三相異步電動機Y啟動控制設(shè)計

1、電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計 題 目: 三相異步電動機Y-啟動控制設(shè)計專 業(yè)： 自動化班 級： 姓 名： 學(xué) 號 ：指導(dǎo)教師： 設(shè)計日期： 目 錄 摘要1 控制要求12 主要元件介紹62.1 繼電器62.2 熔斷器62.3 交流接觸器72.4 臺達可編程控制器82.5 三相異步電動機83 硬件設(shè)計.8 3.1 設(shè)計原理13.2 控制過程24 軟件設(shè)計.74.1 I/O接線圖34.2 梯形圖和指令表45 總結(jié)10參考文獻10摘要 星三角啟動控制系統(tǒng)，屬降壓啟動他是以犧牲功率為代價來換取降低啟動電流來實現(xiàn)的。所以不能一概而以電機功率的大小來確定是否需采用星三角啟動，還得看是什么樣的負載，一般在需要

2、啟動時負載輕,運行時負載重尚可采用星三角啟動控制系統(tǒng)，一般情況下鼠籠型電機的啟動電流是運行電流的57倍，而對電網(wǎng)的電壓要求一般是正負10%,為了不形成對電網(wǎng)電壓過大的沖擊所以要采用星三角啟動控制。只有鼠籠型電機才采用星三角啟動。星三角降壓啟動的控制系統(tǒng)電動機三相繞組共有六個外接端子：A-X、B-Y、C-星形啟動：X-Y-Z相連，A、B、C三端接三相交流電壓380V，此時每相繞組電壓為220，較直接加380V啟動電流大為降低，避免了過大的啟動電流對電網(wǎng)形成的沖擊。此時的轉(zhuǎn)矩相對較小，但電動機可達到一定的轉(zhuǎn)速。三角形運行：經(jīng)星形啟動電動機持續(xù)一段時間（約十秒鐘）達到一定的轉(zhuǎn)速后，利用PLC定時約0

3、.5秒，電器開關(guān)把六個接線端子轉(zhuǎn)換成三角形連接并再次接到380V電源時每相繞組電壓為380V，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速大大提高，電動機進入額定條件下的運行過程。關(guān)鍵詞：星三角啟動 PLC 鼠籠型電機 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速1 控制要求接觸器KM1KM3的作用分別是控制電源、Y形起動、運行。按下起動按鈕SB1后，電動機M先作Y起動，10s鐘后自動轉(zhuǎn)換為運行。若任何情況下外部按下停止按鈕SB2或熱繼電器FR動作時，都會導(dǎo)致電動機停止。2 主要元件介紹2.1 繼電器當輸入量（如電壓、電流、溫度等）達到規(guī)定值時，繼電器所控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開。 輸入量可分為電氣量（如電流、電壓、頻率、功率等）及非電氣量（如溫度、壓力、速度等

4、）兩大類。繼電器具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。 時間繼電器時間繼電器是一種利用電磁原理或機械原理實現(xiàn)延時控制的控制電器。它的種類很多，有空氣阻尼型、電動型和電子型等。在交流電路中常采用空氣阻尼型時間繼電器，它是利用空氣通過小孔節(jié)流的原理來獲得延時動作的。它由電磁系統(tǒng)、延時機構(gòu)和觸點三部分組成。 時間繼電器可分為通電延時型和斷電延時型兩種類型。 空氣阻尼型時間繼電器的延時范圍大（有0.460s和0.4180s兩種） ，它結(jié)構(gòu)簡單，但準確度較低。當線圈通電（電壓規(guī)格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等

5、）時，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時下移，使瞬時動作觸點接通或斷開。但是活塞桿和杠桿不能同時跟著銜鐵一起下落，因為活塞桿的上端連著氣室中的橡皮膜，當活塞桿在釋放彈簧的作用下開始向下運動時，橡皮膜隨之向下凹，上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經(jīng)過一定時間，活塞桿下降到一定位置，便通過杠桿推動延時觸點動作，使動斷觸點斷開，動合觸點閉合。從線圈通電到延時觸點完成動作，這段時間就是繼電器的延時時間。延時時間的長短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進氣孔的大小來改變。 吸引線圈斷電后，繼電器依靠恢復(fù)彈簧的作用而復(fù)原。空氣經(jīng)出氣孔被迅速排出。2.2 熔斷器 熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其

