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西門子PLC在高壓固態(tài)軟起動器中的應用

摘要：首先介紹了軟起動的狀況以及高壓固態(tài)軟起動工作原理。通過使用西門子S7-200可編程邏輯控制編程實現(xiàn)不同起動方式下的三相可控硅觸發(fā)角給定模擬信號，利用市場上成熟的三相晶閘管移相觸發(fā)模塊接收PLC給定的模擬信號后按照相對應的觸發(fā)角輸出六路脈沖列，然后通過光纖技術(shù)傳送脈沖信號觸發(fā)可控硅閥主件從而實現(xiàn)電機軟啟動效果，同時也很好的解決了高壓隔離問題，本文還重點介紹到可控硅觸發(fā)取能問題。

關鍵詞：軟啟動；PLC；晶閘管移相觸發(fā)；光纖觸發(fā)

隨著我國工業(yè)的快速增長，三相交流異步電機因其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格低廉、體積較小、機械性能好、運行維護方便等優(yōu)點而被廣泛采用。據(jù)統(tǒng)計，三相交流異步電機耗電量占全國發(fā)電量的30%以上。然而， 電動機的起動特性卻一直不理想，電動機起動過程中的起動電流一般為額定電流3～7倍，高可達電動機額定電流的8倍。這樣大的電流不僅加重了進線、供電電網(wǎng)以及接在電動機前面的開關電器的負荷，而且同時出現(xiàn)的巨大轉(zhuǎn)矩沖擊又會使電動機發(fā)生猛烈的沖振，并且也給用作動力傳輸?shù)妮o助設備和做功的機械設備帶來不可避免的機械沖擊口 。

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三相高壓交流異步電機的起動主要是通過在電源和電動機之間串聯(lián)限流器件來實現(xiàn)降壓起動，以確保起動過程中的安全性。起動方式主要有有級降壓起動和無極軟起動兩類，前者對電壓的調(diào)節(jié)是分檔的，例如串電阻、串電抗、Y-△等起動；后者對電壓的調(diào)節(jié)是連續(xù)的，例如串反向晶閘管、串開關變壓器等起動。此類軟起動通常也稱為固態(tài)軟起動，在實際設計過程中晶閘管的觸發(fā)角控制導通問題是決定此類軟起動的成敗關鍵所在。本文將利用西門子S7-200可編程邏輯控制器的靈活、實用、可靠性高、抗*力強、編程簡單、功能模塊化、使用方便等特點配合專門的三相移相觸發(fā)板解決軟起過程中晶閘管的觸發(fā)角控制導通問題，以及應用光纖觸發(fā)技術(shù)解決高壓隔離問題，從而有效實現(xiàn)軟起動的斜坡升壓軟起動、斜坡恒流軟起動、脈沖沖擊起動等起動方式，另外PLC還將實現(xiàn)系統(tǒng)模擬量采集、從站通訊、人機界面互動、邏輯控制等功能。

2.高壓固態(tài)軟起動工作原理

高壓固態(tài)軟起動主要由進線接觸器、高壓可控硅串聯(lián)閥組和旁路接觸器組成，如圖2-1所示。其中高壓可控硅串聯(lián)閥組是功率變換執(zhí)行部件，由多只可控硅串并聯(lián)組成，并輔以吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環(huán)境中的可靠性。當進線端得電后，通過控制可控硅的導通角以實現(xiàn)對交流三相電源進行斬波，控制輸出電壓的幅值。并在起動過程完成后將旁路接觸器閉合，軟起動器切換到旁路狀態(tài)，同時關閉可控硅。

一般專業(yè)高壓固態(tài)軟起動廠家設計基本上遵循將電量信號采集、系統(tǒng)控制、故障處理、脈沖觸發(fā)、電源等功能集成在一塊電路板上，例如2011市場上推出的一款高壓固態(tài)軟起動，該裝置采用*DSP控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、可控硅串并聯(lián)及光纖觸發(fā)技術(shù)對電動機進行全面控制和綜合保護，與其它傳統(tǒng)的起動方法相比較，其*的智能控制方式，既可以方便準確的設置起動轉(zhuǎn)矩、起動電流、起動時間、停機時間等參數(shù)，又可以與微機、PLC等進行聯(lián)網(wǎng)控制。如此集成化的電路板設計及軟件控制編程需要進行大量的科研投入以及研發(fā)周期的增長，其中電路板測試、軟件測試、整機測試、老化測試、抗干擾等測試也需要占用較長時間周期。研發(fā)周期過長勢必將導致新產(chǎn)品在市場的占有率，另外新產(chǎn)品的穩(wěn)定性及實用性也待市場的檢驗。

高壓固態(tài)軟起動控制部分主要由可控硅觸發(fā)、電量采集及處理（同步信號等）、策略計算、通訊、保護等功能組成。設想如果在設計的過程中將不同的功能使用現(xiàn)有市場成熟模塊化產(chǎn)品組合起來，整個只需通過簡單的控制器將所有模塊進行組合，協(xié)調(diào)模塊在系統(tǒng)中發(fā)揮自身的作用及特點，那樣該產(chǎn)品不僅研發(fā)周期將大大縮短，而且產(chǎn)品的性能及抗*力也將有很大的提升，適合小團隊短周期研發(fā)工作。

3.三相晶閘管移相觸發(fā)控制模塊

三相晶閘管移相觸發(fā)控制模塊：主要由電源、調(diào)節(jié)器、移相控制、脈沖形成、閉環(huán)PI 調(diào)節(jié)器、脈沖光信號輸出單元等組成。可構(gòu)成具有恒壓或恒流輸出功能的三相調(diào)壓系統(tǒng)，該產(chǎn)品通用性強，工作可靠，脈沖對稱度高，抗干擾性強，支持光纖接口解決高壓隔離，接線簡單，使用方便。