三相异步电机的PLC控制Word文件下载.docx

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关键词：

三相异步电动机；

工作原理；

PLC控制电路；

保护装置；

故障处理

Abstract

Three-phaseasynchronousmotoriswidelyused.Ithassimplemechanism,hightransmissionefficiency,convenientcontrol,reliableoperation,easytorepair,andlowcostadvantages,coveringalmostallareasofindustrialandagriculturalproductionandhumanlife.Thispapermainlyintroducesthethree-phaseasynchronousmotortechnologydevelopmentandthestatusquo,workingprincipleandthePLCcontrol,designthetwothree-phaseasynchronousmotorandaPLCcontrolcircuit,respectively,thethree-phaseasynchronousmotorpositiveinversioncontrolandtwomotorsequencestartinginterlockcontrol.paredwiththetraditionalrelaycontrol,PLCcontrolhastheadvantagesofhighspeed,highreliability,strongflexibilityandsoon.

Thispaperalsointroducestheprotectionandthedeviceofthemotor,andemphaticallyintroducestheinternalprotectiondeviceandtheexternalprotectiondeviceofthemotor.Inaddition,thispaperalsomakesathoroughintroductionandResearchontheoperationandmaintenanceofthemotor,andputsforwardthecorrespondingtreatmentplanfortheaccuratejudgmentofthemotor,soastoensurethenormaloperationofthemotorandthetransmissionequipment.

Keywords:

Threephaseasynchronousmotor，workingprinciple，PLCcontrolcircuit，protectiondevice，faulthandling

摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1电动机分类1

1.2电动机技术开展现状及未来1

1.3PLC技术的开展3

第二章三相异步电动机的工作原理4

2.1三相异步电动机的根本构造4

2.2三相异步电动机的工作原理5

2.3三相异步电动机的工作过程5

2.4三相异步电动机的接线图9

2.5异步电动机的用途及主要系列12

第三章三相异步电动机的PLC控制14

3.1PLC根底14

3.2三相异步电动机的PLC控制16

第四章电动机的保护及其装置21

4.1安装在电动机部的保护装置21

4.2安装在电动机外部的保护装置21

第五章电动机的运行维护25

5.1电动机启动前的准备25

5.2启动时应注意的问题25

5.2电动机运行时的监视26

4.2电动机的定期检查和保养27

4.2对电动机轴电流的分析及防28

结论31

参考文献32

致33

第一章 

绪论 

1.1电动机分类

电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。

1、根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

2、电动机按构造及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。

同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。

交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

3、电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运转式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。

4、电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。

驱动用电动机又分为电开工具用电动机、家电用电动机及其它通用小型机械设备用电动机。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

5、电动机按转子的构造可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。

6、电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

1.2 

电动机技术开展现状及未来

电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。

它是随着生产力的开展而开展的，反过来，电动机的开展也促进了社会生产力的不断提高。

从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的根本构造变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能、经济指标等方面也都有了很大的改良和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的开展，在一般旋转电动机的理论根底上又开展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好准确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。

电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。

在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。

拖动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动和电力拖动。

由于电力拖动具有控制简单、调节性能好、耗损小、经济、能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。

按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。

纵观电力拖动的开展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。

在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的开展，特别是精细机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动、制动、正反转以及调速精度与围等静态特性和动态响应方面提出了新的、更高的要求。

由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆、可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动那么主要用于恒转速系统。

虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器〔又称整流子〕，使得他的故障率较高。

同时直流电动机的使用环境也受到了限制〔如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用〕，其电压等级、额定转速、单机容量的开展也受到了限制。

所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的开展，半导体交流调速系统得以实现。

尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的开展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。

诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速围宽、稳态精度高、动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。

除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良、维修费用低等优点，它将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。

经历了100多年的技术开展，电动机自身的理论根本成熟。

随着电工技术的开展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。

电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的开展注入了新的活力。

未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续开展。

一批"

