转子串电阻启动控制线路
绕线式异步电动机转子串电阻起动制动控制系统设计样本
课程设计说明书( / 第二学期)课程名称 : 可编程控制器应用程序设计题目 : 绕线式异步电动机转子串电阻_________起动制动控制系统设计专业班级 :学生姓名 : __学号: __指导教师 : 侯帅, 安宪军, 王静爽设计周数 : 两周设计成绩 :年 6月30 日目录1、课程设计目的............................................................. (2)2、课程设计具体要求............................................................. . (2)3、课程设计正文............................................................. (2)3.1 PLC硬件设计............................................................. .. (2)3.1.1 S7—200PLC简介............................................................. .. (3)3.1.2 方案设计............................................................. . (3)3.1.3原理图............................................................. (4)3.2 PLC软件设计............................................................. . (5)3.2.1 系统分析和设计............................................................. (5)3.2.2 系统调试............................................................. (5)3.2.3 系统实施及程序............................................................. (6)3.3 监控组态软件设计............................................................. (10)3.3.1 监控界面............................................................. (10)4、课程设计总结............................................................. .. (10)5、参考文献............................................................. . (11)一.设计目的1、掌握s7---200系列可编程控制器硬件电路的设计方法。
三相绕线式异步电动机的启动控制
三相绕线式异步电动机的启动控制绕线式异步电动机R与鼠笼式异步电动机的主要区别是绕线式异步电动机的转子采用三相对称绕组，启动时通常采用转子串电阻启动，或者是采用频敏变阻器启动。
一、绕线式异步电动机转子串电阻启动1.方法启动时，在绕线式异步电动机的转子回路中串入合适的三相对称电阻，如果正确选取电阻器的电阻值，使转子回路的总电阻值R2=X20，由前面分析可知，此时S m=1，即最大转矩产生在电动机启动瞬间，从而缩短起动时间，达到减小启动电流增大启动转矩的目的。
随着电动机转速的升高，可变电阻逐级减小。
启动完毕后，可变电阻减小到零，转子绕组被直接短接，电动机便在额定状态下运行。
这种启动方法的优点是不仅能够减少启动电流，而且能使启动转矩保持较大范围，故在需要重载启动的设备如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等场合被广泛采用。
