三相异步电动机的正反转及顺序控制电路的设计.doc
三相异步电动机的正反转及顺序控制电路的设计（全套含CAD图纸）
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I 目 录 摘要 . 绪论 . 三相异步电动机简介 . 电气原理分析 .四 设计三相异步电动机的顺序控制线路图 .相异步电动机启动顺序控制线路 .相异步电动机停止顺序控制线路 . 设计三相异步电动机的正反转电气控制线路图 . 动正反转控制 .触器联锁的正反转控制线路 .钮联锁的正反转控制线路 .钮、接触器双重联锁的正反转控制线路 . 控制线路 序梯形图及其对比分析 . 七 序仿真分析 . 结 .考文献 . 辞 .2 摘要 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， 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，适合当前工业企业对自动化的需求 1。 这篇论文对电动机的正反转的电器控制系统和电动机的正反转的 制系统进行了详细的讲解，并对这两种控制系统进行了对比。三相异步电动机的 制电路，就是三相异步电动机的正反转控 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 ， 非常实用。 三相异步电动机的应用非常广泛， 因为它 机构简单，效率高，控制方便，运行可靠，易于维修 而且 成本低，几乎涵盖了 工农业生产和人类生活的各个领域 。 在这些应用领域中 ,三相异步电动机 由于 运行的环境不同，所以造成其故障的发生也很频繁， 因此 要正确合理的利用它。本文研究的这个系统的控制是采用 编程语言 梯形语言是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 增加 了许多功能， 指令清晰明白 ，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，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 性能好 ， 能够在恶劣的生产环境中使用 2。 它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算 ，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种 各样 的机械 或 生产过程 。 3 he LC in a is in in of a of a it to a of in at of of LC of of is of to is of is of in 4 is so is so to of In we he of LC in in of it is on of is is of is is a of It is it in as of of of or 5 一 绪论 三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域 ,在这些应用领域中 ,三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下 ,导致产生过流 ,短路 ,断相 ,绝故 ,对缘老化等事故，尤其是对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说 ,一旦发生故障，那么由此造成的损失将不敢想象。 在机械运作中 ,电气控制技术应 用十分广泛 ,而且在机械设备的控制中 ,电气控制也比其它的控制方法使用的更加有效。 本系统的控制是采用 编程语言 梯形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 增加了许多功能， 指令清晰明白 ，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，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 性能好 ， 能够在恶劣的生产环境中使用。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和 输出，控制各种的机械或生产过程。 现代以来， 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。到了上世纪 80 年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了它的发展，使得它的功能日益增强。目前，在先进国家中，它已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所 6 有企业。由于它综合了计算机和自动化技术，因此它的发展节节攀升，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑 ，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的联系，从而实现从中的自动化控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展和网络时代的到来，扩展了它的功能，使其具有很强的网络通讯能力，从而更广泛的运用于各类行业。