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摘要：传统的高压起动设备采用继电器控制装置，使用的控制元件较多，体积大，结构复杂，且故障率较高。西门子微型可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC，是一种新型的自动控制装置，用其代替传统的继电器控制，具有体积小，结构简单，现场安装方便等优点，由于各种控制功能是通过软件编程完成，因而能适应较为复杂的控制要求，且PLC本身具有记忆功能，运行参数及故障状态`异常状态均能显示出来，便于操作人员能够及时了解和发现故障，所以维护比较简单，排除故障迅速。基于此，本文主要对软起动技术在高压电动机控制中的应用进行分析探讨。
关键词：软起动技术；高压电动机；控制应用
1、前言
在三相交流感应电动机的使用中，由于电动机过热而产生的电动应力会让电机绕组变形而损坏，当直接在线起动时，其起动电流将会高达电动机额定电流4-7倍，该电流会使供电系统和串联的开关设备过载;当直接起动，也会产生较高的峰值转矩，这种冲击不但会对驱动电动机有冲击，而且也会使机械装置受损。而软起动器通过平滑升高端子电压，可以实现无冲击起动。因此，可以最佳地保护电源系统以及电动机。软起动技术在鼠笼型异步电动机的应用比较广泛，它既能改变电动机的起动特性保护拖动系统，更能保证电动机可靠起动，又能降低起动冲击，而且配有计算机通讯接口实现智能控制。
2、软起动的控制原理
2.1高压电机软起动装置的主要组成
1)高压电机软起动装置主功率回路，系统主接线原理图如图1所示。
图1
高压电机软起动装置主要由晶阐管交流调压器和旁路接触器组成，通过控制晶阐管的开关以实现对交流三相电源进行斩波，控制输出电压的幅值，并在起动过程完成后将高压电机软起动装置切换到旁路状态;高压电机软起动装置结合了电力电子技术、光电技术、控制技术和微处理器技术，是专为三相鼠笼式异步电动机而设计的一种全数字智能化起动设备。高压电机软起动装置基本原理是通过对功率器件即晶阐管的控制而实现对电机的起动控制。根据用户的需要高压电机软起动装置可以对电机的供电电压、电流进行控制，使供给电机的电压或电流按照预定的斜坡曲线从零达到额定值，使电机的起动过程变得平稳。从而降低对电机电源的容量要求，并减少对供电电网的影响和对电机本身的机械冲击。
2)控制和保护电路。高压电机软起动装置包括由微控制器组成的数字电路、由光纤组成的光电隔离电路、晶阐管触发电路、电流检测和电压检测电路、温度检测电路等等，是高压电机软起动装置核心部分，控制晶闸管的导通和关闭，从而完成对电机的起动和停车的理想化的控制。
3)人机界面单元。主要由液晶屏和键盘组成。用以实现用户的参数设置、选择起动方式、显示设备的运行状态等，给用户提供简单易用的人机界面。
2.2工作方式
该6kV/10000kW电机采取一拖一方式起动，电源通过网侧断路器(原回路提供)取自110kV/50000kVA，3#主变6kV侧母线。当电机满足运行条件，准备就绪后，在本地或远程按下起动按钮，软起动器进行自检，如无故障则发出命令使软起动器网侧断路器QF1闭合，软起动器按照预先设定的参数，开始对电机实施软起动;当电机起动完成达到额定转速后，软起动器发出命令使旁路断路器QF2闭合，电机经由旁路断路器工频全压运行，同时软起动器网侧断路器QF1断开，软起动器退出。当需要停止电机时，在本地或远程按下停止按钮，旁路断路器QF2断开，电机停止。异常情况下也可以直接起动电机，将软起柜内软起/直起切换开关打到直接起动模式，便可在本地或远程直接起停电机。当有1#电机起动信号时，与其对应的接触器先吸合，延迟一段时间后控制器送起动信号到高压电机软起动装置，电机在软起动器控制下实现软起动。当高压电机软起动装置到达旁路状态后，控制器检测到软起动器旁路信号后控制对应的旁路接触器吸合，延迟一段时间后释放起动接触器并关闭起动信号，此后电机交控制器控制。当有1#电机停机信号时，控制器直接释放旁路接触器，停止1#电机。其它电机的起动/停止同1#电机。
