时小些，铜损与电流的平方成正比，此时的铜损相当于满负荷的 。我们假设满负荷时的铁损等于铜损，则可得出如下的多耗能计算：
大电机一般都是连续工作制，假设按0.5元/kWh计算，则每年多耗电费
(万元)
即由于采用独立变压器供电方式，每年多耗电116万度，多花电费58万元。如果考虑到共网运行时少用一个变压器T2，在基建投资中又可节约一笔费用，其经济效益是相当可观的。
七、结语
大型高压电动机价格昂贵，在各行业的生产运行中起核心作用，对它进行多方呵护是非常必要的。软起动装置虽然工作时间短，但其重要作用不可轻视，应该引起我们电气技术工作者的高度重视。从电机系统节能的角度看，使用软起动可以取消独立供电变压器，具有很大的节电效果。
超大型高压电动机软起动装置属于重大技术装备类别。过去主要靠进口，价格昂贵，哈尔滨帕特尔科技公司生产的开关变压器式高压电机软起动装置技术性能先进、可靠性高、价格低廉，给我们提供了一个新的选择。
业内专家和国家有关领导曾多次指出：“我国对有关技术装备的引进量太大，已经影响到国家的经济安全”。这个问题应该引起我们的重视，在国家大力提倡自主创新、建设创新型国家的今天，我们更应该振奋精神，自强、自重，为国家的崛起贡献我们的力量。
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逐渐增加，转速也逐渐增加。
软起动一般有下面几种起动方式：
（1）斜坡升压软起动。
（2）斜坡恒流软起动。
（3）阶跃起动。
几种大型电机起动方法之比较
当前我国经济已经进入了一个新的发展阶段，大型企业和大型装备越来越多，大型电机（5000kW～60000kW）的应用越来越多，大型电机的起动方法也越来越受到人们的重视。
社会发展是有阶段性的。在不同阶段，人们的生产手段、生产工具和生活用品都有很大的不同。上世纪80～90年代，我国的经济实力尚较薄弱，当时的小水泥和小钢铁发展很快，1000kW～4000kW电机的应用增长很快，与当时的经济基础相适应的液态起动装置出现，它经济实用，解决了电机起动中的一些问题。对当时的经济发展起到了一定的作用。到世纪之交时期，我国经济实力已有较大的发展，生产手段和生产工具亦有了较大发展，电机容量也有了很大增长，人们开始不满足液态起动装置的低性能，于是晶闸管串联式（固态）软起动装置的应用开始增加，继而又出现了开关变压器式软起动装置和磁饱和电抗器式（磁控）起动装置，变频装置用于电机软起动的情况也越来越多，当前这四种产品是大型电机起动市场的主流产品，液态起动装置则应用在小型（5000kW以下）电机上较多。另外，两种老式起动方法（自耦变压器和变压器-电动机组）也常常出现在20000kW以下电机的起动上。
大型电机驱动的设备一般都是企业的核心设备，直接影响企业的生产状况，因此人们应该对其起动给予特别的关注，合理的选择起动装置将给企业带来很大的经济效益。但是电机起动技术毕竟不是一个企业的核心技术，许多企业的电气工作者很少有时间来研究各种起动方法之间的差别，往往会造成不恰当的选择，有时甚至不得不做出第二次选择，给企业造成不应有的损失。因此，如实地说明各种起动方法的性能及其差别是非常重要的。为此我们在这方面做抛砖之尝试，如有不完善和不妥之处，望不吝添金加玉。
一、电动机直接全压起动的危害性及软起动好处
⒈ 引起电网电压波动，影响同电网其它设备的运行
交流电动机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的4~7倍，当电机的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行。
软起动时，起动电流一般为额定电流的2~3倍，电网电压波动率一般在10%以内，对其它设备的影响非常小。
⒉ 对电网的影响
对电网的影响主要表现在两个方面：
①超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。
②起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。
软起动时起动电流大幅度降低，以上影响可完全免除。
⒊ 伤害电机绝缘，降低电机寿命
①大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。
