电机顺序启动控制PLC

辽宁工程技术大学

课程名称：院（系）：班 级：姓 名：学 号：起止时间：指导教师：

课程设计（论文）说明书

两台交流电动机控制系统设计 机械工程学院 矿电11-3 董天雨 2014年6月13日-- 6月27日 田立勇

1107250303

课程设计成绩评定表

1 .三相异步电动机的基本结构 ............................. 4 1.1三相异步电动机的基本结构 . .......................... 4 1.2三相异步电动机的工作原理 . .......................... 4 1.3三相异步电动机的额定参数 . .......................... 4 2 三相异步电动机的机械特性 .............................. 5 2.1三相异步电动机的机械特性 . .......................... 5 2.2三相异步电动机的固有机械特性 . ...................... 5 2.3三相异步电动机人为机械特性 . ........................ 6 2.4三相异步电动机的制动方法 . .......................... 7 3 三相异步电动机参数计算 ............................... 10 4 接触器、主要器件的选型及控制电路设计 .................. 11 4.1交流接触器的选型 ................................. 11 4.2中间继电器选型 ................................... 12 4.3热继电器的选型 ................................... 13 4.4 继电器接触器控制电路设计

5 电动机的PLC 控制 ..................................... 15 5.1PLC 的硬件设计 .................................... 15 5.2三相异步电动机PLC 软件设计 . ....................... 16 6 总 结 ................................................ 19 致 谢 ................................................... 20 参 考 文 献 ............................................. 21

1.三相异步电动机的基本结构

1.1三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机由定子和转子两个基本部分组成，定子铁芯为因桶形，由互相绝缘的硅钢片叠成，铁芯内表面的槽中放置着对称的三相绕组ulu2、vlv2、 w1W2。转子铁芯为圆柱形，也用硅钢片叠成，表面的槽中有转子绕组。转子绕组有笼型和 绕线型两种形式。笼型的转子绕组做成笼状，在转子铁芯的槽中放人铜条，其两端用环连接。或者在槽个浇铸铝液，铸成笼型。绕线型的转子绕组同定子绕组一样，也是三相，每相终端连在一起，始端通过滑环、电刷与外部电路相连。

1.2三相异步电动机的工作原理

1）定子产生旋转磁场：定子三相对称绕组通入三相对称电流时，在电机气隙中产生一个旋转磁场，转速为同步转速；

2）转子导体产生感应电流：定子旋转磁场切割转子导体，转子导体中将产生感应电动势，并在闭合的转子绕组中产生感应电流；

3）载有感应电流的转子导体处在定子磁场中受到电磁力作用，对转轴形成电磁转矩，其方向与定子旋转磁场方向一致，转子在该转矩作用下便顺着旋转磁场的方向旋转。

1.3三相异步电动机的额定参数

两台三相异步电动机，PN=3kW，UN=380V， nN =1430r/min,cos ϕN =0.81，

ηN =82.5%。

2 三相异步电动机的机械特性

2.1三相异步电动机的机械特性 可分为固有机械特性和人为机械特性 2.2三相异步电动机的固有机械特性

在额定条件下（电压、频率、接线方式）电机的固有T －n 特性曲线对于曲线如图它由四个特殊点决定

1、 2020T＝0时（同步S ＝0） 称为理想空载工作点n= n0 2、 T＝TN 时S ＝S 额定工作点 .这时 SN=(n0- nN)/n0 TN=9.55PN/ nN ,PN为电机额定功率（W ） nN电机额定转速（r/min） SN额定转差率S ＝0.06~0.015 3、T ＝Tst n＝0（S ＝1） 启动工作点，这时 R2为转子电阻 ,X20为转子静止电抗 U电源电压（定子） . 对于启动转矩Tst 受

（1）电源电压，U 影响较大，U 波动，T 平方关系变化 （2）转子电阻R2合适 Tst有较大值 （3）电感X20大Tst 下降

一般用启动能力系数λst 来表示电动机启动能力的好坏

λst=Tst/TN（一般λst ≥ 1） 异步电机工作的条件是启动Tst ≥负载TL （4）当T ＝Tmax S＝Sm n=nm

临界工作点 这时Tmax ＝KU2/2X20 Sm＝R2/X20 由于T Tmax∝U2 所以电源波动对扭矩最大值影响很大 在电机工作过程中：负载变化（冲击）不能>Tmax

