交流電動機轉子串電阻啟動設計

1、遼寧工程技術大學 電機與拖動課程設計 設 計 題 目：交流電動機轉子串電阻啟動設計 專 業(yè) 班 級： 礦山機電工程 姓 名： 田佳興 學 號： 1107250318 指 導 教 師： 田立勇 日 期： 2014-6-21 課程設計成績評定表學期姓名田佳興專業(yè)礦山機電工程班級礦電11-3課題名稱電力拖動與控制課程設計論文題目plc控制交流電動機轉子串電阻啟動設計評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內容難易性15綜合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語任課老師田立勇時間2014年6月23日備注遼寧工程技術大學課程設計課程設計任務書一、設計題目交流電動機

2、轉子串電阻啟動分析與設計二、設計任務一部三相繞線型異步電動機，pan=55kw，uan=220v，ian =497a，nn =1435r/min， =2.6, =290v，=86a, 負載轉=200nm。采用轉子串電阻起動時，求起動級數(shù)和各級啟動電阻大小,并設計控制電路。三、設計計劃電機與拖動課程設計共計2周內完成：1、查資料,熟悉題目,整理資料；2、方案分析,具體按步驟進行設計及整理設計說明書；3、準備答辯；4、答辯。四、設計要求1、設計工作量為完成設計說明書一份；2、設計必須根據(jù)進度計劃按期完成；3、設計說明書必須經指導教師審查簽字方可答辯。指 導 教師：田立勇時 間：2014年 6月23

3、日目錄引言11 三相異步電動機21.1 三相異步電動機的基本結構21.2三相異步電動機工作原理41.3 異步電動機的額定參數(shù)51.3.1 三相異步電動機的額定參數(shù)51.3.2 三相異步電動機的能流圖51.4 三相異步電動機的轉矩特性和機械特性62、電動機轉子串電阻啟動原理102.1 轉子串電阻啟動原理102.2 啟動電阻的使用原則102.3 三相交流異步電機啟動方法介紹102.4 啟動過程142.5 啟動電阻的計算153 電子元件的選型203.1 交流接觸器的選型203.1.1 交流接觸器的結構與工作原理203.1.2 cj20系列交流接觸器213.1.3 熱繼電器選型223.2 晶體管時間繼

4、電器243.3 l1型螺旋式熔斷器254 主電路及plc硬件系統(tǒng)的設計264.1 plc的基本結構264.2 主接線圖的設計264.3 硬件系統(tǒng)的設計284.4 plc梯形圖30結束語33參考文獻3334引言三相異步電動機是目前應用最為廣泛的電動機。要想討論電力拖動中經常遇到的繞線型異步電動機轉子電路串聯(lián)電阻啟動問題，首先我們要先了解三相異步電動機，這是討論問題的基礎。異步電動機是交流電動機的一種。由于異步電動機在性能上有缺陷，所以異步電動機主要作電動機使用。異步電動機按供電電源相數(shù)的不同，有三相、兩相和單相之分。三相異步電動機結構簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便，是當前工業(yè)農業(yè)生產中應用最

5、普通的電動機；單相異步電動機容量較小，性能較差，在實驗室和家用電器中應用較多；兩相異步電動機通常用作控制電機。三相異步電動機分為三相籠型異步電動機和三相繞線型異步電動機。我的設計為三相繞線型異步電動機轉子電路串電阻啟動。1 三相異步電動機1.1三相異步電動機的結構（1）定子(靜止部分)定子鐵心作用：電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。構造：定子鐵心一般由0.350.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。定子鐵心槽型有以下幾種：半閉口型槽：電動機的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。半開口型槽：可嵌放成

6、型繞組，一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經過絕緣處理后再放入槽內。開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機中。定子繞組作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產生旋轉磁場。構造：由三個在空間互隔120電角度、對稱排列的結構完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內。定子繞組的主要絕緣項目有以下三種：（保證繞組的各導電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。1)對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。2)相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。3)匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。電動機接線盒內的接線：電動機接線盒內都有

7、一塊接線板，三相繞組的六個線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個接線樁自左至右排列的編號為1（u1）、2（v1）、3（w1），下排三個接線樁自左至右排列的編號為6（w2）、4（u2）、5（v2）.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時均應按這個序號排列。機座作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉子，并起防護、散熱等作用。構造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機的機座采用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內外的空氣可直接對流，以利于散熱。（2）轉子(旋轉部分)三相異步電動機的轉子鐵心：作用：作為電機磁路

8、的一部分以及在鐵心槽內放置轉子繞組。構造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內圓來沖制轉子鐵心。一般小型異步電動機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上，大、中型異步電動機（轉子直徑在300400毫米以上）的轉子鐵心則借助與轉子支架壓在轉軸上。三相異步電動機的轉子繞組作用：切割定子旋轉磁場產生感應電動勢及電流，并形成電磁轉矩而使電動機旋轉。構造：分為鼠籠式轉子和繞線式轉子。1)鼠籠式轉子：轉子繞組由插入轉子槽中的多根導條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動

