交流电机的PLC控制

目录第1章交流电机PLC控制工艺流程分析 (1)1.1交流电机PLC控制过程描述 (1)1.2交流电机PLC控制过程工艺分析 (1)第2章交流电机PLC控制系统总体方案设计 (5)2.1系统硬件组成 (5)2.2控制方法分析 (5)第3章交流电机PLC控制系统梯形图程序设计 (6)3.1交流电机PLC控制系统程序流程图设计63.2 交流电机PLC控制系统程序设计思路 (11)3.3 交流电机PLC控制系统控制过程 (11)第4章交流电机PLC控制系统调试及结果分析 124.1 PLC控制工作过程的细节分析 (12)4.2 交流电机PLC控制系统优点 (12)课程设计心得 (13)参考文献 (14)附录.................................................................................................错误!未定义书签。

第1章交流电机PLC控制工艺流程分析1.1交流电机PLC控制过程描述PLC在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比具有速度快，可靠性高，灵活性强，功能完善等优点。

长期以来，PLC始终处于自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制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安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。

本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，实现三相异步电动机的星三角启动、正反转点动、连续、定时等控制，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点，可作为高校学生学习PLC的控制技术的参考，也可作为工业电机的自动控制电路。

1.2交流电机PLC控制过程工艺分析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行起动。

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行直接起动；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。

由于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，则应轻载或空载起动。

常用的降压起动方法有Y-△降压起动、自耦变压器降压起动、延边三角形减压启动、定子串电阻或电抗启动等。

此PLC控制系统选用大容量笼型异步电动机，这里用Y-△降压起动。

Y-△降压起动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1-1 Y-△降压起动控制线路图1-1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△连接直接起动时的线电流为采用Y连接降压起动时，每相绕组的线电流为则（1-1）由式（1-1）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。

以上分析表明，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。

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行制动控制。

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，在电机内部形成固定的磁场。

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的运动，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1-2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1-2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则可以判断，再根据左手定则判断转子的受力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相同的制动力矩，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，否则，电动机会反方向起动。

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10 kW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，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。

第2章交流电机PLC控制系统总体方案设计2.1系统硬件组成三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。

图2-1为三相异步电动机结构示意图。

(a) 外形图； (b) 内部结构图图2-1 三相异步电动机结构示意图定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。

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0.5 mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组，如图1-2所示。

图2-2 三相异步电动机的定子转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。

转子铁心也用0.5 mm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。

2.2控制方法分析图2-3为三相异步电动机工作原理示意图。

为简单起见，图中用一对磁极来进行分析。

三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势，感应电动势的方向可根据右手螺旋法则来判断。

由于转子本身为一闭合电路，所以在转子绕组中将产生感应电流，称为转子电流，电流方向与电动势的方向一致，即上面流出，下面流进。

图2-3 三相异步电动机工作原理图转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用，其方向可由左手定则来判断，上面的转子导条受到向右的力的作用，下面的转子导条受到向左的力的作用。

电磁力对转子的作用称为电磁转矩。

在电磁转矩的作用下，转子就沿着顺时针方向转动起来，显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。

第3章交流电机PLC控制系统梯形图程序设计3.1交流电机PLC控制系统程序流程图设计1、正反转、连续运行控制部分梯形图2、星三角启动部分梯形图3、控制系统总梯形图图3-1 控制系统语句表3.2 交流电机PLC控制系统程序设计思路点动时按下按钮SB4或SB5使得电机正向或反向点动。

正向启动时按下按钮SB2，电机星三角启动，然后正向连续运行。

同样，按下按钮SB3，电机星三角启动，然后反向连续运行。

SB2与SB3进行按钮互锁，保证在不停车的前提下进行正反向的直接切换。

在电机运行过程的任意时刻，按下按钮SB6，通过时间继电器定时时间延迟后，电机停车。

3.3 交流电机PLC控制系统控制过程按下按钮SB2（SB3），输入继电器X002（X003）常开触点闭合，输出继电器Y1（Y4）线圈接通并自锁，中间继电器KA1(KA4)得电吸合，控制接触器KM1(KM4)得电吸合。

同时Y1(Y4)的动和触点闭合，输出继电器Y3线圈接通并自锁，中间继电器KA3得电吸合，此时接触器KM3得电吸合，同时Y3的动和触点闭合，时间继电器T1开始计时。

电机在定子绕组星型连接下正(反)向运转启动，到达时间继电器T1的设定时间后，输出继电器Y2线圈接通并自锁，中间继电器KA2得电吸合，此时接触器KM2得电吸合，同时输出继电器Y2动断触点断开，输出继电器Y3失电，接触器KM3失电断开，电机切换到定子绕组三角形连接实现全压正（反）向运行。

在任意时刻按下按钮SB6，输入继电器X006常开触点闭合，时间继电器T2得电开始计时并自锁。

到达时间继电器T2设定的时间后，T2的常闭触点断开，输出继电器Y1线圈和输出继电器Y4线圈同时失电，电机停止运行。

按下按钮SB4（SB5），输入继电器X004（X005）常开触点闭合，中间继电器M1(M2线圈接通，M1(M2）的动和触点闭合，输出继电器Y1（Y4）线圈接通并自锁，中间继电器KA1(KA4)得电吸合，控制接触器KM1(KM4)得电吸合。