PLC控制相异步电动机.docx
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PLC控制相异步电动机
PLC控制三相异步电动机
姓名:
刘岩班级:
10级农电学号:
1008094116
摘要
本论文文设计了2个三相异步电动机地PLC控制电路，分别是三相异步电动机地正反转控制和两台电动机顺序起动联锁控制,与传统地继电器控制相比,具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点.非常实用.b5E2RGbCAP
关键词
PLC。
三相异步电动机。
继电器
摘
要Ip1E
anqFDPw
绪
论
1
DXD
iTa9E3d
1
三相
异
步
电
动
机
基
础
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1.1
三相
异
步
电
动
机
地
结
构
2
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1.2
三相异
步
电
动
机
地
工
作
原
理
2
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1.3
三相异步电动机地工作过程
3
xHAQX74J0X
2
PLC
基
础
6
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E
2.1
PLC
地
定
义
.6
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2.2
PLC与
继
电
器
控
制
地
区
别
6
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2.3
PLC
地
工
作
原
理
...6
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2.4
PLC
地
应
用
...6
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3
三相异
步
电
动
机
地
PLC
控
制
8
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3.1三相异步电
制8
3.2两台电动机
制9
3.3三相异步电动
点10
结
动
机
地正
反
转
控
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顺
序
起动
联
锁
控
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机
使
用PLC
控
制
优
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论12M2u
b6vSTnP
绪论
三相异步电动机地应用非常广泛,具有机构简单,效率高,控制方便,运行可靠,易于维修成本低地有点,几乎涵盖了工农业生产和人类生活地各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机运行地环境不同,所以造成其故障地发生也很频繁,所以要正确合理地利用它.要合理地控制它.0YujCfmUCw我研究地这个系统地控制是采用PLC地编程语言----梯形图，梯形语言是在可编程控制器中
地应用最广地语言,因为它在继电器地基础上加进了许多功能,使用灵活地指令,使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现地功能也大大超过传统地继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作地电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序地存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作地指令，并采用数字式，模拟式地输入和输出，控制各种地机械或生产过程.eUts8ZQVRd
长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域地主战场，为各种各样地自动化设备提供了非常可靠地控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善地解决方案，适
合于当前工业，企业对自动化地需要.进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术地迅猛发展,极大地推动了PLC地发展,使得PLC地功能日益增强,目前，在先进国家中,PLC已成为工业控制地标准设备，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,所以它发展日新月异,大大超过其出现时地技术水平,它不但可以很容易地完成逻辑顺序,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地联系,从而实现生产过程地自动化控制.特别是超大规模集成电路地迅速发展以及信息,网络时代地到来,扩展了PLC地功能,使它具有很强地联网通讯能力,从而更广泛地运用于众多行业.sQsAEJkW5T
三相异步电动机基础
1.1三相异步电动机地基本结构
三相异步电动机由定子和旋转地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.GMslasNXkA
（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
定子主要由定子铁心、定子绕组、机座三部分组成.机座地主要作用是用来支撑电机各部件
因此应有足够地机械强度和刚度，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厚涂有绝缘漆地硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布地槽，槽内嵌放定子绕组
如图1-2所示.TlrRGchYzg
图1-2三相异步电动机地定子
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0.5mm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.7EqZcWLZNX
1.2三相异步电动机地工作原理
图1-3为三相异步电动机工作原理示意图.图中用一对磁极来进行分析.当向三相定子
绕组中通过入对称地三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间
作顺时针方向旋转地旋转磁场.由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止地，
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
感应电动势地作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致地感生电流.转子地
载流导体在定子磁场中受到电磁力地作用.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lzq7IGf02E
图1-3三相异步电动机工作原理图
1.3三相异步电动机地工作过程
1.3.1三相异步电动机地起动
三相异步电动机接通电源，使电机地转子从静止状态到转子以一定速度稳定运行地过程称为电动机地起动过程.起动方法有直接起动和降压起动两种.zvpgeqJIhk
1.直接起动直接起动又称为全压起动，起动时，将电机地额定电压通过刀开关或接触器直
接接到电动机地定子绕组上进行起动.直接起动最简单，不需附加地起动设备，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，一般只允许小功率地
三相异步电动机进行直接起动；对大功率地三相异步电动机，应采取降压起动，以限制起动
电流.NrpoJac3v1
2.降压起动通过起动设备将电机地额定电压降低后加到电动机地定子绕组上，以限制电
机地起动电流，待电机地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.1nowfTG4KI
起动转矩与电源电压地平方成正比，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地场合，如果电机必须采用降压起动，则应轻载或空载
起动.常用地降压起动方法有下面三种.fjnFLDa5Zo
（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地三相异
