毕业设计三相异步电机的星三角启动

1、 毕业设计(论文)任务书课题名称三相交流异步电动机y-启动特性研究一、 任务书 三相交流异步电动机的工作原理 三相交流异步电动机的稳态工作特性 三相交流异步电动机的启动特性 影响三相交流异步电动机启动特性的因素 如何限制启动电流 y-启动的原理及实现方法 y-启动时的系统性能研究 基于传统继电方法的y-启动实现方法 基于plc的三相交流异步电动机y-启动实现方法2011年2月16日至2011年6月13日共17周指 导 教 师签 字系 主 任签 字院 长签 字摘 要2abstract3第一章 绪 论4第二章 三相交流异步电机运行原理及特性52.1三相交流异步电机的基本结构52.2三相交流异步电机

2、的工作原理62.3三相异步电动机工作特性72.4三相交流异步电动机启动时的要求92.5三相交流异步电动机启动问题92.6工业生产机械不同的启动条件112.7三相交流异步电机启动方法介绍112.7.1直接启动112.7.2软启动112.7.3串电阻（或电抗）降压启动122.7.4自耦变压器降压启动12第三章 三相异步交流电机的星-三角启动133.1星-三角启动时的电流及电压143.2 y-降压启动主电路及控制电路153.3电机的参数163.3.1 y系列（ip44）基本简介163.3.2结构简介：163.4完成启动过程涉及的计算18第四章 接触器及主要器件的选型204.1交流接触器的选项204.

3、1.1交流接触器的结构特性和工作原理204.1.2 cj20系列交流接触器204.2热继电器选型234.3 js20晶体管时间继电器254.4 rl1螺旋式熔断器27第五章 用plc实现三相交流异步电动机启动295.1 plc的基本结构295.2采用plc实现三相交流异步电动机启动的必要性305.3基于plc实现三相交流异步电动机启动方案一315.4基于plc实现三相交流异步电动机启动方案二33结论36参考文献37致 谢38摘 要本文首先分析了三相异步电动机的工作原理及稳态工作特性，然后分析了三相异步电动机的启动特性及影响三相交流异步电动机启动特性的因素。所谓星-三角启动即工作时通过改变电机的

4、接线方式而改变起动电压，从而降低启动电流。本设计用于控制电机定子绕组由“星形”至“三角形”的换接启动、运行及停止。采用星-三角启动方式时，电流特性很好，适用于无载或者轻载起动的场合。同任何别的降压启动方式相比，其结构最简单，价格也最便宜。除此之外，星-三角启动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高。关键词：三相交流异步电动机，接触器，降压启动，控制电路，星-三角启动abstract第一章 绪 论目前，工业中原动力主要由电动机提供，电动机可分为直流和交流电机。由于直流电机和交流电机的特点又决定了机械设备的动力大多

5、由交流异步电机提供，尤其以鼠笼式电机居多。根据统计，在电网的总负载中，动力负载约占59%，而异步电机则占总动力负载中的85%，由此可见异步电动机在工农业中的重要性，异步电机的应用范围是非常广的，容量从几十瓦一直到几千瓦，应用在各种行业，例如，在工业方面，中小型的轧钢设备都采用异步电机，它也被广泛地用在各种机床上和在各种轻工业中作为一般的动力装备。在矿山上，它常用来拖动卷扬机和鼓风机等。在农业方面，它被用来拖动水泵和其它副产品加工机械。此外，它在人民日常生活中也越来越占重要地位，例如电扇，冷冻机，和各种医疗机械钟也都采用异步电机。总之，异步电动机应用范围广，需要量大，而且随着电气化自动化的发展，

6、它在工农业生产和人民生活中的重要性也将逐步增大。与直流电机相比，交流电机有结构简单、成本低、可靠性高等一系列优点，但是相对欠缺的是其启动性能和调速性能。作为调速性能，随着变频技术的发展，已经得到了很好的解决，所以一直处于弱势的是其启动性能。因为在该阶段，由于启动过程中措施不到位导致电流过大有可能会出现烧毁电机和引发电网故障的现象，所以在工程界比较重视电机的启动问题。重点介绍启动的不利因素，电流大、功率因数低、启动转矩小等第二章 三相交流异步电机运行原理及特性2.1三相交流异步电机的基本结构三相交流异步电机主要由定子和转子构成，定子是静止不动的部分，转子是旋转的部分，在定子和转子之间有一定的气隙

