绕线转子电动机正逆转控制课程设计

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1、1 PLC的介绍1.1 PLC概况可编程控制器(Programmable Controller)简称PC。个人计算机(Personal Computer)也简称PC。为了避免混淆，人们将最初用于逻辑控制的可编程控制 器叫做 PLC (Programmable logic Cont roller)。国际电工委员会在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采 用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、 计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各 种类型的机械或

2、生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系 统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”(1) 可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制 程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算”工 作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上可编程控制无论从内 部构造、功能及功能原理上看都不折不扣的是计算机。(2) 可编程控制器是“为工业环境下应用”而设计的计算机。工业环境和 一般办公环境有很大的区别，PLC具有特殊的构造，使它能在咼粉尘、咼噪音、 强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制“机械或生产程”， 它又要能“易于与

3、工业控制系统形成一个整体”这些都是个人计算机不可能做 到的。因此可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。(3) 可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于 扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程 序”。也就是说可编程控制器较其以前的工业控制计算机，具有更大的灵活性， 它可以方便的应用在各种场合，是一种通用的工业控制计算机。PLC的特点：1、可靠性高，抗干扰能力强2、配套齐全，功能完善，适用性强3、易学易用，深受工程技术人员欢迎4、系统设计周期短，维护方便，改造容易5、体积小，重量轻，能耗低。PLC的应用领域：目前，PLC在国内

4、外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电 力、建材、机械制造、汽车、汽纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使 用情况大致可归纳为：开关量的逻辑控制、运动控制、过程控制、数据处理和通 信及联网。1.2 PLC 的基本结构1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制核心。它按照 PLC系统程序赋予的功能：a.接收并存储从用户程序和数据；b.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。2、存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储 器。存放系统软件(包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故 障诊断程序及其各种管理程

5、序)的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序(用 户程序存和数据)的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据 存储器两部分。3输入接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们 实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。4输出接口电路：可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T) 、晶闸管输出 (SSR) 三种输出形式。5.电源PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠 得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

6、流电网上去。如FX1S额定电压AC100V240V,而电压允许范围在AC85V 264V之间。允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作；一部分 向外提供给现场传感器等的工作电源。1.3 PLC 的工作原理PLC 则是采用循环扫描的工作方式。一个扫描周期主要可分为两个模式,分 别是 RNU 模式和 STOP 模式,共五个工作阶段,如图 1-2。1.3.1 内部处理阶段内部处理阶段，复位WDT (监控定时器)，检查硬件、程序存储器，正常则 顺序执行用户程序，不正常则转到错误处理程序。1.3.2 通信处理阶段RUN通信处理阶段 ，PLC

7、与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入 的命令，更新编程器的显示内容。1.3.3 输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存 器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行 期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化 必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。1.3.4 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将 相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条 控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。1.3.5 输出刷新阶段当所有指

8、令执行完毕后，将输出状态寄存 器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映 像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外 部相应执行元件工作，这才形成 PLC 的实际输 出。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷 新三个阶段构成 PLC 一个工作周期，由此循环 往复，因此称为循环扫描工作方式。显然扫描周期的长短主要取决于程序的长 短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每个 扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描 周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次， 所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程 度上降低了系统的响应速度。但是由于其对 I/O 的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行

9、刷新，这对一般的开关 量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。这是 因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是 与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。 但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般 PLC 都会采取高速模 块。总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们 在学习和使用PLC当中都应注意。2绕线转子电动机的简单介绍2.1绕线转子电动机的基本结构电动机是一种把电能转化为机械能的机械。它的基本原理是利用带导体和磁 场间的香花作用而把电能转化为机械能。电动机的结构主要包

10、括两部分：转子和 定子。转子是电动机的转动部分，由转轴作组成。导体绕组的排列方式决定电动 机的类型及其特性。图 2-1 典 型 电 动 机 的 剖 切 视 图 电机的结构包括定子和转子两部分。定子和转子之间由空气隙分开。定子的作用 是产生主磁场和在机械上制成电机，它的组成部分有主磁极，机座，端盖和轴承 等，电刷也用电枢座固定在定子上。转子的作用是产生感应电势或产生机械转矩 以实现能量的转换，它的组成部分有电枢铁心，电枢绕组，轴，风扇。图 2.1 所示为直流电机结构。现将有关重要部分介绍如下：主磁极:图 2.1 中的 4 和 5，主磁极包括主磁极铁心和套在上面的励磁绕组，主 要任务是产生主磁场。

11、磁极是磁路的一部分，采用 1.01.5mm 的钢片叠压制成。 机座：图 2.1 中的 1，机座一方面用来固定主磁极，换向极和端盖等，并做整个 电机的支架用地脚螺钉将电机固定在基础上，另一方面也是电机磁路的一部分。 电枢铁心：图 2.1 中的 10，电枢铁心是主磁通磁路的一部分，表面冲槽，槽内 嵌放电枢绕组。电枢绕组：图 2.1 中的 12，电枢绕组是直流电机产生感应电势及电磁转矩以实 现能量转换的关键部分。2典麻3 ttft*4 主$主哋仪心& 电T H聲乩mt0 Mf*h址草氏 n电捋13冨掘恬浅涵礼“0铀仪矗图2-2电机结构图2.2 绕线转子电动机工作原理及特点当向三相定子绕组中通过入对称

12、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规则判定）。由于导 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

13、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。作电动机运行的绕线转子电动机。绕线转子电动机转子的转速低于旋转 磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流， 并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与绕线电动机相比，绕 线转子电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，绕线转子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

14、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。3 控制电动机运行的常用低压电器介绍3.1 手动电器图 3-1 刀开关的符号3.1.1 刀开关刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的低压电 路中，用作接通和切断电源，有时也用来控制小容量电动 机的直接起动与停机。刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和 绝缘底板等组成。刀开关的种类很多。按极数（刀片数）分为单极、双 极和三极；按结构分为平板式和条架式；按操作方式分为 直接手柄操作式、杠杆 操作机构式和电动操作机构式；

15、按转换方向分为单投和 双投等。刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切 断电路。刀开关的额定电压通常为250V和500V，额定电流在1500A以下。常开（动合胺钮SB常闭（动断）M复合按钮=常开按钮和 常闭按钮做在一考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额 定电流值应如下选择：35 倍异步电机额定 电流3.1.2 按钮按钮常用于接通、断开控制电路，它的 结构和电路符号见图 3-2。按钮上的触点分为常开触点和常闭触 点，由于按钮的结构特点，按钮只起发出“接 通”和“断开”信号的作用。图 3-2 钮的结构和符号3.2 自动电器3.2.1熔断器熔断器主要作短路或过载保护用，串联在被保护的线路中。线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路或过Fi载时熔断器熔断，起到保护线路上其他电器设备的作用。熔断器的结构有管式、磁插式、螺旋式、等几种。其核心部分熔体（熔丝或熔片）是用电阻率较高的易熔合金制成，如Ir+jOtrjiVrm铅锡合金；或者是用截面积较小的导体制成。电路伶y熔体额定电流i的选择：F1无冲击电流的场合（如电灯、电炉） I I ；图 3-3 熔断器的电路符号FL2. 台电动机的熔体：熔体额定电流鼻电动机的起动电流三2.5；如果电动机起动频繁，贝U为：熔体额定电流鼻电动机的起动电流三（1.62）；3. 几台电动机合用的总熔体：熔体