巨无霸’电机、一批"

光怪陆奇"

电机将同时展现在世人眼前。

1.3 

PLC技术的开展

三相异步电动机运行的环境不同，所以造成其故障的发生也很频繁，所以要正确合理的利用它。

要合理的控制它。

我研究的这个系统的控制是采用PLC的编程语言----梯形图,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的根底上加进了许多功能，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，控制各种的机械或生产过程。

长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化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平安可靠和比拟完善的解决方案，适合于当前工业，企业对自动化的需要。

进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛开展，极推动了PLC的开展，使得PLC的功能日益增强，目前，在先进国家中，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业，企业。

由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它开展日新月异，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，顺序，定时，计数，数字运算，数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动化控制。

特别是超大规模集成电路的迅速开展以及信息，网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。

第二章 

三相异步电动机的工作原理

2.1三相异步电动机的根本构造

三相异步电动机由定子和旋转的转子两个重要局部组成，定子和转子之间由气隙分开。

图2-1为三相异步电动机构造示意图。

（a）外形图；

（b）部构造图

图2-1三相异步电动机构造示意图

2.1.1定子

定子主要由定子铁心、定子绕组、机座三局部组成。

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，通常用铸铁制成。

为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心圆周上有许多均匀分布的槽，槽嵌放定子绕组，如图2-2所示。

图2-2三相异步电动机的定子

2.1.2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0.5mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。

其外围外表冲有凹槽，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。

2.2三相异步电动机的工作原理

图2-3为三相异步电动机工作原理示意图。

图中用一对磁极来进展分析。

当向三相定子绕组过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。

由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开场时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势。

由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向根本一致的感生电流。

转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用。

电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

图2-3三相异步电动机工作原理图

2.3三相异步电动机的工作过程

2.3.1三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展起动。

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展直接起动；

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。

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，那么应轻载或空载起动。

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2-4Y-△降压起动控制线路

图2-4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构造，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，电机开场稳定运行。

定子绕组每相阻抗为|Z|，电源电压为U1，那么采用△连接直接起动时的线电流为

〔2-1〕

采用Y连接降压起动时，每相绕组的线电流为：

〔2-2〕

那么：

　〔2-3〕

由式〔2-3〕可以看出，采用Y-△降压起动时，起动电流比直接起动时下降了1/3。

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。

以上分析说明，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。

2.3.2三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,但有些生产机械要求能迅速而准确地停车，那么就要求对电动机进展制动控制。

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，在电机部形成固定的磁场。

电动机由于惯性仍然顺时针旋转，那么转子绕阻作切割磁力线的运动，依据右手螺旋法那么，转子绕组中将产生感应电流。

又根据左手定那么可以判断，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2-5所示。

显然反接制动比能耗制动所用的时间要短。

（a）接线图；

（b）原理图

图2-5反接制动示意图

正常运行时，接通KM1，电动机加顺序电源U—V—W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V—U—W，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那么可以判断，再根据左手定那么判断转子的受力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一样的制动力矩，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，否那么，电动时机反方向起动。

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10kW的小型生产机械中。

3、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，比方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。

此过程中电动机将势能转换为电能回馈给电网，所以称为回馈发电制动。

2.4三相异步电动机接线图

三相异步电机接线图:

三相电动机的三相定子绕组每相绕组都有两个引出线头。

一头叫做首端，另一头叫末端。

规定第一相绕组首端用D1表示，末端用D4表示；

第二相绕组首端用D2表示，末端用D5表示；

第三相绕组首末端分别用D3和D6来表示。

这六个引出线头引入接线盒的接线柱上，接线柱相应地标出D1～D6的标记，见图2-6

（1）。

三相定子绕组的六根端头可将三相定子绕组接成星形或三角形，星形接法是将三相绕组的末端并联起来，即将D4、D5、D6三个接线柱用铜片连结在一起，而将三相绕组首端分别接入三相交流电源，即将D1、D2、D3分别接入A、B、C相电源，如图2-6〔2）所示。