7、，叫空气隙。定子由铁芯、绕组和机座三部分组成。定子铁芯是电机磁路的一部分，它由0.5mm的硅钢片叠压而成，片与片自间是绝缘的，以减少涡流损耗。硅钢片的内圈冲有定子槽，槽中安放绕组，铁心被叠压后成为一整体，固定于机座上。定子绕组是电机的电路部分，由许多线圈连接而成，每个线圈有两个有效边，分放在两个槽里。三相对称绕组ax,by,cz可连接成三角形或星形。机座主要用于固定和支撑铁芯定子。转子由铁芯和绕组组成。转子铁心压装在转轴上，由硅钢片叠压而成，转子铁心也是电机磁路的一部分。异步电机转子绕组多采用鼠笼式，它是在转子铁芯槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊接在两个铜端环上组成，小型鼠笼式转子绕组多用铝离

8、心浇注而成。异步电机的绕组除了鼠笼式还有线绕式。线绕式转子绕与定子绕组一样，转子绕组一般是连接成星形的三相绕组转子绕组组成的磁极数与定子相同，线绕式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用以改善启动性能和调节转速。三相交流鼠笼式和线绕式异步电机转子构造虽然不同，但其工作原理是相同的。2.2三相交流异步电机的工作原理直流电动机是通过一静止的磁场与通入电枢绕组中的电流相互作用而产生一恒定方向上的电磁转矩使电机转动。而异步电机是通过一旋转的磁场与感应在转子绕组内所产生的电流相互作用而产生电磁转矩来实现转动。图2.2 三相异步电动机的工作原理定子上装有对称三相绕组，在圆柱体的转子铁心上嵌有

9、均匀分布的导条，导条两端分别用铜环把他们连接成一个整体。当定子接通三项电源后，即在定子、转子之间的气隙内建立了一同步速为n1的旋转磁场。磁场旋转时将切割转子导体，根据电磁感应定律可知，在转子导体中将产生感应电势，其方向可由右手定则确定。磁场顺时针方向旋转，导体相对磁体为逆时针方向切割磁力线。转子上半边导体感应电势的方向为出来的，用表示；下半边导体感应电势的方向为进去的，用表示。因转子绕组是闭合的，导体中有电流，其方向与电势相同。载流导体在磁场中再受到磁力作用 ，其方向由左手定则确定。这样，在转子导体上形成一个顺时针方向的电磁转矩。于是 转子就跟着旋转磁场顺时针方向转动。 综上，三相异步电动机能

10、够转动的必备条件：一是电动机的定子必须产生一个在空间不断旋转的旋转磁场，二是电动机的转子必须是闭合导体。2.3三相异步电动机工作特性异步电动机的电磁转矩t是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，它使电动机旋转，三相异步电动机的电磁转矩t可以用电磁功率pm和同步角速度1表示，即t=pm1=3i2，2 r2，s2f1p式中, 1=2f1/p，p为极对数。根据三相交流异步电动机的简化“”型等效电路，图2.3.1 三相交流异步电动机的简化“”型等效电路有i2，=u1r1+r2,s2+x1+x2,2二式可得t=3p2f1u12r2,sr1+r2,s2+x1+x2,2由于三相交流异步电动机的转子参数、

11、电源频率f1及电源电压u1一定时，上式即表明异步电动机的电磁转矩t只与转差率s有关，因此可用函数式t 表示，称为异步电动机的转矩特性，画出其图象则称为转矩特性曲。如图2所示：额定转矩tn对应的转差率即额定转差率sn最大转差率tm对应的转差率即临界转差率sm当电动机的输出转矩t2用牛米(nm)作单位，旋转角速度用弧度/秒(rad/s)作单位时，输出功率p2的单位是瓦特。在电动机中计算转矩时输出功率p2的单位是千瓦(kw)，转速n的单位是转/分(r/min)，可以将计算公式简化，在额定状态下转矩公式为: tn=9550pnnn。 图2.3.2 异步电动机的机械特性曲线如上图三相异步电机的机械特性曲

12、线有三个特殊点，即图中的a、b及c三点。同步运行点a 该点t=0，n=n1=60f1/p,s=0。此时电动机不进行几点能量转换。最大转矩点b 该点电磁转矩为最大值tm，相应的转差率为sm。当ssm时，随t增大，s减小，n升高，机械特性曲线的斜率为正。所以最大转矩点是三相异步电机机械特性曲线斜率改变符号的分界点。因此，称sm为临界转差率。启动点 c该点s=1，n=0，电磁转矩为初始启动转矩tst。电动机在旋转时，作用在轴上的有两种转矩，一种是电动机产生的电磁转矩t，一种是生产机械作用在轴上的负载转矩tl（其它如摩擦转矩忽略不计），当t=tl时，电动机便以某种相应转速稳定运行；当ttl时，电动机则