在三相异步电动机的正反转控制线路实验中，并联在正转启动按钮（反转启动按钮）的两端的正转接触器的常开接点起自锁作用； 串联在正转接触器线圈 （ 反转接触器线圈 ） 回路中的反转接触器的常闭接点起互锁作用。互锁回路一定要接正确， 因为这能有效地防止短路事故的发生。 7 二 三相异步电动机简介 在工业、交通运输、农业、航空航天等行业中都是需要各种各样的生产机械，而这些生产机械的电气设备和电力拖动，主要是以各式各样电动机为动力的，比如各种生产机械、生产流水线、风机、起重机械和一些专用的加工装备等就是以电动机作为动力。据国家统计，我国生产的电能大约 60用于电动机，在这 60之中的 70以上又用于一般用途的交流异步和同步电动机。因此在日常的生产运营制造中三相异步电动机的使用非常广泛，所以掌握三相异步电动机及其控制技术具有十分重要的意义 3。 三相异步电动机的特点：与单相 异步电动机相比具有结构简单，坚固耐用，价格便宜，运行可靠，维修方便等一系列优点。但其缺点是轻载功率因数低，调速性能差，且功率因数滞后。 三相异步电动机的能量转换的实现是由于电机转子的旋转速度小于旋转的磁场的旋转速度，所以转子的绕组与磁场之间存在着转差率从而产生电动势和电流，并且转子绕组与磁场之间的相互作用从而产生电磁转。 8 三 电气原理分析 对于三相异步电动机的控制线路就是把各种有触电的继电器、接触器以及行程开关、按钮等电器元件，使用导线按照一定的方式连接起来从而组成控制电路。电气控制电路可以实 现对电动机的启动与停止、正反转、顺序控制、速度调节和制动等运行方式的控制。 电气控制的基本原则：（ 1）时间原则控制；（ 2）电流原则控制；（ 3）转速原则控制；（ 4）位置原则控制。 三相异步电动机的启动控制有全压直接启动方式和降压启动方式。三相异步电动机的制动控制：（ 1） 电磁抱闸制动；（ 2）反接制动；（ 3）能耗制动；（ 4）回馈制动；（ 5）电磁离合器制动等 三相异步电动机的调速控制；（ 1）变级调速；（ 2）变频调速；（ 3）变转差率调速。 对于本设计主要是针对三相异步电动机的正反转控制及顺序控制电路进行设计分析，从 而达到对三相异步电动机学习的目的。 三相异步 电机要实现正反转控制， 只用把 电源的相序中任意两相对调即可（ 也称 换相），通常是 V 相不变，将 U 相与 W 相对调节，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于 我们把 两相相序对调， 因此要保证两 个 圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采 用 联锁。为 了工作的安全必要 ，常采用按钮联锁（机械）与接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路（如下图所示）；使用了按钮联锁， 即便发生了上述情况 ，调相用的 两接 9 触器也 绝对 不可能同时得电， 由此 避免了相间短路。 还有 ，由于应用的 接触器 联锁， 因此 只要其中一个接触器得电，其长闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的 作用 下，电机的供电系统不可能相间短路， 这样就保护了电机 ， 而且避免了由于短路所造成的事故 4。 10 四 设计三相异步电动机的顺序控制线路图 在有些比 较复杂的生产装备中包含多台电动机，各台电动机所起到的作用不同，在某些时候可能需要一定的顺序起动或停止才能保证整个操作的过程更合理，工作的运行状态更可靠。比如在铣床上对电动机的要求就是首先起动主轴电动机，然后才能起动给进三相异步电动机。再比如在车床的主轴启动就要求必须先使油泵电机启动以便使齿轮箱得到充分的润滑油。像这样在电动机的启动、停止顺序上的先后关系能够反映在控制电路上，被称作顺序控制。实际的顺序控制大概有两种方法：（ 1）主电路的顺序控制；（ 2）控制电路上的顺序控制 6。 （ 1） 主电路顺序控制 主电路顺序控制 的特点是：电动机 控制接触器 主触头需要串联在接触器 触头的下侧，这样就可以达到顺序控制的目的。如图 示： 11 (2) 控制电路上的顺序控制 控制电路上的顺序控制并不是唯一的，它的特点是：控制电动机 电路首先与接触器 线圈并联再与 自锁触头串联，如此就可以保证电动机 于 动的要求。 相异步电动机启动顺序控制线路： （ 1）如图 示，是两台三相异步发电机 顺序控制线路，从线路图中我们可以看出三相异步电动机 控制电路是里连接在接触器 常开触点之后。这说明两个三相异步电动机于 动，并且当接触器 电之后两个电机同时停止。工作原理如下所示： 首先合上三极组合开关 启动三相异步电动机：按下点动开关 触器 圈因为得电而吸合，导致接触器 主触点闭合， 动运转，锁触点闭合并再按下点动开关 致接触器 圈因为得电而吸合，导致（ 1） 锁点闭合；（ 2） 触点闭合三相异步电动机 动运转。 停止：按下急停开关 使两个接触器 圈失电而断开， 触点断开，两台三相异步发电机 时断电停转。 