λst =T st /T N R T 2U 2 st =K

R 22+X 202

以过载能力系数λm 来表示

λm=Tm/TN 一般鼠笼式为1.8~2.2 线绕式2.5~2.2。 2.3三相异步电动机人为机械特性 人为改变参数（U ，R 或X1，R2等） 1、降低电源电压U

当U 下降时 Tmax下降Tst 下降 n0 Sm nm不变 这时曲线变化如右 图 2、定子电路串电阻电抗（感）

这时由于阻抗的分压作用使得U 下降所以与上面相似，区别是阻抗分压与电流大小有关，这时定子电压是变化的（1）U 下降（2）串电阻

3、改变电源频率

当改变f 时，n0变化但由于X1，X20都变化 不能只改变f 一般使 U/f＝Const 这时nc ∝f Sm∝1/f Tst∝1/f Tmax不变 f↓n0↓Sm ↑Tst ↑Tmax 不变

4、转子串电阻

只有线绕式的转子能实现 这时Tmax 不变 Sm↓。 2.4三相异步电动机的制动方法

三相异步电动机与直流电动机一样，也有反馈制动、反接制动和能耗制动三种方式。它们的共同点是电动机的转矩M 与转速n 的方向相反，以实现制动。此时电动机由轴上吸收机械能，并转换成电能。 一、反馈制动

反馈制动是在外加转矩的作用下，转子转速超过同步转速，电磁转矩改变方向成为制动转矩的运行状态。再生回馈制动与反接制动和能耗制动不同，再生回馈制动不能制动到停止状态。 以下是反馈制动存在：

（1）当电网的频率突然下降或者电机的极数突然增高，电机可能工作在发电状态，此时的电机将机械能转变成电能回馈给电网。如图1，当电机在电动状态下运行时工作于P1点，在突然变极或者变频时，电机的工作特性会突然在a 线段部分（蓝线部分），电机的转矩突然变负，其制动作用，直到最后重新稳定工作于P2点为止，电机又回到电动状态。

（2）当电机在位能负载（如吊车、提升机）的作用下，使其转速n 高于同步转速n0，此时，电机的输

出转矩变负，电机由轴上吸收机械能，当电机的转矩（制动转矩）与负载的位能转矩相平衡时，电机既稳定运行（如图2中P3点），此时电机以高于同步转速的速度运行。在转子电路中串入不同的电阻，可得到不同的人为机械特性，并可得到不同的稳定速度，串入的电阻越大，稳定速度越高，一般在回馈制动时不串入电阻，以免转速过高。

二、反接制动

反接制动是在电机定子三根电源线中的任意两根对调而使电机输出转矩反向产生制动，或者在转子电路上串接较大附加电阻使转速反向，而产生制动。 （1）电源两相反接的反接制动：

如图3所示，电机原在P1点稳定运行，为使电机停转，将定子三根电源线中的任意两根对调，使旋转磁场反向，电机的转矩反向，起制动作用，电机运行在a 线段。当电机制动停止时，应及时将电机与电网分离，否则电机会反转。电源两相反接反接制动的优点是制动效果强，缺点是能量损耗大，制动准确度差。

（2）转速反向的反接制动

当电机在位能负载（如吊车、提升机）的作用下，在电机的转子电路中串入较大电阻时，此时负载拉着电机在与转矩相反的方向旋转，电机起制动作用，电机能稳定运行在P2点。 在转子电路中串入不同的电阻，能得到不同的制动转速。

三、能耗制动

电机在正常运行中（如图5中P 点，KM1闭合，KM2断开），

为了迅速停车，KM1断开，KM2闭合，在电机定子线圈中接入直流电源，在定子线圈中通入直流电流，形成磁场，转子由于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电势和电流，产生的转矩方向与电机的转速方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。 在电机的转子中串入不同的电阻和在电机的定子中接入不同的直流电流，可以产生不同的制动转矩。 从机械特性图中可以看出，当电机的转速下降为零时，制动转矩也将为零，所以能耗制动能使电机准确停车。