13、提高转速；当ttl时，电动机将降低转速。t-tl=jddt异步电动机的机械特性参数（1）额定转矩 ：额定转矩t是指电动机在额定状态下工作时，轴上输出的最大允许转矩。电动机的额定转矩可根据电动机铭牌的额定功率和额定转速用公式来求得。（2）最大转矩与过载系数电动机的额定转矩tn应小于最大转矩tm，而且不许太接近tm，否则，电动机略一过载，电动机便停转，因此，一般电动机的额定转矩较最大转矩小得多。把最大转矩与额定转矩的比值称作过载系数，它是表示电动机过载能力的一个参数。（3）启动转矩与启动能力电动机的起动转矩tst是指电动机刚启动瞬间(n=0，s=1)的转矩。将s=1带入t=3p2f1u12r2,s

14、r1+r2,s2+x1+x2,2得启动转矩tst=3p2f1u12r2,r1+r2,2+x1+x2,2可见初始启动转矩tst具有以下特点：a在给定的定子频率及三相交流异步电机参数的条件下，tst与电压u1的平方成正比。b在一定范围内，增加转子回路电阻r2，可以增大启动转矩tst。c当u1 、f1一定时（x1+x2）越大，tst就越大。启动转矩与额定转矩之比可表示起动能力，用启动转矩倍数来表示，是标明异步电动机启动性能的重要指标。空载或轻载启动的电动机，启动能力为11.8，一般的电动机启动能力为1.52.4，在重负荷下启动的电动机，要求有大的启动转矩，故启动能力可达2.63。2.4三相交流异步电

15、动机启动时的要求三相异步电机启动应该满足以下基本要求1）电动机有足够大的启动转矩; 2）一定大小启动转矩前提下，启动电流越小越好; 3）启动所需设备简单，操作方便; 4）启动过程中功率损耗越小越好。2.5三相交流异步电动机启动问题电动机的启动特性中最主要的是它的启动转矩。设启动转矩为tst，为了机组能转动起来，必须大于拖动机械在n=0时的静负载力矩tl加上静摩擦阻力。图2.5：电动机负载特性曲线上图中曲线1表示异步机的t-s曲线，曲线2和3表示（如图4）两种不同的负载特性曲线，为了能转动起来，必须要求a点在b点或c点的上面，否则机组将转动不起来。根据力矩平衡关系可以得出，为了保证能顺利加速到额

16、定转速，在整个启动过程中，必须保持正的加速度，也就要求电动机的电磁力矩t在整个启动过程中大于负载的制动力矩tl。在相同的惯量下，力矩的差额越大，加速越快。惯量大得机械，起动就较慢。对于重复起动的生产机械来说，加速过程的时间长短对劳动生产率的影响是很大的。电动机起动特性的另一个问题是起动电流，在起动时电流的大小可以用等值电路来求得。异步机在额定电压下的起动电流常大于额定电流好几倍。起动电流太大的影响是：一方面将影响电源的电压，太大的起动电流将产生较大的线路压降，使得电源电压在起动时下降，特别当电源容量较小时电压降更多，可能影响电源上其它电机的运行。另一个方面，大的起动电流将在线路及电机中产生损耗

17、引起发热，特别是当加速力矩较小，机组的转动惯量j较大，起动很慢的情况下，损耗将很多而发热也更严重。由上面可以看出，对电动机起动的要求是不同的，须看负载的特性，电网的情况等因素而定。有时要求有大的起动力矩，有时要求限制启动电流的大小，有时两个要求须同时满足。总的来说，要考虑下列各问题： a.应该有足够大的启动转矩，适当的机械特性曲线；b.尽可能小的启动电流；c.启动的操作应该很方便；所用的启动设备应该尽可能简单、经济；启动过程中的功率损耗应尽可能的少。2.6工业生产机械不同的启动条件用电动机拖动的生产机械有不同的起动条件，有些机械在起动时负载力矩很小，随着速度的增大力矩渐增大到额定值，这些负载的