12 图 序控制图 (2)启动顺序控制电路图图 示： 图 动顺序控制电路图 13 相异步电动机停止顺序控制线路：图 示： 图 止顺序控制电路图 1 图 止顺序控制电路图 2 14 图 止顺序控制电路图 3 15 五 设计三相异步电动机的正反转电气控制线路图 三相交流异步电动机和由它拖动的机械运动系统的电气控制线路是通过由熔断器、接触器、熔断器、按钮和热继电器等 电器元件所组成的的控制装置对控制对象进行控制 7。 电路中的接触器辅助常开粗点与并联与它的启动按钮称为自锁环节，这种由继电器 /接触器自身的辅助触点来使它自身的线圈长期能够保持通电的环节就是自锁环节。自锁环节具有记忆功能不仅常常用于电路的启动、停止的控制，而且但凡是需要记忆的控制都是能够运用自锁环节的 14。 线路保护环节： 线路的保护环节可以包括很多种如：短路保护、零压保护、过载保护、欠压保护等。 （ 1）短路保护 短路时通过熔断器 熔体熔断来切断线路，在线路中主电路和控制电路分别安装熔断器对其各自 进行短路保护，主 /控电路熔断器的分段能力不同，在遇到短路的时候能够使电动机立即停转。 （ 2）零压保护 电路中的自锁环节具有对电路所发出命令的记忆功能，当电路启动的命令下达之后，能够使电路长期保持通电，而当停机的命令或者停电出现的时候会失去自锁不能够自行启动，又称作零压保护。 （ 3）过载保护 过载保护是通过热继电器（ 实现的。当电路负载过载或者三相异步电动机单向运行的时候，热继电器就会动 16 作，它的常闭触点控制电路断开， 引线圈失电以此来切断电动机的主电路使三相异步电动机停转。 （ 4）欠压保护 欠 压保护是通过接触器的自锁触点来实现的。当电路中电源电压没有或者电路的电源电压下降十分严重时，使接触器由于铁心的吸引力的减小或者消失而释放，在这个时候三相异步电动机就会停转，接触器的常闭触点断开并且会失去自锁。电路中的欠压保护可以防止在电路电压下降严重的时候电动机在负载情况下的低压运行；避免电动机同时启动所造成的电压的严重下降 8。 互锁控制 互锁控制是指自动生产线或生产机械不同的运动部件之间相互制约，又称为连锁控制。也即是要求甲接触器工作的时候，乙接触器不能够工作，这样也就需要将甲接触器的常闭触点串联在乙 接触器的线圈电路中。 在我们日常工业生产中对许多生产机械都要求运动的部件能够实现正、反两个方向的运动。比如：吊取物品的天车的需要上升与下降，左向移动与右向移动等控制，这就要求电动机可以实现正转、反转控制 15。对于三相异步电动机的工作原理可知，当改变接通三相异步电动机三相定子绕组电源线的相序，既是把接入电动机的三相电源进线的任意两根对调后接入三相异步电动机的转向就会发生改变。 动正反转控制 ： 手动正反转是利用倒顺开关来控制的，倒顺开关也叫作可逆转换开关。该开关具有三个操作位置：正转、停止 以及反转。可逆转换开 17 关是依靠手动的操作来完成对三相异步电动机正反转的控制的。如图1 所示，在手动控制过程中必须要先经停止位置。 图 a）中电路线路简单，没有过载、零压和欠压保护。 图 动顺序正反转控制电路图 图 b）中 是在（ a）图的基础上改进，增加了热继电器、接触器及相应的控制电路，该电路具备了过载、零压、欠压保护功能。但是这种电路并不适合对可逆转换开关频繁转换的场所。 以上手动正反转控制的控制特点是电气线路简单，但是不安全，不方便，操作劳动强度比较大，不能进行自动控制。 触 器联锁的正反转控制线路 : 如图 接触器联锁的正反转控制线路。图中使用了两个接触器，也就是正转用的接触器 反转使用的接触器 的就是 18 利用接触器 主常开触点来改变进入三相异步电动机的电源相序。为了避免出现相与相之间的短路的故障，两个接触器不能够同时通电，否则两个接触器的主触点就会在同一时间闭合，这将会造成 U、 W 两相电源短路。为此，在两个接触器控制电路中相互之间串入对方的一对辅助常闭触点，以保证两个接触器不能够同时导通。 图 触器连锁正反转控制电路图 其工作原理为： 正转控制 按下点动常开控制按钮 使接触器线圈 电，所以（ 1）触点闭合；（ 2） 锁触头闭合；（ 3） 锁触头分断对 联锁。（ 1）（ 2）可使电动机 M 正转。 反转控制 先按下停车开关 圈失电，所以（ 1） 触点分 19 断；（ 2） 锁触头分断；（ 3） 锁触头闭合对 联锁。（ 1）（ 2）可使电动机 M 失电停转。 再按下点动常开控制按钮 使接触器线圈 电，所以（ 1） 触点闭合；（ 2） 锁触头闭合；（ 3） 锁触头分断对 联锁。 该电路的特点是：由正转到反转之间必须要求先按停止按钮 就是实现“正停反”的控制。并且该电路控制线路安全不会因为触头的熔焊而造成线路短路，但是该线路的缺点是操作不方便。 钮联锁的正反转控制线路 ： 如图 钮联锁的正反转控制线路，该线路与接触器联锁的正反转控制线路的不同在于将接触器的两个常闭触头用复合按钮常闭触点代替。这样使得电路控制方便，但是相对接触器联锁的正反转控制线路而言更不安全，如触头熔焊时容易引起线路短路 9。 图 钮连锁正反转控制电路图 20 其工作原理为： 首先合上三极组合开关 正转控制： 按下复合按钮 触器 线圈就会得电吸合，可导致（ 1）复合按钮 常闭点断开，（ 2）接触器 自锁触点闭合；（ 3）接触器 主电路触点闭合，三相异步电动机得电正转； 反转控制： 按下复合开关 (1) 复合开关 闭点先断开， 因为线圈断电而释放，导致：（ a） 锁触点断开；（ b） 电路触点断开，三相异步电动机 M 失电停止；（ 2） 开点后闭合，为线圈得电而吸合，可导致：（ a） 锁点闭 合；（ b） 相异步电动机 M 得电反转。 