而三角形接法那么是将第一相绕组的首端D1与第三相绕组的末端D6相连接，再接入一相电源；

第二相绕组的首端D2与第一相绕组的末端D4相连接，再接入第二相电源；

第三相绕组的首端D3与第二相绕组的末端D5相连接，再接入第三相电源。

即在接线板上将接线柱D1和D6、D2和D4、D3和D5分别用铜片连接起来，再分别接入三相电源，如图2-6（3）所示。

一台电动机是接成星形还是接成三角形，应视厂家规定而进展，可以从电动机铭牌上查到。

三相定子绕组的首末端是生产厂家事先设定好的，绝不可任意颠倒，但可将三相绕组的首末端一起颠倒，例如将三相绕组的末端D4、D5、D6倒过来作为首端，而将D1、D2、D3作为末端，但绝不可单独将一相绕组的首末端颠倒，否那么将产生接线错误。

如果接线盒中发生接线错误，或者绕组首末端弄错，轻那么电动机不能正常起动，长时间通电造成启动电流过大，电动机发热严重，影响寿命，重那么烧毁电动机绕组，或造成电源短路。

图2-6三相电机接线图

电机接线图，如图2-7：

图2-7电机接线图

电机y接时，接线盒连接片的连接方式如图2-8：

图2-8电机y接时，接线盒连接片的连接方式

电机角接时，接线盒连接片的连接方式如图2.9：

图2-9电机角接时，接线盒连接片的连接方式

在承受一样电压及一样线径的绕组线圈中，星型接法比三角型接法每相匝数少根号3倍（1.732倍），功率也小根号3倍。

成品电机的接法已固定为承受电压380V，一般不适宜更改。

只有三相电压级别与正常380V不同时才改变接法，如三相电压220V级别时，原三相电压380V星型接法改为三角型接法就能适用；

如三相电压660V级别时，原三相电压380V三角型接法改为星型接法就能适用，其功率不变。

一般小功率电机是星型接法，大功率的是三角接法。

额定电压下，应该使用三角形连接的电动机，如果改成星形连接，那么属于降压运行，电动机功率减小，启动电流也减少。

额定电压下，应该使用星形连接的电动机，如果改成三角形连接，那么属于超压运行，是不允许的。

大功率电机（三角型接法）起动时的电流很大，为了减少起动电流对线路的冲击，一般采用降压起动，原三角型接法运行改为星型接法起动就是其中一种方法，星型接法起动后转换回三角型接法运行。

2.5三相异步电动机的用途及主要系列

2.5.1三相异步电动机的用途 

三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例如：

风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等

在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一般由单相异步电动机来拖动。

异步电动机能在生产和生活领域中得到广泛的应用，是有着众多优点：

构造简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、巩固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性

缺点：

功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，功率因数总小于1。

2.5.2三相异步电动机的主要系列

在三相电动机的外壳上，钉有一块牌子，叫铭牌。

铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理〔包括重绕组〕三相电动机的重要依据，铭牌的主要容如下。

1、型号：

国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列，是按国际电工委员会IEC标准设计生产的三相异步电动机，它是以电机中心高度为依据编制型号谱的，如Y-200L2-6机电混合桥电机型号。

2、额定功率：

额定功率是指在满载运行时三相电动机轴上所输出的额定机械功率，用表示，以千瓦〔kW〕或瓦〔W〕为单位。

3、额定转速：

额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，用nN表示，一般是略小于对应的同步转速n1。

如n1=1500r/min，那么nN=1440r/min。

4、绝缘等级：

绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它说明三相电动机允许的最高工作温度。

F级可长期承受155℃，按电机实际运行最高环温40℃计算，那么电机允许工作温度为：

F级时≤145℃〔环温40℃+温升105〕＜155℃。

5、电机的工作