18、例子如鼓风机，它的负载力矩差不多和转速的平方成正比，起动时只需克服一些静摩擦力矩。有些机械在起动时负载力矩就和额定转速时一样大，这类的例子象卷扬机等起重设备。有些机械则在起动过程中负载较轻，等速度高起来以后再加上负载，例如机床等。此外，起动的频繁程度也是需要考虑的因素。有些机械起动次数少，有些则不断地停而又再起动。这一切因素都将电动机起动性能提出不同的要求。2.7三相交流异步电机启动方法介绍2.7.1直接启动直接启动就是用闸刀开关或接触器把电机直接接到具有额定电压的电源上。在变压器容量允许的情况下，三相鼠笼式异步电动机应该尽可能采用全电压直接起动，既可以提高控制线路的可靠性，又可以减少电器的维

19、修工作量。三相交流异步电动机单向启动控制线路常用于只需要单方向运转的小功率电动机的控制。例如小型通风机、水泵以及皮带运输机等机械设备。直接启动方法主要受电网配电变压器的容量限制，过大启动电流可能会使电压下降，影响在同一电网上其他设备的正常运行。一般异步电机的功率小于7.5千瓦时允许直接启动，对于更大容量的电机能否使用要视配电变压器的容量和各地电网部门而定。2.7.2软启动以上几种降压启动的方法是有级启动，启动的平滑性不高，应用一些自动控制线路组成的软启动器可以实现鼠笼式异步电机的无级平滑运动，这种方法称为软启动。软启动分为磁控式和电子式两种。磁控式故障率高，已被电子式取代。启动过程电机所加的电

20、压不是一个固定值，软启动装置输出电压安指定要求上升，被控电机电压由零安指定斜率上升至全电压，转速相应由零上升到规定转速。软启动能保证电机在不同负载下平滑启动，减少电机启动对电网冲击，又降低对自身承受的较大结构冲击力。软启动可以设定起始电压、 上升方式、启动电流倍数等参数，以适用重载、轻载启动不同情况。2.7.3串电阻（或电抗）降压启动在三相交流异步电动机启动过程中，常在三相定子电路中串接电阻（或电抗）来降低定子绕组上的电压，使电动机在降低了的电压下起动，以达到限制起动电流的目的。一旦电动机转速接近额定值时，切除串联电阻（或电抗），使电动机进入全电压正常运行。这种线路的设计思想，通常都是采用时间

21、原则按时切除起动时串入的电阻（或电抗）以完成起动过程。在具体线路中可采用人工手动控制或时间继电器自动控制来加以实现。电动机启动时在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，起动后再将电阻短路，电动机仍然在正常电压下运行。这种起动方式由于不受电动机接线形式的限制，设备简单，因而在中小型机床中也有应用。机床中也常用这种串接电阻的方法限制点动调整时的起动电流。串电阻起动的优点是控制线路结构简单，成本低，动作可靠，提高了功率因数，有利于保证电网质量。但是，由于定子串电阻降压启动，启动电流随定子电压成正比下降，而启动转矩则按电压下降比例的平方倍下降。同时，每次启动都要消耗大量的电能。因此，三相鼠

22、笼式异步电动机采用电阻降压的启动方法，仅适用于要求启动平稳的中小容量电动机以及启动不频繁的场合。大容量电动机多采用串电抗降压启动。2.7.4自耦变压器降压启动在自耦变压器降压启动的控制线路中，限制电动机启动电流是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。自耦变压器的初级和电源相接，自耦变压器的次级与电动机相联。自耦变压器的次级一般有3个抽头，可得到3种数值不等的电压。使用时，可根据启动电流和起动转矩的要求灵活选择。电动机启动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦起动完毕，自耦变压器便被切除，电动机直接接至电源，即得到自耦变压器的一次电压，电动机进入全电压运行。通常称这种自耦变压器为启动补偿

23、器。这一线路的设计思想和串电阻起动线路基本相同，都是按时间原则来完成电动机启动过程的。在自耦变压器降压启动过程中，启动电流与启动转矩的比值按变比平方倍降低。在获得同样启动转矩的情况下，采用自耦变压器降压启动从电网获取的电流，比采用电阻降压启动要小得多，对电网电流冲击小，功率损耗小。所以自耦变压器被称之为启动补偿器。换句话说，若从电网取得同样大小的启动电流，采用自耦变压器降压启动会产生较大的启动转矩。这种起动方法常用于容量较大、正常运行为星形接法的电动机。其缺点是自耦变压器价格较贵，相对电阻结构复杂，体积庞大，且是按照非连续工作制设计制造的，故不允许频繁操作。第三章 三相异步交流电机的星-三角启

