【文章內(nèi)容簡介】 制定子磁鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不可避免的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，降低調(diào)速性能，因此只能用于在對調(diào)速要求不高的場合。同時(shí)，直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的控制也較復(fù)雜，造價(jià)較高。 進(jìn)幾年，直接轉(zhuǎn)矩控制不斷得到完善和發(fā)展，特別是隨著各種智能控制理論的引入，又涌現(xiàn)了許多基于模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，控制性能得到進(jìn)一步的改善和提高。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 PLC的運(yùn)用和發(fā)展 4 2 PLC 的運(yùn)用和發(fā)展 的歷史和發(fā)展 世界上公認(rèn)的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制的。 20 世紀(jì)70 年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 20 世紀(jì) 70年代中期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)己全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型的體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20 世紀(jì) 80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中己獲得了廣泛的應(yīng)用。 近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊 ，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程 I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶 CPU 和存儲器的智能 I/O 模塊，既擴(kuò)展了PLC 功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了 PLC 應(yīng)用范圍。加強(qiáng) PLC 聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC 技術(shù)進(jìn)步的潮流。 PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用 PLC 是 一種專門為了在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作裝置。它采用一可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC及有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按 照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 PLC 是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的，這就使 PLC 具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。 ，抗干擾能力強(qiáng)。 ，使用方便。 ，使系統(tǒng)組合靈活方便。 、易學(xué)，便于掌握。 。 。 、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 目前， PLC 在國內(nèi)己廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通、環(huán)保及文 化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類 : (一 ) 開關(guān)量的邏輯控制 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 PLC的運(yùn)用和發(fā)展 5 這是 PLC 最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控及自動化流水線 . (二 ) 數(shù)據(jù)處理 PLC 可以用于對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的位置速度和加速度的控制。 (三 ) 運(yùn)動控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用開關(guān)量 I/0 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 (四 ) 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算 PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制， PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。 (五 ) 控制網(wǎng)絡(luò)（通信） 隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，近年來工廠自動化通信聯(lián)網(wǎng)發(fā)展得很快，各個(gè)著名的 PLC 生產(chǎn)廠商推出了自己網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 PLC 的工作原理 PLC 的控制功能就是通過運(yùn)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。它是一種存儲程序的控制器，用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵入到 PLC 的 用戶程序存儲器中寄存。 PLC 掃描工作方式主要分三個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 （ 一 ） 輸入采樣 PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過程稱為輸入采樣。PLC 在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號不是現(xiàn)時(shí)取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。 （ 二 ） 程序執(zhí)行 PLC 完成了采樣工作后，按順序從 0000 號地址開始的程序進(jìn)行掃描執(zhí)行，并分別從輸入 映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。 （ 三 ） 輸出刷新 在執(zhí)行到 END 的命令時(shí)，即執(zhí)行完用戶所有的程序后， PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 三相異步電機(jī)及其數(shù)學(xué)模型 6 3 三相異步電機(jī)及其數(shù)學(xué)模型 三相異步電機(jī)概述 基本工作原理 如圖 31 所示是兩級三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理示意圖。其中 NS 是一對磁極，在兩個(gè)磁極中間裝有一個(gè)能夠轉(zhuǎn) 動的圓柱形鐵芯，在鐵芯的外圓槽內(nèi)嵌放有封閉的導(dǎo)條。