9、機采用鑄鋁轉子繞組，對于100kw以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。2)繞線式轉子：繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯(lián)接。特點：結構較復雜，故繞線式電動機的應用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機的起、制動性能及調速性能，故在要求一定范圍內進行平滑調速的設備，如吊車、電梯、空氣壓縮機等上面采用。（3）其它附件端蓋：支撐作用。軸承：連接轉動部分與不動部分。軸承端蓋：保護軸承。風扇：冷卻電動機。1.2三相異步電動機工作原理當向三相定子繞組中通入對稱的三

10、相交流電時，就產生了一個以同步轉速n1沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁場以n1轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。由于轉子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉子軸產生電磁轉矩，驅動轉子沿著旋轉磁場方向旋轉。通過上述分析可以總結出電動機工作原理為：當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞

11、組，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。1.3 異步電動機的額定參數(shù)1.3.1 異步電動機的額定參數(shù)三相異步電動機的額定值刻印在每臺電動機的銘牌上,一般包括下列幾種：1)型號：為了適應不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動機制成不同的系列,每種系列用各種型號表示。2）額定功率pn：是指電動機在制造廠所規(guī)定的額定情況下運行時,其輸出端的機械功率,單位一般為千瓦（kw）。一般規(guī)定電動機的外加電壓不應高于或低于額定值的5%。3）額定電流in是指電動機在額定電壓

12、和額定輸出功率時,定子繞組的線電流,單位為安。4）額定頻率fn，我國電力網的頻率為50赫茲（hz），因此除外銷產品外,國內用的異步電動機的額定頻率為50赫茲。5）額定轉速nn，是指電動機在額定電壓、額定頻率下,輸出端有額定功率輸出時, 電動機的轉速,單位為轉/分(r/min)。6)額定效率n是指電動機在額定情況下運行時的效率, 是額定輸出功率與額定輸入功率的比值。即7)電動機的工作方式（定額）：反映異步電動機的運行情況，可分為三種基本方式：連續(xù)運行、短時運行和斷續(xù)運行。8）溫升（或絕緣等級）9）電動機重量10）額定功率因數(shù)cosn,因為電動機是電感性負載,定子相電流比相電壓滯后一個角，cos就

13、是異步電動機的功率因數(shù)。1.3.2 三相異步電動機的能流圖電源的輸入功率p1 =u1i1cos1電動機的輸出功率p2 （銘牌功率）p2 = p1-p損耗 =p2/p1=( p1-p損耗)/ p11.4 三相異步電動機的轉矩特性和機械特性一、轉矩特性 電磁轉矩（以下簡稱轉矩）是三相異步電動機最重要的物理量之一。機械特性是它的主要特性。t=kmi2 cos2因為所以.轉矩特性式中，k與電動機結構參數(shù)、電源頻率有關的一個常數(shù)； u1 、u定子繞組電壓，電源電壓； r2轉子每相繞組的電阻； x20 電動機不動（s=1）時轉子每相繞組的感抗。二、機械特性 在異步電動機中，轉速 n=(1-s)n0，為了符

14、合習慣畫法，可將曲線換成轉速與轉矩之間的關系曲線，即稱為異步電動機的機械特性。a固有機械特性 異步電動機在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時的機械特性稱為固有（自然）機械特性。根據(jù) ， 三相異步電動機的固有機械特性曲線如圖所示。從特性曲線上可以看出，其上有四個特殊點可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動機的運行性能，這四個特殊點是：電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉速為理想空載轉速。電動機額定工作點。此時額定轉矩和額定轉差率為 ，式中: pn電動機的額定功率；pn nn電動機的額定轉速，一般 sn電動機的額定轉差率，一般 tn電動機的額定轉矩。電

15、動機的啟動工作點。將s=1代入轉矩公式中，可得，可見，異步電動機的啟動轉矩tst與u、 r2及x20有關。當施加在定子每相繞組上的電壓降低時，啟動轉矩會明顯減??；當轉子電阻適當增大時，啟動轉矩會增大；而若增大轉子電抗則會使啟動轉矩大為減小。通常把在固有機械特性上啟動轉矩tst與額定轉矩tn之比 lst=tst/tn 作為衡量異步電動機啟動能力的一個重要數(shù)據(jù)。一般電動機的臨界工作點。欲求轉矩的最大值，可令 dt/du=0得臨界轉差率 再將sm代入轉矩公式中，即可得通常把在固有機械特性上最大電磁轉矩與額定轉矩之比稱為電動機的過載能力系數(shù)。它表征了電動機能夠承受沖擊負載的能力大小，是電動機的又一個重

16、要運行參數(shù)。鼠籠式異步電動機.,線繞式異步電動機b人為機械特性 由上述分析可知：異步電動機的機械特性與電動機的參數(shù)有關，也與外加電源電壓、電源頻率有關，將關系式中的參數(shù)人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動機的人為機械特性。 改變定子電壓u、定子電源頻率f、定子電路串入電阻或電抗、轉子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動機的人為機械特性（1）降低電動機電源電壓時的人為特性 n0不變， sm不變，tmax隨電壓的減小而大大的減小tst隨著電壓的減小而大大的減小 改變電源電壓的人為特性如圖所示，如當定子繞組外加電壓為un、0.8un、0.5un時，轉子輸出最大轉矩分別為ta=tmax、 ta=0

