電氣三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、吉林化工學(xué)院信控學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說明書三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)：09580122學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：電氣0901指導(dǎo)教師：職 稱：起止日期：2012.08.272012.09.15吉林化工學(xué)院Jilin Institute of Chemical Technology專業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書一.設(shè)計(jì)題目：三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 .設(shè)計(jì)目的1 .理解三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)PLC空制系統(tǒng)基本原理；2 .掌握主電路和控制電路的個(gè)電氣器件功能及應(yīng)用；3 .運(yùn)用Autocad繪制原理圖和接線圖；4 .應(yīng)用S7200編程方法實(shí)現(xiàn)。3 .設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1 .設(shè)計(jì)三相鼠籠式異

2、步電動(dòng)機(jī)PLC空制系統(tǒng)硬件電路；2 . Autocad繪制原理圖和接線圖；3 .用PLC編程實(shí)現(xiàn)；4 .實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、星角啟動(dòng)控制及點(diǎn)動(dòng)控制;5 .撰寫設(shè)計(jì)說明書。4 .設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排設(shè)計(jì)時(shí)間共三周，具體安排如下表：周安排設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)間第一周依據(jù)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)控制原理和 S7200使用方法，查找相關(guān)資料。設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的電路圖和 接線圖。2012.8.2入2012.8.31第二周完成硬件焊接及軟件編程。2012.9.A2012.9.7第三周完成系統(tǒng)調(diào)試，編寫設(shè)計(jì)說明書。提交作品及設(shè)計(jì)說明書， 評(píng)定專業(yè)綜合設(shè)計(jì)成績(jī)。2012.9.132012.9.15五.指

3、導(dǎo)教師評(píng)語及學(xué)生成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語：2012年9月15 日成績(jī)指導(dǎo)教師（簽字）：專業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書I第1章緒論1第2章總體方案確定22.1 啟動(dòng)方式選擇2.2 控制方式選擇錯(cuò)誤!.未定義書簽錯(cuò)誤!.未定義書簽第3章硬件電路設(shè)計(jì)53.1主電路設(shè)計(jì)IOU.未定義書簽3.2 控制電路設(shè)計(jì)73.3 器件選擇83.3.1 斷路器83.3.2 熔斷器93.3.3 交流接觸器 103.3.4 熱繼電器113.3.5 中間繼電器 123.3.6 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)13第4章軟件編程 144.1 S7-200W介錯(cuò)誤!.未定義書簽4.2 I/O 點(diǎn)表14.3設(shè)計(jì)梯形圖程序錯(cuò)謾.未定義書簽結(jié) 論1718參考文獻(xiàn)第1章

4、緒論可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一 體而發(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用 于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在控制電動(dòng)機(jī)方面應(yīng)用更為廣泛，PLC已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的 首位。三相異步電動(dòng)機(jī)具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，控制方便，運(yùn)行可靠，易于維修成本低的優(yōu)點(diǎn)，幾乎 涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的環(huán)境不同，所 以造成其故障的發(fā)生也很頻繁，所以要正確合理的利用它。生產(chǎn)機(jī)械往往要求運(yùn)動(dòng)部件可以實(shí)現(xiàn)正 反兩個(gè)方向的啟動(dòng)，這就要求拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)能作正、反向旋轉(zhuǎn)。生產(chǎn)中有的

5、機(jī)械需要人工點(diǎn)動(dòng)控制電 機(jī)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制功能。由于電機(jī)正反轉(zhuǎn)換接時(shí)，有可能因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)容量較大或者操作不當(dāng)?shù)仍颍?使接觸器主觸頭產(chǎn)生較為嚴(yán)重的起弧現(xiàn)象，如果電弧還未完全熄滅時(shí)候，反轉(zhuǎn)的接觸器就閉合，則 會(huì)造成電源相間短路，用PLC來控制電機(jī)則可避免這一問題。本文研究的這個(gè)系統(tǒng)的控制是采用PLC的編程語言-梯形圖，梯形語言是在可編程控制器中 的應(yīng)用最廣的語言，因?yàn)樗诶^電器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能，使用靈活的指令，使邏輯關(guān)系清晰 直觀，編程容易，可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路，可編程控制器是一 種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)