3 三相异步电动机参数计算

已知参数，PN=3kW，UN=380V， nN =1430r/min，cos ϕN =0.82，ηN =82.5% 一台三相交流异步电动机, P N =3kW，U N =380V，n N =1430r/min， 额定电流: I N =

P N

U N ∙cos ϕ

=9.6A

电动机的额定转矩: TN =9.55 PN / nN =20.03n.m 最大转矩: Tmax =2* TN =40.06n.m 线电压：U st ’= KN * UN =0.8*380=304 v 全电压启动电流：I st =6.5* IN =62.4A 实际启动电流：I st ’= Kl * Ist =49.92 A 启动转矩：T st =1.5* TN =30.04 n.m

实际启动转矩：T st ’= Kt * Tst =0.8*30.04=24.03 n.m 空载转速n 0=60*f/P=60*50/2=1500 r/min 负载转矩T L =0.95 TN =0.95*20.03=19.03n.m

TL

4 接触器、主要器件的选型及控制电路设计

4.1交流接触器的选型

额定电压：380（V ） 电寿命：50（万次）（万次） 型号：LC1-D1810

额定电流：18（A ） 品牌：龙耀 加工定制：否

4.2中间继电器选型 额定电压： 线圈电源： 线圈功率：

380 AC DC 、、 /

机械寿命：500（万次）（万次）

产品系列： 额定电流：

3TH 10

触点切换电流： 10 防护特征： 应用范围： 品牌：

封闭式 中间

Siemens/西门子

触点切换电压： 600 触点负载： 型号：

10

3TH42620XQ0

触点形式： 转换型

4.3热继电器的选型

应用范围： 产品系列： 触点形式：

热/热过载 其他 一开一闭

品牌： 型号： 吸合电流：

LG GTH-85

8.5,11,15,19,22,30,34,42,55,65,74（A ）

4.4 继电器接触器控制电路设计

5 电动机的PLC 控制

5.1PLC 的硬件设计 5.1.1主回路

5.1.2控制原理

5.2三相异步电动机PLC 软件设计 5.2.1接线图

5.2.1梯形图

5.2.3程序表 LD X0 OR Y0 ANI X2 OUT Y0 LD I Y0 OUT T0 K5 LD X3 ANI T0 ANI X1 LD Y0 OR Y1 ANB OUT YI

6 总 结

通过本次课程设计使我受益良多，田老师在大体的方向上给了我们指明了方向，并对课程设计的专业知识进行了讲解。本组的小组长在设计的过程中也给了我非常大的帮助，有什么不懂的向他请教他也会耐心的讲解。

课程设计的本质是培养学生的综合所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题的能力，重点是锻炼实践能力，是对我们实际工作的具体训练和考察。在这次电力拖动与控制系统的课程设计中，学到了很多无法在课堂上学到的知识。无论是理论的分析能力还设计能力都有所提高，还有掌握了跟多学习方法和查询资料的渠道。通过不断地修正和反复试验，我发觉自己的逻辑思维也渐渐变得缜密起来，还锻炼出来不骄不躁的耐性。尤其是系统仿真上，会因为各种小问题而得不到正确的结果，所以在设计时候，细心、耐心都是等同重要的。在这期间，曾遇到过许多困难，同学之间的互相帮助很重要，独立的思考当然是必要的，但不同的观点往往能使人更加全面地分析问题，发现自己思维的局限性，设计的时候更加合理。当然 ，由于能力有限，有些方面肯定是存在不足或者错误，今后应当努力改正，并且不断充实自己，要在这方面取得更大的进步。

致 谢

感谢田老师给我们整理的设计目录，让我们更容易地完成了设计。

感谢同组的同学，在我有不明白有困惑的时候帮助我解决问题和困难。 感谢组长要振江对我的设计内容给予意见和帮助。

参 考 文 献

[1] 魏炳贵. 《电力拖动基础》. 机械工业出版社，2010.

[2] 陈伯时. 《自动控制系统》. 机械工业出版社，1981.

[3] 熊永前. 《电机学》. 华中科技大学出版社，2010.

[4] 杨长能. 《电力拖动基础》. 重庆大学出版社，1989.

[5] 熊幸明. 《电气控制与PLC 》. 机械工业出版社，2011.

[6] 作者. 《两台电动机顺序控制的PLC 系统》. 网络

20