17、.64tmax和ta=0.25tmax ?？梢?，電壓愈低，人為特性曲線愈往左移。 由于異步電動機對電網電壓的波動非常敏感，運行時，如電壓降低太多，會大大降低它的過載能力與啟動轉矩，甚至使電動機發(fā)生帶不動負載或者根本不能啟動的現(xiàn)象。此外，電網電壓下降 ，在負載不變的條件下，將使電動機轉速下降，轉差率s 增大，電流增加，引起電動機發(fā)熱甚至燒壞。（2）定子電路接入電阻或電抗時的人為特性 在電動機定子電路中外串電阻或電抗后，電動機端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低,這種情況下的人為特性與降低電源電壓時的相似.。（3）改變定子電源頻率時的人為特性 一般變頻調速采用恒

18、轉矩調速，即希望最大轉矩保持為恒值，為此在改變頻率的同時，電源電壓也要作相應的變化，使 u/f =c ，這在實質上是使電動機氣隙磁通保持不變。 因此，改變電源頻率的機械特性如圖所示（4）轉子電路串電阻時的人為特性在三相線繞式異步電動機的轉子電路中串入電阻后見圖(a)，轉子電路中的電阻為不變，不變，隨著串接電阻的增而增大，此時的人為特性將是一根比固有特性較軟 的一條曲線，如圖所示。 2電動機轉子串電阻啟動原理2.1 轉子串電阻啟動的原理繞線型異步電動機轉子串三相對稱電阻啟動時，一般采用分級切除啟動電阻的方法。這是因為隨著轉子轉速的增高，轉子電流、電機轉矩將逐漸降低。為了充分利用電動機的啟動轉矩，

19、應當隨著轉速的增高，逐漸減少轉子回路電阻，使電動機維持較高的啟動電流和轉矩。由式（1）可以看出，若使轉子回路電阻與轉差率s成正比例減少，則電動機在加速過程中可以獲得恒定的啟動電流和啟動轉矩。 （1）2.2 啟動電阻的使用原則目前國內廣泛使用的啟動電阻是金屬電阻，它是由一箱電阻片構成的。電阻值的改變是靠開關電器將金屬電阻一段段的短接來實現(xiàn)的，所以電阻值的變化不連續(xù)，有級。每短接一段，啟動電流和啟動轉矩便突變一次。啟動電阻分級數(shù)越少，則在啟動過程中沒次短接電阻所引起的啟動電流沖擊幅度就大，軸上轉矩的突變也大。從啟動電流對供電電網的沖擊和機械的受力考慮，啟動電阻的分級數(shù)目不能太少，一般為58級。對容

20、量較大的電動機，啟動電阻分級要多些。對于功率較小的電動機可采用一般三相變阻器或油浸啟動變阻器，對于功率較大的電動機則采用小電阻。2.3三相交流異步電機啟動方法介紹（1）籠型異步電動機的啟動方法：a.直接起動所謂直接啟動，是指將電動機的定子繞組通過找到開關或接觸器直接接入電源，在額定電壓下進行啟動。圖2-1為其電路原理圖。直接啟動的啟動電流很大，一般在有獨立變壓器供電的情況下，若電動機啟動頻繁，則電動機功率小于變壓器容量的20%允許直接啟動；若電動機不經常啟動，則電動機功率小于變壓器容量的30%也允許直接啟動。如果在沒有獨立的變壓器供電的情況下，電動機啟動頻繁，則按照經驗公式來估算，滿足下列關系

21、即可直接啟動： 直接啟動因無需附加啟動設備，且操作和控制簡單、可靠，所以在條件允許的情況下應盡量采用。 b.定子串接電阻或電抗起動定子繞組串電阻或電抗相當于降低定子繞組的外加電壓。由三相異步電動機的等效電路可知：起動電流正比于定子繞組的電壓，因而定子繞組串電阻或電抗可以達到減小起動電流的目的。但考慮到起動轉矩與定子繞組電壓的平方成正比，起動轉矩會降低的更多。因此，這種起動方法僅僅適用于空載或輕載起動場合。 對于容量較小的異步電動機，一般采用定子繞組串電阻降壓；但對于容量較大的異步電動機，考慮到串接電阻會造成銅耗較大，故采用定子繞組串電抗降壓起動。 如圖2-2所示：當起動電機時，合上開關q，交流

