基于PLC的三相异步电动机能耗制动系统设计说明

1 绪论

1.1课程研究背景

三相异步电动机又称三项感应电动机,它的应用非常广泛，几乎涵盖了农业生产和人类生活的各个领域。随着电气化、自动化技术的发展，三项异步电动机得到了越来越好的控制。

而电气化控制相较其他控制方法而言，更简洁便于操作，所以应用比较广泛。本课题的控制是采用PLC的梯形图编程语言来实现的。梯形图语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、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。

在实际运用中,有些生产机械往往要求电动机快速,准确地停车,而电动机在脱离电源后由于机械惯性的存在,完全停止需要一段时间,但是这往往不能适应某些生产机械工艺的要求，如万能铣床、卧床镗床、电梯等。为提高生产效率及准确停位，要求电动机能迅速停车，这就要求对电动机采取有效措施进行制动。

电动机制动分二大类:机械制动和电气制动。

机械制动是在电动机断电后利用机械装置对其转抽施加相反的作用力矩(制动力矩)来进行制动.电磁抱闸就是常用方法之一,结构上电磁抱闸由制动电磁铁和闸瓦制动器组成.断电制动型电磁抱闸在电磁线圈断电后,利用闸瓦对电动机轴进行制动;电磁铁线圈得电时,松开闸瓦,电动机可以自由转动.这种制动在起重机械上被广泛采用。

电气制动是使电动机停车时产生一个与转子原来的实际旋转方向相反的电磁力矩(制动力矩)来进行制动.常用的电气制动有反接制动和能耗制动等。

机械制动是在电动机断电后利用机械装置对其转抽施加相反的作用力矩(制动力矩)来进行制动.电磁抱闸就是常用方法之一,结构上电磁抱闸由制动电磁铁和闸瓦制动器组成.断电制动型电磁抱闸在电磁线圈断电后,利用闸瓦对电动机轴进行制动;电磁铁线圈得电时,松开闸瓦,电动机可以自由转动.这种制动在起重机械上被广泛采用。

电气制动是使电动机停车时产生一个与转子原来的实际旋转方向相反的电磁力矩(制动力矩)来进行制动.常用的电气制动有反接制动和能耗制动等。

长期以来，能耗制动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。由于能耗制

动综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超出其出现时的技术水平。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的联系，从而实现生产过程的自动控制[1]

1.2课程研究的价值

超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩大了能耗制动的功能，使其具有很强的的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业，不管是农业还是工业，都有着举足轻重的作用。

随着科学技术的发展与不断进步，电气工程与自动化技术正以令人瞩目的发展快速的改变着我国的工业基础整体面貌。

与此同时，该技术的不断发展，对社会的生产方式、人们的生活方式和思想观念也产生了重大的影响，并在现代化建设中发挥着越来越重要的作用，它正朝着智能化、网络化和集成化的方向发展。

1.3课程设计的任务

1.3.1设计任务：

在分析三项异步电动机的能耗制动的工作原理和实现方式的基础上，自行选定异步电动机并设计基于PLC的能耗制动控制系统。

1.3.2 设计要求：

（1）掌握交流异步电动机调速的基本原理和基本结构

（2）设计能耗制动系统，合理选择实现能耗制动的电气元件

（3）根据所选电气元件，设计能耗制动的主回路及基于PLC的控制回路，要求三相异步电机停机后能够迅速切除电源

（4）根据设计系统，进行参数及系统调试

（5）设计报告书需参照《工程学院毕业论文（设计）》模板规定的格式撰写。要求容翔实连贯，数据准确可靠，突出技术细节。

2 三项异步电动机的基本结构和工作原理

2.1三项异步电动机的基本结构

三项异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子是静止不动的部分，转子是旋转的部分，在定子与转子之间有一定的空隙，如图2.1所示[2]

图2.1 三相异步电动机的结构

1-轴 2-弹簧片 3-轴承 4-端盖 5-定子绕组 6-机座 7-定子铁芯 8-转子铁芯 9-吊环

10-出线盒 11-风扇盒 12-风扇 13-轴承盖

2.1.1定子铁心

电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。

定子铁心槽型有以下几种：

半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。

半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽。

开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。

定子绕组

作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。

构造：由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽。

定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。

⑴对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。

⑵相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。

⑶匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。电动机接线盒的接线：电动机接线盒都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（W2）、4（U2）、5（V2），.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。

2.1.2 三相异步电动机的转子

转子由铁芯和绕组组成。

转子铁芯也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而成为一个整体装在转轴上。转子铁芯的圆冲有转子槽，槽中安放线圈如图2.2所示。

异步电动机转子多采用绕线式和鼠笼式两种形式。因此异步电动机按绕组形式的不同分为绕线异步电动机和笼型异步电动机两种。绕线电动机和笼形电动机的转子构造虽然不同，但工作原理是一致的。转子的作用是产生转子电流及产生电磁转矩。

绕线异步电动机转子绕组是由线圈组成，三相绕组对称放入转子铁芯槽。转子绕组通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用以改善启动性能与调节转速，如图2.3所示[2]

图2.2 定子与转子的硅钢片图2.3 绕线式转子绕组与外接变阻器的连接1-定子铁芯硅钢片 2-定子绕组 1-滑环转子绕组 2-轴 3-电刷 4-变阻器

3-转子铁芯硅钢片 4-转子绕组

2.1.3 机座

作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。

构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机外的空气可直接对流，以利于散热。