6、器， 用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并采用數(shù)字式，模擬 式的輸入和輸出，控制各種的機(jī)械或生產(chǎn)過程。第2章總體方案確定將異步電動(dòng)機(jī)機(jī)定子繞組接入交流電網(wǎng)，如果點(diǎn)動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服齊軸上的阻力轉(zhuǎn)矩， 電動(dòng)機(jī)就將從靜止加速到某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，這個(gè)過程稱為啟動(dòng)。三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有全壓?jiǎn)?dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種。1 .全壓?jiǎn)?dòng)把異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通過開關(guān)或接觸器直接接到額定電壓的交流電源上進(jìn)行起動(dòng)，稱為全壓 起動(dòng)。全壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備少，啟動(dòng)方式簡(jiǎn)單，成本低。電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)的電流是正常運(yùn)行的 5倍左右，理論上來說，只要向電動(dòng)機(jī)提供電源的線路和變壓器容量

7、大于電動(dòng)機(jī)容量的5倍以上的, 都可以全壓?jiǎn)?dòng)。這一要求對(duì)于小容量的電動(dòng)機(jī)容易實(shí)現(xiàn)，所以小容量的電動(dòng)機(jī)絕大部分都是直接 啟動(dòng)的，不需要降壓?jiǎn)?dòng)。對(duì)于大容量的電動(dòng)機(jī)來說，一方面是提供電源的線路和變壓器容量很難 滿足電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)的條件，另一方面強(qiáng)大的啟動(dòng)電流沖擊電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命， 對(duì)電網(wǎng)不利，所以大容量的電動(dòng)機(jī)和不能全壓?jiǎn)?dòng)的電動(dòng)機(jī)都要采用降壓?jiǎn)?dòng)。全壓?jiǎn)?dòng)可以用膠木開關(guān)、鐵殼開關(guān)、空氣開關(guān)(斷路器)等實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的近距離操作、點(diǎn) 動(dòng)控制，速度控制、正反轉(zhuǎn)控制等，也可以用限位開關(guān)、交流接觸器、時(shí)間繼電器等實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的 遠(yuǎn)距離操作、點(diǎn)動(dòng)控制、速度控制、正反轉(zhuǎn)控制、自動(dòng)控制等。2 .降

8、壓?jiǎn)?dòng)在三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，為了減少啟動(dòng)電流，需降低定子電壓，這就是降壓?jiǎn)?dòng)。降壓?jiǎn)?動(dòng)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)隨定子電壓的降低而減少，因此降壓?jiǎn)?dòng)適用于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合，如 空載和輕載啟動(dòng)。下面介紹三種常用的降壓?jiǎn)?dòng)方法。(1)用自偶變壓器降壓?jiǎn)?dòng)采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與其端電壓的平方成比例降低，相同 的啟動(dòng)電流的情況下能獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)。如啟動(dòng)電壓降至額定電壓的 65%,其啟動(dòng)電流為全壓 啟動(dòng)電流的42%,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為全壓?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩的42%自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是可以直接人工操作控制，也可以用交流接觸器自動(dòng)控制，經(jīng)久耐 用，維護(hù)成本低，適合所有的空載、輕載啟動(dòng)異步

9、電動(dòng)機(jī)使用，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn) 是人工操作要配置比較貴的自偶變壓器箱(自偶補(bǔ)償器箱)，自動(dòng)控制要配置自偶變壓器、交流接 觸器等啟動(dòng)設(shè)備和元件。(2)轉(zhuǎn)子用電阻啟動(dòng)繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)與電阻連接。外部用接電阻相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組的內(nèi)阻 增加了，減小了轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流。從某個(gè)角度講，電動(dòng)機(jī)又像是一個(gè)變壓器，二次電流小，相 當(dāng)于變壓器一次繞組的電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組電流就相應(yīng)減小。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性，轉(zhuǎn)子用接電阻會(huì)降低 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，有更好的啟動(dòng)性能。在這種啟動(dòng)方式中，由于電阻是常數(shù)，將啟動(dòng)電阻分為幾級(jí)，在啟動(dòng)過程中逐級(jí)切除，可以獲 取較平滑的啟動(dòng)過程。（3）星一角降壓