22、接觸器km斷開，使電源經電阻或電抗r流進電機。當電機起動完成時km吸合，短接電阻或電抗r。c.y-降壓啟動星-角降壓啟動是電動機啟動時，定子繞組為星形(y)接法，當轉速上升至接近額定轉速時，將繞組切換為三角形()接法，使電動機轉為正常運行的一種起動方式。星-角起動方法雖然簡單，但電動機定子繞組的六個出線端都要引出來，略顯麻煩。 接觸器km2和km3互鎖，即其中一個閉合時，必須保證另一個斷開。km2閉合時，定子繞組為星形(y)接法，使電動機起動。切換至km3閉合，定子繞組改為三角形()接法，電動機轉為正常運行。由控制電路中的時間繼電器kt確定星-三角切換的時間。 定子繞組接成星形連接后，每相繞組

23、的相電壓為三角形連接(全壓)時的，故星-角起動時起動電流及起動轉矩均下降為直接起動的13。由于起動轉矩小，該方法只適合于輕載起動的場合。 d自耦變壓器起動自耦變壓器起動法就是電動機起動時，電源通過自耦變壓器降壓后接到電動機上，待轉速上升至接近額定轉速時，將自耦變壓器從電源切除，而使電動機直接接到電網上轉化為正常運行的一種起動方法。圖2-4所示為自耦變壓器起動的自動控制主回路?？刂七^程如下：合上空氣開關q接通三相電源。按啟動按鈕后km1線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時由于km1輔助常開觸點閉合，使得接觸器km2線圈通電吸合，km2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓

24、抽頭(例如65)將三相電壓的65接入電動。當時間繼電器kt延時完畢閉合后，km1線圈斷電，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時km2線圈斷電，切斷自耦變壓器電源，使km3線圈得電吸合，km3主觸頭接通電動機在全壓下運行。自耦變壓器一般有65和80額定電壓的兩組抽頭。若自耦變壓器的變比為k，與直接起動相比，采用自耦變壓器起動時，其一次側起動線電流和起動轉矩都降低到直接起動的lk2。自耦變壓器起動法不受電動機繞組接線方式(y接法或接法)的限制，允許的起動電流和所需起動轉矩可通過改變抽頭進行選擇，但設備費用較高。自耦變壓器起動適用于容量較大的低壓電動機作減壓起動用，應用非常廣泛，有手動及自動控制線路。其

25、優(yōu)點是電壓抽頭可供不同負載起動時選擇；缺點是質量大、體積大、價格高、維護檢修費高 。 e 軟啟動軟起動可分為有級和無級兩類，前者的調節(jié)是分檔的，后者的調節(jié)是連續(xù)的。在電動機定子回路中，通過串入限流作用的電力器件實現(xiàn)軟起動，叫做降壓或者限流軟起動。它是軟起動中的一個重要類別。按限流器件不同可分為：以電解液限流的液阻軟起動；以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動；以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動。晶閘管軟起動產品問世不過30年左右的時間，它是當今電力電子器件長足進步的結果。10年前，電氣工程界就有人預言，晶閘管軟起動將引發(fā)軟起動行業(yè)的一場革命。目前在低壓(380v)內，晶閘管軟起動產品價格已經下降到

26、液阻軟起動的大約2倍，甚至更低。而其主要性能卻優(yōu)于液阻軟起動。與液阻軟起動相比，它的體積小、結構緊湊，維護量小，功能齊全，菜單豐富，起動重復性好，保護周全，這些都是液阻軟起動無法比擬的。但是晶閘管軟起動產品也有缺點。一是高壓產品的價格太高，是液阻軟起動產品的510倍，二是晶閘管引起的高次諧波比較嚴重。（2）繞線異步電動機的啟動方法：1. 逐級切除啟動電阻法：繞線式三相異步電動機可以在轉子回路中串入電阻進行起動，這樣就減小了起動電流。一般采用起動變阻器起動，起動時全部電阻串入轉子電路中，隨著電動機轉速逐漸加快，利用控制器逐級切除起動電阻，最后將全部起動電阻從轉子電路中切除。適用于中小功率低壓電動

27、機。2、轉子回路串接頻敏變阻器起動：頻敏變阻器的電阻（電抗）隨線圈中所通過的電流頻率而變。剛起動時，電機轉差率最大，轉子電流（即頻敏電阻線圈通過的電流）頻率最高，等于電源頻率。因此，頻敏變阻器的電阻最大，這就相當于起動時在轉子回路中串接一個較大電阻，從而使起動電流減小。隨著電動機轉速的加快，轉差率逐漸減小，轉子電流頻率逐漸降低，頻敏變阻器電阻也逐漸減小，最后把電動機的轉子繞組短接，頻敏變阻器從轉子電路中切除。適用于中小功率低壓電動機。2.4啟動過程1、接觸器觸點k1，k2，k3斷開，繞線型異步電動機定子接額定電壓，轉子每相電路串入起動電阻rst1,rst2,rst3,加上轉子每相繞組自身的電阻

