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文|探长
编辑|史家小探长
序言
近些年来，随着经济的发展，许多行业的生产规模越来越大，使用中、高压异步电动机的数量也越来越多，单机容量越来越大，于是中大容量高压水泵的起动问题越来越引发人们的注意。
据有关部门统计，我国每年生产的电能大概有60％转化为机械能，而这其中耗能最多的就是异步电动机。异步马达因其结构简单、成本低廉、运行维护便捷和机械特点能满足大多数机械的要求而成为工业、农业和交通运输业等行业的重要设备。
传统的高压水泵直接起动缺陷
传统的直接起动是用刀闸开关或接触器把电动机的转子定子直接接到额定电流的电网上。直接起动的优点是操作简单和起动设备价钱低廉，但其同时具有极其显著的缺点：
(1)电网冲击：异步马达直接起动时会有很大的起动电压，通常为马达额定电压的4~7倍，在空载起动时，甚至会有8~10倍额定电压的起动冲击电压。
该冲击电压会导致电网电流升高，影响其它用电设备的正常运行，还可能使欠压保护动作，导致设备的有害合闸。同时过大的起动电压会使马达定子发热，进而加速绝缘老化，影响马达寿命。
(2)机械冲击：起动过程中有特别大的起动冲击电压的同时，往往伴随着很大的起动冲击力矩，而该扭矩常常会引起马达定子笼条、端环破裂和转子端部绝缘锈蚀，致使击穿烧机、转轴扭曲、联轴节、传动蜗杆损伤和皮带破裂等。
(3)对生产机械导致冲击：起动过程中的压力突变常常会导致水泵机械系统承受过大的压力，这会使机械系统使用寿命减短，传动精度减少，甚至影响正常的过程控制。
考虑降低契约容量的经济性较差，为了解决以上问题，人们采用Y/∆变换、自耦变压器降糖起动、定子串内阻或检波器起动、磁控降糖软起动、水阻或液阻软起动等起动方式，
但各类传统的起动方式都有各自比较显著而又无法克服的缺点，Y/∆变换起动不能从根本上去除机械和电气的瞬变现象，只能进行一些消弱，因而未能起到真正软起的目的；
自耦变压器起动器起动时会出现大压降和高电压峰值，存在二次大的电压冲击，装置本身容积大且故障率高，须要大量的维护工作，且不宜频繁起动；
转子串内阻或检波器起动具有同变换起动类似的问题，但是当应用在高压异步马达的软起动时，设备容积过大，且耗损特别大；
磁控软起动器没有二次电压冲击，但因为其可变检波值较小，仍存在一次电压冲击，且容积较大，反应速率较慢；水阻或液阻软起动装置易受环境影响，受控性比较差。
随着各类新型电子电子元件的出现和电力电子技术的发展，出现了以电力电子器为主要开关元件的异步马达软起动方式，如变频软起动、晶闸管软起动以及由二极管软起动延展下来的开关变压器式软起动等，这种方式对上述各类传统起动方式出现的问题都有了挺好的解决。
高压异步马达的新型电子式软起动器
随着电力电子元件如二极管又叫做可控硅检波器(，SCR)、可关断二极管(-，GTO)、电力晶体管(，GTR)、绝缘栅双极晶体管(-r，IGBT)等的迅速发展，以及电力电子技术和控制理论的迅速发展，出现了以下的新型的电力电子式的高压异步马达软起动方法：
1．变频软起动：变频装置一般用于调速装置，亦可以实现马达软起动的功能。变频器是通过改变马达端电流的频度来改变马达电压的大小，调节马达端电流的频度，也会使马达怠速急剧改变，进而实现对马达的无级调速。
采用高压变频器起动高压水泵虽非良好的静、动态起动性能，但高压变频器价钱非常高昂，另外因为我国高压变频技术还处于发展阶段，其可靠性还有待提升，
且主要应用于负载怠速须要变化的场合，单纯作为软起动装置使用，是一种很大的浪费，这也是这些技巧应用不多的诱因。
2．开关变压器软起动：为绕开SCR耐压难关，国人研发出的一种借变压器降糖，从副边接入SCR的技巧。由于SCR无需串连而增加了二极管使用的技术实现难度，增加了装置的成本。
然而，这是以降低相当容量的变压器为代价的技巧。容量大时，还将面临SCR均流并联的新问题。开关变压器的低压定子与二极管和控制系统相连，通过改变其低压定子上的电流来改变高压定子上的电流，以实现马达的软起动。
3．二极管软起动：由电力电子学交流调压原理，通过对二极管触发角进行控制，可以实现对马达绕组端电流的调节，即增加马达绕组端电流，
在怠速一定的情况下，转子端电流和电枢电压成反比关系，因而减少转子端电流的同时增加了转子电压，马达怠速稳定提高，直至达到额定怠速。这些起动方法应用二极管作为开关器件，因为器件仍然处于开断状态，因而耗损十分小。