10、啟動(dòng)定子繞組為三角形連接的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)接成星型，速度接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)為三角形運(yùn)行，采 用這種方式啟動(dòng)時(shí)，每相定子繞組降低到電源電壓的58%,啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)時(shí)的33%,啟動(dòng) 轉(zhuǎn)矩為直接啟動(dòng)時(shí)的33%。啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。星-角降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要添置啟動(dòng)設(shè)備，有啟動(dòng)開關(guān)或交流接觸器等控制設(shè)備就可以實(shí) 現(xiàn)，缺點(diǎn)是只能用于三角形連接的電動(dòng)機(jī)，大型異步電機(jī)不能重載啟動(dòng)。綜合多種因素，本設(shè)計(jì)應(yīng)選擇星一三角降壓?jiǎn)?dòng)來實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和點(diǎn)動(dòng)控制。對(duì)于鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的控制方式有多種，現(xiàn)分析兩種比較常見的控制方式（PLC控制與傳統(tǒng)繼 電器控制）。1 . PLC控制PLC又名可編程序控制器是近幾

11、十年發(fā)展起來的一種新型的、非常有用的工業(yè)控制裝置，由于 它把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)單、使用 方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，而其本身又具有體積小、重量輕、功耗低、可靠性好等特點(diǎn)，因 而在工礦企業(yè)的各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為當(dāng)代工業(yè)自 動(dòng)化的主要控制裝置之一。可編程序拄制器編丹器口接觸器電磁閥指示燈0電源PLC種類繁多，但其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。PLC其實(shí)就是專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì) 算機(jī)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元，電源 及編程器幾大部分組成。PLC的結(jié)構(gòu)

12、框圖如圖2-1所示。按 til 一- 選抖阡關(guān)一半限位開關(guān)電 源一II圖2-1 PLC的結(jié)構(gòu)框圖有了以上這些部件，PLC便可進(jìn)行正常工作。CPU!過輸入接口讀取數(shù)據(jù)，然后按照編制的控 制程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送到輸出接口，驅(qū)動(dòng)設(shè)備或部件的執(zhí)行元件，這就是 PLC 的工作過程。PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，故它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)之上，即 通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。PLC采用的是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每 一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPIM第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條地執(zhí)行用 戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令，開始新一輪

13、的掃描，PLC就是這樣周而復(fù)始地重 復(fù)上述循環(huán)掃描。這就是PLC的工作原理。PLC空制系統(tǒng)原理框圖如圖2-2所示。圖2-2 PLC控制系統(tǒng)框圖2 .傳統(tǒng)繼電器控制繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器和保護(hù)電器按照一定的控制邏輯接線 組成的控制系統(tǒng)。其工作原理就是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器 的滯后動(dòng)作等組成控制邏輯，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)或其他機(jī)械設(shè)備的起動(dòng)、停止，反向、調(diào)速及多臺(tái) 設(shè)備的順序控制和自動(dòng)保護(hù)功能。繼電器-接觸器控制系統(tǒng)是由接觸器、繼電器、主令電器、保護(hù)電器及控制線路等組成。由于 該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單直觀、維護(hù)、調(diào)整方便，現(xiàn)場(chǎng)人員容易掌握使用等優(yōu)點(diǎn)，