24、动鼠笼式异步电动机采用全压直接启动时，控制线路简单，维修工作量较少。但是，并不是所有异步电动机在任何情况下都可以采用全压启动。这是因为异步电动机的全压启动电流一般可达额定电流的4-7倍。过大的启动电流会降低电动机寿命，致使变压器二次电压大幅度下降，减少电动机本身的启动转矩，甚至使电动机根本无法启动，还要影响同一供电网路中其它设备的正常工作。判断一台三相异步电动机能否全压启动，一般容量在10kw以下的三相异步电动机可直接启动。10kw以上的三相异步电动机是否允许直接启动，要根据电动机容量和电源变压器容量的比值来确定。对于给定容量的三相异步电动机，一般用下面的经验公式来估计：ist/in（3/4电

25、源变压器容量）/（4电动机容量）式中 ist:电动机全电压起动电流；in:电动机额定电流。若计算结果满足上述经验公式，一般可以全压启动，否则不予全压启动,应考虑采用降压启动。有时，为了限制和减少启动转矩对机械设备的冲击作用，允许全压启动的电动机，也多采用降压启动方式。下面分析三相异步电动机的星-三角降压启动。3.1星-三角启动时的电流及电压图3.1 星三角启动时的电流及电压图3.1中启动时电网供给电动机的初始启动电流为ist=un3zk三角形接法直接启动时电网供给的电流为ikn=3unzk 因此有istikn=13,星-三角启动时的减压系数a=u1un=13unun=13由于电磁转矩t=f(a

26、2)所以星三角启动时，堵转转矩tk、最小转矩tmin都降低为额定电压时的1/3，与定子串电阻或电抗减压启动相比，在减压系数相同且电动机初始转矩相同的情况下，星三角启动时电网供给的电流较小。星三角启动的优点是启动电流小、启动设备简单、价格便宜、操作方便，缺点是启动转矩小，适合于小功率电动机空载或轻载启动。3.2 y-降压启动主电路及控制电路图3.1 星三角启动的接线图线路设计思想：y-降压起动也称为星形-三角形降压启动，简称星三角降压启动。这一线路的设计思想仍是按时间原则控制启动过程。所不同的是，在启动时将电动机定子绕组接成星形，每相绕组承受的电压为电源的相电压220v，减小了启动电流对电网的影

27、响。而在其启动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压380v，电动机进入正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。定子绕组接成y-降压起动的自动控制线路附录所示。可以看到主电路中有三组主触点，其中接触器km2和km3主触点一定不能同时闭合，意味着电源将被短路。所以，控制线路的设计必须保证一个接触器吸和时，另一个接触器不能吸和，这就叫做互锁。也就是说km2和km3两个接触器需要互锁。通常的方法是在控制线路中解除其km2与km3线圈的支路里分别串联对方的一个动断辅助触电。这样，每个接触器线圈能否被接通，将取决于另一个接触器是否

28、处于释放状态，如解除其km2已接通，它的动断辅助触点八km3线圈的电路断开，从而保证km2和km3两个接触器不会同时吸合。这一对动断触点叫做互锁触点。y-降压启动控制线路的工作原理如下：合上电源开关qs，按下起动按钮sb2，这时，接触器km1、km2时间继电器kt线圈通电，解除其km1主触点和自锁触点闭合。km2主触点闭合与km2互锁触点断开，电动机按y形接法启动，经过所整定延时时间后，时间继电器kt的动合触点闭合和动断触点断开，使接触器km2线圈断电，接触器km2主触点断开，电动机暂时断电，同时接触器km2互锁触点闭合，使得接触器km3线圈通电，接触器km3主触点和自锁触点闭合，电动机改为三

29、角形连接，然后进入稳定运行，同时接触器km3互锁触点断开，使时间继电器kt线圈断电。y接法的启动的电流仅为接法的三分之一，从而限制了启动电流，但是y接法的启动转矩为接法的三分之一，所以y-起动只适用空载或轻载启动。这种方法适用在正常运行时绕组是三角接法的电机。电机定子的六个线头都引出来，接到换接开关上。在启动时先将定子接成星型，这时加在每相绕组上的电压将为额定电压的倍，待启动完成后再改接到三角接法，加上额定电压。3.3电机的参数3.3.1 y系列（ip44）基本简介y系列（ip44）是供一般用途的笼型三相异步电动机，它是总结多年生产经验的全国统一设计的系列电动机。具有效率高、耗电少、性能好、噪

