plc改造三相异步电动机双向启动反接制动的控制线路原理设计.doc

摘 要三相异步电动机是一种适用范围广，使用方便的通用电机，其主要动力的来源，应用于生产，生活各个领域。三相异步电动机的启停会对电网造成较强干扰，尤其在工业领域中的重载启动，有时也可能对设备构成严重威。所谓电器制动，就是电动机需要制动时，通过电路的转换或改变供电条件使其产生与实际运转方向相反的电磁转矩制动力矩，迫使电动机迅速停止转动的制动方式，所以随着技术的高速发展，电动机的启停与制动受到越来越多的运用。关键词：三相异步电动机 电气制动 重载启动。14目 录摘 要I1前言12反接制动控制设计内容22.1 正反转反接制动控制22.2单向反接制动控制42.3采用角-星制动反接制动控制63电路中的元器件83.1热继电器83.2低压断路器83.3交流接触器93.4刀开关93.5组合开关103.6速度继电器103.7熔断器104反接制动控制电路仿真114.1异步电机反接制动控制仿真114.2角-星制动反接制动控制仿真12心得体会13参考文献141前言在现代科技发展快速的时代电动机的运用越来越广泛越来越科学。反接制动是电动机电气制动方法之一，此种方法有制动力大，制动迅速的优点，多用在停止动作要求准确的机械设备控制电路。反接制动的实质是改变异步电动机定子绕组中的三相电源相序，产生与转子转动方向相反的转矩，迫使电动机迅速停转。其控制线路有单向反接制动控制线路和可逆运行反接制动控制线路。交流电机制动采用改变相序的方法产生反向转矩，原理类似。反接制动制动力强，制动迅速，控制电路简单，设备投资少，但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件。三相异步电动机双向启动反接制动利用了三相异步电动机的正反转的主回路并且把控制回路增加了继电器进行制动。反接制动的正反转是利用三相异步电动机的正反转是将电动机三相电源进线中的任意两相对调，就可以达到反转控制的目的。 2反接制动控制设计内容2.1 正反转反接制动控制电路原理见图2.1，图中KMF为正向接触器，KMR为反向接触器。KMB为反接制动时接入限流电阻的接触器。速度继电器KS有两付触头，当电动机正转时，速度继电器的触头KS（15-17）闭合，为KMR通电进行反接制动准备。当电动机反转时，速度继电器的触头KS（15-11）闭合，为KMF通电进行反接制动准备，故使用时速度继电器KS触头的方向不能接错。 图2.1电机正反转反接制动控制电路该控制电路的动作过程，以正转为例说明如下：当按下正向起动按钮SBF后，正向接触器KMF和短接制动电阻接触器KMB均通电闭合，电动机在满电压下起动。当电动机的转速达到120r/min左右时，速度继电器的触头KS（15-17）闭合，为KMR通电做好准备。如需停止电动机， 按下停止按钮SBP。接触器KMB断电释放，主回路中接入制动电阻R，同时正向接触器KMF也断电，当中间继电器KA通电吸合后，接通了反转接触器KM，电动机进行反接制动。当转速低于100r/min时，速度继电器触头断开，制动过程结束。反接制动时电动机电流很大，对机械传动部分有较大冲击，除在电路中接入限流电阻R外，还可以在反接制动电路中采取一些措施，使冲击减弱，制动时较为平稳。图2.2为另一种控制电路，主回路中的电阻R既可以限制反接制动电流，也能够限制起动电流。正向起动时，按下起动按钮SBF，中间继电器KA吸合并自锁，KA3的常开触头KA3（3-9）接触继电器KM1，KM1吸合后电动机正转起动。正向起动开始时，速度继电器的常开触头KSF尚未闭合。中间继电器KA1未动作，接触器KM3也未动作，电阻R接在电路里，限制了起动电流。当电动机转速上升，KSF闭合，中间继电器KA1,吸合并自锁，KA1、KA3常开触头KA1(1-33)、KA(33-31)闭合，使接触器KM3吸合，电阻R被短接，电动机继续升速至稳定工作转速。车时，按停止按钮SBP，KA3及KM1释放，电动机电源被断开，由于电动机转速仍高，速度继电器的常开触头KSF仍旧闭合，KA1保持吸合状态，KM1的常闭辅助触点KM1(17-19)接通了继电器KM2，将电动机的电源反接，进行反接制动，同时由于KA3释放，KM3也释放，电阻R被接入电路，限制了反接制动电流，电动机转速迅速下降。