【文章內(nèi)容簡介】 as reference for the automatic control of industrial electrical words：PLC。Threephase asynchronous machine。relay 成都電子機械高等專科學(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計）（三相異步電動機的PLC控制論）目錄第一章 三相異步電動機基礎(chǔ).................................................1第一節(jié) 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu).......................................1 第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理.......................................1 第三節(jié) 三相異步電動機的幾個工作過程的分析.............................2 第二章 PLC基礎(chǔ)...........................................................6第一節(jié) PLC的定義......................................................6 第二節(jié) PLC與繼電器控制的區(qū)別..........................................6 第三節(jié)PLC的工作原理..................................................6 第四節(jié) PLC的應(yīng)用分類..................................................7 第三章 三相異步電動機的PLC控制...........................................9第一節(jié)三相異步電機的正反轉(zhuǎn)控制........................................9 第二節(jié)兩臺電動機順序起動聯(lián)鎖控制.....................................10 第三節(jié) 三相異步電動機使用PLC控制優(yōu)點...............................12 結(jié)束語...................................................................13 致辭.....................................................................14 參考文獻.................................................................15成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計）（三相異步電動機的PLC控制論）第一章 三相異步電動機基礎(chǔ)第一節(jié) 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個重要部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間由氣隙分開。圖11為三相異步電動機結(jié)構(gòu)示意圖。(a)外形圖；(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖11 三相異步電動機結(jié)構(gòu)示意圖一、定子定子由定子鐵心、定子繞組、機座和端蓋等組成。機座的主要作用是用來支撐電機各部件，因此應(yīng)有足夠的機械強度和剛度，通常用鑄鐵制成。為了減少渦流和磁滯損耗， mm厚涂有絕緣漆的硅鋼片疊成，鐵心內(nèi)圓周上有許多均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放定子繞組，如圖12所示。圖12 三相異步電動機的定子二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。 mm厚硅鋼片沖成轉(zhuǎn)子沖片疊成圓柱形，壓裝在轉(zhuǎn)軸上。其外圍表面沖有凹槽，用以安放轉(zhuǎn)子繞組。按轉(zhuǎn)子繞組形式不同，可分為繞線式和鼠籠式兩種。第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理圖13為三相異步電動機工作原理示意圖。為簡單起見，圖中用一對磁極來進行分析。三相定子繞組中通入交流電后，便在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計）（三相異步電動機的PLC控制論）子將作切割磁力線的運動而在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的方向可根據(jù)右手螺旋法則來判斷。由于轉(zhuǎn)子本身為一閉合電路，所以在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，稱為轉(zhuǎn)子電流，電流方向與電動勢的方向一致，即上面流出，下面流進。圖13 三相異步電動機工作原理圖轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中受到電磁力的作用，其方向可由左手定則來判斷，上面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到向右的力的作用，下面的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到向左的力的作用。電磁力對轉(zhuǎn)子的作用稱為電磁轉(zhuǎn)矩。在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子就沿著順時針方向轉(zhuǎn)動起來，顯然轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向一致。第三節(jié) 三相異步電動機的幾個工作過程的分析 一、三相異步電動機的起動三相異步電動機接通電源，使電機的轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)到轉(zhuǎn)子以一定速度穩(wěn)定運行的過程稱為電動機的起動過程。起動方法有直接起動和降壓起動兩種。 直接起動又稱為全壓起動，起動時，將電機的額定電壓通過刀開關(guān)或接觸器直接接到電動機的定子繞組上進行起動。直接起動最簡單，不需附加的起動設(shè)備，起動時間短。只要電網(wǎng)容量允許，應(yīng)盡量采用直接起動。但這種起動方法起動電流大，一般只允許小功率的三相異步電動機進行直接起動；對大功率的三相異步電動機，應(yīng)采取降壓起動，以限制起動電流。 通過起動設(shè)備將電機的額定電壓降低后加到電動機的定子繞組上，以限制電機的起動電流，待電機的轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定值時，再使定子繞組承受全壓，從而使電機在額定電壓下穩(wěn)定運行，這種起動方法稱為降壓起動。前面講過，起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，所以當(dāng)定子端電壓下降時，起動轉(zhuǎn)矩大大減小。這說明降壓起動適用于起動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合，如果電機必須采用降壓起動，則應(yīng)輕載或空載起動。常用的降壓起動方法有下面三種。(1)Y△降壓起動 這種起動方法適用于電動機正常運行時接法為三角形的三相異步電動機。電機起動時，定子繞組接成星形，起動完畢后，電動機切換為三角形。成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計）（三相異步電動機的PLC控制論）圖14 Y△降壓起動控制線路圖14是一個Y△降壓起動控制線路，起動時，電源開關(guān)QS閉合，控制電路先使得KM2閉合，電機星形起動，定子繞組由于采用了星形結(jié)構(gòu)，其每相繞阻上承受的電壓比正常接法時下降了。