②大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命。
③高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。
软起动时，最大电流降低一半左右，瞬间发热量仅为直起的1/4左右，绝缘寿命会大大延长；软起时电机端电压可以从零起调，可完全免除过电压伤害。
⒋ 电动力对电机的伤害
大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。
软起动时，由于最大电流小，则冲击力大大减轻。
⒌ 对机械设备的伤害
全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。
软起动的转矩不会超过额定转矩，上述弊端可以完全克服。
当采用减压起动时，上述危害只有一定程度的降低；当采用软起动时，上述危害几乎完全消失；独立变压器供电方式直接起动只能在电网电压波动方面有所缓解，而其它方面的危害都照样存在。
超大型电动机的价值都很高，在生产中也都起着核心作用。它的一点故障便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。比如说对一台电机我们不能指望它的各处绝缘都是完全一致的，可能在某一点就有个薄弱环节，出厂试验时它能通过，但在长时间的冲击下这个薄弱环节会逐渐首先显露出来，使其寿命缩短。如果我们采取软起动，则可以大大延长电机的使用寿命，这两种方案哪一个合算呢？这是显而易见的。
二、开关变压器技术简介
哈尔滨帕特尔科技有限公司研制的开关变压器技术现在已经成功的应用到高压电机软起动上。至今已有40多套在使用，起动最大电动机12000kW。由于该技术的主电路是完全线性化的，实际上任何容量的电动机（比如60000kW）软起动都可以做到，只是人们的认识和担心需要等待（哈尔滨帕特尔科技有限公司从实验室的100W手电钻到第一台800kW，再到现在的12000kW都是一次设计成功，因为只要把功率电路成比例放大就可以了，其它控制完全一样）。下面列出几个主要业绩：
⒈ 2001年9月首台800kW（一拖二）软起动装置应用于大庆油田钻井机组。
⒉ 2003年12月南京钢铁公司8000kW软起动装置（一拖二）成功投运。
⒊ 2005年9月24日济南鲍德气体10800kW制氧离心空气压缩机软起动成功。
⒋ 2007年4月北京燕山石化12000kW软起动装置（一拖一，采用变压器并联技术）成功起动。
开关变压器式高压电动机软起动装置是对可控硅串联式软起动装置的改进，它用开关变压器（TK）的高压绕组来代替可控硅串，而把可控硅放在开关变压器的低压侧（如图1所示）这样可控硅不用串联，可靠性大大提高；且由于开关变压器漏抗的分压滤波作用，加到电源上的谐波大大减少。其它方面：电压电流可全范围线性调节；可输出任意波形；可构成闭环控制，时间常数小、反应迅速；电动机功率增加时只要增加功率器件的容量即可；开关变压器工作于开关状态，开通时只有铜损，隔断时只有铁损，起动过程中开关变压器损耗很小，可连续起动；由于是纯调压软起动，故一拖多时电动机的容量可以相差很远。这一切使开关变压器式高压电动机软起动装置成为当前性/价比最高的高压电动机软起动装置。
主电路如图1所示：K1为运行柜，它与电动机D构成正常工作时的运行系统；K2为起动柜，它与开关变压器TK构成起动回路。当电动机起动时，合上K2，给可控硅SCR加上触发信号即可实现相控调压软起动；起动结束后，合上K1、断开K2，电动机即转入运行状态。
起动回路的控制系统框图如图2所示。
软起动不同时段的电流由程序给定，主电路中的电流由采样单元采集，PLC比较电流反馈值和给定值，根据差值调节触发单元的输入电压，改变SCR的导通角，从而使主电路中的电流与给定值相等。
修改程序中起动各时段电流的大小和保持时间，即可得到各种不同的起动电流曲线。
图 1 图 2
由控制系统框图可见，如果从虚线处隔开，右侧为功率主回路，左侧为控制环节。当电动机功率不同时，只要更改TK、CT及SCR即可，其控制环节不用改变。
三、开关变压器式高压电动机软起动装置与变频器装置的比较
