三相异步电动机Y启动控制设计

电气控制与PLC技术课程设计 题 目: 三相异步电动机Y-启动控制设计专 业： 自动化班 级： 姓 名： 学 号 ：指导教师： 设计日期： 2012.11.13 - 2012.11.301310目 录 摘要1 控制要求12 主要元件介绍62.1 继电器62.2 熔断器62.3 交流接触器72.4 台达可编程控制器82.5 三相异步电动机83 硬件设计.8 3.1 设计原理13.2 控制过程24 软件设计.74.1 I/O接线图34.2 梯形图和指令表45 总结10参考文献10摘要 星三角启动控制系统，属降压启动他是以牺牲功率为代价来换取降低启动电流来实现的。所以不能一概而以电机功率的大小来确定是否需采用星三角启动，还得看是什么样的负载，一般在需要启动时负载轻,运行时负载重尚可采用星三角启动控制系统，一般情况下鼠笼型电机的启动电流是运行电流的57倍，而对电网的电压要求一般是正负10%,为了不形成对电网电压过大的冲击所以要采用星三角启动控制。只有鼠笼型电机才采用星三角启动。星三角降压启动的控制系统电动机三相绕组共有六个外接端子：A-X、B-Y、C-星形启动：X-Y-Z相连，A、B、C三端接三相交流电压380V，此时每相绕组电压为220，较直接加380V启动电流大为降低，避免了过大的启动电流对电网形成的冲击。此时的转矩相对较小，但电动机可达到一定的转速。三角形运行：经星形启动电动机持续一段时间（约十秒钟）达到一定的转速后，利用PLC定时约0.5秒，电器开关把六个接线端子转换成三角形连接并再次接到380V电源时每相绕组电压为380V，转矩和转速大大提高，电动机进入额定条件下的运行过程。关键词：星三角启动 PLC 鼠笼型电机 转矩 转速1 控制要求接触器KM1KM3的作用分别是控制电源、Y形起动、运行。按下起动按钮SB1后，电动机M先作Y起动，10s钟后自动转换为运行。若任何情况下外部按下停止按钮SB2或热继电器FR动作时，都会导致电动机停止。2 主要元件介绍2.1 继电器当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，继电器所控制的输出电路导通或断开。 输入量可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）及非电气量（如温度、压力、速度等）两大类。继电器具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。 时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器，它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。 时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。 空气阻尼型时间继电器的延时范围大（有0.460s和0.4180s两种） ，它结构简单，但准确度较低。当线圈通电（电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。 吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。2.2 熔断器 熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。 熔断器是一种过电流保护器。熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。 以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。熔断器主要由熔体、外壳和支座3 部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。2.3 交流接触器交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制回路。主接点一般是常开接点，而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。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。交流接触器动作的动力源于交流通过带铁芯线圈产生的磁场，电磁铁芯由两个山字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定铁芯，套有线圈，工作电压可多种选择。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面加上短路环。交流接触器在失电后，依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的闭合断开。20安培以上的接触器加有灭弧罩，利用电路断开时产生的电磁力，快速拉断电弧，保护接点。接触器具可高频率操作，做为电源开启与切断控制时最高操作频率可达每小时1200次。接触器的使用寿命很高机械寿命通常为数百万次至一千万次，电寿命一般则为数十万次至数百万次。2.4 台达可编程控制器台达PLC概述台达PLC及其有关的外围设备都是按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。台达PLC的特点台达PLC以高速、稳健、高可靠度而著称，广泛应用于各种工业自动化机械；台达PLC除了具有快速执行程序运算、丰富指令集、多元扩展功能卡及高性价比等特色外，并且支持多种通讯协议，使工业自动控制系统联成一个整体。台达PLC的特点为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：（1） 可靠性高，抗干扰能力强硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。 屏蔽对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。 滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。 电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。 隔离在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。 采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。软件措施：有极强的自检及保护功能。故障检测软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。信息保护与恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。设置警戒时钟WDT（看门狗）如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。加强对程序的检查和校验一旦程序有错，立即报警，并停止执行。对程序及动态数据进行电池后备停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。（2） 通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。（3） 功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。（4） 编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。（5） 减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。（6） 体积小、重量轻、功耗低、维护方便2.5 三相异步电动机 简介与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。三相异步电动机原理当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。 3 硬件设计 3.1 设计原理容量较大的电动机。通常采用降压启动方式。降压启动的方式很多，有星三角启动，自耦降压启动，串联电抗器降压启动，延边三角形启动等。本次设计采用的是电动机的星三角(Y一)启动方式。所谓Y一启动，是指启动时电动机绕组接成星形，启动结束进入运行状态后，电动机绕组接成三角形。PLC控制三相异步电动机Y-降压起动的优点（1）在三相异步电动机Y-降压起动控制中采用了PLC，用软件实现对三相异步电动机Y-降压起动运行的自动控制，可靠性大大提高。 （2）控制系统结构简单，外部线路简化。（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 （4）PLC可进行故障自动检测，提高运行安全性，并便于检修。 （5）更改控制方案时不需改动硬件接线。 在启动时。电机定子绕组因是星形接法，所以每相绕组所受的电压降低到运行电压的57.7，启动电流为直接启动时的13，启动转矩也同时减小到直接启动的13。所以这种启动方式只能工作在空载或轻载启动的场合。电动机Y启动的电路图，U1U2、V2V2、WlW2是电动机M的三相绕 组。如果将U2、V2和W2在接线盒内短接则电动机被接成星形；如果将U1和W2、V1和U2、W1和V2分别短接，则电动机被接成三角形。实现电动机的Y启动控制电路见图1。图1 电器原理图3.2 控制过程按下启动按钮SB1，接触器KMY线圈得电，KMY的主触点闭合，KMY辅助触点（常开）闭合，接触器KM1经过PLC程序延时后线圈得电，KM1主触点闭合，将电动机的三相绕组接成星形，电动机进入星形启动状态；KM1的辅助触点KA1闭合，使电路维持在启动状态。待电动机转速达到一定程度时，PLC程序另一延时时间到。其延时触点(常闭)断开，接触器KMY线圈失电主触点断开，辅助触点(常开)KA闭台。接触器KM得电工作电动机进入三角运行状态。按下停止按钮SB2，或电动机出现异常过电流使热继电器FR动作时，电动机均会停止运行。 热继电器的调整应根据负载轻重和运行电流的大小，在热态(热继电器接入电路，并经过启动电流的预热)实地进行。观察电流表的读数按照读数的1.2倍整定其电流调整钮。电动机出现1.2倍的异常电流时热继电器会在20分钟内动作。如果电动机运行电流是随负载不断变化的，则整定值可按较大电流值计算选取但最大不能超过电动机额定电流的1.2倍4 软件设计4.1 I/O接线图图2 I/O接线图表1 I/O分配表输入口（I）输出口（O）SB1启动X0KM1Y0SB2停止X1KMYY1KMY2表2 电气元件表元件名称数量DC 24V电源1PC/PPI编程电源1台达编程软件1开关（按钮型）2交流接触器3继电器（24V）3三相异步交流电机（鼠笼型）1PC机14.2 梯形图和指令表图3 梯形图表3 指令表0 LD X01 OR Y02 ANI X13 OUT Y04 LD Y35 AND Y06 OUT T07 OUT Y18 LD T09 SET Y310 LD Y311 OUT T112 LD T113 ANI X114 OUT Y215 LD X116 RST Y317 END5 总结及心得体会通过此次课程设计。培养了我们综合运用所学的基础理论课、技术基础课、专业课的知