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定值時，控制電路再控制KM1閉合，于是定子繞組換成三角形接法，電機開始穩(wěn)定運行。定子繞組每相阻抗為|Z|，電源電壓為U1，則采用△連接直接起動時的線電流為采用Y連接降壓起動時，每相繞組的線電流為則（15）由式（15）可以看出，采用Y△降壓起動時，起動電流比直接起動時下降了1/3。電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，由于電源電壓下降了，所以起動轉(zhuǎn)矩也減小了1/3。以上分析表明，這種起動方法確實使電動機的起動電流減小了，但起動轉(zhuǎn)矩也下降了，因此，這種起動方法是以犧牲起動轉(zhuǎn)矩來減小起動電流的，只適用于允許輕載或空載起動的場合。(2)自耦變壓器降壓起動 這種起動方法是指起動時，定子繞組接三相自耦變壓 3 成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計）（三相異步電動機的PLC控制論）器的低壓輸出端，起動完畢后，切掉自耦變壓器并將定子繞組直接接上三相交流電源，使電動機在額定電壓下穩(wěn)定運行。二、三相異步電動機的制動三相異步電動機脫離電源之后，由于慣性，電動機要經(jīng)過一定的時間后才會慢慢停下來, 但有些生產(chǎn)機械要求能迅速而準(zhǔn)確地停車，那么就要求對電動機進行制動控制。電動機的制動方法可以分為兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動一般利用電磁抱閘的方法來實現(xiàn)；電氣制動一般有能耗制動、反接制動和回饋發(fā)電制動三種方法。 正常運行時，將QS閉合，電動機接三相交流電源起動運行。制動時，將QS斷開，切斷交流電源的連接，并將直流電源引入電機的V、W兩相，在電機內(nèi)部形成固定的磁場。電動機由于慣性仍然順時針旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子繞阻作切割磁力線的運動，依據(jù)右手螺旋法則，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。又根據(jù)左手定則可以判斷，電動機的轉(zhuǎn)子將受到一個與其運動方向相反的電磁力的作用，由于該力矩與運動方向相反，稱為制動力矩，該力矩使得電動機很快停轉(zhuǎn)。制動過程中，電動機的動能全部轉(zhuǎn)化成電能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，會引起電機發(fā)熱，所以一般需要在制動回路串聯(lián)一個大電阻，以減小制動電流。這種制動方法的特點是制動平穩(wěn)，沖擊小，耗能小，但需要直流電源，且制動時間較長，一般多用于起重提升設(shè)備及機床等生產(chǎn)機械中。 反接制動是指制動時，改變定子繞組任意兩相的相序，使得電動機的旋轉(zhuǎn)磁場換向，反向磁場與原來慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間相互作用，產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，迫使電動機的轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時，切斷電機的電源，如圖16所示。顯然反接制動比能耗制動所用的時間要短。(a)接線圖；(b)原理圖 圖16反接制動示意圖正常運行時，接通KM1，電動機加順序電源U—V—W起動運行。需要制動時，接通KM2，從圖可以看出，電動機的定子繞組接逆序電源V—U—W，該電源產(chǎn)生一個反向的旋轉(zhuǎn)磁場，由于慣性，電動機仍然順時針旋轉(zhuǎn)，這時轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的方向按右手螺旋法則可以判斷，再根據(jù)左手定則判斷轉(zhuǎn)子的受力F。顯然，轉(zhuǎn)子會受到一個與其運動方向 成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計）（三相異步電動機的PLC控制論）相反，而與新旋轉(zhuǎn)磁場方向相同的制動力矩，使得電機的轉(zhuǎn)速迅速降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時，應(yīng)切斷反接電源，否則，電動機會反方向起動。反接制動的優(yōu)點是制動時間短，操作簡單，但反接制動時，由于形成了反向磁場，所以使得轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速遠大于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率大大增大，轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流很大，能耗也較大。為限制電流，一般在制動回路中串入大電阻。另外，反接制動時，制動轉(zhuǎn)矩較大，會對生產(chǎn)機械造成一定的機械沖擊，影響加工精度，通常用于一些頻繁正反轉(zhuǎn)且功率小于10 kW的小型生產(chǎn)機械中。 回饋發(fā)電制動是指電動機轉(zhuǎn)向不變的情況下，由于某種原因，使得電動機的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，比如在起重機械下放重物、電動機車下坡時，都會出現(xiàn)這種情況，這時重物拖動轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子相對于旋轉(zhuǎn)磁場改變運動方向，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢及轉(zhuǎn)子電流也反向，于是轉(zhuǎn)子受到制動力矩，使得重物勻速下降。此過程中電動機將勢能轉(zhuǎn)換為電能回饋給電網(wǎng)，所以稱為回饋發(fā)電制動。成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計）（三相異步電動機的PLC控制論）第二章 PLC基礎(chǔ)第一節(jié) PLC的定義可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。第二節(jié) PLC與繼電器控制的區(qū)別 繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現(xiàn)象。PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。 繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難。PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便，不受環(huán)境影響。第三節(jié)PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。(一)輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和 6 成都電子機械高等?？茖W(xué)校成教院畢業(yè)論文（設(shè)計）（三相異步電動機的PLC控制論）數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。(三)輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。第四節(jié) PLC的應(yīng)用分類目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。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，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 在工業(yè)生產(chǎn)過程