14、它被廣泛用于工礦企業(yè)的 生產(chǎn)控制系統(tǒng)。但隨著PLC技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，繼電器-接觸器控制系統(tǒng)已逐漸被PLC控制系統(tǒng)所 取代。繼電器控制系統(tǒng)框圖如圖2-3所示。圖2-3繼電器控制系統(tǒng)框圖PLC控制與傳統(tǒng)繼電器控制比較起來，PLC控制的繼電器采用軟接線，觸點(diǎn)個(gè)數(shù)無限，用戶 可以在不改變繼電器接線的情況下，只需改變用戶程序就可實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制功能，軟硬件相結(jié)合，可 靠性高。而傳統(tǒng)繼電器控制必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人 力和物力去改制、安裝和調(diào)試。理論上可達(dá)到設(shè)計(jì)題目的所有性能指標(biāo)，該設(shè)計(jì)確定使用 PLC來 實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和點(diǎn)動(dòng)。第3章硬件電路設(shè)計(jì)生產(chǎn)機(jī)械往往要求運(yùn)

15、動(dòng)部件可以實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向的起動(dòng)，這就要求拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)能作正、反向 旋轉(zhuǎn)。由電機(jī)原理可知，改變電動(dòng)機(jī)三相電源的相序，就能改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。因此正反轉(zhuǎn)控制 電路實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)方向相反的單相運(yùn)行電路，為了避免誤動(dòng)作引起電源相問短路，必須 在這兩個(gè)相反方向的單向運(yùn)行電路中加設(shè)必要的互鎖。L200,0圖3-1線路分析如下:1 .正向啟動(dòng)：(1)合上三相單刀開關(guān)KS與空氣開關(guān)QF接通三相電源。(2)由控制電路按鈕使KM1與KM41電，電機(jī)由星型啟動(dòng)進(jìn)行正向運(yùn)行。5s后KMW KM并電, 電機(jī)切換到角型啟動(dòng)，持續(xù)正向運(yùn)行。2 .反向啟動(dòng)：(1)合上三相單刀開關(guān)KS與空氣開關(guān)QF接通三相電源。(2)由控制電路按

16、鈕使KM2f KM41電，電機(jī)由星型啟動(dòng)進(jìn)行反向運(yùn)行。5s后KM2f KM那電, 電機(jī)切換到角型啟動(dòng)，持續(xù)反向運(yùn)行。3 .電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)由熱繼電器FR完成，在選擇熱繼電器時(shí)應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)的額定功率， 選擇合適的熱繼電器。4 .電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行控制電路的調(diào)試：(1)檢查主回路路的接線是否正確，為了保證兩個(gè)接觸器動(dòng)作時(shí)能夠可靠調(diào)換電動(dòng)機(jī)的相序，接 線時(shí)應(yīng)使接觸器的上口接線保持一致，在接觸器的下口調(diào)相。(2)檢查接線無誤后，通電試驗(yàn)，通電試驗(yàn)時(shí)為防止意外，應(yīng)先將電動(dòng)機(jī)的接線斷開。5 .故障現(xiàn)象預(yù)處理：(1)不啟動(dòng)；原因之一，檢查控制保險(xiǎn)FU是否斷路，熱繼電器FR接點(diǎn)是否用錯(cuò)或接觸不良， SB1按鈕

17、的常閉接點(diǎn)是否不良。原因之二按紐互鎖的接線有誤。(2)起動(dòng)時(shí)接觸器“叭噠”就不吸了；這是因?yàn)榻佑|器的常閉接點(diǎn)互鎖接線有錯(cuò)，將互鎖接點(diǎn)接 成了自己鎖自己了，起動(dòng)時(shí)常閉接點(diǎn)是通的接觸器線圈的電吸合，接觸器吸合后常閉接點(diǎn)又?jǐn)嚅_， 接觸器線圈又?jǐn)嚯娽尫?，釋放常閉接點(diǎn)又接通接觸器又吸合，接點(diǎn)又?jǐn)嚅_，所以會(huì)出現(xiàn)“叭噠”接 觸器不吸合的現(xiàn)象。(3)不能夠自鎖一抬手接觸器就斷開，這是因?yàn)樽枣i接點(diǎn)接線有誤。6 .線路中采用了四個(gè)接觸器，即正轉(zhuǎn)用的接觸器KM1反轉(zhuǎn)用的接觸器KM2星型起動(dòng)用的接 觸器KM4角型起動(dòng)用的繼電器KM3這四個(gè)接觸器的主觸頭所接通的相序不同，KM1按L1L2 -L3相序接線、KM2則對(duì)調(diào)了