30、声低、振动小、体积小、重量轻、运行可靠、维护方便等优点。该种三相异步电动机广泛应用于农业和工矿企业驱动对转差率及其它性能无特殊要求的机械，如水泵。鼓风机、运输机械、农业机械、矿山机械、金属切削机床、搅拌机、碾米机、磨粉机等。由于电动机具有较好的启动性能，因此，也适用于某些对启动转矩有较高要求的机械，如某些压缩机等。电动机的绝缘等级采用b级绝缘，外壳防护等级为ip44，冷却方式为ic0141。该电动机在环境温度不超过40，海拔不超过1000m时，定子绕组用电阻法测量温升不超过80。3.3.2结构简介：y系列（ip44）电动机定子铁心嵌完绕组后经浸漆外理成为一个完整的整体，从而保证了绕组及绝缘具有

31、良好的机械性能、电气特性及热稳定性。电动机的转子采用冷压或热套工艺，将铸铝转子固定在轴上，经校验动平衡而保证电动机振动低到规定的限值内。电动机接线盒内有较大的空腔，便于接线，出线口有锁紧装置，能适应多种电源线的安装，并可根据需要， 在与电动机轴线平行或垂直四个方向任意出线。电动机的风扇采用键配合，运行可靠，风罩由薄钢板拉伸后冲孔制成，电动机的风罩外形美观，刚性好，能满足外壳防护等级（ip44）的要求。电动机h160mm中心高以下采用全封闭轴承。y（ip44）h80132mm中心高电动机的轴伸端轴承室内放有一个波形的弹簧片，以减少轴承的摩擦损耗，轴向窜动及对轴承施加轴向预压力，从而提高轴承寿命，

32、减少电动运行中的振动和噪声。电动机的非轴伸端采用轴承内盖，夹紧轴承，以使波形弹簧片不致于因为立式安装及起动时所引起的轴向压力而损坏。型号含义：y 180 l 4笼型异步电机中心高（mm） 级数（4级电动机） 机座长度代号（s短m中l长）3.4完成启动过程涉及的计算同步转速为1500r/min的主要技术参数如下表22kw的电机，堵转转矩与额定转矩之比为2.0，堵转电流与额定电流之比为7.0y180l-4: 额定功率pn为22kw 额定转速nn为1470r/min 效率n为91.5% 功率因数cos为0.86in=pn3uncos=220001.7323800.86=38.867an=pnp1=0

33、.915则，p1=24.044kw启动时，由于加在电机各相绕组的相电压=线电压/3=220v,又由于线电流=相电流ist=in3=38.8673=22.44a实际启动电流=22.447=157.079a切换成三角时的额定转矩为9550pnnn=9550221470=142.925nm满压启动转矩=142.25922=3129.698nm星型接时的启动转矩3129.6983=1043.233nm，空载启动时间的计算同步转速nn=1500r/min额定转差率：sn=n1-nnn1=1500-14701500=0.02临界转差率：sm=snm+m2-1=0.022.0+2.02-1=0.0746满载

34、启动转矩：tm=mtn=2.0142.925=285.85nm当负载转矩tn=0时,异步电机运行在理想空载状态，这时拖动系统的运行方程式为t=gd2dn375dt考虑到，n=n1（1-s），dndt=-n1dsdt可得2tmsms+ssm=-gd2n1ds375dtdt=-gd2n1375tm12sms+ssmds=-tm12(sms+ssm)ds式中tm=gd2n1375tm=6.321500375285.85=9480107193.75=0.0884，为异步电机拖动系统的机电时间常数将上式两边积分得出启动时间t=0tdt=-12gd2n1375tmsisxsms+ssmds=tm2si2-

35、sx22sm+smlnsisx=tm212-0.0522sm+smln10.05=tm14sm+1.5sm=0.884140.0746+1.50.0746=0.306s=306（ms）第四章 接触器及主要器件的选型4.1交流接触器的选项4.1.1交流接触器的结构特性和工作原理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；(2)触头系统,包括三副主触头和两个常开、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,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。其工作原

36、理为当线圈通电时,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。起到远距离的开断和控制作用。4.1.2 cj20系列交流接触器适用范围主要用于交流50hz、额定电压至690v(个别等级能至1140v)、电流至630a的电力线路中供远距离接通和分断电路以及频繁起动和控制交流电动机，并适宜于与热继电器或电子保护装置组成电磁起动器，以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相。型号及其含义结构特征cj20系列交流接触器为直动式、双断点、立