其缺点是所需的启动设备较多，一部分能量消耗在启动电阻，而且启动级数较少。
2.绕线式异步电动机转子串电阻启动控制线路串接在三相转子回路的启动电阻，一般接成星形。
利用时间继电器控制电阻自动切除，即转子回路三段启动电阻的短接是依靠KT1、KT2、KT3三个时间继电器及KM1、KM2、KM3三个接触器的相互配合来实现。
图2-70绕线式异步电动机转子串电阻控制线路线路工作原理分析：与启动按钮SBl串接的接触器KMl、KM2、和KM3常闭辅助触头的作用是保证电动机在转子绕组中接入全部外加电阻的条件下才能启动。
如果接触器KMl、KM2、和KM3中任何—个触头因熔焊或机械故障而没有释放时，启动电阻就没有被全部接入转子绕组中，从而使启动电流超过规定的值。
把KMl、KM2和KM3的常闭触头与SBl串接在一起，就可避免这种现象的发生，因三个接触器中只要有一个触头没有恢复闭合，电动机就不可能接通电源直接启动。
停止时按下SB2即可。
二、转子回路串接频敏变阻器启动控制绕线式异步电动机转子绕组串接电阻的启动方法：若想获得良好的启动特性，一般需要较多的启动级数，所用电器多，控制线路复杂，设备投资大，维修不便，同时由于逐级切除电阻，会产生一定的机械冲击力。
绕线电动机的转子串频敏变阻器起动的动作原理
绕线电动机的转子串频敏变阻器起动
的动作原理
绕线型异步电动机转子串电阻的起动方法中，转子电阻是逐级切除的，转子电流及转矩会突然变化，产生机械冲击，使运行不平稳。
频敏变阻器的阻抗能够随着电动机转速的上升、转子电流频率的下降而自动减小，它是绕线型异步电动机较为理想的一种起动装置。
（1）频敏变阻器
频敏变阻器就是一个铁心损耗非常大的三相电抗器。
它的铁心由较厚的钢板叠成，三个绕组接成星形串联在转子电路中，电动机转速增高时，转子和旋转磁场的相对转速减小，转子电流频率降低，频敏变阻器的磁滞损耗减小，阻抗减小，电动机转子串频敏变阻器起动的控制电路如图1所示。
图1 电动机转子串频敏变阻器起动的控制电路
（2）电动机转子串频敏变阻器起动的控制电路的工作过程
合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，接触器KMl线圈通电自锁，电动机接通三相交流电源转子串频敏变阻器起动，同时时间继电器KT线圈通电延时开始。
延时结束时，KT 的延时闭合触点闭合，K线圈通电并自锁，K的动断触点断开热继电器FR的旁路触点加入电路作过载保护，K的一个常开触点接通KM2线圈，KM2动合触点闭合切除频敏变阻器。
（3）频敏变阻器的使用和调整
使用中当频敏变阻器的起动特性不太理想时，就需要结合现场情况作某些调整，来满足生产的需要。
主要包括如下两点：
①改线圈匝数：频敏变阻器绕组有三个抽头，分别为100％（起动电流过大时用）、85％（出厂）、71％匝数（起动电流过小时用）。
②磁路调整：刚起动和切除频敏变阻器时，防止冲击电流，加大上轭板与铁芯气隙。
用科威PLC改造绕线式异步电动机转子串电阻起动线路
合原则 调节等 。图 １ 所示 的就是典 型的时间原则 调节
的绕线 式异步 电动机三级启动 控制线路 。
种 电动机 ， 但是 鼠笼 式异 步 电动机在 直接 起动 时起
动 电流 大 ， 如果 采用 降压起 动 ， 然减小 了起 动 电流 ， 虽
但是起动转矩将 大大减 小 ， 起 动转矩 要求 比较 高 的 在 场合 ， 大多采用三相绕线式异 步 电动机 。
Ｄ０ ｕ—ｍｉｇ ＹＵ Ｇ ｉ ＮＧ Ｊ ｎ ． ｕ
（ Ｄ ｎ ｓｔｔ ｏ ｏａ ｏ Ｅ ｏ ｇＩ ｔｕｅ ｆ ｃｔ ｎ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ４ ８０ ） ｎｉ Ｖ ｉ ｅｈ ｏ ｇ ， ３０ ０ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｅｏ ｍ ｔ ｏ ｏ ｔ ｒ ｎ ｉｃ ｉ ｏ ｎ ｕ ｔ ｎ ｍｏｏ ｏ ｎ ｃ ｅ ｔ ｅｉｓ ｒ ｓｓ ｒ ａ ｅ ｎ ｋ ｗｅ Ｐ Ｃ ｉ ｓｒ ｃ ： ｒ ｆｒ ｍｅｈ ｄ ｆｒｓａ ｔ ｇ ｃｒ ｕｔ ｆｉ ｄ ｃ ｉ ｔｒｃ ｎ ｅ ｔｄ ｗｉ ｓ ｒｅ ｅ ｉ ｏ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｉ Ｌ ｓ ｉ ｏ ｈ ｔ