当接近于100r/min时，速度继电器KSF断开KA1，KM3释放，制动过程结束。反向运转时，按SBR，继电器KA1和接触器KM2吸合，三相电源反接，电动机反向运转，其起动，制动过程和正转时相同。述控制电路控制电器较多，但电路较为完善，因为：（1）电阻R既限制反接制动电流，又限制起动电流。（2）由于增加了中间继电器KA1、KA2，避免了停车时速度继电器的触头偶然闭合而引起接通电源的不正常现象。图2.2 另一种正反转反接制动控制电路图2.2为角-星形起动控制电路，控制电路的动作过程如下：当按下启动按钮SBT后，接触器KMS 吸合，使电动机带动速度继电器KS 一起转动，当转速达到120r/min左右时，KS常开触头闭合，由于接触器KMS常闭辅助触头断开，按钮SBP也处于断开状态，故将SBP按下，接触器KMS 释放，电动机，电动机电源被切断，同时KMS常闭触头闭合，因为速度继电器常开触头KS保持闭合所以制动接触器KMB吸合，电动机定子绕组旋转磁场因电源的相序改变而反方向旋转，电动机转速下降，当转速降至100r/min时，速度继电器KS常开触头断开，使KMB释放，制动结束。 2.2单向反接制动控制异步机进行反接制动时，需要利用 连接在电动机上的速度继电器也叫反接制动继电器，图2.2为单方向传动系统的反接制动电路，起动时按时间原理行星角减压起动，利用时间继电器KT1来实现。制动时间则采用角减压，当按下停止按钮SBP后，接触继电器KM1、KM3和时间继电器KT1断电，当松开停止按钮时，因触头KT1（3-9）、KM3（9-11）均恢复关闭状态，故接触器KM2吸合，电动机定子绕组作星形联结。当接触器KM1断电，其常闭触头KM2（1-23）接通时间继电器K1,触头KT2（1-19）经延时接通反接制动继电器KMB，电动机在星形联结下进行反接制动，直至速度继电器KS触头断开时结束。图2.3单向反接制动控制线路图2.3为带制动电阻的单向反接制动控制线路。制动时间由时间继电器控制。起动时，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，电动机M通电旋转。停车时，按下停止按钮SB1，接触器KM1断电触头复位后，常闭触点接通接触器KM2线圈和时间继电器KT线圈，接触器KM2闭合，进行反接制动，时间继电器KT计时，当时间到，KT的常闭触点断开，将接触器KM2线圈断开，撤去制动转矩。电动机惯性制动。 异步机进行反接制动时，利用改变电动机电源相序，使定子绕组产生相反方向的旋转磁场，因而产生制动转矩的一种制动方法。反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度接近两倍的同步转速，所以定子绕组中流过的反接制动电流相当于全电压直接启动时电流的两倍。为了减少冲击电流通常要求串接一定的电阻以限制反接制动电流。反接制动的特点是制动效果好，迅速，但冲击大，通常适用于10KW以下的小容量电动机。反接制动要求在电动机转速接近于零时，要及时切断反相序的电压，防止电动机反向再起动。通常使用速度继电器来检测电动机的速度变化，在120300r/min范围内速度继电器触点动作，当转速低于100r/min时，其触点恢复原位。反接制动时也可以采用时间继电器制动，这种情况下，通过时间继电器来控制反接制动转矩施加的时间。2.3采用角-星制动反接制动控制图2.4为角-星形起动控制电路，控制电路的动作过程如下：当按下启动按钮SBT后，接触器KMS 吸合，使电动机带动速度继电器KS 一起转动，当转速达到120r/min左右时，KS常开触头闭合，由于接触器KMS常闭辅助触头断开，按钮SBP也处于断开状态，故将SBP按下，接触器KMS 释放，电动机，电动机电源被切断，同时KMS常闭触头闭合，因为速度继电器常开触头KS保持闭合所以制动接触器KMB吸合，电动机定子绕组旋转磁场因电源的相序改变而反方向旋转，电动机转速下降，当转速降至100r/min时，速度继电器KS常开触头断开，使KMB释放，制动结束。 图2.4 角-星制动并延时接入反接制动控制电路异步机进行反接制动时，需要利用 连接在电动机上的速度继电器也叫反接制动继电器，图2.4为单方向传动系统的反接制动电路，起动时按时间原理行星角减压起动，利用时间继电器KT1来实现。