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限流器件來實現降壓起動，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，前者對電壓的調節是分檔的，例如串電阻、串電抗等起動；后者對電壓的調節是連續的，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軟起動，在實際設計過程中晶閘管的觸發角控制導通問題是決定此類軟起動的成敗關鍵所在。

       文中利用西門子S7-200可編程邏輯控制器的靈活、實用、可靠性高、抗干擾能力強、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板解決軟起過程中晶閘管的觸發角控制導通問題，以及應用光纖觸發技術***解決高壓隔離問題，從而有效實現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還將實現系統模擬量采集、從站通訊、人機界面互動、邏輯控制等功能。

       高壓固態軟起動工作原理

 

       高壓固態軟起動主要由進線接觸器、高壓可控硅串聯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閥組是功率變換執行部件，由多只可控硅串并聯組成，并輔以吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環境中的可靠性。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，同時關閉可控硅。

 

串反向晶閘管固態軟起動一次圖

 

       專業高壓固態軟起動廠家設計基本上遵循將電量信號采集、系統控制、故障處理、脈沖觸發、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軟起動，該裝置采用先進DSP控制技術、電力電子技術、可控硅串并聯及光纖觸發技術對電動機進行全面控制和綜合保護，與其它傳統的起動方法相比較，其特有的智能控制方式，既可以方便準確的設置起動轉矩、起動電流、起動時間、停機時間等參數，又可以與微機、PLC等進行聯網控制。
 

       高壓固態軟起動控制部分主要由可控硅觸發、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有市場成熟模塊化產品組合起來，整個只需通過簡單的控制器將所有模塊進行組合，協調模塊在系統中發揮自身的作用及特點，那樣該產品不僅研發周期將大大縮短，而且產品的性能及抗干擾能力也將有很大的提升，適合小團隊短周期研發工作。

 

       三相晶閘管移相觸發控制模塊

 

       三相晶閘管移相觸發控制模塊如圖3-1所示：主要由電源、調節器、移相控制、脈沖形成、閉環PI 調節器、脈沖光信號輸出單元等組成�？蓸嫵删哂泻銐夯蚝懔鬏敵龉δ艿娜�相調壓系統，該產品通用性強，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。

 

       工作特點：

 

       ● 通用性強，可用于三相全控橋，半控橋，雙反星形晶閘管整流電路，三相晶閘管反并聯交流調壓電路（半控或全控），可接各類三角形接法或星形接法的阻性、容性、感性負載；

 

       ●移相觸發，標準模擬信號接口，方便與控制儀表的連接，控制信號可以是 0-10V 電壓信號，也可以是4-20mA 標準電流信號,既可手動調節，又能自動控制；

 

       ●有同步和相序自適應電路，免去傳統可控硅電路認定同步和相序的麻煩，使用與調試極其方便。同步信號輸入電壓是100V，無需外接電源；

 

       ● 觸發輸出：六路脈沖列觸發，內置光纖發射模塊以及光纖輸出接口，功率≥6mW；觸發脈沖移相范圍：0-170o。

 

 

三相晶閘管控移相觸發控制模塊

 

       應用三相晶閘管控移相觸發模塊只需接入三相AC100V同步電壓信號、4-20mA/0-10V控制角給定信號、脈沖禁止/工作信號即可，其他功能可以有選擇的使用。

 

       控制板上的光發送電路見圖，脈沖信號為脈沖發生器生成的觸發信號，HFBR-1414為光纖信號發送器。

 

光發送電路

 

       觸發板的光接收放大電路如圖4-3所示，HFBR-1412為光纖信號接收器，輸出端直接接可控過G極。

 

 

 光接收電路

 

       觸發電路的取能

 

       光纖僅能進行高低壓信號隔離，無法傳遞可控硅觸發功率，還有一個關鍵問題未解決，即：在光纖的接收端需要一個+5V的直流電源，這個電源的0端與晶閘管的陰極等電位，而陰極電位可能是幾千伏。雖然主電路的電壓可以很高，但要得到一個穩定的5V直流電源并不容易，對此耦合取能是一個不錯的方法。

 

       圖下是一種供電采用恒流電源，恒流電源的輸入為低壓側提供的DC24V，輸出10A/300W，40KHZ高頻單匝電流環。通過10KV高壓電纜以電流互感器的方式的觸發板供能。每個脈發板的驅動電源獲1/n的能量。

 

觸發電路取能單元示意圖

 

       此種方式可以有效的解決觸發板上的+5V直流穩壓電源問題，其可靠性較高，可實施強。

 

       PLC控制軟啟器的實現

 

       在現代工業控制領域中, PLC因其強大的控制功能、豐富地運算能力得到廣泛地應用。相比較單片機而言, PLC在抗干擾能力和可靠運行方面上, 有著很大的優勢。針對在高壓固態軟起動設備中，PLC所需要完成的工作包括：邏輯處理及主回路控制、模擬量采集及處理、觸發角給定控制、從站通訊等。觸發角的給定方式決定了電機啟動的模式，下面將以S7-200控制器為例列舉不同啟動模式下的觸發角給定處理。

 

       斜坡升壓軟啟動

 

       由于這種啟動方式不具備電流閉環控制, PLC僅輸出調整晶閘管導通角信號, 該信號對應時間按一定的斜率增加。S7-200系列PLC內部提供豐富的定時器功能, 可以利用階梯上升曲線的方式模擬斜坡曲線, 亦可利用PLC提供的積分功能, 使輸出信號按一定斜率輸出。這兩種方式均可實現斜坡信號輸出和斜率調整, 但相對積分器方式而言,階梯模擬方式可操作性強。

 

       參數設置及從站通訊的實現

 

       在使用西門子S7-200時，在不增加其它通訊接口模塊時HMI可以通訊PPI協議與S7-200直接通訊。只需通過HMI編程軟件進行簡單的組態即可完成系統參數設置、狀態監視、邏輯操作、事故記錄、自動生成曲線圖、故障報警等功能。HMI相對于普通按鍵式顯示板具有畫面直觀、易操作、功能豐富、設計簡單等優點。

 

       另外STEP7-Micor/WIN軟件提供基于MODBUS—RTU協議的主從站通訊庫。在PLC編程過程中只需調用Modbus Slave Port 0庫中MBUS_INIT指令（從站初始化）以及MBUS_SLAVE指令（請求服務相應）如下圖所示：

 

S7-200從站通訊程序

 

       在完成前面兩個指令調用后，還要為庫指令使用的符號分配內存。當庫指令被插入到主程序塊中，在導航樹“程序塊”下會出現一個“庫”節點。在“庫”節點上點擊鼠標右鍵，在彈出菜單中選擇“庫存儲區”，進入“庫存儲區分配”對話框。

 

       由于S7-200通訊端口物理層使用的是RS-485通訊規范，因此我們需要在計算機端增加一個RS-485通訊端口，才能與計算機通訊建立通訊。如果計算機閑置的串口，我們可以選配一個RS-232轉RS-484轉換器即可；如果沒有閑置的串口，我們通過在計算機中增加一個RS-485通訊卡也可以；現在很多計算機都有USB口，我們也可以在計算機上外接一個USB轉RS-485轉換器，至此系統即可與上位機進行通訊。

 

       通過對軟啟動器的分析, 以PLC為控制器的軟啟動器能方便地實現對電機的軟啟動, 還能方便的完成一臺軟起動伺候多臺電機的起動，并還能完成其他軟起動應該具備的功能，其啟動方式多種多樣, 從而減少電機啟動對電網的沖擊和減輕對設備的損害。PLC提供的強大的語言編程指令可以完成多種控制功能, 達到***佳的啟動效果。