交流感应电机不能在满额输入电压下启动（或停止），其合理理由包括：极高的堵转电流以及高达满载转矩230%的转矩。固态降压（SSRV）软启动器的作用就是减弱电机的这种超高涌流以及因此对关联设备或系统组件产生的机械应力所造成的破坏性后果。

　　许多新型软启动器并不需要一直运行。集成的旁路接触器在电机达到正常运行速度之后启用，将电机连到线路上，这时启动器就可以关闭了。由于使用了固态控制做逻辑引擎，软启动器的保护和诊断作用也在加强。但是，可控硅整流器（SCR）仍然是主要的供电部件。

　　ABB公司看到了软控制器更广泛的功能，着重将其用作电机保护中继器件。ABB低压产品与系统的产品经理Paul Terry表示：“我们期望，软控制器的作用将不仅仅是对感应电机实现软启动或软停机。”为说明“**”软启动器将根据输入的电机电流、电压和温度信号，提供保护功能，Terry列举了超载/欠载条件下的相位失衡、相位反转、瞬间跳闸作为例子。在ABB的PST系列器件中，使用了用户编程的定时阈值及更准确的电机传感器来限制令人讨厌的脱扣。

　　Schneider Electric北美运营部的电机控制业务总监Charles Forsgard指出，SSRV器件*初就有简单的电压斜坡设计，提供“更软”的机械启动，减小电机的涌流，但是其效果取决于被驱动的负载特性。Forsgard说：“如果电机有一点负载，那么就可能完全没有‘软启动’效果。”


    图1：Siemens新发布的Sirius 3RW40软启动器标称为75-300 hp（460伏），采用了两相“极性平衡”控制（上半部显示的两种型号）。更大的3RW44型号（下半部显示）在460伏条件下提供的闭环转矩控制范围是15-950 hp。


　　新的方法着重于转矩斜坡方案，而不是电压斜坡。它依赖于新一代控制算法，能够判断功率和功率因子。利用有关电机电压和电流的信息，软启动器可以推出实际的定子功率、定子损耗，从而得到供给转子的实际功率。Forsgard继续指出：“转子的功率被用来计算实际的电机转矩，只要电机负载没有超出电流限制的设定值，SSRV启动器就继续跟踪转矩斜坡。

　　在转矩斜坡方案中，根据操作员在“转矩参考/斜坡”模块输入的电机标称转矩、初始转矩、转矩上限等数值，加上转矩斜坡时间，转矩控制器可以计算得到期望的电机转矩。Fosgard解释道：“接着，根据电机的实际转矩与期望值的关系，用控制器控制可控硅的击发。重点在于，电机转矩不再严格依赖于电机的电压或电机的速度－转矩特性，而是更多地由所设计的斜坡决定。

　　极性平衡，更小的器件

　　Siemens Energy and Automation公司的RVSS启动器产品经理Steve Koch表示，该公司的SSRV软启动器技术的*新特点是名为“极性平衡”的**控制技术。通过均匀的电机启动特性（速度、转矩和电流），两相控制能保证平稳安静的启动，从而避免了使用直流部件。

　　他解释道，受控的两个相位重叠产生的电流将流入第三个未受控的相位，导致三个相位的电流在电机的启动过程中出现不对称的分布。此外，两个受控相位中的功率半导体开关产生直流分量，在启动电压低于50%时将引发有害的电机噪音。据称，极性平衡能消除这些启动过程中的**效应。（出于经济角度考虑，两相控制在软启动器中得到普遍应用。）

　　Koch说：“启动过程的声学质量几乎达到了三相受控启动的质量，这是通过持续地动态调整或平衡电机启动过程中不同极性的电流半波而实现的。”

　　Baldor Electric公司的器件产品经理Jeff Lovelace提到，*新进展是在功率输出保持不变的情况下更紧凑的软启动器封装，这归因于大幅度减小的SCR尺寸。他还提到，由于更广泛地使用低成本的微处理器和键盘编程，而不是电位计来配置软启动器，控制逻辑变得更快。Lovelace是这样说的：“由于微处理器是内置的，我们可以在运行负载较小时通过调节控制输出，改善功率因子。”他将其看成是一种避免电机磁通过高的“优化”手段。

　　Danfoss北美运动控制的产品专家Douglas Yates提到了新式的低热膨胀（LTE）技术，通过使用新的材料，从根本上消除在传统的电源继电器中常见的电源芯片技术所遇到的热膨胀效应（以及其它问题）。他解释说，由于电源芯片、传热导体、以及电流导线夹之间的热膨胀系数不同，电源芯片产生的大量热量会导致金属疲劳。“此外，焊接过程中的气泡会在芯片上产生热点，这会损害性能，并可能引起击穿。”

　　LTE的设计使用更少的焊接点，提高了散热效率。据报导，有一种新的单枪真空焊接工艺能够防止气泡和热点的形成。Danfoss MCI的软启动器使用了LTE技术，提供了良好的固态继电器开关速度，并延长了器件寿命。Yates说：“这项技术可以将传统的固态继电器的寿命延长10倍，这意味着能为用户提供更高的可靠性和更长的器件使用寿命。”