制动时间则采用角减压，当按下停止按钮SBP后，接触继电器KM1、KM3和时间继电器KT1断电，当松开停止按钮时，因触头KT1（3-9）、KM3（9-11）均恢复关闭状态，故接触器KM2吸合，电动机定子绕组作星形联结。当接触器KM1断电，其常闭触头KM2（1-23）接通时间继电器K1,触头KT2（1-19）经延时接通反接制动继电器KMB，电动机在星形联结下进行反接制动，直至速度继电器KS触头断开时结束。 3电路中的元器件3.1热继电器热继电器的用途是对电动机和其他用电设备进行过载保护。热继电器的结构，它是由热元件、触点、动作机构、复位按钮和整定电装置五部分组成的。热元件由双金属片及绕在双金属片外面的电阻丝组成，双金属片由两种热膨胀系数不同的金属片复合而成。使用时，将电阻丝直接串联在异步电动机的电路上。热元件有两种结构和三种结构两种。热继电器的触点有两副，由一个公共动触点、一个常开触点和一个常闭触点组成。动作机构由导板、补偿双金属片、推杆、杠杆和拉簧等组成。复位按钮是热继电器动作后进行手动复位的按钮。整定电流装置由旋钮和偏心轮组成，通过它们来调节整定电流（热继电器长期不动的最大电流）的大小。在整定电流调节旋钮上刻有整定电流的标尺，旋动调节旋钮，使整定电流的值等于电动机额定电流即可。当电动机过载时，过载电流通过串联在定子电路中的电阻丝，是之发热过量，双金属片受热膨胀，因膨胀系数不同，膨胀系数越大的左边一片的下端向右弯曲；通过导板推动补偿双金属片使推杆绕轴转动，带动杠杆使它绕轴转动，将常闭触点断开。常闭触点通常串联在接触器的线圈电路中，当它断开时，接触器的线圈断电，主触点释放，使电动机脱离电源保护。IFRN=（47）IN=（94189）A来源:3.2低压断路器低压断路器(曾称自动开关)是一种不仅可以接通和分断正常负荷电流和过负荷电流，还可以接通和分断短路电流的开关电器。低压断路器在电路中除起控制作用外，还具有一定的保护功能，如过负荷、短路、欠压和漏电保护等。低压断路器可以手动直接操作和电动操作，也可以远方遥控操作。 发生过载、短路或欠电压等故障是能自动切断电路，它是低压配电线路应用非常广泛的一种保护器。它有触点，灭弧系统和各种脱扣器包括过电源脱扣器、失压脱扣器、热脱扣器、分磁脱扣器和自由脱扣器组成的。开关书靠操作机构手动或电动合闸的触点闭合后，自由脱扣机构将触头锁在合闸位置上装电路发生故障时，通过各自的脱扣器，使自由脱扣机构动作，动条闸实现保护作用。IKIst1.7*27=45.53.3交流接触器交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。 来源: 交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器主要有四部分组成:(1) 电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯其作用是操纵触点的闭合与分断。；(2)触头系统,包括三副主触头（用于接通和分断电流较大的主电路，体积较大）和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置（交流接触器在分断大电流或高电压时，其动、静触点间气体在强电场作用下产生放电，形成电弧。电弧发光、发热，灼伤触点，并是电路切断时间长，引发事故）,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。 来源: 当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。 IKMN=PMN*1000/KMN=7.5*1000/（1.4*380）=14.098A3.4刀开关刀开关的种类很多，在电力拖动控制线路中最常用的是由刀开关和熔断器组合而成的负荷开关。负荷开关分为开启式负荷开关和封闭式负荷开关两种。开启式负荷开关，简称闸刀开关。生产中常用的是HK系列开启式负荷开关，适用于照明、电热设备及小容量电动机控制线路中，供手动频繁地接通和分断电路，并起短路保护。