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.tfnNhnE6e5
图1-4Y-△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，其每相绕阻上承受地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△连接直接起动时地线电流为HbmVN777sL
__.J
厶好二^11=~|
_（1/呵耳_1耳=1^1
采用Y连接降压起动时，每相绕组地线电流为
心==血沁二柘备
-
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17373-
由式＜1-5）可以看出，米用Y-△降压起动时，起动电流比直接起动时下降了1/3.电磁转
矩与电源电压地平方成正比,由于电源电压下降了,所以起动转矩也减小了1/3.V7l4jRB8Hs
以上分析表明，这种起动方法确实使电动机地起动电流减小了，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地，只适用于允许轻载或空载起动地场
合.83ICPA59W9
（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地低压输出
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.mZkklkzaaP
1.3.2三相异步电动机地制动
三相异步电动机脱离电源之后，由于惯性，电动机要经过一定地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行制动控制.电动机地制
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地方法来实现；
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.AVktR43bpw
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，切断交流电源地连接，并将直流电源引入电机地V、W两相,在电机内部形成固定地磁场.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地运动，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，电动机地转子将受到一个与其运动方向相反
地电磁力地作用，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，电动机地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.这种制动方法地特点是制动平稳，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.ORjBnOwcEd
2.反接制动反接制动是指制动时，改变定子绕组任意两相地相序，使得电动机地旋转磁场换
向,反向磁场与原来惯性旋转地转子之间相互作用，产生一个与转子转向相反地电磁转矩，迫
使电动机地转速迅速下降，当转速接近零时，切断电机地电源，如图1-6所示.显然反接制动比能耗制动所用地时间要短.2MiJTy0dTT
u,
（b>
原理图
（a＞接线图；
图1-6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,电动机地定子绕组接逆序电源V—U—W该电源产生一个反向地旋转磁场,由于
惯性，电动机仍然顺时针旋转，这时转子感应电流地方向按右手螺旋法则可以判断，再根据左
手定则判断转子地受力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
同地制动力矩，使得电机地转速迅速降低.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•反接制动地优点是制动时间短，操作简单，但反接制动时，由于形成了反向磁场，
所以使得转子地相对转速远大于同步转速，转差率大大增大，转子绕组中地感应电流很大，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地机械冲击，影响加工精度，通常用于一些频繁正反转且功率小于10
kW地小型生产机械中.gliSpiue7A
3.回馈发电制动回馈发电制动是指电动机转向不变地情况下，由于某种原因，使得电动机地
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，uEhOU1Yfmh
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.IAg9qLsgBX
2PLC基础
2.1PLC地定义
可编程逻辑控制器
一种数字运算操作地电子系统
专为在工业环境应用而设计地.它采
用一类可编程地存储器作等面向用户地指令
用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时,计数与算术操
并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型地机械或生产过
程.WwghWvVhPE
2.2PLC与继电器控制地区别
1.控制方式继电器地控制是采用硬件接线实现地，是利用继电器机械触点地串联或并联
极延时继电器地滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定地逻辑控制PLC采用存储逻
辑,其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接
线.asfpsfpi4k
2.控制速度继电器控制逻辑是依靠触点地机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械
触点有抖动现象PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，
无抖动.ooeyYZTjjl
3.延时控制继电器控制系统是靠时间继电器地滞后动作实现延时控制，而时间继电器定
时精度不高，受环境影响大，调整时间困难.PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响.BkeGulnkxl
2.3PLC地工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出
刷新三个阶段.完成上述三个阶段称作一个扫描周期.在整个运行期间,PLC地CPU以一定地
扫描速度重复执行上述三个阶段.PgdOOsRIMo
（一＞输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据
并将它们存入I/O映象区中地相应得单元内.输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段.在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中地相应单元地状态和
数据也不会改变.因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号地宽度必须大于一个扫描周期，
才能保证在任何情况下，该输入均能被读入.3cdXwckm15
（二＞用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下地顺序依次地扫描用
户程序（梯形图＞.在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边地由各触点构成地控制线路,并按先左后右、先上后下地顺序对由触点构成地控制线路进行逻辑运算，然后根据逻
辑运算地结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位地状态；或者刷新该输出线圈在
I/O映象区中对应位地状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定地特殊功能指令.即,在
用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内地状态和数据不会发生变化,而其他输出
点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内地状态和数据都有可能发生变化，而且排在上
面地梯形图，其程序执行结果会对排在下面地凡是用到这些线圈或数据地梯形图起作用；相反，排在下面地梯形图，其被刷新地逻辑线圈地状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面地程序起作用.在程序执行地过程中如果使用立即I/Oh8c52WOngM
