三相异步电动机的正反转及顺序控制电路的设计

1、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日翻2-绪论5二三相异步电动机简介7三电气原理分析8四设计三相异步电动机的顺序控制线路图104.1三相异步电动机启动顺序控制线路114.2三相异步电动机停止顺序控制线路13五设计三相异步电动机的正反转电气控制线路图155.1手动正反转控制165.2接触器联锁的正反转控制线路175.3按钮联锁的正反转控制线路195.4按钮、接触器双重联锁的正反转控制线路20六控制线路plc程序梯形图及其对比分析23七plc程序仿真分析26总、 29参 #：献（31i射 辞33摘要

2、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。长期以来，plc 始终处于自动化领域的主战场，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11。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plc控制系统 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plc控制电路，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，

3、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plc的编程语言 梯形 图，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

4、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。abstractthe application of plc in the three-phase asynchronousmotor control, with the traditional relay control compared withfast speed, high reliability, flexibility, improve thefunctional advantages. for a long time, plc is always in themain batt

5、lefield in the field of automation, for a variety ofautomation control equipment provides a very reliable controlapplications, it can automatic control applications to providea safe, reliable and relatively perfect solution, suitable forthe needs of automation in industrial enterprises at present.th

6、e motor positive inversion of the electric control thepositive and the negative rotation of the motor system and plccontrol system were explained and of the two control systemscompared advantages. plc control circuit of three-phaseasynchronous motor is three-phase asynchronous motor of thepositive a

7、nd negative transfer control, with the traditionalrelay compared to the control with high speed, high reliabilityand strong flexibility. very useful. three-phase asynchronousmotor is widely used, has the advantages of simple structure,high efficiency, convenient control, reliable operation, easymain

8、tenance cost is low, covering almost all areas ofindustrial and agricultural production and human life, in theseapplications, three-phase asynchronous motor runningenvironment is different, so the resulting the fault occurrenceis also very frequent, so to correct and reasonable use of it.in this pap

9、er, we study the the execution of relay controlsystem uses plc programming language, ladder diagram, ladderlanguage in programmable controller in the application of themost extensive language, because it is based on adding manyfeatures, the use of flexible instruction, the logical relationis clear a

10、nd intuitive, easy programming, readability is strong,the realization of the function is much more than thetraditional relay control circuit, the programmable controlleris a digital computing operation of electronic systems. it isdesigned for the harsh industrial environment application anddesign, i

11、t uses programmable memory, used in internal storagelogic operation, sequence control, timing, counting andarithmetic operations such as instruction. and the use ofdigital, analog input and output, control of all kinds ofmachinery or production process.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

12、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plc的编程语言梯形语言，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

13、产环境 中使用。它采用可编程序的存储器，用來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，plc始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。h前, 在先进国家中，它己成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所存企业。由于它综合了计算机和自动化技术，因此它的发展节节攀

14、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 门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y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。二三相异步电动机简介在工业、交通运

15、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。因此在口常的生产运营制造 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， 坚闹耐用，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

16、率因数滞后。三相异步电动机的能量转换的实现是巾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。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

17、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。巾于我们把两相相 序对调，因此要保证两个km线圈不

18、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）的双秉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，调相用的两接触器也绝对不可能同时得电，由此避免了相间短路。还存，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。设计三相异步电动机的顺序控制线路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

19、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m2的 控制接触器km2的主触头需要串联在接触器km1主触头的下侧，这样 就可以达到顺序控制的s的。如图4. 1所示：(2) 控制电路上的顺序控制控制电路上的

20、顺序控制并不是唯一的，它的特点是：控制电动机m2的电路首先与接触器km1的线圈并联再 与km1的自锁触头串联，如此就可以保证电动机ml先于m2启动的要 求。4.1三相异步电动机启动顺序控制线路：(1)如图4. 2所示，是两台三相异步发电机ml与m2的顺序控 制线路，从线路图中我们可以看出三相异步电动机m2的控制电路是 里连接在接触器km1的常开触点之后。这说明两个三相异步电动机 ml先于m2启动，并且当接触器km1失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qs，启动三相异步电动机：按下点动幵关sb1,接触器km1线圈因为 得电而吸合，导致接触器km1的主触点闭合，km1、

21、km2启动运转， km1自锁触点闭合并再按下点动开关sb2,导致接触器km2线圈因为 得电而吸合，导致(1) km2自锁点闭合；(2) km2主触点闭合三相 异步电动机m2启动运转。停止：按下急停幵关sb3,可使两个接触器km1、km2线圈失电 而断开，km1、km2主触点断开，两台三相异步发电机ml与m2同时 断电停转。4. 3所示:(2)启动顺序控制电路4. 3启动顺序控制电路4. 2三相异步电动机停止顺序控制线路：图4. 4 4.5 4.6所示:4. 5停止顺序控制电路图2图4. 6停止顺序控制电路图3五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

22、电气控制线 路是通过巾熔断器、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u4。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fu的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

23、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(fr)来实现的。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 作，它的常闭触点控制电路断开，km吸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

24、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。也即是要求中接触器工作的时候，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h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

25、、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。 5.1手动正反转控制：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。可逆转换开戈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。5.1手动顺序正反转控制电路图5.1 (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