停止控制： 按下急停开关 线圈断电而释放，可导致：（ 1） 2） 触点断开，三相异步电动机 M 断电停转；（ 3） 闭点闭合。 该控制线路的特点是从电动机正转到电动机反转没必要首先按下停止按钮 即是可以实现“正反停”。 钮、接触器双重联锁的正反转控制线路 ： 双重联锁的正反转控制线路如图 示，图中除了互锁（电气联锁）外采用了两个复合按钮 将两个复合按钮的常闭点相互串在对方的 接触器线圈的控制电路里，以确保 线 21 圈不会在同一时间得电，这种双重互锁也称为机械互锁 10。这种控制电路兼有按钮联锁、接触器联锁控制电路的双重优点：线路操作方便，工作时安全性能可靠。被广泛用于电力拖动系统中。 图 钮、接触器锁正反转控制电路图 工作原理如下： 首先合上三极组合开关 正转控制： 按下复合按钮 触器 线圈就会得电吸合，可导致（ 1）复合按钮 常闭点断开，实现机械互锁（切断 制的反转控制电路）；（ 2）接触器 自锁触点闭合；（ 3）接触器 主电路触点闭合，三相异步电动机得电正转；（ 4）接触器 常闭触点断开，实现了电气互锁（切断 制的反转电路）。 22 反转控制： 按下复合开关 (1) 复合开关 闭点先断开， 因为线圈断电而释放，导致：（ a） 锁触点断开；（ b） 电路触点断开，三相异步电动机 M 失电停止；（ c） 锁触点闭合。（ 2） 开点后闭合， 为线圈得电而吸合，可导致：（ a）锁点闭合；（ b） 电路触点闭合，三相异步电动机 M 得电反转；（ c） 闭点断开，实现互锁。 停止控制： 按下急停开关 线圈断电而释放，可导致：（ 1） 2） 触点断开，三相异步电动机 M 断电停转；（ 3） 闭点闭合。 该控制线路的特点是从电动机正转到电动机反转没必要首先按下停止按钮 即是可以实现“正反停”。这种控制电路兼有按钮联锁、接触器联锁控制电路的双重优点：线路操作方便，工作时安全性能可靠。被广泛用于电力拖动系统中。 23 六 控制线路 序梯形图及其对比分析 用软件编辑语言的表达方式分为： 梯形图（ 形图是一种以其在图中的相互关系及图形符号表示电气线路控制关系的编辑语言。它是由继电器电路图变化出来的 11。 在梯形图中所绘的图形符号与继电器线路图的电气元件符号十分相似，在 梯形图是使用最广泛的编辑语言。 指令表（ 令表同时也被称为语句表，它和单片机汇编语言比较相似，程序都有严格的对应关系。一般一条指令可分为两部分：助记符，操作数。当然也有只有助记符没有操作数的指令，也就是无操作数指令。当送入编辑控制器运行时梯形图在简单的编程设备无法直接读取的情况下 可改写为指令表进行输入。 顺序功能图（ 序功能图包括步、转换、动作三个要素。一个复杂的控制过程可以通过顺序功能图分解为一些小的工作状态，对小的工作状态处理后以控制要求进行链接组合成整体的控制状态。顺序功能图体现了 一种编程思想。 功能块图（ 能图块与数字电路的编程语言类似，它是用类似于或门、与门的方框表示相应的逻辑运算关系，左侧为输入变量，右侧为输出变量。所以如果对数字电路有所学习的话则更容易掌握功能图 块。 结构文本（ 了增强 许多高级功能如：数据处理、报表打印、数学运算、图表显示等，一些大中型的 装备了一些高级的编程语言，如 C、 像这样的的一 24 种编程的方式被称为结构文本 12。 编程语言是编制可编程控制器应用程序的工具。在本设计中主要应用梯形图的编程方式来学习三相异步电动机的正反转及顺序控制。 图 梯形图、图 梯形图、图 梯形图、图 梯形图所示： 图 动控制的正反转线路图梯形图 图 触 器联锁的正反转控制线路梯形图 25 图 钮联锁的正反转控制线路梯形图 图 钮、接触器双重联锁的正反转控制线路梯形图 26 七 序仿真分析 真软件是检测所编写程序是否正确的理想工具，对于西门子的 00言 非常好的仿真软件。而国内已经有人将部分汉化 真软件在互联网上也可以找到 13。 需要执行它的 件，就可以打开。 当然仿真软件并不能模拟 全部功能和全部指令具体情况还需具体分析。 图 梯形图仿真图、图 梯形图仿真图、图 梯形图仿真图、图 梯形图仿真图所示： 图 动控制正反转仿真图 27 图 触器联锁的正反转控制线路仿真图 图 钮联锁的正反转控制线路仿真图 28 图 钮接触器双联锁的正反转控制线路仿真图 29 总结 通过这一次的 三相异步电动机的正反转及顺序控制的毕业设计我觉得对三相异步电动机及其控制有了更深一步的认识。因为三相异步电动机在当前应用的十分广泛，对于它的电气控制不仅仅只是涉及到本次论文中提到的正反转及顺序控制，还有它的相应的启动控制；制动控制；电动机的可逆运行；三相异步电动机的调速控制以及电气控制线路中的主令电器吧保护等等。 在对三相异步电动机正反转及顺序控制中我们要注意对相应电气元件的选型。在连接电气线路时可能会出现的故障点，如何去分析这些故障点，相应的故障点会引起什么样的反应等。 对于三相异步电动机的控制是逐渐的实现自动化，现代化，智能化的，通过自己去摸索、尝试才能清楚自己的不足，或许我们能够很容易的绘出电动机控制线路图，倒是当我们遇到现实中的电气元件去实际连接操作的时候 却往往会出现各种各样的错误。而这就是需要我们实际去动手操作，同样这也是学校通过毕业设计所想要达到的目的与实际相接轨。 