28、r2，轉子每相電路總電阻為r3=r2+rst1+rst2+rst3。電動機開始起動，起點為機械特性曲線3上的a點，起動轉矩t1tm。2、轉速上升工作點由a點到達b點時，電磁轉矩t等于切換轉矩t2為了加大電磁轉矩加速起動過程，接觸器觸點k3閉合，切除起動電阻rst3。轉子每相電路的總電阻為r2=r2+rst1+rst2，這時電動機的機械特性變?yōu)樘匦?。忽略異步電動機的電磁慣性，只計拖動系統(tǒng)的機械慣性，由于切除瞬間轉速來不及改變，則電動機運行點從b變到機械特性曲線2上的c點，該點上電動機電磁轉矩t=t1。3、轉速繼續(xù)上升，工作點沿特性2由c到d點，電磁轉矩t等于切換轉矩t2。接觸器觸點k2閉合，切

29、除起動電阻rst2，此時轉子每相電路的總電阻r2=r2+rst1。電動機運行點從d平行移到機械特性曲線1上的e點，該點上的電磁轉矩t=t1。轉速繼續(xù)上升，工作點沿特性1由e點移動到f點，電磁轉矩t等于t2，接觸器觸點k1閉合，切除起動電阻rst1，此時轉子每相電路總電阻r1=r2，運行點從f變?yōu)楣逃袡C械特性曲線上的g點，該點上t=t1。4、轉速繼續(xù)上升，工作點沿特性0由g點向h點移動，經過h點，最后穩(wěn)定運行在j點，整個起動過程結束。上述起動過程中，轉子回路外串電阻分三級切除，故稱為三級起動t1為最大起動轉矩，t2為最小起動轉矩或切換轉矩。2.5啟動電阻的計算 （一） 起動級數(shù)未定時起動電阻的計

30、算1、 選擇起動轉矩t1和切換轉矩t2一般選擇t1=(0.80.9)tm t2=(1.11.2)tl 2、求出起切轉矩比= 3、求出起切級數(shù)m，利用機械特性，根據(jù)幾何關系推導起動級數(shù)m的計算公如下：由特性0與水平虛線構成直角三角形求出= =式中ng和nh是工作在g和h點的轉速，nm0是tm和特性0交點上的轉速（臨界轉速）。sg、sh、sm0是與之對應的轉差率。同理可以求得=由于sc=sb對應兩式相除，并參照式sm=可得=由于se=sd，對應兩式相除可得=由于sg=sf，對應兩式相除可得=可見r3=r2r2=r1r1=r0所以r3=r2=2r1=3r0若是m級起動則rm=mr0=m r2式中rm

31、=r2+rst1+rst2+ +rstm因此=由前面的分析還可以得到=sg=sa=1=若是m級起動則sg=此外在固有特性0上工作時=sg=sn將這些關系代入公式可得= 兩邊取對數(shù)便得到起動級數(shù)m的計算公式m 若m不是整數(shù)，可取相近整數(shù)4、重新計算，檢驗t2是否在規(guī)定范圍之內。若m是取相近整數(shù)，則需重新由式計算，并由式求出t2，檢驗t2是否在式所規(guī)定的范圍之內。若不在范圍之內，需加大起動級數(shù)m，重新計算和t2，直到t2滿足要求的值。5、求出轉子每相繞組的電阻r2轉子每相繞組的電阻可以通過實測或者通過銘牌上提供的轉子繞組額定線電壓（開路時的線電壓）u2n和轉子繞組的額定線電流（滿載時的線電流）i2

32、n進行計算。由于轉子繞組為星形聯(lián)結，相電流等于線電流。因此，在額定狀態(tài)下運行時i2n=由于sn很小，snx2可以忽略不計，則i2n=由此求得r2的計算公式為 r2= 6、計算各級總電阻r0r2r1r2r2=r1=2r2r3=2r2=3r27、求出各級起動電阻rst1= r1- r2rst2= r2- r1rst3= r3- r2具體計算一部三相繞線型異步電動機，pan=55kw，uan=220v，ian =497a，nn =1435r/min， =2.6, =290v，=86a, 負載轉=200nm。試設計各級起動電阻按如上原理進行計算：1）選擇起動轉矩t1tn=60pn/2nn=(60551

33、03)/(23.141435) nm =366.2nmtm= =2.6366.2 =952.1nmt1=(0.80.9)tm=(0.80.9) 952.1 nm =(761.7856.9) nm取t1=810 nmt2=(1.11.2)tl =(1.11.2)200 nm=220240 nm取t2=230n.m2、 求出起切轉矩比= = =3.52 3求出起切級數(shù)m，sn=(n0-nn)/n0=(1500-1435)/1500=0.043m = =1.87 取m=33、 重新計算，檢驗t2是否在規(guī)定范圍內=2.19t2= =369.9n.m由于t21.1tl，所選m和合適4求出轉子每相繞組的電

34、阻r2r2= = =0.0837 5、計算各級總電阻r0r2=0.0837r1r2=0.08372.19=0.183r2=r1=2r2=0.08372.192=0.401r3=2r2=3r2=0.08372.193=0.879rm=rm-1=mr2=0.08372.193=0.8796、求出各級起動電阻rst1= r1- r2=0.183-0.0837=0.099rst2= r2- r1=0.401-0.183=0.218rst3= r3- r2=0.879-0.401=0.4783.電子元件選型3.1交流接觸器的選型3.1.1交流接觸器的結構和工作原理 交流接觸器主要有四部分組成:(1) 電