18、兩相的相序、KM3與電動(dòng)機(jī)角型接線、KM4與電動(dòng)機(jī)星型接線。7 .在選擇斷路器時(shí)，我們不僅要關(guān)注斷路器的延遲曲線等主要指標(biāo)，還應(yīng)重視它的很多次要 功能，這些常容易被忽略的性能不僅能為一個(gè)良好的設(shè)計(jì)錦上添花，而且還能幫助工程師們?yōu)槠鋺?yīng) 用設(shè)計(jì)精密的保護(hù)電路。8 .輔助接點(diǎn)(輔助開關(guān))：它們是與主接點(diǎn)電隔離的接點(diǎn)，適用于報(bào)警和程序開關(guān)。輔助接 點(diǎn)可用于向操作人員或控制系統(tǒng)告警，發(fā)出警報(bào)，或在重要應(yīng)用中接通備用電源。3.2 控制電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用PLC設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)的控制線路（如圖3-2） , PLC選擇西門子公司的S7-200 系列的CPU224。在PLC與主電路之間連接處需加中間繼電器， 這樣可

19、以保護(hù)PLC的輸出端, 防止負(fù)載短路燒損PLC輸出點(diǎn)，提高承載能力。PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。SB1 按鈕為正轉(zhuǎn)按鈕、SB2按鈕為停止按鈕、SB3按鈕為反轉(zhuǎn)按鈕、SB4按鈕為點(diǎn)動(dòng)按鈕。KM1 KM4 *1圖3-2三相異步電動(dòng)機(jī)的PLC控制接線3.3 器件選擇3.3.1 斷路器，涵*I cwrr-1 0747*9圖3-3斷路器斷路器一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器、外殼等構(gòu)成。當(dāng)短路時(shí)，大電流（一般10至12倍）產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服反力彈簧，脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開 關(guān)瞬時(shí)跳閘。當(dāng)過載時(shí)，電流變大，發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作（電流越 大，動(dòng)作時(shí)間越

20、短）。現(xiàn)在有電子型的，使用互感器采集各相電流大小，與設(shè)定值比較，當(dāng)電流異常時(shí)微處理器發(fā)出 信號(hào)，使電子脫扣器帶動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作。斷路器的作用是切斷和接通負(fù)荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴(kuò)大，保證安全運(yùn)行。而 高壓斷路器要開斷1500V,電流為1500-2000A的電弧，這些電弧可拉長(zhǎng)至2m仍然繼續(xù)燃燒不熄 滅。故滅弧是高壓斷路器必須解決的問題。吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過吹弧拉長(zhǎng)電弧加強(qiáng)帶電粒子的復(fù)合 和擴(kuò)散，同時(shí)把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。低壓斷路器也稱為自動(dòng)空氣開關(guān)，可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來控制不頻繁起動(dòng)的電 動(dòng)機(jī)。它功能相當(dāng)于閘刀開

21、關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)器等電器部分或 全部的功能總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。低壓斷路器具有多種保護(hù)功能（過載、短路、欠電壓保護(hù)等）、動(dòng)作值可調(diào)、 分?jǐn)嗄芰Ω摺?操作方便、安全等優(yōu)點(diǎn)，所以目前被廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)和工作原理低壓斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、保 護(hù)裝置（各種脫扣器）、滅弧系統(tǒng)等組成。低壓斷路器的主觸點(diǎn)是靠手動(dòng)操作或電動(dòng)合閘的。主觸點(diǎn)閉合后，自由脫扣機(jī)構(gòu)將主觸點(diǎn)鎖在 合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路用聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時(shí)，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主觸點(diǎn)斷 開主電路。當(dāng)電路過

