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1、编号 毕业论文题 目基于PLC的电动机智能保护器设计学生姓名学 号系 部电气工程系专 业电气自动化班 级指导教师顾问教师二一年七月 摘 要电动机作为拖动系统中的重要组成部分在国民经济中占有举足轻重的地位，它的使用几乎渗透到了各行各业，是工业、农业和国防建设及人民生活正常进行的重要保证，因而确保电动机的正常运行就显得十分重要，而在使用中造成电机烧毁甚至引发重大安全事故的事件屡见不鲜，据不完全统计全国每年仅因电动机烧毁所消耗的电量就达数千万度，电动机烧毁的数量达20万台次以上，容量约0.4亿千瓦，因维修所耗的电磁线约5000万公斤，修理费达20亿元，而因停工停产所造成的损失更是一个无法估量的巨大数
2、目。因此做好电动机的保护具有节能显著、提高生产效率和经济效益及保证安全生产的重要意义。传统的电机保护装置以熔断器、热继电器为主。我们知道，热继电器具有结构简单，成本低廉，体积小，使用方便的优点。但热继电器保护功能单一，精度低，动作不稳定，发热时间常数小。简单地说，热继电器样样都好，就是保护性能不可靠，这是其致命弱点，也正因为此，保护性能可靠的电机智能保护器是最近十多年才发展起来的一种新型电子式多功能电动机综合保护装置，本文实现基于PLC的电动机智能保护系统。通过PLC的控制,采用梯形图编程，通过实验实现电动机的运行稳定可靠，可以根据电机的故障做出相应的保护，从而可以有效的解决缺相，过载，欠流，
3、相失衡，相序，接地，短路，过欠压等问题。关键词：电动机 智能保护 PLC目 录 目 录摘 要I目 录II第一章 电动机保护概述11.1电动机的概述11.2电动机运行中出现的故障分析及处理方法21.2.1电动机可能出现的故障31.2.2电动机故障处理方法31.3电动机保护器的常见类型61.4电动机传统保护方式71.4.1传统保护的缺点71.4.2电动机保护的重要意义7第二章 电动机智能保护92.1智能保护的概述92.2智能保护器系列简介92.2.1智能保护装置的工作原理92.2.2 智能保护装置的外观102.2.3 智能保护装置的安装102.2.4智能保护装置的功能与参数102.2.5 智能保护
4、装置的调试112.2智能保护器的优点122.3智能保护的发展趋势12第三章 PLC用于保护器的控制设计133.1可编程控制器的简介133.1.1 可编程控制器的概念133.1.2可编程控制器的发展历史133.1.3可编程控制器的主要特点143.2可编程控制器的工作原理及基本结构153.2.1可编程控制器的工作原理153.2.2可编程控制器的基本结构16第四章 系统的硬件设计184.1 PLC的选型介绍184.2三菱FX2N-48MR编程器符号的介绍184.3硬件连接图194.3.1 PLC的供电线路194.3.2 系统接线图204.3.3 模拟调试21第五章 软件电路的设计235.1设计任务及
5、要求235.1.1 I/O分配表235.1.2梯形图设计23第六章 总结与展望276.1结论276.2 PLC的国内外状况及未来展望27致 谢29参考文献30附录1 FX2N的技术指标31附录2 三相异步电动机常见故障及处理方法3317第一章 电动机保护概述第一章 电动机保护概述1.1电动机的概述电动机是一种将电能转化成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备。按运动方式分两种类型。一种是旋转式器件,它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子,其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动,这些机器中有些类型可作电动机用,也可作发电机用。 电动机按
6、使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的做功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到兆瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、机械抱闸等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟
7、尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。 各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机 ）。它使用方便 、运行可靠 、价格低廉 、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机（见同步电机）。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已
8、开始得到应用 。电动机在规定工作制式（连续式、短时运行制、断续周期运行制）下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率，使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多，能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看，调速大致可分两种 ： 保持输入功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗，调节输出功率以调节电动机的转速。控制电动机输入功率以调节电动机的转速。三相异步电机工作原理 异步电机的工作原理如下:当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，“感应电机