35、磁系統(tǒng),包括吸引線圈、動鐵芯和靜鐵芯；(2)觸頭系統(tǒng),包括三副主觸頭和兩個常開、兩個常閉輔助觸頭,它和動鐵芯是連在一起互相聯(lián)動的；(3)滅弧裝置,一般容量較大的交流接觸器都設有滅弧裝置,以便迅速切斷電弧,免于燒壞主觸頭；(4)絕緣外殼及附件,各種彈簧、傳動機構、短路環(huán)、接線柱等。1結構： 接觸器主要由電磁系統(tǒng)、觸點系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)及其它部分組成。 電磁系統(tǒng)：電磁系統(tǒng)包括電磁線圈和鐵心，是接觸器的重要組成部分，依靠它帶動觸點的閉合與斷開。 觸點系統(tǒng)：觸點是接觸器的執(zhí)行部分，包括主觸點和輔助觸點。主觸點的作用是接通和分斷主回路，控制較大的電流，而輔助觸點是在控制回路中，以滿足各種控制方式的要求。 滅

36、弧系統(tǒng)：滅弧裝置用來保證觸點斷開電路時，產生的電弧可靠的熄滅，減少電弧對觸點的損傷。為了迅速熄滅斷開時的電弧，通常接觸器都裝有滅弧裝置，一般采用半封式縱縫陶土滅弧罩，并配有強磁吹弧回路。 其它部分：有絕緣外殼、彈簧、短路環(huán)、傳動機構等。 2工作原理：工作原理: 當線圈通電時,靜鐵芯產生電磁吸力,將動鐵芯吸合,由于觸頭系統(tǒng)是與動鐵芯聯(lián)動的,因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運行,觸點閉合,從而接通電源。當接觸器電磁線圈不通電時，彈簧的反作用力和銜鐵芯的自重使主觸點保持斷開位置。當電磁線圈通過控制回路接通控制電壓(一般為額定電壓)時，電磁力克服彈簧的反作用力將銜鐵吸向靜鐵心，帶動主觸點閉合，接通電路，輔

37、助接點隨之動作。3.1.2 cj20系列交流接觸器適用范圍：cj20系列交流接觸器(以下簡稱接觸器)，主要用于交流50hz(或60hz)，額定工作電壓至660v，額定工作電流至630a的電路中 ，供遠距離接通和分斷電路之用 ，并可與適當?shù)臒徇^載繼電器組合 ，以保護可能發(fā)生操作過負荷的電路。符合標準 ：gb 14048.4、iec 60947-4-1。 型號及含義正常工作條件和安裝條件1、 周圍空氣溫度為 ：-5+40 ，24小時內其平均值不超過+35。3.2 海拔高度 ：不超過2000m。2、 大氣條件 ：最高溫度+40時 ，空氣的相對濕度不超過50%；在較低溫度下可以允許有較高的相對濕度 ，

38、例如20時達90%。對由于溫度變化偶爾產生的凝露應采取特殊的措施。3、 污染等級 ：3級。4、安裝類別 ： 類。5、 安裝條件 ：安裝面與垂直面傾斜度不大于 5。6、 沖擊振動 ：產品應安裝和使用在無顯著搖動、沖擊和振動的地方主要參數(shù)及技術性能1、 線圈額定控制電源電壓us為 ：交流50hz，110v、127v、220v、380v；直流 ：110v、220v2、 機械壽命 ：cj20-10、16、25、40、63、100、160為1000萬次 ，cj20-250、400、630為600萬次。3、節(jié)電產品節(jié)電率(見表1)4、主要性能及技術參數(shù)見表3.1.3熱繼電器的選型及整定原則熱繼電器主要用于

39、保護電動機的過載，為了保證電動機能夠得到既必要又充分的過載保護，就必須全面了解電動機的性能，并給其配以合適的熱繼電器，進行必要的整定。一般涉及到電動機的情況有工作環(huán)境、起動電流、負載性質、工作制、允許的過載能力等。原則上應使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動機的過載特性，或者在電動機的過載特性之下，同時在電動機短時過載和起動的瞬間，熱繼電器應不受影響(不動作)。熱繼電器的正確選用與電動機的工作制有密切關系。當熱繼電器用以保護長期工作制或間斷長期工作制的電動機時，一般按電動機的額定電流來選用。例如，熱繼電器的整定值可等于0.951.05倍電動機的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電

40、動機的額定電流，然后進行調整。 當熱繼電器用以保護反復短時工作制的電動機時，熱繼電器僅有一定范圍的適應性。如果每小時操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。對于正反轉相通斷頻繁的特殊工作制電動機，不宜采用熱繼電器作為過載保護裝置，而應使用埋入電動機繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護。具體原則如下：1熱繼電器類型選擇：熱繼電器從結構型式上可分為兩極式和三極式。三極式中又分為帶斷相保護和不帶斷相保護，主要應根據(jù)被保護電動機的定子接線情況選擇。當電動機定子繞組為三角形接法時，必須采用三極式帶斷相保護的熱繼電；對于星形接法的電動機，一般采用不帶斷相保護的熱繼電器。由于一般電動機采用星形接法時