因为这次 毕业设计 设计是以小组的形式进行的，所以，不仅仅要有方法一起去发现问题，协商问题，讨论问题，并且解决问题。通过这次设计与制作，更加深刻了对书本知识的理解和认识，明白了程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会 30 脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大 潮中奔跑打下坚实的基础 在此要感谢指导老师的辛勤教导与详细讲解，您还帮助我们找出解决问题的不同方法。我从此次毕业设计中学到了许多有用的知识和技巧。最后再一次真诚感谢您。 31 参考文献 1 周鑫 ,张合新 ,孙鹏 ,姚志成 . 优质提问教学法在步进电动机教学中的应用 J. 中国电力教育 . 2012(36) 2 戴鹏基 . 三相异步电动机正反转控制电路的安装与调试技术J. 硅谷 . 2011(19) 3 李仕游 . 三相异步电动机正反转控制实验分 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学生姓名： 学 号： 指导教师： 2016年 3月 18日 三相异步电动机的正反转及顺序控制电路的设计 毕业设计说明书 论文题目：三相异步电动机的正反转及顺序控制电路的设计 系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2016年 3月 18日 I 目 录 摘要 . 绪论 . 三相异步电动机简介 . 电气原理分析 .四 设计三相异步电动机的顺序控制 线路图 .相异步电动机启动顺序控制线路 .相异步电动机停止顺序控制线路 . 设计三相异步电动机的正反转电气控制线路图 . 动正反转控制 .触器联锁的正反转控制线路 .钮联锁的正反转控制线路 .钮、接触器双重联锁的正反转控制线路 . 控制线路 序梯形图及其对比分析 . 七 序仿真分析 . 结 .考文献 . 辞 .2 摘要 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， 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，适合当前工业企业对自动化的需求 1。 这篇论文对电动机的正反转的电器控制系统和电动机的正反转的 制系统进行了详细的讲解，并对这两种控制系统进行了对比。三相异步电动机的 制电路，就是三相异步电动机的正反转控 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 ， 非常实用。 三相异步电动机的应用非常广泛， 因为它 机构简单，效率高，控制方便，运行可靠，易于维修 而且 成本低，几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域 。 在这些应用领 域中 ,三相异步电动机 由于 运行的环境不同，所以造成其故障的发生也很频繁， 因此 要正确合理的利用它。本文研究的这个系统的控制是采用 编程语言 梯形语言是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 增加 了许多功能， 指令清晰明白 ，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，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 性能好 ， 能够在恶劣的生产环境中使用 2。 它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并 采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种 各样 的机械 或 生产过程 。 3 he LC in a is in in of a of a it to a of in at of of LC of of is of to is of is of in 4 is so is so to of In we he of LC in in of it is on of is is of is is a of It is it in as of of of or 5 一 绪论 三相异步电动机的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域 ,在这些应用领域中 ,三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下 ,导致产生过流 ,短路 ,断相 ,绝故 ,对缘老化等事故，尤其是对于应用于大型工业设备重要场合的高压电动机、大功率电动机来说 ,一旦发生故障，那么由此造成的损失将不敢想象。 在机械运作中 ,电气控制技术应用十分广泛 ,而且在机械设备的控制中 ,电气控制 也比其它的控制方法使用的更加有效。 本系统的控制是采用 编程语言 梯形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 增加了许多功能， 指令清晰明白 ，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，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 性能好 ， 能够在恶劣的生产环境中使用。