1、安 徽 机 电 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文三相异步电动机的 PLC 控制系 别 电气工程系 专 业 电机与电器 班 级 电机 姓 名 学 号 摘 要PLC 在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比具有速度快，可靠性高，灵活性强，功能完善等优点。长期以来，PLC 始终处于自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。本文设计了 2 个三相异步电动机的 PLC 控制电路，分别是三相异步电动机的正反转控制和两台电动机顺序起动联锁控制，与传统的继电器控制相比，具有控
2、制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习 PLC 的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。关键词：PLC; 三相异步电动机; 继电器引 言本系统的控制是采用 PLC 的编程语言-梯形语言,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能，使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控
3、制各种的机械或生产过程。目 录目 录 .错误！未定义书签。第 一 章 三 相 异 步 电 动 机 基 础 .11.1 三 相 异 步 电 动 机 的 基 本 结 构 .11.2 三 相 异 步 电 动 机 的 工 作 原 理 .31.3 三 相 异 步 电 动 机 的 几 个 工 作 过 程 的 分 析 .3第 二 章 PLC 基 础 .102.1 PLC 的 定 义 .102.2 PLC 与 继 电 器 控 制 的 区 别 .102.3 PLC 的 工 作 原 理 .102.4 PLC 的 应 用 分 类 .112.5 可 编 程 序 控 制 器 的 编 程 语 言 概 述 .12第 三 章
4、 三 相 异 步 电 动 机 的 PLC 控 制 .163.1 三 相 异 步 电 机 的 正 反 转 控 制 .163.2 两 台 电 动 机 顺 序 起 动 联 锁 控 制 .173.3 三 相 异 步 电 动 机 使 用 PLC 控 制 优 点 .19结 论 .20参 考 文 献 .221第一章 三相异步电动机基础1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。图 1-1 为三相异步电动机结构示意图。三相异步电动机的结构主要由两个部分组成，一是固定不动的部分（简称定子），二是可以自由旋转的部分（简称转子）。定子与转子之间有
5、一个很小的气隙。此外，还有机座、端盖轴承、接线盒、风扇等其他部分。异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式异步电动机的转子绕组本身自成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价格便宜，应用最为广泛，小型异步电动机绝大部分属于这类。绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。三相鼠笼式异步电动机的结构。(a) 外形图； (b) 内部结构图图 1-1 三相异步电动机结构示意图1.1.1 定子定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁
6、制成。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用 0.5 mm 厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组，。 定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。鼠笼式和绕线式异步电动机的定子结构是完全一样的。2交流电机（包括异步机和同步机）其定子结构相同。*定子铁芯：是磁路的一部分用 0.5mm 硅钢片迭成，且片间绝缘*定子绕组：绝缘漆包线制成用于通三相交流电源定子铁芯槽内嵌放三相绕组图 1-2 三相异步电动机的定子1.1.2 转子转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心也用 0.5 mm 厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。其
7、外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。 1.1.3 机座机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装有散热片。对大型异步电动机，
8、一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔，作为冷却空气的通道。31.2 三相异步电动机的工作原理图 1-3 为三相异步电动机工作原理示意图。为简单起见，图中用一对磁极来进行分析。三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势，感应电动势的方向可根据右手螺旋法则来判断。由于转子本身为一闭合电路，所以在转子绕组中将产生感应电流，称为转子电流，电流方向与电动势的方向一致，即上面流出，下面流进。图 1-3 三相异步电动机工作原理图转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用，其方向可由左手