41、都不帶中線，熱繼電器用兩極式或三極式都可以。但若電動機定于繞組采用帶中線的星形接法時，熱繼電器一定要選用三極式。另外，一般輕載起動、長期工作的電動機或間斷長期工作的電動機，宜選擇二相結構的熱繼電器；當電動機的電流電壓均衡性較差、工作環(huán)境惡劣或較少有人看管時，可選用三相結構的熱繼電器。 2.熱繼電器額定電流的選擇：1）保證電動機正常運行及起動：在正常起動的起動電流和起動時間、非頻繁起動的場合，必須保證電動機的起動不致使熱繼電器誤動。當電動機起動電流為額定電流的6倍、起動時間不超過6s、很少連續(xù)起動的條件下，一般可按電動機的額定電流來選擇熱繼電器。（實際中熱繼電器的額定電流可略大于電動機的額定電流

42、）2）考慮保護對象-電動機的特性：電動機的型號、規(guī)格和特性 電動機的絕緣材料等級有a級、e級、b級等，它們的允許溫升各不相同，因而其承受過載的能力也不相同。在選擇熱繼電器時是應引起注意的。另外，開啟式電動機散熱比較容易，而封閉式電動機散熱就困難得多，稍有過載，其溫升就可能超過限值。雖然熱繼電器的選擇從原則上講是按電動機的額定電流來考慮，但對于過載能力較差的電動機，它所配的熱繼電器(或熱元件)的額定電流就應適當小些。在這種場合，也可以取熱繼電器(或熱元件)的額定電流為電動機額定電流的60-80。3）考慮負載因素：如負載性質不允許停車、即便過載會使電動機壽命縮短，也不應讓電動機冒然脫扣，以免生產遭

43、受比電動機價格高許多倍的巨大損失。這時繼電器的額定電流可選擇較大值（當然此工況下電動機的選擇一般也會有較強的過載能力）。這種場合最好采用由熱繼電器和其它保護電器有機地組合起來的保護措施，只有在發(fā)生非常危險的過載時方考慮脫扣。總之，這不是一個教條的公式，應綜合考慮。3熱元件整定電流選擇：根據(jù)熱繼電器型號和熱元件額定電流，即可查出熱元件整定電流的調節(jié)范圍。通常將熱繼電器的整定電流調整到電動機的額定電流；對過載能力差的電動機，可將熱元件整定值調整到電動機額定電流的06-08倍；當電動機起動時間較長、拖動沖擊負載或不允許停車時，可將熱元件整定電流調節(jié)到電動機額定電流的11-115倍。4.熱繼電器應具有

44、既可靠又合理的保護特性， 具體而言應具有一條與電動機容許過載特性相似的反時限特性，且應在電動機容許過載特性之下，而且應有較高的精確度，以保證保護動作的可靠。綜上所述已知該電動機的pn=40kw,n=1435r/min, =2.6,u2n=290v，i2n=86a。選擇熱繼電器ithi2n（1.11.5）94.6-129a，選的熱繼電器jr20-1606w整定100-115-130a3.2晶體管時間繼電器的選用晶體管時間繼電器是目前時間繼電器中發(fā)展快、品種數(shù)量較多、應用較廣的一種。它和其他的時間繼電器一樣，由三個基本環(huán)節(jié)組成，如圖1所示。根據(jù)延時環(huán)節(jié)構成原理的不同，通常分為電阻（r）、電容（c）

45、充放電式（簡稱阻容式或rc式）與脈沖電路分頻計數(shù)式（簡稱計數(shù)式）兩大類。晶體管時間繼電器。圖2所示是一種最簡單的rc晶體管時間繼電器電路圖。它用rc作延時環(huán)節(jié)；穩(wěn)壓管vw與晶體三極管v作比較放大環(huán)節(jié)（vw的擊穿電壓與v的開啟電壓之和u1為比較電壓，也就是該電器的動作電壓）；電磁繼電器ka為執(zhí)行環(huán)節(jié)。rc晶體管時間繼電器的基本工作原理是利用電容電壓不能突變而只能緩慢升高的特性來獲得延時的。延時3秒選用js20晶體管時間繼電器是全國統(tǒng)一設計產品，是自動化裝置中的重要元件，它具有體積小、重量輕、精度高、壽命長、通用性強等優(yōu)點，適用于交流50hz、電壓380v及以下和直流220v及以下的控制電路中，按