开启式负荷开关的结构简单，价格便宜，在一般的照明电路和功率小于5.5KW的电动机控制线路中被广泛采用。封闭式负荷开关是在开启式负荷开关的基础上改进设计的一种开关。其灭弧性能、操作性能、通断能力和安全防护性能都优于开启式负荷开关。因其外壳多为铸铁或用薄钢板冲压而成，故俗称铁壳开关。可用于手动不是频繁的接通和断开带负载的电路以及作为线路末端的短路保护，也可用于控制15KW以下的交流电动机不频繁的直接启动和停止。3.5组合开关 组合开关又叫转换开关，它体积小，触头对数多，接线方式灵活，操作方便，常用于交流50Hz、380V以下及直流220V以下的电气线路中，供手动不是频繁的接通和断开电路、换电源和负载以及控制5KW以下小容量异步电动机的启 动、停止和正反转。组合开关中，有一类是专为控制小容量三相异步电动机的正反转而设计生产的，如Z3-132型组合开关，俗称倒顺开关或可逆转换开关。组合开关应根据电源种类、电压等级、所需触头数、接线方式和负载容量进行选用。用于直接控制异步电动机的启用和正、反转时，开关的额定电流一般取电动机额定电流的1.52.5倍。3.6速度继电器速度继电器又叫自动空气开关或自动空气断路器，可简称断路器。是低压配电网络和电力拖动系统中常用的一种配电电器，集控制和多种保护功能于一体，在正常情况下可用于不频繁地接通和断开电路以及控制电动机的运行。当电力中发生短路、过载，失电压等故障时，能自动切断故障电路，保护线路和电气设备。速度继电器具有操作安全、更换使用方便、工作可靠、动作值可调、分析能力较高、兼顾多种保护、动作后不需要更换元件等优点，因此得到广泛应用。3.7熔断器 熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护的电器。使用时串联在被保护的电路中，当电路发生短路故障，通过熔断器的直流达到或超过某一规定值时，以其自身动作可靠、使用维护方便等优点，因此得到广泛应用。熔断器按结构形式分为半封闭插入式、无填料封闭管式和自复式四类。4反接制动控制电路仿真4.1异步电机反接制动控制仿真异步机进行反接制动时，需要利用连接在电动机上的速度继电器也叫反接制动继电器，当按下启动按钮SBT后，接触器KMS 吸合，使电动机带动速度继电器KS 一起转动，当转速达到120r/min左右时，KS常开触头闭合，由于接触器KMS常闭辅助触头断开，按钮SBP也处于断开状态，故将SBP按下，接触器KMS 释放，电动机，电动机电源被切断，接触器KMB断电释放，主回路中接入制动电阻R，同时正向接触器KMF也断电，当中间继电器KA通电吸合后，接通了反转接触器KM，电动机进行反接制动，同时KMS常闭触头闭合，因为速度继电器常开触头KS保持闭合所以制动接触器KMB吸合，电动机定子绕组旋转磁场因电源的相序改变而反方向旋转，电动机转速下降，当转速降至100r/min时，速度继电器KS常开触头断开，使KMB释放，制动结束。图4.1中的电阻R为反接制动是的限流电阻。R1100kR2100kFU11AFU21ARL1G6B-2114P-US-DC-24RL2G6B-2114P-US-DC-24 图4.1 电机单向起动反接制动控制仿真图当按下正向起动按钮SBF后，正向接触器KMF和短接制动电阻接触器KMB均通电闭合，电动机在满电压下起动。当电动机的转速达到120r/min左右时，速度继电器的触头KS（15-17）闭合，为KMR通电做好准备。如需停止电动机， 按下停止按钮SBP。接触器KMB断电释放，主回路中接入制动电阻R，同时正向接触器KMF也断电，当中间继电器KA通电吸合后，接通了反转接触器KM，电动机进行反接制动。当转速低于100r/min时，速度继电器触头断开，制动过程结束。反接制动时电动机电流很大，对机械传动部分有较大冲击，除在电路中接入限流电阻R外，还可以在反接制动电路中采取一些措施，使冲击减弱，制动时较为平稳。4.2角-星制动反接制动控制仿真 图4.2 角-星制动反接制动控制电路仿真图电路原理见图4.21，图中KMF为正向接触器，KMR为反向接触器。KMB为反接制动时接入限流电阻的接触器。速度继电器KS有两付触头，当电动机正转时，速度继电器的触头KS（15-17）闭合，为KMR通电进行反接制动准备。当电动机反转时，速度继电器的触头K