变频器装置主要是用在交流电机的调速上，具有明显的节能效果。如果把它用在电机软起动上，则不应再把它的调速性能与我公司产品相比较。把变频装置用来做软起动，在整个起动过程中电机不会有过流现象，起动转矩大，具有很好的起动性能。但对于起动转矩小的风机水泵类负荷，变频装置的这一优点则表现不明显。与我公司产品相比它也存在一些不足：
1.变频技术还处于发展阶段，由于开关损耗还比较大，所以可靠性还比较低，故障率比较高，各单位往往由于维修技术跟不上而造成停工时间长。某钢铁公司曾发生35000KW高炉鼓风机一个多星期才起动起来的事例。
2.变频装置输出电压中，高次谐波的含量大，会在电机齿槽上产生局部过热现象，烧毁绝缘，影响电机使用寿命。在调速应用时要使用特殊设计的变频电机就是这个原因；而我公司产品高次谐波含量小，对电机的伤害小。
3.用变频装置做软起动，当达到亚同步转速要从变频电源向工频电源切换时，必须有良好的同步功能（有的变频装置不具备此功能），否则会产生机械冲击，损伤机械设备。
4.变频装置价格高
5.变频装置电路原理复杂，对维修技术水平要求高，维修时间长，而我公司产品一般技术工人即能维修，提供的图纸资料齐全。
与变频装置相比，开关变压器式软起动装置的不足之处仅仅是起动过程中有过流现象，但时间并不长；过电流倍数也不大，空载起动不超过额定电流的2倍，负载起动（风机泵类负荷）不超过额定电流的3倍。
四、开关变压器式（A）和可控硅串联式（B）软起动装置之比较
二者都是相位控制调压软起动装置。主要性能有许多相近之处，二者比较尚有如下差别：
1.可靠性
B装置由于采用可控硅串联，因此对元器件特性参数的一致性要求很高。不容易得到保证。元器件在使用一段时间后特性参数会发生变化，使均压性能降低，极易造成整串元器件的损坏，一旦损坏用户很难修复；而 A 装置由于采用了开关变压器技术，元器件不用串联。因此可靠性大大提高。使用寿命远大于B。
2.高次谐波
二者虽然都是相控。产生谐波的情况是一样的。但 A 装置的开关变压器具有很大的电感量。谐波电压大部分加在它上面，加到电源上的谐波电压较小。所以 A 比 B 对电机的高次谐波伤害要小得多。
3.体积
B 比 A 的体积小，占地面积小。
⒋ 成本
A的可靠性是靠成本来换取的，A用的可控硅数量少、电流大；B用的可控硅数量多、电流小，二者在这方面的投入相差不多。而A增加了一个容量很大的开关变压器，故成本高。
五、开关变压器式（A）和磁控式（B）软起动装置之比较
1.控制性能
A的输出电压、电流全范围可调。电压、电流波形可任意设定，是严格意义上的软起动产品。
B的调节范围较小，一般只能做恒流式起动。
“磁控”即饱和电抗器，它是靠改变铁芯的磁饱和度来改变其电抗值，从而改变其与电机的分压。铁磁性材料的磁化曲线如右图3所示，磁饱和电抗器靠改变其直流激磁Φ0来改变电抗器的电抗值。由图可见磁化曲线的斜率（对应电抗值）变化范围较小，只有α角的范围。因此B的阻抗值变化范围不大。电机端电压的调节范围不大。
用固定的电抗器起动时，电压是不可调的。随着电机的加速，起动电流将下降，如果电网容量不足，很容易引起起动失败（或切换到全压时冲击很大）。饱和电抗器与固定电抗器相比，仅在于它能保持电流不下降，但能不能造成起动失败（或起动时间过长或切换时冲击过大），还要看最大电抗值的选择。最大电抗 图 3
值选的小些，起动失败的可能性小,但合闸时对电网和机械设备的冲击大，最小电抗值选的大些，则容易造成起动失败。所以说B不能称为软起动产品，只是比电抗器好一点的减压起动产品。
A在起动过程中可以连续大范围调节电压和电流，这就从原理上保证了起动不失败。从应用实例上也证明了这一点：在鄂钢10000KW电机软起时，电网容量较小（该厂说140MVA，老外计算后说103MVA）,但由于A的调节范围大，仍能做到了无冲击软起。
2.发热方面
A工作于开关状态，开通时开关变压器（TK）上电压很小，无铁损，只有铜损。关断时TK中电流很小，无铜损，只有铁损。TK发热很小。
B始终工作在饱和区附近，铁芯磁通量很大，铁损很大；另外饱和电抗器有一直流激磁绕组，激磁功率很大（据磁控厂家自己的文章说，7000KW电机起动的辅助电源要180KVA）。这也引起绕组和铁芯发热。
由于发热，B的连续起动性能非常差。这一点对设备安装和设备维修是非常不利的，设备安装时一般都要经过多次起动，发现问题，解决问题；设备维修后也常常需要多次起动来检查维修质量，连续起动性能差将延误工作的进行。
由于发热，绕组绝缘容易老化，引起设备寿命降低。