０ 概 主 术
三相 鼠笼式异步 电动机具有结构简单 、 价格便宜 、
路 功率 因数和起动转矩 的 目的。调节 转子 回路 电阻的
方法很多 ， 分为 分段 调节 和连续 调节 两种 。分段调 节 有时间原则调节 、 电流原则调 节 、 速度原则调节 以及综
坚 固耐用 、 控制方便等优 点 ， 是工业控制 中使用 最多 的
不仅 提高 了系统 的性能 和可靠 性 ， 降低 了成本 ， 使控 也 制器朝着小型化 、 智能化 的方 向发展 。
图 １ 绕 线式 异 步 电动 机 三 级 启 动 控 制 线 路
一、转子绕组串接电阻启动控制线路
绕线转子异步电动机的控制线路
绕线转子三相异步电动机，可以通过滑环在 转子绕组中串接电阻来改善电动机的机械特性， 从而达到减小启动电流、增大启动转矩以及调节 转速的目的。
YR系列
符号
一、转子绕组串接电阻启动控制线路
1.转子串接三相电阻启动原理 启动时，在转子回路串入作Y形连接、分级切换 的三相启动电阻器，以减小启动电流、增加启动转矩。 随着电动机转速的升高，逐级减小可变电阻。启动完 毕后，切除可变电阻器，转子绕组被直接短接，电动 机便在额定状态下运行。
SB1 KM KM 3 KH
M
3～
KA1 KM KA2
KA动合触头 闭合 因启动电流 大,KA1,KA2. R3 KA3的动断触 头断开,继续串 R2 联全部电阻启 R1 动
KM1 KM2
KM3 KM3 KA3 KM2 KA2 KM1 KA1
KA3
KM
KA
KM1
KM2 KM3
QS L1 L2 L3 FU1
KM3
QS L1 L2 L3
FU2
KH SB5
FU1 KM
KM 3 KH M 3～ KM3 R3 KM2 R2 KM1 R1 KM KM1 KM2 SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 SB4 KM3
松开SB4
电动机继续运 行
KM3
3.时间继电器自动控制线路
L1 L2 L3
QS
FU2 KH FU1 KM 3 SB2 KM
KA3
KM
KA
KM1
KM2 KM3
QS L1 L2 L3 FU1
FU2
KH SB2
KA
SB1 KM KM 3 KH
M
3～
绕线型三相异步电机转子电路串电阻启动
引言三相异步电动机是目前应用最为广泛的电动机。
要想讨论电力拖动中经常遇到的绕线型异步电动机转子串电阻启动问题，首先我们要先了解三相异步电动机，这是讨论问题的基础。
异步电动机是交流电动机的一种。
由于异步电动机在性能上有缺陷，所以异步电动机主要作电动机使用。
异步电动机按供电电源相数的不同，有三相、两相和单相之分。
三相异步电动机结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便，是当前工业农业生产中应用最普通的电动机；单相异步电动机容量较小，性能较差，在实验室和家用电器中应用较多；两相异步电动机通常用作控制电机。
一、异步电动机的原理三相对称绕组，接通三相对称电源，流过三相对称电流，产生旋转磁场（电生磁），切割转子导体，感应电势和电流（磁变生电），载流导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩（电磁生力），使转子朝着旋转磁场旋转的方向旋转。
二、异步电动机的结构组成（一）定子异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。
1．定子铁心定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。
为了使异步电动机能产生较大的电磁转矩，希望有一个较强的旋转磁场，同时由于旋转磁场对定子铁心以同步转速旋转，定子铁心中的磁通的大小与方向都是变化的，必须设法减少由旋转磁场在定子铁心中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，因此，定子铁心由导磁性能较好的0.5mm厚且冲有一定槽形的硅钢片叠压而成。