　　内置旁路

　　Rockwell Automation公司的产品经理Steve Litzau强调，相对于前一代器件而言，固态启动器更加紧凑、拥有更强的功能。现在的设计都带有内置旁路，当电机达到全速时打开，以减小固态功率部分的功率（热）损耗。这样，封装就能做得更小，而又不需要使用特殊的冷却方法。Litzau观察到，新发布的启动器有75%到80%都带有内置旁路。他说：“这个比例还在升高。固态启动器一般都有内置的可配置输入/输出，而且除了运行在单机设计里面之外，它们还可以设置成在受控条件下通过网络（比如DeviceNet）提供监控反馈。”


　　同样，Eaton公司也认为软启动器的“旁路运行模式”是值得注意的特性。这种特性作为其IT（智能技术）产品线的一部分，显著地减小了启动器产生的热量，使封装尺寸和成本可以减到*小。该公司功率控制产品经理Rodney Partain说：“同时，旁路接触器位于软启动器内部，无需额外的设备，进一步减小了封装尺寸，并且*大限度缩短了安装时间。”Eaton的IT低压软启动器（比如S752、S801和S811）使用24伏直流脉宽调制（PWM）线圈控制旁路接触器，据称在稳态下*小功耗仅为5瓦。Partain补充道：“PWM线圈与高效的供电电源结合起来，减小了电力系统的扰动造成的负面效应，并克服功率损耗。”


     图2：为了尽可能提高灵活性和对不同负载的适用性，Schneider Electric公司的SSRV软启动器的转矩斜坡控制将初始转矩、转矩上限和加速时间都设计成了用户可调整的。


　　上述低压IT软启动器以及中压MV801都带有软启动/软停机的控制和灵活的保护功能。据Partain介绍，S811启动器添加了由数字接口模块（DIM）实现的通信功能，该模块具有易使用的操作员界面。DIM使用户能够**对其系统进行配置、运行、监控和故障排查。S811通过其内置Cutler-Hammer QCPort（快速连接）的通信功能连接各种网络，其中包括DeviceNet、以太网以及Profibus。
　　停机也应平稳
　　所有的撰稿人都提到了SSRV启动器的“软停机”功能的重要性，特别是在减轻水泵应用领域中刺耳的、破坏性的水锤效应方面。
　　ABB公司的Terry认为，虽然很多软启动器都提供了这种功能，安装人员和用户经常忽视“软停机”的作用。这可能是由于“害怕”使用复杂的界面修改出厂默认设置，或者就是没有认识到软停机的好处。为了改变这种状况，ABB已经在其PST系列产品中采用了纯文本HMI（界面），引导操作员/安装员进行设置，从带有明确说明文字、基于应用的编程组别中选择***应用情况的配置选项。
　　Baldor的Lovelace也认为软停机功能经常被“隐藏”，他说：“大部分人认为使用‘软启动’只是启动电机这一个目的。他们没有认识到负载的软停机所提供的好处。”软停机的好处包括防止电机骤然停下给机器造成的机械应力。
　　在软停机方面，因为固有地缺乏真正的减速控制，早期的（电压斜坡）SSRV启动器是有局限性的。在Schneider Electric的Forsgard看来，在对付低负载电机时这一点尤为明显。然而，有了现代的转矩控制之后，SSRV启动器的转矩线性斜坡降低功能可以降低离心泵负载的速度。Forsgard补充解释说：“速度的逐渐减小使其可以协调回止阀的关闭，而不引起水锤效应。”软启动器持续监控电机的负载转矩，这样当它收到停机命令时，已经做好了启动泵负载线性减速的准备，甚至在电机负载只有60%－70%的情况下也能做到。
　　在其Sirius启动器中，Siemens提供了三种电机停机的方法：惯性停止、软停机、直流注入。新型的Sirius 3RW44结合了直流注入制动和闭环转矩控制（使用软件和电流反馈使电压逐渐减小）以达到使驱动负载快速停止的目的。对软停机的重视在很大程度上是与应用相关的。Koch说：“对于水泵来说，为防止水锤效应，软停机尤为重要。”