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。 现代以来 ， 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。到了上世纪 80 年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了它的发展，使得它的功能日益增强。目前，在先进国家中，它已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所 6 有企业。由于它综合了计算机和自动化技术，因此它的发展节节攀升，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，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的联系，从而实现从中的自动化控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展和网络时代的到来，扩展了它的功能，使其具有很强的网络通讯能力，从而更广泛的运用于各类行业。在三相异步电动机的正反转控制线路实验中，并联在正转启动按钮（反转启动按钮）的两端的正转接触器的常开接点起自锁作用； 串联在正转接触器线圈 （ 反转接触器线圈 ） 回路中的反转接触器的常闭接点起互锁作用。互锁回路一定要接正确， 因为这能有效地防止短路事故的发生。 7 二 三相异步电动机简介 在工业、交通运输 、农业、航空航天等行业中都是需要各种各样的生产机械，而这些生产机械的电气设备和电力拖动，主要是以各式各样电动机为动力的，比如各种生产机械、生产流水线、风机、起重机械和一些专用的加工装备等就是以电动机作为动力。据国家统计，我国生产的电能大约 60用于电动机，在这 60之中的 70以上又用于一般用途的交流异步和同步电动机。因此在日常的生产运营制造中三相异步电动机的使用非常广泛，所以掌握三相异步电动机及其控制技术具有十分重要的意义 3。 三相异步电动机的特点：与单相异步电动机相比具有结构简单，坚固耐用，价格便 宜，运行可靠，维修方便等一系列优点。但其缺点是轻载功率因数低，调速性能差，且功率因数滞后。 三相异步电动机的能量转换的实现是由于电机转子的旋转速度小于旋转的磁场的旋转速度，所以转子的绕组与磁场之间存在着转差率从而产生电动势和电流，并且转子绕组与磁场之间的相互作用从而产生电磁转。 8 三 电气原理分析 对于三相异步电动机的控制线路就是把各种有触电的继电器、接触器以及行程开关、按钮等电器元件，使用导线按照一定的方式连接起来从而组成控制电路。电气控制电路可以实现对电动机的启动与停止、正反转、顺序控制、速 度调节和制动等运行方式的控制。 电气控制的基本原则：（ 1）时间原则控制；（ 2）电流原则控制；（ 3）转速原则控制；（ 4）位置原则控制。 三相异步电动机的启动控制有全压直接启动方式和降压启动方式。三相异步电动机的制动控制：（ 1） 电磁抱闸制动；（ 2）反接制动；（ 3）能耗制动；（ 4）回馈制动；（ 5）电磁离合器制动等 三相异步电动机的调速控制；（ 1）变级调速；（ 2）变频调速；（ 3）变转差率调速。 对于本设计主要是针对三相异步电动机的正反转控制及顺序控制电路进行设计分析，从而达到对三相异步电动机学习的目的。 三相异 步 电机要实现正反转控制， 只用把 电源的相序中任意两相对调即可（ 也称 换相），通常是 V 相不变，将 U 相与 W 相对调节，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于 我们把 两相相序对调， 因此要保证两 个 圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采 用 联锁。为 了工作的安全必要 ，常采用按钮联锁（机械）与接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路（如下图所示）；使用了按钮联锁， 即便发生了上述情况 ，调相用的两接 9 触器也 绝对 不可能同时得电， 由此 避免了相间 短路。 还有 ，由于应用的 接触器 联锁， 因此 只要其中一个接触器得电，其长闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的 作用 下，电机的供电系统不可能相间短路， 这样就保护了电机 ， 而且避免了由于短路所造成的事故 4。 10 四 设计三相异步电动机的顺序控制线路图 在有些比较复杂的生产装备中包含多台电动机，各台电动机 所起到的作用不同，在某些时候可能需要一定的顺序起动或停止才能保证整个操作的过程更合理，工作的运行状态更可靠。比如在铣床上对电动机的要求就是首先起动主轴电动机，然后才能起动给进三相异步电动机。再比如在车床的主轴启动就要求必须先使油泵电机启动以便使齿轮箱得到充分的润滑油。像这样在电动机的启动、停止顺序上的先后关系能够反映在控制电路上，被称作顺序控制。