对于容量较大(10kW以上)的电动机，在硅钢片两面涂以绝缘漆，作为片间绝缘之用。
定子铁心上的槽形通常有三种半闭口槽，半开口槽及开口槽。
从提高电动机的效率和功率因数来看，半闭口槽最好。
2，定子绕组定子绕组是异步电机定子部分的电路，它也是由许多线圈按一定规律联接面成。
能分散嵌入半闭口槽的线圈由高强度漆包圆铜线或圆铝线绕成，放入半开口槽的成型线圈用高强度漆包扁沿线或扁铜线，或用玻璃丝包扁铜线绕成。
开口槽也放入成型线圈，其绝缘通常采用云母带，线圈放入槽内必须与槽壁之间隔有“槽绝缘”，以免电机在运行时绕组对铁心出现击穿或短路故障。
电流原则控制绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路
电流原则控制绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路三相绕线式异步电动机的转子中有三相绕组，可以通过滑环串接外接电阻或频敏变阻器，实现降压起动。
按照起动过程中转子串接装置的不同，分为串电阻起动和串频敏变阻器起动两种起动方式。
串电阻起动中包括基于电流原则的起动和基于时间原则的起动控制线路，图3.14所示电路是基于电流原则的起动控制线路。
在电动机的转子绕组中串接KI1、KI2、KI3这三个具欠电流继电器的线圈，它们具有相同的吸合电流和不同的释放电流。
在起动瞬间，转子转速为零，转子电流最大，三个电流继电器同时吸合，随着转子转速的逐渐提高，转子电流逐渐减小，KI1、KI2、KI3依次释放，其常闭触点依次复位，使相应的接触器线圈依次通电，通过它们的主触点的闭合，去完成逐段切除起动电阻的工作。
三相异步电动机正反转电气控制线路在图3.5中，（a）图为主电路，通过当接触器KM1三对主触点把三相电源和电动机的定子绕组按顺相序L1、L2、L3连接，，而KM2的三对主触点把三相电源和电动机的定子绕组按反相序L3、L2、L1连接，使电动机可以实现正反两个方向上的运行。
而图3.5（b）中，按下正转起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电且自锁，主触点闭合使电动机正转，按下停止按钮SB1，接触器KM1线圈断电，主触点断开，电动机断电停转。
再按下反转起动按钮SB3，接触器KM2线圈通电且自锁，主触点闭合使电动机反转。
但是在（b）图中，若按下正转起动按钮SB2再按下反转起动按钮SB3，或者同时按下SB2和SB3，接触器KM1和KM2线圈都能通电，两个接触器的主触点都会闭合，造成主电路中两相电源短路，因此，对正反转控制线路最基本的要求是：必须保证两个接触器不能同时工作，以防止电源短路，即进行互锁，使同一时间里只允许两个接触器中一个接触器工作。
所以在图3.5（c）中，接触器KM1 、KM2线圈的支路中分别串接了对方的一个常闭辅助触点。
工作时，按下正转起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，电动机正转，此时串接在KM2线圈支路中的KM1常闭触点断开，切断了反转接触器KM2线圈的通路，此时按下反转起动按钮SB3将无效。
串频敏变阻器启动
谢谢观看
接触器
时间继电器
工作原理
合上电源开关 QS 。按 SB1 ， KM1 自锁触头闭合自锁， KM1 常开闭合，KM1主触头闭合，电机得电串频敏变阻器起动，同 时 KT 时间继电器由 KM2 闭合得电吸合， KT 整定时间，时间到 后KT延时常开闭合。KM2线圈得电，KM2接触吸合，KM2自锁 触头闭合，KM2自锁。KM2主触头闭合频敏变阻器被短路切除。 此时 KM2 常闭断开时间继电器 KT 线圈失电 KT 延时常开触头断 开，起动结束。停止时按下SB2即可。
四、转子绕组串接频敏变阻器启动电路控制线路
频敏变阻器是一种阻抗值随频率明显变化、静止的无 触点电磁元件。它实质上是一个铁心损耗非常大的三相 电抗器。在电动机启动时，将频敏变阻器串接在转子绕 组中，启动完毕短接切除频敏变阻器。
QS L1 L2 L3 FU1 KM1
FU2 KH SB2
KM1 3
M
3～
优点
缺点