该方式挺好的解决了异步马达起动电压冲击的主要问题，而且可以实现多种综合保护，以及马达的轻载节能。因为二极管软起动的普通起动方法在起动马达时的实质是降糖起动，是以牺牲起动力矩为代价的。
因而其要求马达的负载不能过大，为解决马达重载起动问题，在保持原拓扑结构的情况下，出现了离散变频软起动，该起动方式通过开通个别周波，关断个别周波，实现将电源电流进行有级的分频。
由马达起动扭矩多项式，马达的起动力矩与电流平方成反比，与频度成正比，因而在增加电流频度的同时力矩会提升，因而离散变频起动在减少起动电压的同时可以提升起动力矩，实现重载起动。
高压异步马达的重载起动
无论是传统软起动方式，还是二极管软起动常用起动方法，即斜坡电流起动、恒流起动和电压突跳起动等电动车电机电流过大的原因，本质上都是降糖起动，由异步马达电磁力矩与端电流的关系晓得，电磁力矩与端电流的平方成反比，
因而在降糖起动的同时，电磁力矩大幅度增长，损失了大量的起动力矩，因而此前所提到的二极管软起动方法均易于马达轻载或则空载起动，而在马达带重载时，则容易出现难以将马达顺利起动，甚至导致马达堵转而毁坏马达。
高压异步马达在好多情况下都运行于重载的情况下，因而在不改变主电路拓扑的条件下，高压异步马达的重载起动成为了一个困局。由电磁力矩与电源频度的关系晓得，电磁力矩与电源频度成正比，因而，假如在增加电流导致扭矩损失的同时可以减少电源的频度就可以提升电磁力矩。
所谓离散变频就是使软起动器分级增加异步马达输入电源的频度，即在马达起动过程中，使电流频度从一个比较小年率分级逐渐增至50Hz，进而提高低电流时的扭矩。
然而离散变频是分级变频，并不能使软起动器的输出电流频度连续的变化，它只能形成工频的N分频，使频度分布离散地降低，最后达到工频。
进行最后一次频度切换时，马达的怠速约为额定怠速的一半，起动过程并没有结束，所以切换到50Hz后，仍采用传统的软起动方式继续起动，即改变触发角，逐步减小转子定子的端电流，
尽管分级变频的后半部份是和传统的软起动方式一样的，而且它改善了起动器控制低速运行的马达的能力，使马达在低速运行时，电压较小，力矩较大，所以采用分级变频的软起动控制器可以带额定负载起动的马达实现软起动。
三相分频
通过控制变流器的导通时刻，可以使电路接通50Hz工频电流的几个半波，之后断掉几个周波，形成各类不同频度的电流，
比如，两个周期50Hz波形包括两个正半波和两个负半波，只让其中一个正半波和一个负半波通过，其周期就减小为原先的两倍，频度就减少为原先的二分之一即25Hz，同理可以实现16.7Hz、12.5Hz、10Hz、6.25Hz、3.85Hz等频度的分频。
实际上，经离散变频后得到的波形不再是正弦波，它是由余弦量经混频产生的等效正弦波形，而正是因为离散变频的波形是经混频产生的，难以产生检波及逆变环节，因而未能做到像变频器一样可以进行任意频度的变换，即难以进行真正意义上的变频。
推论
二极管软起动技术作为高压异步马达软起动十分具有应用价值的一种起动方法，具有非常优越的起动性能。经多年发展，该技术早已处于研制实用性设备阶段，具有非常宽广的市场前景。
首先选择应用最广泛、性能最优越的星形联接形式作为二极管软起动主电路的结构，同时给出了该联接形式下的二极管触发角斩波范围。
对混频调压电路的脉冲触发形式调整，得到了更具实用性的脉冲触发形式。对二极管软起动系统的闭环控制量进行对比剖析，得到以电压作为闭环控制系统反馈量的具有更优秀控制特点的推论。
其次二极管软起动方式的传统起动方法在本质上都是降糖起动，因此存在难以应用在重载起动场合的问题，为改善这些情况电动车电机电流过大的原因，采用离散分频的方式增加马达电源的频度，以提升马达的起动力矩。
针对离散分频软起动方法，进行了/的仿真实验，仿真实验结果表明了该起动方法对高扭矩负载具有良好的起动性能。
最后对各类起动方法进行了低压异步马达和高压异步马达的实验，其中低压异步马达进行了包括直接起动、恒流起动、斜坡电压起动、电流突跳起动、软停等多种实验，高压异步马达进行了直接起动和恒流起动的实验，低压马达和高压水泵的实验结果都证明了该装置的有效性和实用性。
参考文献
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2.唐任远.《现代永磁马达理论与设计[M]上海》:机械工业出版社1997
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4.翟秀果，刘慧娟.《IPM钕铁硼参数及隔磁槽对感应电势的影响》,2012
5.王惠军，《混合电枢永磁同步发电机的设计研究》,2006.