    图3：来自ABB的PST系列软启动器采用了纯文本HMI（界面），以帮助用户进行设置，包括离心泵或压缩机的软停机设置。界面中还内置了粉碎机、搅拌机及其它编程组别。


　　Sirius 3RW44启动器使用了闭环转矩控制，以防止泵关闭时水压突然发生变化，或减轻传送带停下时所承受的机械应力。Siemens提及铣床作为需要制动优化的例子。比如，为铝制汽车发动机模块打孔的铣头配备了15千瓦的电机，当它被关掉时，由于铣头极大的惯性力矩，停机时间会很长。而更换模具或机器安装所引起的空闲时间是不可接受的。Koch补充说道：“Siemens的3RW44启动器使用了闭环转矩控制和动态直流制动，以缩减机器冗长的停机时间。”
　　启动的对立面
　　Danfoss的Yates指出，软停机是软启动的直接对立面。通过逐渐减小施加给电机的线电压直到零（或某个预先设定的较小值），可以延长电机的停机时间。Danfoss的Ci-tronic系列电机控制产品提供了软停机和软启动功能，而且其精度易于调节。斜坡上升/下降时间可以在0.5秒－10秒之间进行设置，启动转矩也可以设置成标称转矩的0-85%。此外，它还提供了突跳式启动功能（200ms内达到满载转矩），适用于需要突跳转矩的应用，如带载传送带和封装机器。
　　按照Yates的说法，Ci-tronic控制器能够适用于需要频繁启动和停止的情形。他说：“为了保证**的速度和准确性，很多这种控制器都采用了过零翻转技术（当电压为零时接触器总是翻转）。”
　　Rockwell Automation也指出，软启动器既能延长电机停机时间，也能缩短电机停机时间。虽然很多应用需要避免突然停机，但是有的应用为了提高生产量或运作效率，需要依靠制动手段实现更快的停机。Litzau举了带锯作为例子，在这种应用中，比“惯性停止”更快的制动手段有助于维护工作，并能*大限度地缩短总的停机时间。

　Eaton的Partain表示：“有太多的产品完全只着重于软启动，而不关注软停机的好处。”Cutler-Hammer的IT软启动器提供了各种不同的停机选项。Partain介绍道，S801和MV801提供了一种泵控制选项，据称，其采用的精密算法能*大限度减小泵启动和停机时引起水锤效应的压力峰���。此外，S701软启动控制器的直流制动选项则能快速停止强惯性的负载，无需使用机械制动。

    图4：Danfoss的CI-tronic电机控制器的覆盖范围达到了25 hp（依输入电压而定），它采用了低热膨胀（LTE）技术，与使用传统的电源芯片技术的竞争产品相比，其器件尺寸得到了显著的减小。*小的MCI 3软启动器模块宽度只有22.5毫米（0.9英寸）。MCI 15模块（如图所示）480伏条件下的标称值可达10 hp。


　　**的24伏直流控制
　　使用低压直流电作为软启动器的实际控制电压的好处是保护操作员，并与**标准保持一致。一般说来，是在器件内部进行直流电压的转换，但是有一些制造商提供了外部（直接的）24伏直流设计。
　　Eaton作为低压直流控制的推动者已经有一段时间了，它于1999年就推出了IT Soft Starts系列SSRV器件，只使用24伏直流控制。这种类型的控制消除了控制系统工作人员所面临的危险。Partain说：“此外，使用24伏直流控制还更容易遵守NEC和OSHA的**规定。从全球角度来看，直流电压避免了全球各地使用不同交流输入电压的转换问题。”Eaton的S752、S801和S811低压启动器都使用24伏直流控制。
　　ABB公司几乎在同一时期开始使用24伏直流控制。它的软启动器一般通过内部的交流－直流供电电源，在控制板上进行降压，得到低压直流。在新的PST系列中，内部供电电源的交流输入电压范围很广（100伏－250伏），适用于全球各地的市场。Terry解释到，操作员的**仍然得到了保证，因为所有的输出触头都是24伏直流电。他补充道：“这吸取了两种方法的长处——110伏（或220伏）交流电的便利和24伏直流电的**。”
　　Baldor的Lovelace则认为，对24伏直流控制方案的认可程度依赖于不同的市场。美国的用户很欢迎120伏交流控制；而欧洲用户受特殊法规的约束，积极寻求24伏直流控制。Lovelace说：“要使你的控制产品在两个市场上都得到认可需要一些额外的硬件设备。”他同时补充说，美国新一代的系统集成商也开始关注低压直流控制产品。
　　Rockwell Automation的Litzau注意到，低压直流控制与通信功能一样，都在固态启动器产品上开始流行。他说：“低电压为控制器提供了高度的**性，消除了由于疏忽大意接触而造成的危险。它还使用户能够在普通的控制方面使用与通信架构相同的供电电源。”Rockwell在其软启动器中同时提供了24伏直流控制和120伏－240伏交流控制。
　　由于变频驱动（VFD）技术的成本下降，并且其尺寸达到“微”量级，有一段时期它被认为对电机启动器的生存构成了潜在威胁。而随着转矩控制技术引入到SSRV软启动器中，且软启动器的成本和尺寸同VFD一样地缩减，Schneider Electric仍然对这些器件的生命力保持了信心。SSRV软启动器的吸引力将保持下去，Forsgard补充道：“特别是在不要求处理速度控制的大马力应用领域。”
　　Litzau也认为，与VFD启动或直接在线/全压启动器的竞争中，SS启动器作为电机控制方案，具有持续的生命力。他总结道：“在用户和原始设备制造商（OEM）不要求电机速度控制，却希望控制其设备上的电机启动或停止的情况下，它们（SS启动器）是上佳的解决方案。此外，固态启动器产生的谐波比变频控制器更少，且安装成本更低。”