频敏变阻器具有一定的电抗，使功率因数降低，在 同样的启动电流下，启动转矩要减小一些。
四、转子绕组串接频敏变阻器启动电路控制线路
L1 L2 L3 QS FR SB2 SB1 KM2 KM2 RF KM1 KT KM2 KM1 KM2 KT
FU2 FU1 KM1 FR
KM
主电路
控制电路
此控制电路的起动方式
电动机全速运行
QS L1 L2 L3 FU1 KM1
FU2 KH SB2
KT线圈失电
触头复位
KM1 3
M
3～
KH
SB1 KM2
KM2
KT
KT延时闭合 电动机继续
KM2 RF KM1 KT KM2
转子串电阻
不对称电阻器
02 按钮操作控制线路
转子绕组串接电阻启动控制线路
QS L1 L2 L3 FU1
FU2 KH
SB5
KM KM 3 M 3～ KM3 R3 KM2 R2 KM1 R1 KM KM1 KM2 KH SB1 KM1 SB2
KM2
SB3 SB4 KM3
KM3
QS L1 L2 L3 FU1
FU2 KH
KM3 R3 R2 R1 KA3 KM2 KA2 KM1 KA1
KM3
KA3
KM
KA
KM1
KM2 KM3
L1 L2 L3
QS
FU2 KH SB2 FU1 SB1 KM KM KM KA2 KA1 KA
因速度再加快电 流 继 续 减 小 KA3欠电流, 动断 触 头 闭 合 KM3 线 圈 得 电 KM3 触 头 闭合切除全部电 阻全速运行
KT2
KM1
KM3 R3 KM2 R2 KM1 R1
KM2 KM3
KM
KT1 KM1 KT2 KM2 KT3 KM3
KT3
KM3
L1 L2 L3
QS
FU2 KH
FU1
KM 3 KH SB1 KM
M
3～
SB2 KM
KT2 延 时 闭 合 触头闭合 KM2线圈得电
KM3
KM1
KM2
KT1
KT2
KM1
KM3 R3 KM2 R2 KM1 R1
KT1
KT2
KM1
KM3 R3 KM2 R2 KM1 R1
KM2 KM3
KM
KT1 KM1 KT2 KM2 KT3 KM3
KT3
KM3
电机串电阻启动原理及优缺点
这种启动方法的优点是不仅能够减少启动电流，而且能使启动转矩保持较大范围，故在需要重载启动的设备如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等场合被广泛采用。其缺点是所需的启动设备较多，一部分能量消耗在启动电阻，而且启动级数较少。
2.绕线式异步电动机转子串电阻启动控制线路
串接在三相转子回路的启动电阻，一般接成星形。利用时间继电器控制电阻自动切除，即转子回路三段启动电阻的短接是依靠KT1、KT2、KT3三个时间继电器及KM1、KM2、KM3三个接触器的相互配合来实现。
启动时，在绕线式异步电动机的转子回路中串入合适的三相对称电阻，如果正确选取电阻器的电阻值，使转子回路的总电阻值R2=X20，由前面分析可知，此时Sm=1，即最大转矩产生在电动机启动瞬间，从而缩短起动时间，达到减小启动电流增大启动转矩的目的。随着电动机转速的升高，可变电阻逐级减小。启动完毕后，可变电阻减小到零，转子绕组被直接短接，电动机便在额定状态下运行。
线路工作原理分析：
与启动按钮SBl串接的接触器KMl、KM2、和KM3常闭辅助触头的作用是保证电动机在转子绕组中接入全部外加电阻的条件下才能启动。如果接触器KMl、KM2、和KM3中任何—个触头因熔焊或机械故障而没有释放时，启动电阻就没有被全部接入转子绕组中，从而使启动电流超过规定的值。把KMl、KM2和KM3的常闭触头与SBl串接在一起，就可避免这种现象的发生，因三个接触器中只要有一个触头没有恢复闭合，电动机就不可能接通电源直接启动。
电动机启动起来。
串接频敏变阻器启动的不足之处：由于有电感存在，使功率因数较低，启动转矩并不很大。因此当绕线式异步电动机在轻载启动时，采用频敏变阻器法启动优点较明显，如重载启动，一般采用串电阻启动。
停止时按下SB2即可。
二、转子回路串接频敏变阻器启动控制
时间原则控制绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路