46、預定的時間接通或斷開。標稱延時值延時范囤10.1-150.5-5101-10303-30606-601.電源電壓：ac50hz、36v、110v、127v、220v、380v；dc24v、27v、30v、36v、110v、220v(其它電壓可定制)，動作電壓為85%110%額定控制電源電壓；2.觸頭電壽命：交流10萬次，直流6萬次；3.機械壽命：60萬次；4.觸頭額定控制量：ac15：100va；dc13：20w；5.功耗：5va；6.使用環(huán)境：-5+40。3.3 l1型螺旋式熔斷器rl1系列螺旋式熔斷器適用于交流50hz、額定電壓至400v、或直流440v、額定電流至200a電路中，作電氣設

47、備短路或過載保護之用。螺旋式熔斷器由瓷帽、熔斷管、瓷套、上接線座和下接線座及瓷底座等部分組成。熔斷管內裝有熔絲和石英砂和帶小紅點的熔斷指示器，指示器指示熔絲是否熔斷。石英用于增強滅弧性能。螺旋式熔斷器的作用與插入式熔斷器相同，用于電氣設備的過載及短路保護。分斷能力較高，結構緊湊，體積小，安裝面積小，更換熔體方便，工作安全可靠。廣泛用于控制箱、配電屏、機床設備及振動較大的場合，在交流額定電壓500v、額定電流200a及以下的電路中，作為短路保護器件。rl1系列螺旋式熔斷器適用于交流50hz、額定電壓至400v、或直流440v、額定電流至200a電路中，作電氣設備短路或過載保護之用。4主電路及pl

48、c硬件系統(tǒng)的設計4.1plc的基本結構plc實質上是一種工業(yè)控制用的專用計算機，plc系統(tǒng)與微型計算機結構基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。4.2 主接線圖的設計1. 通用型plc的硬件結構 通用型plc的硬件基本結構如圖4-1所示，它是一種通用的可編程控制器，主要由中央處理單元cpu、存儲器、輸入/輸出（i/o）模塊及電源組成。 圖4-1 通用型plc的硬件基本結構主機內各部分之間均通過總線連接?？偩€分為電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線。各部件的作用如下： （1）中央處理單元cpu plc的cpu與通用微機的cpu一樣，是plc的核心部分，它按plc中系統(tǒng)程序賦予的功能，

49、接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；用掃描方式查詢現(xiàn)場輸入裝置的各種信號狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入過程狀態(tài)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中；診斷電源及plc內部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等；在plc進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后，按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去啟閉有關的控制電路；分時、分渠道地去執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較和變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運算或算術運算等任務；根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內容，再由輸出狀態(tài)寄存器的位狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關內容實現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通信等功能。以上這些都是在cpu的控制下完成的。

50、plc常用的cpu主要采用通用微處理器、單片機或雙極型位片式微處理器。 （2）存儲器 存儲器（簡稱內存），用來存儲數(shù)據(jù)或程序。它包括隨機存取存儲器（ram）和只讀存儲器（rom）。 plc配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，分別用以存儲系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序存儲器用來存儲監(jiān)控程序、模塊化應用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等，一般使用eprom；用戶程序存儲器用作存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用ram，若程序不經常修改，也可寫入到eprom中；存儲器的容量以字節(jié)為單位。系統(tǒng)程序存儲器的內容不能由用戶直接存取。因此一般在產品樣本中所列的存儲器型號和容量，均是指用戶程序存儲器。 （3）輸入/輸出

51、（i/o）模塊 i/o模塊是cpu與現(xiàn)場i/o設備或其他外部設備之間的連接部件。plc提供了各種操作電平和輸出驅動能力的i/o模塊供用戶選用。i/o模塊要求具有抗干擾性能，并與外界絕緣因此，多數(shù)都采用光電隔離回路、消抖動回路、多級濾波等措施。i/o模塊可以制成各種標準模塊，根據(jù)輸入、輸出點數(shù)來增減和組合。i/o模塊還配有各種發(fā)光二極管來指示各種運行狀態(tài)。 （4）電源 plc配有開關式穩(wěn)壓電源的電源模塊，用來對plc的內部電路供電。 （5）編程器 編程器用作用戶程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調用和顯示plc的一些內部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經過接口與cpu聯(lián)系，完成人機對話。 編程器

52、分簡易型和智能型兩種。簡易型編程器只能在線編程，它通過一個專用接口與plc連接。智能型編程器即可在線編程又可離線編程，還以遠離plc插到現(xiàn)場控制站的相應接口進行編程。智能型編程器有許多不同的應用程序軟件包，功能齊全，適應的編程語言和方法也較多。 2. plc軟件系統(tǒng) plc的軟件系統(tǒng)是指plc所使用的各種程序的集合。它包括系統(tǒng)程序和用戶程序。 （1）系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序及診斷程序等。監(jiān)控程序又稱為管理程序，主要用于管理全機。編譯程序用來把程序語言翻譯成機器語言。診斷程序用來診斷機器故障。系統(tǒng)程序由plc生產廠家提供，并固化在eprom中，用戶不能直接存取，故也不需要用戶干預。 （2）用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制的需要，用plc的程序語言編制的應用程序，用以實現(xiàn)各種控制要求。用戶程序由用戶用編程器鍵入到plc內存。