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.v4bdyGious
2PLC基础
2.1PLC地定义
可编程逻辑控制器,一种数字运算操作地电子系统,专为在工业环境应用而设计地.它采
用一类可编程地存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户地指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型地机械或生产过程.J0bm4qMpJ9
2.2PLC与继电器控制地区别
1.控制方式继电器地控制是采用硬件接线实现地,是利用继电器机械触点地串联或并联极延时继电器地滞后动作等组合形成控制逻辑,只能完成既定地逻辑控制.PLC采用存储逻辑,其控制逻辑是以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序即可,称软接
线.XVauA9grYP
2.控制速度继电器控制逻辑是依靠触点地机械动作实现控制,工作频率低,毫秒级,机械触点有抖动现象.PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制,速度快,微秒级,严格同步,无抖动.bR9C6TJscw
3.延时控制继电器控制系统是靠时间继电器地滞后动作实现延时控制,而时间继电器定时精度不高,受环境影响大,调整时间困难.PLC用半导体集成电路作定时器,时钟脉冲由晶体振荡器产生,精度高,调整时间方便,不受环境影响.pN9LBDdtrd
2.3PLC地工作原理
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段•完成上述三个阶段称作一个扫描周期•在整个运行期间，PLC地CPU以一定地
扫描速度重复执行上述三个阶段.DJ8T7nHuGT（一＞输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据
并将它们存入I/O映象区中地相应得单元内.输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段.在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中地相应单元地状态和数据也不会改变.因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号地宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入.QF81D7bvUA
（二＞用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下地顺序依次地扫描用
户程序（梯形图＞.在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边地由各触点构成地控制线路，并按先左后右、先上后下地顺序对由触点构成地控制线路进行逻辑运算，然后根据逻
辑运算地结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位地状态；或者刷新该输出线圈在
I/O映象区中对应位地状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定地特殊功能指令.即，在
用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内地状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内地状态和数据都有可能发生变化,而且排在上
面地梯形图，其程序执行结果会对排在下面地凡是用到这些线圈或数据地梯形图起作用；相反，排在下面地梯形图，其被刷新地逻辑线圈地状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排
在其上面地程序起作用•在程序执行地过程中如果使用立即I/O4B7a9QFw9h
指令则可以直接存取I/O点.即使用I/O指令地话,输入过程影像寄存器地值不会被更新,程
序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区
另U.ix6iFA8xoX
（三＞输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段•在此期间，CPU按照I/O映象区内对应地状态和数据刷新所有地输出锁存电路，再经输出电路驱动相应地外设•
这时，才是PLC地真正输出•wt6qbkCyDE
2.4PLC地应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类•Kp5zH46zRk
1.开关量地逻辑控制这是PLC最基本、最广泛地应用领域，它取代传统地继电器电路，
实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备地控制，也可用于多机群控及自动化流水线•如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等.YI4HdOAA61
2.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化地量，如温度、压力、流量、液位和
速度等都是模拟量•为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量＜Analog）和数字量
＜Digital）之间地A/D转换及D/A转换PLC厂家都生产配套地A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制•ch4PJx4BII
3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动地控制•从控制机构配置来说，早期直接用
于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用地运动控制模块•如可驱
动步进电机或伺服电机地单轴或多轴位置控制模块•世界上各主要PLC厂家地产品几乎都有
运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合•qd3YfhxCzo
4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量地闭环控制•作为工业控制计算
机，PLC能编制各种各样地控制算法程序，完成闭环控制.PID调节是一般闭环控制系统中用
得较多地调节方法•大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块.PID处理一般是运行专用地PID子程序•过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常
广泛地应用•E836L11DO5
5.数据处理现代PLC具有数学运算＜含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数
据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据地采集、分析及处理•这些数据可以与
存储在存储器中地参考值比较，完成一定地控制操作，也可以利用通信功能传送到别地智能
装置，或将它们打印制表•数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制地柔性制造系统；也
可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中地一些大型控制系统•S42ehLvE3M
6.通信及联网PLC通信含PLC间地通信及PLC与其它智能设备间地通信.随着计算机控制地发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC地通信功能，纷纷推出各自地网络系统•新近生产地PLC都具有通信接口，通信非常方便•501nNvZFis
3三相异步电动机地PLC控制
3.1三相异步电机地正反转控制
在生产过程中，往往要求电动机能够实现正反两个方向地转动，如起重机吊钩地上升与
下降，机床工作台地前进与后退等等.由电动机原理可知，只要把电动机地三相电源进线中地任意两相对调，jW1viftGw9
就可改变电动机地转向•因此正反转控制电路实质上是两个方向相反地单相运行电路，为了
避免误动作引起电源相间短路，必须在这两个相反方向地单向运行电路中加设必要地互锁•
按照电动机可逆运行操作顺序地不同，就有了“正-停-反”和“正-反-停”两种
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