6、自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過電流的保護器，是應(yīng)用最普遍的保護器件之一。 熔斷器是一種過電流保護器。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。使用時，將熔斷器串聯(lián)于被保護電路中，當被保護電路的電流超過規(guī)定值，并經(jīng)過一定時間后由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，從而起到保護的作用。 以金屬導(dǎo)體作為熔體而分斷電路的電器，串聯(lián)于電路中，當過載或短路電流通過熔體時，熔體自身將發(fā)熱而熔斷，從而對電力系統(tǒng)、各種電工設(shè)備以及家用電器都起到了一定的保護作用。具有反時延特性，當過載電流小時

7、，熔斷時間長；過載電流大時，熔斷時間短。因此，在一定過載電流范圍內(nèi)至電流恢復(fù)正常，熔斷器不會熔斷，可以繼續(xù)使用。熔斷器主要由熔體、外殼和支座3 部分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關(guān)鍵元件。2.3 交流接觸器交流接觸器利用主接點來開閉電路，用輔助接點來導(dǎo)通控制回路。主接點一般是常開接點，而輔助接點常有兩對常開接點和常閉接點，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。交流接觸器的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫燒蝕性。交流接觸器動作的動力源于交流通過帶鐵芯線圈產(chǎn)生的磁場，電磁鐵芯由兩個山字形的幼硅鋼片疊成，其中一個固定鐵芯，套有線圈，工作電壓可多種選擇。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸

8、合面加上短路環(huán)。交流接觸器在失電后，依靠彈簧復(fù)位。另一半是活動鐵芯，構(gòu)造和固定鐵芯一樣，用以帶動主接點和輔助接點的閉合斷開。20安培以上的接觸器加有滅弧罩，利用電路斷開時產(chǎn)生的電磁力，快速拉斷電弧，保護接點。接觸器具可高頻率操作，做為電源開啟與切斷控制時最高操作頻率可達每小時1200次。接觸器的使用壽命很高機械壽命通常為數(shù)百萬次至一千萬次，電壽命一般則為數(shù)十萬次至數(shù)百萬次。2.4 臺達可編程控制器臺達PLC概述臺達PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。臺達PLC的特點臺達PLC以高速、穩(wěn)健、高可靠度而著稱，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動化機械；臺達P

9、LC除了具有快速執(zhí)行程序運算、豐富指令集、多元擴展功能卡及高性價比等特色外，并且支持多種通訊協(xié)議，使工業(yè)自動控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體。臺達PLC的特點為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機有以下特點：（1） 可靠性高，抗干擾能力強·硬件措施：主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護和信號調(diào)理電路。 屏蔽對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進行屏蔽，以防外界干擾。 濾波對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。

10、電源調(diào)整與保護對微處理器這個核心部件所需的+5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。 隔離在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作；各I/O口之間亦彼此隔離。 采用模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。·軟件措施：有極強的自檢及保護功能。故障檢測軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等。以便及時進行處理。信息保護與恢復(fù)當偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時，不

11、破壞PLC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以，PLC在檢測到故障條件時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。設(shè)置警戒時鐘WDT（看門狗）如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間，預(yù)示了程序進入死循環(huán)，立即報警。加強對程序的檢查和校驗一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會丟失。（2） 通用性強，控制程序可變，使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后

12、，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應(yīng)用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。（3） 功能強，適應(yīng)面廣現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程。（4） 編程簡單，容易掌握目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式

13、與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。（5） 減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，更減少

14、了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。（6） 體積小、重量輕、功耗低、維護方便2.5 三相異步電動機 簡介與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。三相異步電動機原理當向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個