9、定则来判断，上面的转子导条受到向右的力的作用，下面的转子导条受到向左的力的作用。电磁力对转子的作用称为电磁转矩。在电磁转矩的作用下，转子就沿着顺时针方向转动起来，显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。1.3 三相异步电动机的几个工作过程的分析1.3.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机接通电源，使电机的转子从静止状态到转子以一定速度稳定运行的过程称为电动机的起动过程。起动方法有直接起动和降压起动两种。1.直接起动 直接起动又称为全压起动，起动时，将电机的额定电压通过刀开关或接触器直接接到电动机的定子绕组上进行起动。直接起动最简单，不需附加的起动设备，起动时间短。只要电网容量允许，应尽量
10、采用直接起动。但这种起动方法起动电流大，一般只允许小功率的三相异步电动机进行直接起动；对大功率的三相异步电动机，应采取降压起动，以限制起动电流。 2.降压起动 通过起动设备将电机的额定电压降低后加到电动机的定子绕组上，以限制电机的起动电流，待电机的转速上升到稳定值时，再使定子绕组承受全压，从而使电机在额定电压下稳定运行，这种起动方法称为降压起动。 前面讲过，起动转矩与电源电压的平方成正比，所以当定子端电压下降时，起动4转矩大大减小。这说明降压起动适用于起动转矩要求不高的场合，如果电机必须采用降压起动，则应轻载或空载起动。常用的降压起动方法有下面三种。(1) Y-降压起动 这种起动方法适用于电动
11、机正常运行时接法为三角形的三相异步电动机。电机起动时，定子绕组接成星形，起动完毕后，电动机切换为三角形。 图 1-4 Y-降压起动控制线路图 1-4 是一个 Y-降压起动控制线路，起动时，电源开关 QS 闭合，控制电路先使得 KM2 闭合，电机星形起动，定子绕组由于采用了星形结构，其每相绕阻上承受的电压比正常接法时下降了。当电机转速上升到稳定值时，控制电路再控制 KM1 闭合，于是定子绕组换成三角形接法，电机开始稳定运行。定子绕组每相阻抗为|Z|，电源电压为 U1，则采用连接直接起动时的线电流为采用 Y 连接降压起动时， 每相绕组的线电流为 则（1-5） 由式（1-5）可以看出，采用 Y-降压
12、起动时，起动电流比直接起动时下降了51/3。电磁转矩与电源电压的平方成正比，由于电源电压下降了，所以起动转矩也减小了 1/3。 以上分析表明，这种起动方法确实使电动机的起动电流减小了，但起动转矩也下降了，因此，这种起动方法是以牺牲起动转矩来减小起动电流的，只适用于允许轻载或空载起动的场合。 (2)自耦变压器降压起动 这种起动方法是指起动时，定子绕组接三相自耦变压器的低压输出端，起动完毕后，切掉自耦变压器并将定子绕组直接接上三相交流电源，使电动机在额定电压下稳定运行。 1.3.2 三相异步电动机的制动三相异步电动机脱离电源之后，由于惯性，电动机要经过一定的时间后才会慢慢停下来, 但有些生产机械要
13、求能迅速而准确地停车，那么就要求对电动机进行制动控制。电动机的制动方法可以分为两大类：机械制动和电气制动。机械制动一般利用电磁抱闸的方法来实现；电气制动一般有能耗制动、反接制动和回馈发电制动三种方法。 1.能耗制动 正常运行时，将 QS 闭合，电动机接三相交流电源起动运行。制动时，将 QS 断开，切断交流电源的连接，并将直流电源引入电机的 V、W 两相，在电机内部形成固定的磁场。电动机由于惯性仍然顺时针旋转，则转子绕阻作切割磁力线的运动，依据右手螺旋法则，转子绕组中将产生感应电流。又根据左手定则可以判断，电动机的转子将受到一个与其运动方向相反的电磁力的作用，由于该力矩与运动方向相反，称为制动力
14、矩，该力矩使得电动机很快停转。制动过程中，电动机的动能全部转化成电能消耗在转子回路中，会引起电机发热，所以一般需要在制动回路串联一个大电阻，以减小制动电流。这种制动方法的特点是制动平稳，冲击小，耗能小，但需要直流电源，且制动时间较长，一般多用于起重提升设备及机床等生产机械中。2.反接制动 反接制动是指制动时，改变定子绕组任意两相的相序，使得电动机的旋转磁场换向，反向磁场与原来惯性旋转的转子之间相互作用，产生一个与转子转向相反的电磁转矩，迫使电动机的转速迅速下降，当转速接近零时，切断电机的电源，如图 1-6 所示。显然反接制动比能耗制动所用的时间要短。 6(a) 接线图； (b) 原理图图 1-
15、6 反接制动示意图 正常运行时，接通 KM1，电动机加顺序电源 UVW 起动运行。需要制动时，接通 KM2， 从图可以看出，电动机的定子绕组接逆序电源 VUW，该电源产生一个反向的旋转磁场，由于惯性，电动机仍然顺时针旋转，这时转子感应电流的方向按右手螺旋法则可以判断，再根据左手定则判断转子的受力 F。显然，转子会受到一个与其运动方向相反，而与新旋转磁场方向相同的制动力矩，使得电机的转速迅速降低。当转速接近零时，应切断反接电源，否则，电动机会反方向起动。反接制动的优点是制动时间短，操作简单，但反接制动时，由于形成了反向磁场，所以使得转子的相对转速远大于同步转速，转差率大大增大，转子绕组中的感应电
16、流很大，能耗也较大。为限制电流，一般在制动回路中串入大电阻。另外，反接制动时，制动转矩较大，会对生产机械造成一定的机械冲击，影响加工精度，通常用于一些频繁正反转且功率小于 10 kW 的小型生产机械中。 回馈发电制动 回馈发电制动是指电动机转向不变的情况下，由于某种原因，使得电动机的转速大于同步转速，比如在起重机械下放重物、电动机车下坡时，都会出现这种情况，这时重物拖动转子，转速大于同步转速，转子相对于旋转磁场改变运动方向，转子感应电动势及转子电流也反向，于是转子受到制动力矩，使得重物匀速下降。此中电动机将势能转换为电能回馈给电过程网。 1.3.3 相异步电动机常见故障分析与处理三相异步电动机应用广泛，但通过长期运行后，会发生各种故障，及时判断故障原因，进行相应处理，是防止故障扩大，保证设备正常运行的一项重要的工作。 一、通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。
