1 引言
隨著冶金、石油、化工等產業規?；蛦螜C容量的不斷增大，大功率高壓電機在工業生產中的比重越來越大，而電力系統的容量未同比增加，能否成功解決好大容量電機的起動問題直接關系到電網穩定、電機的使用壽命及經濟運行。
2 全壓直接起動的危害及常用的起動方法
2.1 全壓直接起動的缺點
直接全壓起動的危害性主要有如下幾點:
(1) 普通鼠籠式電動機在空載全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的5～7倍。當電動機容量相對較大時，該起動電流將引起電網電壓急劇下降，電壓頻率也發生變化，這會破壞同電網其它設備的正常運行，甚至會引起電網失去穩定，造成更大的事故。
(2) 電動機直接全壓起動時的大電流在電機定子線圈和轉子鼠籠條上產生很大的沖擊力，會破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引起電機故障，大電流還會產生大量的焦耳熱，損傷繞組絕緣，減少電機壽命。
(3) 電動機直接全壓起動時的起動轉矩約為額定轉矩的2倍，對于齒輪傳動設備來說，很大的沖擊力會使齒輪磨損加快甚至破碎;對于皮帶傳動設備來說，加大了皮帶磨損甚至拉斷皮帶。對于水泵類負荷來說，電動機全壓起動時，水流會在很短的時間內達到全速，在遇到管路拐彎時，高速的水流沖擊到管壁上，產生很大的沖擊力，形成水錘效應，會破壞管道。如果水泵前面的管路比較長，當水泵電機突然停止時，高速的水流會沖擊到水泵的葉輪上，產生很大的沖擊力，會使葉輪變形或損壞。直接起動時電機速度上升很快，潤滑油往往不能及時到位，會引起軸承干磨，降低其使用壽命。
(4) 電動機在起動時，會產生短時間的諧波電流，使電網的諧波大量增加。電網諧波含量的增加，將導致電氣設備壽命縮短，網損加大，系統發生諧波諧振的可能性增加。同時，還可能引起繼電保護和自動裝置誤動，儀表指示和電度計量不準以及通信受干擾等一系列問題。
(5) 直接全壓起動還會在高壓開關關合時產生陡度很大的操作過電壓，使定子繞組上電壓分布不均勻，對其絕緣造成極大的傷害。許多電機的自身故障都是由于絕緣受到傷害而引起的。
以上各點都會使設備增加停工臺時，影響生產的正常進行，增加維修費用。
綜合考慮，在經濟條件允許的情況下應盡量避免采用電動機的直接起動方式，以保證電網的供電質量。在這種情況下，高壓電動機的軟起動作為一個重要的課題被提出來。
2.2 常用起動方法
目前國內大型電動機的起動方法有定子回路串電抗器、自耦變壓器、水電阻等減壓起動方式，但起動電流仍然很大(一般是額定3到5倍)對電機仍然有較大的沖擊，而且會引起電網電壓急劇下降。所以稱之為減壓起動。
目前高壓軟起動領域可稱之為軟起動的產品主要有三種，用高壓變頻做軟起動、晶閘管串聯做軟起動(固態)、開關變壓器式高壓電機軟起動，前兩種雖然有較好的性能，但由于價格相當昂貴，而且高次諧波含量大、技術相對復雜，所以應用不是很廣范。
開關變壓器式高壓電機軟起動裝置是近年來開始在工業上逐漸被認可的一種大型電動機軟起動裝置，它以極優的性價比逐漸的被人們認可。
3 開關變壓器式高壓電機軟起動控制系統結構及特點
3.1 基本工作原理
開關變壓器式高壓電機軟起動控制系統的基本工作原理如圖1所示，是用開關變壓器來隔離高壓和低壓，開關變壓器的低壓繞組與晶閘管和控制系統相連，通過改變其低壓繞組上的電壓來改變高壓繞組上的電壓，從而達到改變電動機端電壓的目的，以實現電動機的軟起動。其特點如下:
圖1 基本工作原理圖