时间原则控制绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路图3.15所示电路是基于时间原则的起动控制线路。
KT1、KT2、KT3为通电延时时间继电器，其延时时间与起动过程所需时间时间原则控制绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路相对应。
R1、R2、R3为转子外接电阻，起动后随着起动时间的增加，转子回路三段起动电阻的短接是靠三个时间继电器KT1、KT2、KT3与三个接触器KM1、KM2、KM3相互配合来完成的。
由接触器的线圈通电，触点动作，不仅通过主触点短接部分起动电阻，而且使对应时间继电器时间原则控制绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路图3.15所示电路是基于时间原则的起动控制线路。
KT1、KT2、KT3为通电延时时间继电器，其延时时间与起动过程所需时间相对应。
R1、R2、R3为转子外接电阻，起动后随着起动时间的增加，转子回路三段起动电阻的短接是靠三个时间继电器KT1、KT2、KT3与三个接触器KM1、KM2 、KM3相互配合来完成的。
由接触器的线圈通电，触点动作，不仅通过主触点短接部分起动电阻，而且使对应时间继电器的线圈通电，经过延时后，其延时触点接通下一个接触器线圈，接触器的主触点又短接另一部分起动电阻，……依次类推，直至转子起动电阻被全部短接，起动过程结束，电动机进入全压运行。
图3.15 时间原则控制绕线式异步电动机转子串电阻起动控制线路串频敏变阻器起动中通过了解频敏变阻器的组成和调整因素，懂得频敏变阻器的频率特性非常适合控制绕线式异步电动机的起动过程，完全可以取代转子绕组串电阻起动控制线路中的各段起动电阻，起动过程中其阻抗随转速升高而自动减小，因而可以实现平滑无级的起动。
串接频敏变阻器构成的起动控制线路中，从起动到运行的过程是由频敏变阻器自身的特性而平滑完成的。
手动或自动的控制方式只是为了在起动过程完成后，完全切除转子绕组中的频敏变阻器。
转子串频敏变阻器启动控制电路
转子绕组串频敏变阻器启动控制电路频敏变阻器是一种由铸铁片或钢板叠成铁芯，外面再套上绕组的三项电抗器，接在转子绕组的电路中，其绕组电抗和贴心损耗决定的等效阻抗随着转子电流的频率而变化。
在电动机的启动过程中，当电动机转速增高时，阻抗值自动地平滑减小，这一方面限制了启动电流，另一方面又可得到大致恒定的启动转矩。
因此它是一种较为理想的启动设备。
频敏变阻器是静止元件，很少需要而维修，因而常用于绕线式感应电动机的启动控制，特别是大容量的绕线式感应电动机的启动控制。
转子串频敏变阻器启动控制电路图频敏变阻器实质上是一个铁芯损耗很大的三相电抗器，将其串联在转子回路中，其等效电路如图。
图中Rd为绕组直流电阻，R为铁损等效电阻，L为等效电感，R、L的大小于转子的频率有关。
在启动过程中，电动机转子感应电流的频率是变化的，刚启动时，转子电流频率f2最高，f2=f1。
此时，频率变阻器的R、L为最大，即等效阻抗最大，转子电流受到抑制，定子电流也就不致很大；随着转速的上升，转子电流频率逐渐变小；当电动机正常运行时，f2很小，所以阻抗也变得很小。
因此，绕线式感应电动机串接频敏变阻器启动时，随着启动过程中转子电流频率的降低，其阻抗值自动减小，实现了平滑无极启动。
KM1为电源接触器，KM2为短接频敏变阻器RF的接触器，KT为启动时间继电器。
通过KT，控制KM2，短接频敏变阻器RF。
图C所示电路合上开关QS，按下启动按钮SB2，通过延时继电器KT得电闭合，其瞬动动合触点KT(11-9)闭合，使接触器KM1得电吸合。
KM1的辅助动合触点KM1（5-13）闭合，将KT、KM1锁住。
KM主触点闭合，电动机定子绕组接电源，转子串接频敏变阻器启动。
随着电动机转速平稳上升，频敏变阻器阻抗逐渐下降。
当转速上升到接近额定转速时，时间继电器延时时间到，其延时断开的动断触点KT（7-9）断开，其延时闭合的动合触点KT（13-5）闭合，使KM2得电吸合并自锁，将频敏变阻器短接，电动机进入正常运行。
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