实际的顺序控制大概有两种方法：（ 1）主电路的顺序控制；（ 2）控制电路上的顺序控制 6。 （ 1） 主电路顺序控制 主电路顺序控制的特点是：电动机 控制接触器 主触 头需要串联在接触器 触头的下侧，这样就可以达到顺序控制的目的。如图 示： 11 (2) 控制电路上的顺序控制 控制电路上的顺序控制并不是唯一的，它的特点是：控制电动机 电路首先与接触器 线圈并联再与 自锁触头串联，如此就可以保证电动机 于 动的要求。 相异步电动机启动顺序控制线路： （ 1）如图 示，是两台三相异步发电机 顺序控制线路，从线路图中我们可以看出三相异步电动机 控制电路是里连接在接触器 常开触点之后。这说明两个三相异步电动机 于 动，并且当接触器 电之后两个电机同时停止。工作原理如下所示： 首先合上三极组合开关 启动三相异步电动机：按下点动开关 触器 圈因为得电而吸合，导致接触器 主触点闭合， 动运转，锁触点闭合并再按下点动开关 致接触器 圈因为得电而吸合，导致（ 1） 锁点闭合；（ 2） 触点闭合三相异步电动机 动运转。 停止：按下急停开关 使两个接触器 圈失电而断开， 触点断开，两台三相异步发电机 时断电停转。 12 图 序控制图 (2)启动顺序控制电路图图 示： 图 动顺序控制电路图 13 相异步电动机停止顺序控制线路：图 示： 图 止顺序控制电路图 1 图 止顺序控制电路图 2 14 图 止顺序控制电路图 3 15 五 设计三相异步电动机的正反转电气控制线路图 三相交流异步电动机和由它拖动的机械运动系统的电气控制线路是通过由熔断器、接触器、熔断器、按钮和热继电器等电器元件所组成的的控制装置对控制对象进行控制 7。 电路中的接触器辅助常开粗点与并联与它的启动按钮称为自锁环节，这种由继电器 /接触器自身的辅助触点来使它自身的线圈长期能够保持通电的环节就是自锁环节。自锁环节具有记忆功能不仅常常用于电路的启动、停止的控制，而且但凡是需要记忆的控制都是能够运用自锁环节的 14。 线路保护环节： 线路的保护环节可以包括很多种如：短路保护、零压保护、过载保护、欠压保护等。 （ 1）短路保护 短路时通过熔断器 熔体熔断来切断线路，在线路中主电路和控制电路分别安装熔断器对其各自进行短路保护，主 /控电路熔断器的分段能力不同 ，在遇到短路的时候能够使电动机立即停转。 （ 2）零压保护 电路中的自锁环节具有对电路所发出命令的记忆功能，当电路启动的命令下达之后，能够使电路长期保持通电，而当停机的命令或者停电出现的时候会失去自锁不能够自行启动，又称作零压保护。 （ 3）过载保护 过载保护是通过热继电器（ 实现的。当电路负载过载或者三相异步电动机单向运行的时候，热继电器就会动 16 作，它的常闭触点控制电路断开， 引线圈失电以此来切断电动机的主电路使三相异步电动机停转。 （ 4）欠压保护 欠压保护是通过接触器的自锁触点来实现的。当电路 中电源电压没有或者电路的电源电压下降十分严重时，使接触器由于铁心的吸引力的减小或者消失而释放，在这个时候三相异步电动机就会停转，接触器的常闭触点断开并且会失去自锁。电路中的欠压保护可以防止在电路电压下降严重的时候电动机在负载情况下的低压运行；避免电动机同时启动所造成的电压的严重下降 8。 互锁控制 互锁控制是指自动生产线或生产机械不同的运动部件之间相互制约，又称为连锁控制。也即是要求甲接触器工作的时候，乙接触器不能够工作，这样也就需要将甲接触器的常闭触点串联在乙接触器的线圈电路中。 在我们日常工业 生产中对许多生产机械都要求运动的部件能够实现正、反两个方向的运动。比如：吊取物品的天车的需要上升与下降，左向移动与右向移动等控制，这就要求电动机可以实现正转、反转控制 15。对于三相异步电动机的工作原理可知，当改变接通三相异步电动机三相定子绕组电源线的相序，既是把接入电动机的三相电源进线的任意两根对调后接入三相异步电动机的转向就会发生改变。 动正反转控制 ： 手动正反转是利用倒顺开关来控制的，倒顺开关也叫作可逆转换开关。该开关具有三个操作位置：正转、停止以及反转。可逆转换开 17 关是依靠手动的操作来完成 对三相异步电动机正反转的控制的。如图1 所示，在手动控制过程中必须要先经停止位置。 图 a）中电路线路简单，没有过载、零压和欠压保护。 图 动顺序正反转控制电路图 图 b）中 是在（ a）图的基础上改进，增加了热继电器、接触器及相应的控制电路，该电路具备了过载、零压、欠压保护功能。但是这种电路并不适合对可逆转换开关频繁转换的场所。 以上手动正反转控制的控制特点是电气线路简单，但是不安全，不方便，操作劳动强度比较大，不能进行自动控制。 触器联锁的正反转控制线路 : 如图 接触 器联锁的正反转控制线路。图中使用了两个接触器，也就是正转用的接触器 反转使用的接触器 的就是 18 利用接触器 主常开触点来改变进入三相异步电动机的电源相序。为了避免出现相与相之间的短路的故障，两个接触器不能够同时通电，否则两个接触器的主触点就会在同一时间闭合，这将会造成 U、 W 两相电源短路。为此，在两个接触器控制电路中相互之间串入对方的一对辅助常闭触点，以保证两个接触器不能够同时导通。 图 触器连锁正反转控制电路图 其工作原理为： 正转控制 按下点动常开控制 按钮 使接触器线圈 电，所以（ 1）触点闭合；（ 2） 锁触头闭合；（ 3） 锁触头分断对 联锁。（ 1）（ 2）可使电动机 M 正转。 