3.冲击方面
A的电压和电流都可以从零连续调节，对电网无冲击，电压波动小，电机的转速也是从零起慢慢上升，达到了真正的软起动。
B只能以恒流方式工作，且电流不能较小，故在上电时对电网有冲击，电机转速也一下子上升到某一数值，这对于安装非常精密的轴流风机叶片来说，是非常不利的，会增加风机的故障率。
4.控制精度
A完全等同可控硅相位控制，线性度高、控制精度高、响应速度快（10ms），控制实时性好。
B由于受发热和铁芯磁化曲线非线性等因素影响，控制精度低、线性度差、响应速度慢（几百ms）、控制实时性差。
5.一拖多性能
A完全是调压软起，输出电压与负载无关，加上发热小可连续起动，因此非常适于一拖多软起，降低总造价，且电机不受容量限制，例如在鄂钢的一拖三软起，最大电机10000kW，最小电机1000 kW，相差10倍。
B靠分压减压起动，电机端电压与电机容量（阻抗）有关，如果用B起动多台电机，则容量不能相差较多，否则大电机阻抗小、分压低、电流小；小电机阻抗大、分压高、电流大，另外由于B的连续起动性能差，一拖多也无实际意义。
近几年，又有一种被称为“磁控”的新型可控硅饱和电抗器式软起动装置出现，它与老式“磁控”装置的不同之处是直流激磁电源的取法不同，它直接取自高压电源，从结构上看简便了许多，但其性能和老式“磁控”相差不多。
六、两种老式起动方法
⒈ 自耦变压器减压起动
这种方式在起动时电机接于低压侧。因此一次电流较小，能减小线路压降，减小对其它设备的影响。
这种起动方式的缺点如下：
① 冲击方面：在起动过程中，电压有2~3次切换，因而转矩也有2~3次突变，这对较精密的机械设备是非常不利的；在电气方面，如果变比较高对电网的冲击也会较大。
② 可靠性方面：在电压切换时由于电流还比较大，因而在自耦变压器绕组上会产生感应过电压，有时会伤及绕组绝缘，降低使用寿命。
这种方法常在10000~20000kW电机上用，电机再大时已很少应用。
2. 变压器-电动机组
该方法实际上就是直接全压起动。只是用一个独立变压器来隔离对其它用电设备的影响，其它的对电机、对机械设备的危害依然存在。另外，与共用电网的情况相比，要增加相当可观的电能损耗，在过去其实就是一种没有办法的办法，在如今是很不值得称道的。
以20000kW/10kV电机为例，当采用独立变压器供电方式时，一次系统一般如图4所示：
T1为三绕组主变。10kV绕组给其它负荷供电；35kV绕组给T2-D供电。D的容量一般在T2容量的0.6左右。
如果电机D与其它负荷共网运行，则一次系统如图5所示。主变 选择双绕组变压器即可。
从三相油浸式电力变压器国家标准上可以查到如下数据：
变压器 功率损耗
110kV/10kV双绕组63000kVA 260kW
110kV/35kV/10kV三绕组63000kVA 300kW
35kV/10kV双绕组31500kVA 132kW
图4 图5
比较图4和图5可见，独立供电方式较共网方式耗损增加主要由两部分组成：① 主变的损耗差异。② T2的功率损耗。T2的功率损耗主要由铁损和铜损构成。由于不满负荷，故铜损较满负荷时小些，铜损与电流的平方成正比，此时的铜损相当于满负荷的 。我们假设满负荷时的铁损等于铜损，则可得出如下的多耗能计算：
大电机一般都是连续工作制，假设按0.5元/kWh计算，则每年多耗电费
(万元)
即由于采用独立变压器供电方式，每年多耗电116万度，多花电费58万元。如果考虑到共网运行时少用一个变压器T2，在基建投资中又可节约一笔费用，其经济效益是相当可观的。
七、结语
大型高压电动机价格昂贵，在各行业的生产运行中起核心作用，对它进行多方呵护是非常必要的。软起动装置虽然工作时间短，但其重要作用不可轻视，应该引起我们电气技术工作者的高度重视。从电机系统节能的角度看，使用软起动可以取消独立供电变压器，具有很大的节电效果。
超大型高压电动机软起动装置属于重大技术装备类别。过去主要靠进口，价格昂贵，哈尔滨帕特尔科技公司生产的开关变压器式高压电机软起动装置技术性能先进、可靠性高、价格低廉，给我们提供了一个新的选择。
业内专家和国家有关领导曾多次指出：“我国对有关技术装备的引进量太大，已经影响到国家的经济安全”。这个问题应该引起我们的重视，在国家大力提倡自主创新、建设创新型国家的今天，我们更应该振奋精神，自强、自重，为国家的崛起贡献我们的力量。