37、体布置，结构简单紧凑，外形安装尺寸较cj10、cj8等系列接触器老产品大大缩小。cj20-10cj20-25接触器为不带灭弧罩的三层二段式结构，上段为热固性塑料躯壳固定着辅助触头、主触头及灭弧系统，下段热塑性塑料底座安装电磁系统及缓冲装置，底座上除有使用螺钉固定的安装孔外，下部还装有卡轨安装用的锁扣，可安装于iec标准规定的35mm宽帽形安装轨上，拆装方便。cj20-40及以上的接触器为两层布置正装式结构，主触头和灭弧室在上，电磁系统在下，两只独立的辅助触头组件布置在躯壳两侧。cj20-40用胶木躯壳，cj20-63cj20-630用铝底座。触头灭弧系统：全系列不同容量等级的接触器采用不同的灭

38、弧结构。cj20-40及以上用银基氧化物触头。电磁系统：cj20-40及以下接触器用双e形铁心，迎击式缓冲；cj20-63及以上用u形铁心，硅橡胶缓冲。主要技术参数1.cj20系列交流接触器符合gb14048.4-2003、eqviec60947-4-1标准要求。2.ac-3电寿命：cj20-10、16、25、40为100万次，cj20-63、100、160为120万次，cj20-250、400、630为60万次。3.机械寿命：cj20-10、16、25、40、63、100、160为1000万次，cj20-250、400、630为600万次。外形及安装尺寸4.2热继电器选型适用范围：热继电器主

39、要适用于交流50hz,主电路额定绝缘电压至660v,电流至160a电力系统中作为三相交流电动机的过载、断相保护。符合标准：gb14048.4、jb8627型号及其含义结构特征jr20热继电器的结构采用立体布置式(又称“二层式”)结构。热继电器为二层式，采用拉簧式跳跃动作机构，可以获得良好的瞬间跳跃特性，除具有过载保护、断相保护、温度补偿以及手动和自动复位功能除外，还具有动作脱扣灵活性、动作脱扣指示以及断开检验按钮等功能装置，热继电器通过专用的导电板可安装在相应电流等级的交流接触器上。由于设计时充分考虑了cj20交流接触器各电流等级的相间距离，接线高度及外形尺寸。因此可与cj20很方便地配套安装

40、。可以通过电流调整旋钮调整热继电器的整定电流值。电流调节旋钮采用“二点定位”固定方式，消除了在旋动电流调节旋钮时所引起的热继电器动作性能多变的弊端。动作灵活检查机构实现不打开盖板，不通电就可方便地检查热继电器内部的动作情况，动作指示器可清晰地显示出热继电器动作与否。按动检验按钮，断开常闭触头，即可检查通电后控制回路的动作情况。当主电路中电动机过载或断相时，热继电器动作，同时动作脱扣指示件弹出显示热继电器已动作。热继电器可手动复位，也可自动复位，复位后，热继电器即可再次投入工作。主要技术参数外形及安装尺寸.4.3 js20晶体管时间继电器适用范围适用于交流50hz、电压380v及以下和直流220

41、v及以下的控制电路中，按预定的时间接通或断开电路，且具有体积小、重量轻、精度高、寿命长、通用性强等优点。型号及含义js20继电器的一些常见的型号有：js20/01 js20/02 js20/03主要技术参数：1.电源电压：ac50hz、36v、110v、127v、220v、380v；dc24v、27v、30v、36v、110v、220v(其它电压可定制)，动作电压为85%110%额定控制电源电压；2.触头电寿命：交流10万次，直流6万次；3.机械寿命：60万次；4.使用环境：-5+40。外形及安装尺寸1、2为控制电源，7、5为输出常闭触点，7、6为输出常开触点，y型3、4为外接电位器。4.4

42、rl1螺旋式熔断器适用范围：rl1系列螺旋式熔断器适用于交流50hz、额定电压至400v、或直流440v、额定电流至200a电路中，作电气设备短路或过载保护之用。型号及含义一些常见的rl1系列熔断器型号有：螺旋式熔断器 rl1-100 80a rl1-60 60a rl1-60 40a rl1-60 35a螺旋式熔断器 rl1-60 30a rl1-60 25a rl1-15 6a rl1-15 4a rl1-200 200arl1-200 150a rl1-200 100a rl1-15 8a rl1-15 5a rl1-15 3a rl1-15 1arl1200 rl1-15 2a rl1