22、載時(shí)，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲，推動(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作。當(dāng) 電路欠電壓時(shí)，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作。分勵(lì)脫扣器則作為遠(yuǎn)距離控制 用，在正常工作時(shí)，其線圈是斷電的，在需要距離控制時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動(dòng) 自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使主觸點(diǎn)斷開。本次設(shè)計(jì)采用的是DZ47-D5斷路器。3.3.2 熔斷器圖3-4熔斷器熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時(shí)間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開； 運(yùn)用這種原理制成的一種電流保護(hù)器。熔斷器廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備 中，作為短路和過電流的保護(hù)器，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。熔斷器是一種過電流保

23、護(hù)器。熔斷器主要由熔體和熔管以及外加填料等部分組成。使用時(shí)，將 熔斷器串聯(lián)于被保護(hù)電路中，當(dāng)被保護(hù)電路的電流超過規(guī)定值，并經(jīng)過一定時(shí)間后，由熔體自身產(chǎn) 生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，從而起到保護(hù)的作用。以金屬導(dǎo)體作為熔體而分?jǐn)嚯娐返碾娖鳎?lián)于電路中，當(dāng)過載或短路電流通過熔體時(shí)，熔體 自身將發(fā)熱而熔斷，從而對(duì)電力系統(tǒng)、各種電工設(shè)備以及家用電器都起到了一定的保護(hù)作用。具有 反時(shí)延特性，當(dāng)過載電流小時(shí)，熔斷時(shí)間長(zhǎng)；過載電流大時(shí)，熔斷時(shí)間短。因此，在一定過載電流 范圍內(nèi)至電流恢復(fù)正常，熔斷器不會(huì)熔斷，可以繼續(xù)使用。熔斷器主要由熔體、外殼和支座 3部 分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關(guān)鍵元件工作原理：

24、利用金屬導(dǎo)體作為熔體串聯(lián)于電路中，當(dāng)過載或短路電流通過熔體時(shí)，因其自身發(fā)熱而熔斷， 從而分?jǐn)嚯娐返囊环N電器。熔斷器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，廣泛用于電力系統(tǒng)、各種電工設(shè)備和家用 電器中作為保護(hù)器件。特點(diǎn)：熔體額定電流不等于熔斷器額定電流，熔體額定電流按被保護(hù)設(shè)備的負(fù)荷電流選擇，熔斷器額 定電流應(yīng)大于熔體額定電流，與主電器配合確定。熔斷器主要由熔體、外殼和支座3部分組成，其中熔體是控制熔斷特性的關(guān)鍵元件。熔體的 材料、尺寸和形狀決定了熔斷特性。熔體材料分為低熔點(diǎn)和高熔點(diǎn)兩類。低熔點(diǎn)材料如鉛和鉛合金， 其熔點(diǎn)低容易熔斷，由于其電阻率較大，故制成熔體的截面尺寸較大，熔斷時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸氣較多， 只適用于低分

25、斷能力的熔斷器。高熔點(diǎn)材料如銅、銀，其熔點(diǎn)高，不容易熔斷，但由于其電阻率較 低，可制成比低熔點(diǎn)熔體較小的截面尺寸，熔斷時(shí)產(chǎn)生的金屬蒸氣少，適用于高分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥鳌?熔體的形狀分為絲狀和帶狀兩種。改變變截面的形狀可顯著改變?nèi)蹟嗥鞯娜蹟嗵匦?。熔斷器具有反時(shí)延特性，即過載電流小時(shí)，熔斷時(shí)間長(zhǎng)；過載電流大時(shí)，熔斷時(shí)間短。所以， 在一定過載電流范圍內(nèi)，當(dāng)電流恢復(fù)正常時(shí)，熔斷器不會(huì)熔斷，可繼續(xù)使用。熔斷器有各種不同的 熔斷特性曲線，可以適用于不同類型保護(hù)對(duì)象的需要。交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電 路。它利用主接點(diǎn)來開閉電路，用輔助接點(diǎn)來執(zhí)行控制指令。主接點(diǎn)一般只有常開接點(diǎn)，而輔助接 點(diǎn)常有兩對(duì)具