反转控制 先按下停车开关 圈失电，所以（ 1） 触点分 19 断；（ 2） 锁触头分断；（ 3） 锁触头闭合对 联锁。（ 1）（ 2）可使电动机 M 失电停转。 再按下点动常开控制按钮 使接触器线圈 电，所以（ 1） 触点闭合；（ 2） 锁触头闭合；（ 3） 锁触头分断对 联锁。 该电路的特点是： 由正转到反转之间必须要求先按停止按钮 就是实现“正停反”的控制。并且该电路控制线路安全不会因为触头的熔焊而造成线路短路，但是该线路的缺点是操作不方便。 钮联锁的正反转控制线路 ： 如图 钮联锁的正反转控制线路，该线路与接触器联锁的正反转控制线路的不同在于将接触器的两个常闭触头用复合按钮常闭触点代替。这样使得电路控制方便，但是相对接触器联锁的正反转控制线路而言更不安全，如触头熔焊时容易引起线路短路 9。 图 钮连锁正反转控制电路图 20 其工作原理为： 首先合上三极组合开关 正转控制： 按下复合按钮 触器 线圈就会得电吸合，可导致（ 1）复合按钮 常闭点断开，（ 2）接触器 自锁触点闭合；（ 3）接触器 主电路触点闭合，三相异步电动机得电正转； 反转控制： 按下复合开关 (1) 复合开关 闭点先断开， 因为线圈断电而释放，导致：（ a） 锁触点断开；（ b） 电路触点断开，三相异步电动机 M 失电停止；（ 2） 开点后闭合，为线圈得电而吸合，可导致：（ a） 锁点闭合；（ b） 相异步电动 机 M 得电反转。 停止控制： 按下急停开关 线圈断电而释放，可导致：（ 1） 2） 触点断开，三相异步电动机 M 断电停转；（ 3） 闭点闭合。 该控制线路的特点是从电动机正转到电动机反转没必要首先按下停止按钮 即是可以实现“正反停”。 钮、接触器双重联锁的正反转控制线路 ： 双重联锁的正反转控制线路如图 示，图中除了互锁（电气联锁）外采用了两个复合按钮 将两个复合按钮的常闭点相互串在对方的接触器线圈的控制电路里，以确保 线 21 圈不会在同一时间得电，这种双重互锁也称为机械互锁 10。这种控制电路兼有按钮联锁、接触器联锁控制电路的双重优点：线路操作方便，工作时安全性能可靠。被广泛用于电力拖动系统中。 图 钮、接触器锁正反转控制电路图 工作原理如下： 首先合上三极组合开关 正转控制： 按下复合按钮 触器 线圈就会得电吸合，可导致（ 1）复合按钮 常闭点断开，实现机械互锁（切断 制的反转控制电路）；（ 2）接触器 自锁触点闭合；（ 3）接触器 主电路触点闭合，三相异步电动机得电正转； （ 4）接触器 常闭触点断开，实现了电气互锁（切断 制的反转电路）。 22 反转控制： 按下复合开关 (1) 复合开关 闭点先断开， 因为线圈断电而释放，导致：（ a） 锁触点断开；（ b） 电路触点断开，三相异步电动机 M 失电停止；（ c） 锁触点闭合。（ 2） 开点后闭合， 为线圈得电而吸合，可导致：（ a）锁点闭合；（ b） 电路触点闭合，三相异步电动机 M 得电反转；（ c） 闭点断开，实现互锁。 停止控制： 按下急停开关 线圈 断电而释放，可导致：（ 1） 2） 触点断开，三相异步电动机 M 断电停转；（ 3） 闭点闭合。 该控制线路的特点是从电动机正转到电动机反转没必要首先按下停止按钮 即是可以实现“正反停”。这种控制电路兼有按钮联锁、接触器联锁控制电路的双重优点：线路操作方便，工作时安全性能可靠。被广泛用于电力拖动系统中。 23 六 控制线路 序梯形图及其对比分析 用软件编辑语言的表达方式分为： 梯形图（ 形图是一种以其在图中的相互关系及 图形符号表示电气线路控制关系的编辑语言。它是由继电器电路图变化出来的 11。 在梯形图中所绘的图形符号与继电器线路图的电气元件符号十分相似，在 梯形图是使用最广泛的编辑语言。 指令表（ 令表同时也被称为语句表，它和单片机汇编语言比较相似，程序都有严格的对应关系。一般一条指令可分为两部分：助记符，操作数。当然也有只有助记符没有操作数的指令，也就是无操作数指令。当送入编辑控制器运行时梯形图在简单的编程设备无法直接读取的情况下可改写为指令表进行输入。 顺序功能图（ 序功能图包括步、转换、动作三个要素。一个复杂的控制过程可以通过顺序功能图分解为一些小的工作状态，对小的工作状态处理后以控制要求进行链接组合成整体的控制状态。顺序功能图体现了 一种编程思想。 功能块图（ 能图块与数字电路的编程语言类似，它是用类似于或门、与门的方框表示相应的逻辑运算关系，左侧为输入变量，右侧为输出变量。所以如果对数字电路有所学习的话则更容易掌握功能图块。 结构文本（ 了增强 许多高级功能如：数据处理、报表打印、数学运算、图表显示等，一些大中型的 装备了一些高级的编程语言，如 C、 像这样的的一 24 种编程的方式被称为结构文本 12。 编程语言是编制可编程控制器应用程序的工具。在本设计中主要应用梯形图的编程方式来学习三相异步电动机的正反转及顺序控制。 图 梯形图、图 梯形图、图 梯形图、图 梯形图所示： 图 动控制的正反转线路图梯形图 图 触器联锁的正反转控制线路梯形图 25 图 钮联锁的正反转控制线路梯形图 图 钮、接触器双重联锁的正反转控制线路梯形图 26 七 序仿真分析 真软件是检测所编写程序是否正确的理想工具，对于西门子的 00言 非常好
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