設(shè)磁場一同步轉(zhuǎn)速 n1 順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，于是轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁場之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，即相當(dāng)于磁場不動，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)條以逆時(shí)針方向切割磁力線，此時(shí)在導(dǎo)條中產(chǎn)生如圖 31 所示方向的電動勢。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的兩端由端環(huán)聯(lián)通而形成閉合電路，因而在導(dǎo)條中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，其方向與導(dǎo)條中的感應(yīng)電動勢方向一致。載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在磁場中受到電磁力 F的作用而形成電磁轉(zhuǎn)矩 T，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子就沿旋轉(zhuǎn)的磁場的方向轉(zhuǎn)動起來了。 圖 31三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)動原理圖 用 n 表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，用 n1 表示磁 場的轉(zhuǎn)速（又稱同步轉(zhuǎn)速），則 n 總小于n1。否則，由于兩者之間沒有相對運(yùn)動，就不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流，電磁轉(zhuǎn)矩也無法形成，這就是異步電動機(jī)名稱的由來。 通常，把同步轉(zhuǎn)速 n1 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n的差與 n1 的比值稱為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用s表示，即 基本結(jié)構(gòu) （一）定子鐵芯 11n nns ??重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 三相異步電機(jī)及其數(shù)學(xué)模型 7 圖 32三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 定子鐵芯是異步電動機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為了降低定子鐵芯的渦流損耗 和磁滯損耗，定子鐵芯由導(dǎo)磁性能較好、 厚的硅鋼片疊壓而成，在硅鋼片的兩面涂有絕緣漆。定子鐵芯內(nèi)表面開有槽，槽內(nèi)放置定子繞組（也叫電樞繞組）。 表 31 三相異步電機(jī)定子的組成 定子 定子鐵心 由厚度為 的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、 BY、 CZ。 定子繞組 三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。 機(jī)座 機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組 （二）定子繞組 定子繞組用來通 入交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，有絕緣的銅線或鋁線繞成，嵌放在定子鐵芯的槽內(nèi)，放入半開口槽內(nèi)的成型線圈有高強(qiáng)度的漆包扁鋁線或扁銅線，或用玻璃絲包扁銅線繞成。開口槽亦放入成型線圈，其絕緣通常用云母帶。 （三）轉(zhuǎn)子鐵芯 是用 厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機(jī)磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 三相異步電機(jī)及其數(shù)學(xué)模型 8 表 32 三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的組成 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心 由厚度為 的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。 轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式： 鼠籠式 鼠籠式異步電動機(jī)。 繞線式 繞線式異步電動機(jī)。 轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載 （四）轉(zhuǎn)子繞組 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)與籠形異步電動機(jī)。 （五）其他部分 其他部分包括端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。 旋轉(zhuǎn)磁場 （一）產(chǎn)生 圖 33 表示最簡單的三相定子繞組 AX、 BY、 CZ，它們在空間按互差 1200的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源 U、 V、 W 相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 (圖33)。 圖 33三相異步電動機(jī)定子接線圖 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 三相異步電機(jī)及其數(shù)學(xué)模型 9 圖 34 旋轉(zhuǎn)磁場的形成 tIi mu ?sin? ? ?0120s in ?? tIi mv ? ? ?01 2 0s in ?? tIi mw ? 當(dāng) t=00 時(shí)， 0Ai ? ， AX 繞組中無電流； Bi 為負(fù)， BY 繞組中的電流從 Y 流入B1 流出； Ci 為正， CZ 繞組中的電流從 C 流入 Z 流出； 當(dāng) t=1200 時(shí)， 0Bi ? ， BY繞組中無電流； Ai 為正， AX 繞組中的電流從 A 流入 X流出； Ci 為負(fù)， CZ 繞組中的電流從 Z 流入 C 流出；當(dāng) t=2400 時(shí)， 0Ci ? ， CZ 繞組中無電流； Ai 為負(fù)， AX 繞組中的電流從 X 流入 A 流出； Bi 為正， BY 繞組中的電流從 B 流入 Y 流出；由此可見，當(dāng)定子繞組中的電流變化一個(gè)周期時(shí)，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不 斷地旋，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。 （二）旋轉(zhuǎn)磁場的方向 旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。 三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性與機(jī)械特性 電磁轉(zhuǎn)矩（簡稱轉(zhuǎn)矩） 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 三相異步電機(jī)及其數(shù)學(xué)模型 10 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩 T 是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通 ?與轉(zhuǎn)子電流 I2相互作用而產(chǎn)生的。電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子繞組中的電流 I 及旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)弱有關(guān)。經(jīng)理論證明，它們的關(guān)系是： 其中： T 為電磁轉(zhuǎn)矩； KT為與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；