26、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。5.2接触器联锁的正反转控制线路：如图5. 2为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km1和反转使用的接触器km2。目的就是利用接触器km1和km2的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

27、不能够同时导通。其工作原理为：正转控制按下点动常开控制按钮sb1,可使接触器线圈km1得电，所以（1） km1主触点闭合；（2） km1自锁触头闭合；（3） km1联锁触尖分断 对km2的联锁。（1）（2）可使电动机m正转。反转控制先按下停车开关sb3,使km1线圈失电，所以（1） km1主触点分断；(2) km1自锁触尖分断；(3) km1联锁触尖闭合对km2的联锁。 (1) (2)可使电动机m失电停转。再按下点动常开控制按钮sb2,可使接触器线圈km2得电，所以 (1) km2主触点闭合;(2) km2自锁触头闭合;(3) km2联锁触头 分断对km1的联锁。该电路的特点是：由正转到反转之

28、间必须要求先按停止按钮sb3, 也就是实现“正亭-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。 5.3按钮联锁的正反转控制线路：如图5. 3按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95.3按钮连锁正反转控制电路其工作原理为：首先合上三极组合幵关qs，正转控制：按下复合按钮sb1，接触器km1的线圈就会得电吸合，可导致（1） 复合按钮sb1的常闭点断开，（2）接触器

29、km1的自锁触点闭合；（3） 接触器km1的主电路触点闭合，三相异步电动机得电正转；反转控制：按下复合开关sb2，（1）复合开关sb2常闭点先断开，km1会因 为线圈断电而释放，导致：（a） km1自锁触点断开；（b） km1主电 路触点断开，三相异步电动机m失电停止；（2） sb2常开点后闭合, km2因为线圈得电而吸合，可导致：（a） km2自锁点闭合；（b） km2 主电路触点闭合，三相异步电动机m得电反转。停止控制：按下急停开关sb3, km2因线圈断电而释放，可导致：（1） km2 自锁点断开；（2） km2主触点断开，三相异步电动机m断电停转； （3） km2常闭点闭合。该控制线路

30、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sb3，也即是可以实现“正一反一停”。5.4按钮、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5. 4所示，图中除丫互锁（电气 联锁）外采用了两个复合按钮sb1与sb2,并将两个复合按钮的常闭点相互中在对方的接触器线圈的控制电路里，以确保km1、km2的线圈不会在同一时间得电，这种双秉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。工作原理如不：首先合上三极组合开关qs，正转控制：按下复合按钮sb1，接触器km1的线圈就会得电吸

31、合，可导致（1） 复合按钮sb1的常闭点断开，实现机械互锁（切断km2控制的反转控 制电路）；（2）接触器km1的自锁触点闭合；（3）接触器km1的主 电路触点闭合，三相异步电动机得电正转；（4）接触器km1的常闭触点断开，实现了电气互锁（切断km2控制的反转电路）。反转控制：按下复合幵关sb2,（1）复合幵关sb2常闭点先断开，km1会因为 线圈断电而释放，导致：（a） km1自锁触点断开；（b） km1主电路 触点断开，三相异步电动机m失电停止；（c） km1互锁触点闭合。（2）sb2常开点后闭合，km2因为线圈得电而吸合，可导致：（a） km2自锁点闭合；（b） km2主电路触点闭合，三

32、相异步电动机m得电 反转；（c） km2常闭点断幵，实现互锁。停止控制：按下急停开关sb3, km2因线圈断电而释放，可导致：（1） km2 自锁点断开；（2） km2主触点断开，三相异步电动机m断电停转；（3）km2常闭点闭合。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sb3,也即是可以实现“正一反一停”。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六控制线路plc程序梯形图及其对比分析plc应用软件编辑语言的表达方式分为：梯形图(ladder diagram)梯形图是一种以其在图中的相互关 系

33、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plc中梯形图是使用最广泛的编辑语言。 指令表(instruction list)指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(sequential function chart)顺序功能图包括步、 转换、动作三个要素。

34、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y plc的一种编程思想。功能块图(function block diagram)功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(structured text)为了增强plc的许多高级功能如: 数据处理、报表打印、数学运算、图表显示等，一些大中型的plc都 装备了一些高级的编程语言，如c、basic、pascal等像这样

35、的的一种编程的方式被称为结构文本1121。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6.1的梯形图、图6. 2的梯形图、图6. 3的梯形图、图6. 4的梯形图所示：r.w wt vww piclqqii wmowi »mpd 公 0 曲 qi 1 gb © - i o o u h q (>a吧e|toohrr«j»«ii «n »o-jq|tlmobub (ott) oe)»)t>(nro) syu4 t«u

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44、就可以打开。当然仿真软件并不能模拟s7-200的全部功能和全部指令具体情 况还需具体分析。图7. 1的梯形图仿真图、图7. 2的梯形图仿真图、图7. 3的梯形 图仿真图、图7. 4的梯形图仿真图所示：咖酗 cfilc) ptc 脉0) sskhts1emins01234567 01smb 281 )01 1ismb 29)o 1 1mlllilti klallll梯臟1-orsmb咖njl0ck1mmb1caitfiziin(腿 iau a titu-汧删 cocirrs /ti«h fi tv ed? wih：；jmwjsi mas misjwnme.rxkw.:斯： networ

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