基于PLC的电机软启动系统的设计与实现

　　1.3 液态软启动器技术特点

　　该启动装置的技术特点：一是通过传动机构使串联在电机定子同路中的液体电阻均匀减小，启动过程完成后液体电阻自动切除，能保证电动机平滑无冲击的启动特性，启动电流能控制在3倍额定电流以内；二是液态电阻的阻值靠改变液体中导电质的浓度来改变本身的电阻率，其可调整范围理论上很大，不会对电网产生谐波污染；三是该装置具有上位机系统，由用户设定启动电流、启动时间，装置可自动完成液态电阻动态变化的计算及物理实现。

　　与传统启动方式相比较有以下优点：

　　(1)无冲击电流，降低启动机械应力，减少对传动机构的机械冲击，延长设备使用寿命；

　　(2)运用仿真软件可对电动机及其拖动设备的启动全过程模拟仿真，具有可预测性的特点；

　　(3)可靠性高，并具有检测液体电阻液位、液温，报警提示等功能；

　　(4)具有节能特性，随着电机负载的变化软启动器自适应调整电机电压，使电机运行效率高，节能效果显著；

　　(5)控制回路采用PLC控制。该装置控制回路采用西门子S7—200可编程逻辑控制器，主要对动极板的运行进行控制．并监测启动过程中液阻及电动机的动态参数。主要程序模块有：逻辑操作、温度控制、通讯、软件滤波、PID算法、故障检测与报警等模块。其功能有：极板的复位、极板起动时的运行、设备运行状况的显示、根据反馈信号判断是否有故障，起动成功与否等等。设有人机对话接口，可方便地调整内置参数，依据电机的起动特性，通过参数调整，得到较理想的起动效果。

　　1.4 控制原理

　　系统软启动控制原理如图4所示。在电动机的定子回路中串入电液变阻装置的三相电阻，QF1为主电机运行断路器，QF2为星点短接断路器，SR为电解液变阻器，QS2为隔离开关。QYJ为励磁装置投全压继电器的常开接点，KA1为PLC控制星点闭合中间继电器的接点，KA3为PLC故障跳闸出口控制星点断开中间继电器的接点，K1为防跳继电器，H为星点柜合闸线圈，F为星点柜跳闸线圈，R1为1欧姆／25W电阻，3TA，4TA为电流互感器，SB6，SB7为手动星点柜闭合、跳开按钮，HL9。HLl0为星点柜断开、星点柜闭合指示灯，FU1，FU2熔断器，电解液变阻器是由3个相互绝缘电解箱组成，内部分别盛有电液及一组相对应的导电极板，通过传动机构及伺服系统控制动极板运行，伺服系统受控于PLC，PLC系统利用内部计算机仿真软件对启动过程进行控制，启动开始根据电机电流大小自动的调整液阻值(动极板的开始位置)，通过程序的编写，可以使动极板在3个时间段内以不同的速度匀速运动，更接近实际液阻的变化。使整个启动过程在较小的启动电流下，均匀升速而液阻无级切换，从而实现电机的软启动。

图4控制原理图 

　　1.5 液体电阻的配制

　　先将活动极板移动到启动位置，用清水冲人箱体规定液位线以下20mm处，将电液粉用温水溶锯后分别注入3个液体电阻箱内，使液体浓度在3％左右。将活动极板升降数次，使液体搅拌均匀，然后将极板复位。利用“伏安法”测量任意一个液阻箱内动静两电极之间的电阻值R即可。

　　1.6 液体电阻的测量

　　将液体电阻的活动极板移动到启动位置，测量任意一个液阻箱内动静两电极间的电压差及电流大小，液态电阻R=VH，测量回路如图5所示。

2 电动机启动仿真

　　选择一台三相鼠笼型异步电动机进行仿真计算。该电机参数为：额定功率110kW，定子电阻0.0215512，定子电抗0.000226Q，转子电阻0.02155Q，转子电抗0.000226fl，励磁电抗0.01038Q，极对数为2，转动惯量2.3kg·mz，摩擦系数0.05421N·m·s。

　　电动机直接启动时仿真图如图6所示。经计算，液态阻值的初始最大值为0.37Q。当以该阻值为初始值不分段线性化启动时，其仿真曲线如图7所示。将液态电阻分段线性化后，其仿真图如图8所示。根据以上仿真研究可以看出，电动机直接启动时其电流达到额定电流的7倍之多，达到1500A，启动时间为0.9s；当接入液阻启动时，启动电流是530A，启动时间为25.5s；将液阻分段线性化之后，启动电流为500A左右，启动时间缩短到20s。

3 结束语

　　目前，本设计已在西安某公司得到良好实现及应用。从国内高电压大功率电机的起动控制市场来看，由于该液态软启动装置具有结构简单，价格便宜，使用及维修方便，运行稳定可靠，启动电流可按工艺工况随机进行无级调整、启动设备平稳无冲击、启动电流平滑等特点，基于PLC控制的液阻软起动已成为主流方向，将会得到越来越广泛的应用。特别是根据液阻的变化规律控制动极板分段匀速运动，将液阻值分段线性化后，启动方案与串液阻实际启动更贴近，使电动机的启动性能更好，更有效率