26、有常開和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。交 流接觸器的接點(diǎn)，由銀鴇合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。本次設(shè)計(jì)采用的是RT14-1A型熔斷器。3.3.3 交流接觸器圖3-5交流接觸器交流接觸器是廣泛用作電力的開斷和控制電路。它利用主接點(diǎn)來開閉電路，用輔助接點(diǎn)來執(zhí)行 控制指令。主接點(diǎn)一般只有常開接點(diǎn)，而輔助接點(diǎn)常有兩對(duì)具有常開和常閉功能的接點(diǎn)，小型的接 觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。交流接觸器的接點(diǎn)，由銀鴇合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性?；窘M成交流接觸器主要有四部分組成：（1）電磁系統(tǒng)，包括吸引線圈、動(dòng)鐵芯和靜鐵芯；（2）觸頭系 統(tǒng)，包

27、括三組主觸頭和一至兩組常開、常閉輔助觸頭，它和動(dòng)鐵芯是連在一起互相聯(lián)動(dòng)的；（3）滅弧 裝置，一般容量較大的交流接觸器都設(shè)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(dòng)機(jī)構(gòu)、短路環(huán)、接線柱等。工作原理：當(dāng)線圈通電時(shí)，靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，將動(dòng)鐵芯吸合，由于觸頭系統(tǒng)是與動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)的，因此 動(dòng)鐵芯帶動(dòng)三條動(dòng)觸片同時(shí)運(yùn)行，觸點(diǎn)閉合，從而接通電源。當(dāng)線圈斷電時(shí)，吸力消失，動(dòng)鐵芯聯(lián) 動(dòng)部分依靠彈簧的反作用力而分離，使主觸頭斷開，切斷電源。本次設(shè)計(jì)采用的是CXJ2-1210型交流接觸器。3.3.4 熱繼電器圖3-6熱繼電器熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹

28、系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá) 到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿動(dòng)作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī) 的過載保護(hù)。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中 得到了廣泛應(yīng)用。熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá) 到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿動(dòng)作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī) 的過載保護(hù)。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中 得到了廣泛應(yīng)用。額定電壓：熱繼電器能夠正常工作的最高的電壓值，一般為交流220V, 380V, 600V。額定電流

29、：熱繼電器的額定電流主要是指通過熱繼電器的電流額定頻率：一般而言，其額定頻率按照4562HZ設(shè)計(jì)。整定電流范圍：整定電流的范圍有本身的特性來決定。它描述的是在一定的電流條件下熱繼電 器的動(dòng)作時(shí)間和電流的平方成正比。熱繼電器的作用是：主要用來對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，他的工作原理是過載電流通過熱元件后， 使雙金屬片加熱彎曲去推動(dòng)動(dòng)作機(jī)構(gòu)來帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，從而將電動(dòng)機(jī)控制電路斷開實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)斷電 停車，起到過載保護(hù)的作用。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此， 熱繼電器不能用作短路保護(hù)，而只能用作過載保護(hù)熱繼電器的符號(hào)為FR,電路符號(hào)如圖3-7 o本次設(shè)計(jì)采用的是JR36-10型

30、熱繼電器圖3-7熱繼電器3.3.5 中間繼電器圖3-8中間繼電器中間繼電器用于繼電保護(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。它用于在控制電路中 傳遞中間信號(hào)。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸 器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。 它一般是沒有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國(guó) 標(biāo)對(duì)中間繼電器的定義是K,老國(guó)標(biāo)是KAo 一般是直流電源供電。少數(shù)使用交流供電。結(jié)構(gòu)及原理線圈裝在“U形導(dǎo)磁體上，導(dǎo)磁體上面有一個(gè)活動(dòng)的銜鐵，導(dǎo)磁體兩側(cè)裝有兩排觸點(diǎn)彈片。在 非動(dòng)作狀態(tài)下

