基于PLC的三相异步电机星三角起动控制系统设计.doc

PAGE 1 基于PLC的三相异步电机星三角起动控制系统设计 摘 要 基于PLC始终在工业自动化控制领域的占有主要地位，为形式多样的自动化控制设备提供了可靠的控制应用。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。PLC在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。本文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，主要研究了异步电动机的星三角减压起动、正反转以及停止控制，画出及其相应的输入输出接线图，根据继电器控制电路图作出PLC控制梯形图，最后给出控制指令。 关键词：PLC 星三角启动 三相异步电动机 电气控制 绪 论 三相异步电动机直接启动控制线路简单、经济，但受到电源容量的限制。当电动机容量较大，启动时会产生较大的启动电流，引起电网电压下降，因此必须采用降压启动的方法，限制启动电流。星一三角降压启动则是常用的限制启动电流的控制线路。 在传统的星一三角启动控制线路中，采用继电一接触器控制系统，该系统采用大量的低压电器，如接触器，时间继电器等，虽然成本较低，但足可靠性很差，查找和排除故障困难，如果产品需要更新、生产工艺需要变化时，控制系统的元件和接线也须作相应的变动，这种变动工作量大，工期长，费用高。因此，传统的继电一接触器控制已不能适应现代工业自动化的高标准，严要求。 由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，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数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动化控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛的运用于众多行业。 1 三相异步电动机基础 1.1 三相异步电动机的结构 三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成，定子和转子之间由气隙分开。图1-1为三相异步电动机结构示意图。 (a) 外形图； (b) 内部结构图 图1-1 三相异步电动机结构示意图 1.1.1 定子 定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁制成。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5 mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组，如图1-2所示。 图1-2 三相异步电动机的定子 1.1.2 转子 转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心也用0.5 mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。其外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。 1.2 三相异步电动机的工作原理 图1-3为三相异步电动机工作原理示意图。为简单起见，图中用一对磁极来进行分析。三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势，感应电动势的方向可根据右手螺旋法则来判断。由于转子本身为一闭合电路，所以在转子绕组中将产生感应电流，称为转子电流，电流方向与电动势的方向一致，即上面流出，下面流进。 图1-3 三相异步电动机工作原理图 转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用，其方向可由左手定则来判断，上面的转子导条受到向右的力的作用，下面的转子导条受到向左的力的作用。电磁力对转子的作用称为电磁转矩。在电磁转矩的作用下，转子就沿着顺时针方向转动起来，显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。 1.3 三相交流异步电机的启动方法 1.3.1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修工作量。 1.3.2软启动 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。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。 1.3.3串电阻（或电抗）降压启动 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。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。 1.