9、”的名称由此而来。感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。 三组绕组问彼此相差120度，每一组绕组都由三相交流电源中的单相供电。 电动机使用了电流的磁效应原理，发现这一原理的是丹麦物理学家奥斯特。 电动机的发展1831年，美国物理学家亨利设计出最初的电子式电动机。受到亨利的启发，一位名叫威廉里奇的人设计并造出了一台可以转动的电动机。里奇的这架电动机类似于我们今天在实验室里组装的直流电动机模型。 到了19世纪40年代，俄国科学家雅科比使电动机变得更为实用了。他用电磁铁替代永久磁铁进行工作。这种新型电动机当时被装在一艘游艇上，载着几名乘客驶过了涅瓦河。此事引起了极大的轰动。此后，出生于克罗地
10、亚的美国人特斯拉于1888年，制造出了第一台感应电动机，他在各种电动机中，算是被应用最广的一种。感应电动机会将交流电快速输入一组称为“定子”的外线圈，继而产生一个旋转磁场。转轴内的一组线圈则称为“转子”，它会被定子的旋转磁场感应出电流，然后转子会因电流变化而转变成电磁铁。 英国物理学家亨利于法拉第同时作出电磁感应的伟大发现，1830年8月，亨利在实验中已经观察到了电磁感应现象，这比法拉第发现电磁感应现象早一年。但是当时亨利正在集中精力制作更大的电磁铁，没有及时发表这一实验成果，也没有及时的去申请专利，失去了发明权。可是亨利从不计较个人名利，他认为知识应该为全世界人类所共享，从未与法拉第争过发现
11、权，仍然专心致志地献身于科学事业。亨利的高尚品德受到世人的称赞。所以最后，人们还是将电磁感应现象的发现归于法拉第。特别值得一提的是，亨利实验装置法拉第感应线圈更接近于现代通用的变压器。 单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。 单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自
12、动起动. 1.2电动机运行中出现的故障分析及处理方法 绕组是电动机的组成部分,老化,受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、外力的冲击都会造成对绕组的伤害,电机过载、欠电压、过电压,缺相运行也能引起绕组故障。绕组故障一般分为绕组接地、短路、开路、接线错误。现在分别说明故障的检查方法及处理方法。1.2.1电动机可能出现的故障（1）绕组接地（2）绕组短路（3）绕组断路（4）绕组接错（5）电动机过热甚至冒烟1.2.2电动机故障处理方法（1）绕组接地1检查方法：a通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕迹,如有就是接地点。 b万用表检查法。用万用表低阻档检查,读数很小,则为接地。 c兆欧表法。根据不
13、同的等级选用不同的兆欧表测量每组电阻的绝缘电阻,若读数为零,则表示该项绕组接地,但对电机绝缘受潮或因事故而击穿,需依据经验判定,一般说来指针在“0”处摇摆不定时,可认为其具有一定的电阻值。 d试灯法。如果试灯亮,说明绕组接地,若发现某处伴有火花或冒烟,则该处为绕组接地故障点。若灯微亮则绝缘有接地击穿。若灯不亮,但测试棒接地时也出现火花,说明绕组尚未击穿,只是严重受潮。也可用硬木在外壳的止口边缘轻敲,敲到某一处等一灭一亮时,说明电流时通时断,则该处就是接地点。 e电流穿烧法。用一台调压变压器,接上电源后,接地点很快发热,绝缘物冒烟处即为接地点。应特别注意小型电机不得超过额定电流的两倍,时间不超过
14、半分钟；大电机为额定电流的20%-50%或逐步增大电流,到接地点刚冒烟时立即断电。 f分组淘汰法。对于接地点在铁芯心里面且烧灼比较厉害,烧损的铜线与铁芯熔在一起。采用的方法是把接地的单相绕组分成两半,依此类推,最后找出接地点。 此外,还有高压试验法、磁针探索法、工频振动法等,此处不一一介绍。 2.绕组接地处理方法：a绕组受潮引起接地的应先进行烘干,当冷却到6070左右时,浇上绝缘漆后再烘干。b绕组端部绝缘损坏时,在接地处重新进行绝缘处理,涂漆,再烘干。c绕组接地点在槽内时,应重绕绕组或更换部分绕组元件。最后应用不同的兆欧表进行测量,满足技术要求即可。 （2） 绕组短路1.检查方法：a外部观察法
15、。观察接线盒、绕组端部有无烧焦,绕组过热后留下深褐色,并有臭味。 b探温检查法。空载运行20分钟(发现异常时应马上停止),用手背摸绕组各部分是否超过正常温度。 c通电实验法。用电流表测量,若某相电流过大,说明该相有短路处。 d电桥检查。测量个绕组直流电阻,一般相差不应超过5%以上,如超过,则电阻小的一相有短路故障。 e短路侦察器法。被测绕组有短路,则钢片就会产生振动。 f万用表或兆欧表法。测任意两相绕组相间的绝缘电阻,若读数极小或为零,说明该两相绕组相间有短路。 g电压降法。把三绕组串联后通入低压安全交流电,测得读数小的一组有短路故障。 h电流法。电机空载运行,先测量三相电流,在调换两相测量并对比,若不随电源调换而改变,较大电流的一相绕组有短路。 2.短路处理方法:a短路点在端部。可用绝缘材料将短路点隔开,也可重包绝缘线,再上漆重烘干。 b短路在线槽内。将其软化后,找出短路点