31、觸點(diǎn)彈片將銜鐵向上托起，使銜鐵與導(dǎo)磁體之間保持一定間隙。當(dāng)氣隙間的電磁力矩 超過反作用力矩時(shí)，銜鐵被吸向?qū)Т朋w，同時(shí)銜鐵壓動(dòng)觸點(diǎn)彈片，使常閉觸點(diǎn)斷開常開觸點(diǎn)閉合，完成繼電器工作。當(dāng)電磁力矩減小到一定值時(shí)，由于觸點(diǎn)彈片的反作用力矩，而使觸點(diǎn)與銜鐵 返回到初始位置，準(zhǔn)備下次工作。本次設(shè)計(jì)采用的是omron MY2NJ型中間繼電器3.3.6 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)圖3-9鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)（鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）是指電動(dòng)機(jī)的定子上為三相散嵌式分布繞組，轉(zhuǎn) 子為籠式的導(dǎo)條（因該導(dǎo)條形狀與鼠籠相似，所以又稱鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)）。當(dāng)向三相定子繞組中通過入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速

32、 n1沿定子和轉(zhuǎn)子 內(nèi)圓空間作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始時(shí)是靜止的， 故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則判定）。由于轉(zhuǎn) 子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致 的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場(chǎng)中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁 力對(duì)轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。通過上述分析可以總結(jié)出電動(dòng)機(jī)工作原理為：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差 120度電角 度），通入三相對(duì)稱交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組

33、 中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力， 從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。本次設(shè)計(jì)所選電機(jī)型號(hào)：所選電機(jī)：wdj26電壓：380V電流：0.2A頻率：50HZ接法：三角形轉(zhuǎn)速：1430 r/min絕緣等級(jí)：E第4章軟件編程本設(shè)計(jì)選用西門子公司的S7-200系歹1CPU224的小型PLC。S7-200具有極高的可靠性、豐富 的指令集和內(nèi)置的集成功能、強(qiáng)大的通信能力和品種豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200可以單機(jī)運(yùn)行，用于 代替繼電器控制系統(tǒng)，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它有極強(qiáng)的通信功能，在網(wǎng)絡(luò)控

34、制 系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1 .極高的可靠性。2 .極豐富的指令集。3 .易于掌握。4,便捷的操作。5 .豐富的內(nèi)置集成功能。6 .實(shí)時(shí)特性。7 .強(qiáng)勁的通訊能力。8 .豐富的擴(kuò)展模塊。CPU224集成14個(gè)輸入和10個(gè)輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168路數(shù)字量I/O或35路模擬I/O點(diǎn)，13KB字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。S7-200系歹用勺 CPU224主機(jī)有 I0.0 I0.7、I1.011.5共計(jì) 14個(gè)輸入點(diǎn)和 Q0.0-Q0.7、Q10-Q1.1 共計(jì)10個(gè)輸出點(diǎn)。CPU224輸入電路采用了雙向光電耦合器，24

35、VDC極性可任意選擇，系統(tǒng)設(shè)置 1MB為I0.x字節(jié)輸入端子的公共端，2MB為I1.x字節(jié)輸入端子的公共端。在晶體管輸出電路中采 用了 MOSFET功率驅(qū)動(dòng)器件，并將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個(gè)獨(dú)立公共端，共有 1L、2L 兩個(gè)公共端，可接入不同的負(fù)載電源。CPU224PLC有6個(gè)高速計(jì)數(shù)脈沖輸入端（I0.0-10.5）,最快的響應(yīng)速度為30KHZ,用于捕捉 經(jīng)CPU掃描周期更快的脈沖信號(hào)。另外，還有2個(gè)高速脈沖輸出端（Q0Q Q0.1）,輸出脈沖頻 率可達(dá)20KHZ.用于PTO （高速脈沖束）和PWM （寬度可變脈沖輸出）高速脈沖輸出。擴(kuò)展模塊EM223,輸出16個(gè)點(diǎn)，輸出16個(gè)點(diǎn)。足以滿足工作要求。I/O點(diǎn)表I/O模塊分為數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出4類。CPU分配給數(shù)字量I/O 模塊的地址以字節(jié)為