43、-100 60a rl1-60 20a rl160主要技术参数1.熔断器的额定电流和额定分断能力型号额定电流熔断体额定电流额定分段能力ka交流直流400vcos440vt(ms)rl1-15152、4、5、6、10、15250.3551020rl1-606020、25、30、35、40、50、60250.355rl1-10010060、80、100500.2510rl1-200200100、120、150、200500.2510外形及安装尺寸rl1-15、60、100、200外型rl1-15安装孔 rl1-60、100、200安装孔综上所述再根据本设计的启动电流和启动时间配备如下器件交流接触器

44、-cj 20-160热继电器-jr 20-160时间继电器-js20-5/01熔断器-rl1-200第五章 用plc实现三相交流异步电动机启动5.1 plc的基本结构plc实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：a、电源 plc的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此plc的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将plc直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元(cpu) 中央处理单元(cpu)是plc的控制中枢。它按照plc系统程序赋予

45、的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当plc投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入i/o映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入i/o映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将i/o映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路 现场输入接口电

46、路：由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是plc与现场控制的接口界面的输入通道。 现场输出接口电路：由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用plc通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块 如计数、定位等功能模块 5.2采用plc实现三相交流异步电动机启动的必要性在分析机电式y-启动特性的基础上，由于大量接触器的使用可能导致可靠性较差，基于传统接触器的控制电路在消除接触器断线不能正常启动、启动时形成的弧光短路等故障时有一定的困难，将plc应用到以上控制电路中，将使继电器在继电器控制电路中存在的问题迎刃而解。如图5图5 主电路及控制线路5.3基于plc实现

47、三相交流异步电动机启动方案一按照三相异步电动机控制原理图接线，图中qs为空气开关，当km1、km3主触点闭合时，电动机星形连接；当km1、km2主触点闭合时，电动机三角形连接。设计一个三相异步电动机星-三角降压启动控制程序，要求合上qs按下启动按钮sb2后，电动机以星形连接启动，开始转动1s后，km3断电，星形启动结束。km2接触器线圈得电，电动机按照三角形连接转动。考虑过载保护。（1） plc接线图按照图完成plc的接线。图中输入端24v电源可以利用plc提供的直流电源，也可以根据功率单独提供电源。另外若plc的输入端为继电器输入，也可以用220v交流电源。图中， plc输出端保留星形和三角

48、形接触器线圈的硬互锁环节，程序中也要另设软互锁。（2） 程序设计图5.1.1 plc接线图 图5.1.2 三相交流异步电动机星-三角降压启动梯形图图为电动机星-三角降压启动控制的梯形图。在接线图将启动按钮sb2的动合触点x0、停止按钮sb1的动断触点x2及热继电器fr的动断触点x1串联。在正常情况下，按下启动按钮后，y0导通，km1主触点动作，并完成对y0的自锁。y0导通，其动合触点闭合，程序第2行中，后面的动断触点处于闭合状态，从而使t0导通，且接触器km3主触点闭合，电机星形启动。当t0计时1s后，使y2断开，即星形启动结束。该行中的y1动断触点其互锁作用，保证若已进入三角形全压启动时，接

49、触器km3成断开状态。程序第3行使y1导通，km2主触点动作，电机呈三角形全压启动。这里的y2动断触点也起到软互锁作用。由于y1导通使t0失电，因此，程序中用y2的动断触点对y1自锁。按下停止按钮，y0失电，从而使在任何时候，只要按停止按钮，电机就停转。（3）运行并调制程序 a.将梯形图程序输入到计算机。 b.下载程序到plc，并对程序进行调试运行。 观察电机在程序控制下能否实现自动星-三角降压启动。 c.调试运行并记录调试结果。5.4基于plc实现三相交流异步电动机启动方案二按照三相异步电动机控制原理图接线，图中qs为空气开关，当km1、km3主触点闭合时，电动机星形连接；当km1、km2主触点闭合时，电动机三角形连接。设计一个三相异步电动机星-三角降压启动控制程序，要求合上qs按下启动按钮sb2后，电动机以星形连接启动，开始转动1s后，km3断电，星形启动结束。为了有效防止电弧短路，要延时300ms后，km2接触器线圈得电，电动机按照三角形连接转动。（1）plc接线图按照图完成plc的接线。图中输入端24v电源