3、应用实例
电动机的起动可分为：①全压起动；②降压起动；③变频起动。功率较大的电动机不适应全压起动，传统的降压起动在起动重型设备时起动电流大，对电网和设备的冲击较大，且不易起动成功，甚至烧坏起动设备，而采用变频起动效果较好，但价格高，目前在我国使用较多的就是性价比较高、起动效果较为理想水电阻柜起动器。现以一种10KV、7000KW高压笼式电动机短接星形点起动装置为例，详细分析了这种高压起动设备的起动过程。
1）起动配置。水组柜、星形点短接柜、内置西门子微型可编程序控制器、微型继电器的高压开关柜。
2）本装置的性能特点。采用水组起动，起动电流较小，能将起动电流控制在额定电流的3倍以内，且能连续起动，对电网和拖动设备的冲击小，维护简单。水组起动柜是靠水组柜中的两极板间的电解质导电的，两极板之间构成一个电容，它能够抑制两极板之间的电流，且自身压降低，无感生电动势，在电动机端既能获得较大的端电压，又能抑制电动机的起动电流，使电动机实现平稳起动。
3）起动过程分析。起动前的调试：本起动柜为检修方便，设有两种工作方式：试验和工作，在按原理图正确完成接线后，将配制好的电阻液分别加入三个水电阻柜内，在加入清水至液位上下限范围内，搅拌均匀后测量三相水电阻值，并保持三相阻值平衡。水电阻值的大小可按下列公式计算：R=0.54*Ue/NIeR：水电阻柜的阻值；Ue：电动机的额定电压；N：起动电流的倍数；Ie：电动机的额定电流。
调试前检查各电气元件及主回路连线正确无误后，将柜面选择开关置于试验状态，激活试验按扭，使主机在调试状态时停止工作。按下试验按扭，水电阻柜内的动极板开始向下运动，至下限位时自动停止1～2S，直至星形点柜短接后，动极板开始向上运动至上限位置时自动停止，调试成功。调试完成后对设备上电，红色电源指示灯被点亮，初始化起动程序，使动极板在上限位置，此时KA1吸合，起动柜面板允许起动指示灯点亮，表明设备已具备起动条件，可以正常起动。向PLC发出起动命令（按下QA），CPU从输入映像区读取命令后按事先存入的编制好的程序进行逻辑运算后，将结果送至输出映像区，经输出模块向外发出起动命令，KA2吸合，接通QF1的合闸线圈，使主机合闸起动。PLC检测到主机合闸信号后，向水电阻柜发出指令，KA4得电吸合，使水电阻柜动极板开始向下运动，随着动极板的向下运动，两极板间的距离逐渐减小，水阻柜两极间的电阻值也随之减小，主机绕组的端电压也由最初的降压起动逐渐升至为全电压，主机转速逐渐达到额定转速，主机起动成功。
在起动期间，当动极板运行至下限时，此时水电阻阻值为零，下限位传感器SP2动作，向CPU发出起动完毕信号，CPU检测到该信号后，输出指令KA3得电吸合，同时KA4失电断开，接通QF2的合闸线圈，短接主机星形点，切除水电阻柜，电动机处于全压运行状态。CPU检测到电动机正常运行1～2秒后，发出复位指令，KA5得电吸合，动极板向上运动至上限位停止，整个起动过程结束。
4）分闸回路：按下分闸按扭TA（或速断保护、电流保护、零序保护、失压保护动作），CPU按内部程序经过逻辑运算将结果输出，使KA7得电吸合，接通QF1、QF2的脱扣线圈，使电动机脱离电源。上下限温度和液位检测保护动作只综合报警，提醒值班人员注意，而不作用于跳闸，以减少电动机的故障率。
5）自动保护电路的整定：为保护起动设备及高压电动机的安全运行，起动柜设置了电流速断保护、低电压保护、过载保护及零序电流检测。
参考文献
[1]徐甫荣，崔力.交流异步电机软启动及优化节能控制技术研究[J].电气传动自动化，2003，1.
[2]王毅，徐殿国.风机类负载启停控制的电机软启动控制器[J].风机技术，2001.
论文作者:郭向
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/21
标签：电机论文; 电动机论文; 极板论文; 高压论文; 电流论文; 旁路论文; 装置论文; 《电力设备》2019年第10期论文;