(1) 電壓和電流能從零起連續可調，對電動機無操作過電壓傷害，無轉矩沖擊，對電網無沖擊;轉速慢慢上升，有利于潤滑，能延長電動機及機械設備的使用壽命;高壓開關合閘時電流(或電壓)為零，能顯著提高開關壽命。
(2) 控制靈活，重復精度高。
(3) 在起動過程中，能在額定電流以內給電動機以充分加速，因此能最大限度的降低起動電流最大值，最大值保持時間短。
(4) 開關變壓器是一種高可靠性設備;低壓側電壓低，不用采用晶閘管串聯;晶閘管的控制技術很成熟，因此該裝置為高可靠性設備。
(5) 該裝置本身功耗很小，可以連續起動，可以一拖多(容量可不同)。
(6) 開關變壓器具有很大的電感值，晶閘管產生的高次諧波大部分加在它上面，加到電源和電動機上的高次諧波很少。
3.2 系統原理
系統原理如圖2所示。
圖2 系統原理圖
電動機可以是同步機或異步機，開關變壓器控制部分由plc主控模塊、a/d、d/a、電流互感器、可控硅交流調壓裝置及其觸發單元構成。
開關變壓器高壓側串聯在高壓回路中，輸出端與電動機相串聯，通過調節低壓側電壓而達到調節高壓側電壓的目的。反饋電流是通過電流互感器取電機的三相電流的平均值，經a/d變換后送入plc，電機起動前1qf斷開，2qs閉合使開關變壓器串聯在電動機定子回路中。
起動時plc發出指令使2qf閉合，電動開始起動，電機電壓、電流都從零起調，與此同時，a/d將電流互感器反饋回的電流值轉換為數字量輸入plc，plc接到反饋信號后經過內部的控制運算控制輸出經d/a變換后控制晶閘管的觸發角，調節低壓側電壓達到調節高壓側電壓的目的隨著電機端電壓的不斷升高電機的轉速逐步達到額定值，當電機電流迅速下降說明電機已經完成起動，此時plc發出控制指令使1qf閉合，后延時斷開2qf和2qs使開關變壓器旁路，起動結束。
3.3 plc的選擇與配置
根據實際工作的需要，選擇西門子公司生產的s7-200系列可編程控制器來構成本裝置的中央處理單元，采用交流220v供電，它本身有14路開關量輸入10路開關量輸出用于檢測和輸出控制狀態，同時擴展了一塊模擬量輸入輸出模塊235，它有4路模擬量輸入和一路模擬量輸出用以檢測起動過程中母線電壓和晶閘管觸發的控制輸出。同時擴展了一塊模擬量輸入模塊231用以檢測起動過程中電機電流的變化。plc的模塊配置如圖3所示。
圖3 plc的模塊配置
4 軟件的編制
開關變壓器式高壓電機軟起動裝置控制軟件主要包括模塊自檢、電源電壓檢測、開機判斷、運算、各種保護、開關量的順序控制等。
程序編制的主導思想是模塊化，流程如圖4所示。
圖4 軟件編制流程圖
5 結束語
采用plc控制的開關變壓器式高壓電機軟起動裝置來控制大電機的軟起動，電機的電流、電壓都是連續可調的，起動過程平滑，易控重復精度極高，電網電壓波動很小真正做到了“軟”起動的目的，滿足了大型電機起動的需要。同時采用了具有高可靠性的plc作為中央控制單元實現對起動過程的閉環控制及邏輯動作的切換控制，極大地提高了整個系統的可操作性和穩定性。本裝置自研制成功至今取得了令人滿意的效果，為眾多苦于高壓電機軟起動裝置選擇的廠家帶來了一種非常好的起動方法，解決了他們的實際需求，受到了用戶的好評。
參考文獻
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作者簡介
王 歡 學士/助教 現就職于黑龍江科技學院自動化工程系。主要研究方向:電力電子、微機測控。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