15、以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始時是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（感應(yīng)電動勢的方向用右手定則判定）。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動勢方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。 通過上述分析可以總結(jié)出電動機工作原理為：當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)

16、生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。 3 硬件設(shè)計 3.1 設(shè)計原理容量較大的電動機。通常采用降壓啟動方式。降壓啟動的方式很多，有星三角啟動，自耦降壓啟動，串聯(lián)電抗器降壓啟動，延邊三角形啟動等。本次設(shè)計采用的是電動機的星三角(Y一)啟動方式。所謂Y一啟動，是指啟動時電動機繞組接成星形，啟動結(jié)束進入運行狀態(tài)后，電動機繞組接成三角形。PLC控制三相異步電動機Y-降壓起動的優(yōu)點（1）在三相異步電動機Y-降壓起動控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對三相異步電動機Y-降壓起動運行的

17、自動控制，可靠性大大提高。 （2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。（3）PLC可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 （4）PLC可進行故障自動檢測，提高運行安全性，并便于檢修。 （5）更改控制方案時不需改動硬件接線。 在啟動時。電機定子繞組因是星形接法，所以每相繞組所受的電壓降低到運行電壓的57.7，啟動電流為直接啟動時的13，啟動轉(zhuǎn)矩也同時減小到直接啟動的13。所以這種啟動方式只能工作在空載或輕載啟動的場合。電動機Y啟動的電路圖，U1U2、V2V2、WlW2是電動機M的三相繞 組。如果將U2、V2和W2在接線盒內(nèi)短接則電動機被接成星形；如果將U1和W2、V1和U2、W1和V2

18、分別短接，則電動機被接成三角形。實現(xiàn)電動機的Y啟動控制電路見圖1。圖1 電器原理圖3.2 控制過程按下啟動按鈕SB1，接觸器KMY線圈得電，KMY的主觸點閉合，KMY輔助觸點（常開）閉合，接觸器KM1經(jīng)過PLC程序延時后線圈得電，KM1主觸點閉合，將電動機的三相繞組接成星形，電動機進入星形啟動狀態(tài)；KM1的輔助觸點KA1閉合，使電路維持在啟動狀態(tài)。待電動機轉(zhuǎn)速達到一定程度時，PLC程序另一延時時間到。其延時觸點(常閉)斷開，接觸器KMY線圈失電主觸點斷開，輔助觸點(常開)KA閉臺。接觸器KM得電工作電動機進入三角運行狀態(tài)。按下停止按鈕SB2，或電動機出現(xiàn)異常過電流使熱繼電器FR動作時，電動機均

19、會停止運行。 熱繼電器的調(diào)整應(yīng)根據(jù)負載輕重和運行電流的大小，在熱態(tài)(熱繼電器接入電路，并經(jīng)過啟動電流的預(yù)熱)實地進行。觀察電流表的讀數(shù)按照讀數(shù)的1.2倍整定其電流調(diào)整鈕。電動機出現(xiàn)1.2倍的異常電流時熱繼電器會在20分鐘內(nèi)動作。如果電動機運行電流是隨負載不斷變化的，則整定值可按較大電流值計算選取但最大不能超過電動機額定電流的1.2倍4 軟件設(shè)計4.1 I/O接線圖圖2 I/O接線圖表1 I/O分配表輸入口（I）輸出口（O）SB1啟動X0KM1Y0SB2停止X1KMYY1KMY2表2 電氣元件表元件名稱數(shù)量DC 24V電源1PC/PPI編程電源1臺達編程軟件1開關(guān)（按鈕型）2交流接觸器3繼電器（24V）3三相異步交流電機（鼠籠型）1PC機14.2 梯形圖和指令表圖3 梯形圖表3 指令表0 LD X01 OR Y02 ANI X13 OUT Y04 LD Y35 AND Y06 OUT T07 OUT Y18 LD T09 SET Y310 LD Y311 OUT T112 LD T113 ANI X114 OUT Y215 LD X116 RST Y317 END5 總結(jié)及心得體會通過此次課程設(shè)計。培養(yǎng)了我們綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的知識和