]。而且能夠長時間可靠地運行，單價也更便宜、維護周期長，在很多地方被大量采用，如：機床工作臺的電機、傳送帶電機、工業空調的送風機電機、小功率的通風機等。3.1三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本組成部件如圖3.1所示。圖3.1三相異步電動機的組成部件圖由上圖3.1可以看出，三相異步電動機的核心部件是：固定的定子和旋轉的轉子。3.1.1定子基本結構定子顧名思義它是固定不動的，它是由三個主要部件構成的，分別是定子鐵心、經線圈繞制成的定子繞組、用于固定的基底。（1）定子鐵心：定子鐵心也屬于電機磁路的一種，通過鐵心片的內槽來內嵌定子繞組。為降低鐵心中的損耗，通常所采用的鐵心是由足夠數量的硅鋼片經過疊裝工藝處理得到的，并在其表面涂加一層絕緣材料，在經過鐵心片里面的空槽來嵌入定子進行繞組。（2）定子繞組：它的工作原理是將定子鐵心空槽里的嵌入的線圈按一定的規律和方式連接在一起的，在通入三相對稱交流電的過程中生成一個理想的旋轉磁場。（3）機座：它的主要作用是將定子繞組和定子鐵心固定住，同時為體內的轉子提供支撐作用，并對整個電機起到保護的作用。3.1.2轉子基本結構轉子作為電動機的核心部件，是電動機內的唯一轉動零件，它的基本結構和定子很相似，核心部件也是有三個部分組成：轉子鐵心、轉子繞組以及起散熱作用的風扇。（1）轉子鐵心：作為電機磁路的另一種鐵心，同時由鐵心片的內部空槽經過嵌入金屬導線來連接轉子繞組的。與上面介紹的定子鐵心一樣，它也由足夠數量的涂有絕緣材料的硅鋼片為材料經過疊裝的工藝制得到的。（2）轉子繞組：在轉子形成的旋轉磁場中，轉子在連續旋轉的過程中會不斷地切斷旋轉磁場，從而產生所需的感應電流，即電動勢，也會產生電磁矩，即這就是馬達轉動的原因。（3）風扇：用于冷卻電動機。3.2三相異步電動機的工作原理當三相電源通過三相定子繞組時，產生一個沿定子和轉子內部空間順時針旋轉的同步轉速為n1的旋轉磁場。旋轉磁場保持旋轉，轉速為n1，轉子初始靜止，轉子將切斷定子繞組的旋轉磁場。磁場產生感應電動勢。短路環起著連接轉子兩端的作用。在切割旋轉磁場的過程中，轉子作為導體，在電動勢的作用下產生感應電流。感應電流的方向與旋轉磁場中產生的感應電動勢相同。轉子在定子磁場中運動時，載流導體受到電磁力的影響，使轉子軸產生的電磁力矩作用在轉子上，帶動轉子轉動。旋轉方向與第一旋轉磁場相同。圖3.2三相異步電動機的機械特性曲線以下是三相異步電動機運行機理的總結：電動機與三相電源連接后，電動機的定子產生固定方向的旋轉磁場，轉子繞組在DR下切斷旋轉磁場。轉子軸的轉動慣量。這一過程的結果是轉子繞組中的感應。電流，定子旋轉磁場作用在轉子載流導體上產生另一電磁力，在電機軸上產生電磁力矩，電機始終旋轉。而且電動機在之后的轉動過程中其轉動的方向固定不變和旋轉磁場的方向保持一致。三相異步電動機的機械特性曲線如下圖3.2所示。從上圖我們能夠看出有四個特殊點，而這四個特殊點決定了曲線的大致走向，同時也反應了電動機的運行狀態，下面就從4個點進行分析。（1）T=0，n=n0，S=0電動機此時處于理想中的空載狀態，此時電動機的轉速為理想的空載轉速。（2）T=TN，n=nN，S=SN此時電動機處于額定的工作狀態，轉速和轉矩均等于額定值，即T=TN。（3）T=Tst，n=0，S=1此時電動機處于啟動工作點，轉矩等于起動轉矩，即T=Tst。（4）T=Tmax，n=nm，S=Sm此時此刻電動機到達臨界工作點，電動機轉矩為最大轉矩，即T=Tmax。（2-1）上式中的Km為與電機結構有關的常數，Φ為旋轉磁場每個級的磁通量，I2為轉子繞組電流的有效值，為轉子電流滯后于轉子電勢的相位角。（2-2）上式中的K為常數，S為轉差率，R2位轉子每相繞組的電阻，U1為定子繞組的相電壓，X20為轉子禁止時每相繞組的感抗。再將各個狀態點代入得到：（2-3）（2-4）（2-5）上式中的PN為電機在額定工作狀態下輸出的功率，在實際中通常是以KW為單位，這里將其轉化為以W為單位。3.3三相異步電動機正反轉控制的電路設計電動機在實際的生產工作過程中，如何來控制機床工作臺的前進和后退呢？這自然是需要通過穩定的、高效率的、便捷的掌控電動機的正反轉來實現的。當然傳送帶的電機的正反轉過程，和電梯的上升和下降過程等等這些工藝過程都是這個原理。改變電機旋轉方向的原理是通過改變所連接電機定子繞組的三相電源來實現，而不是通過改變三相中兩相的相序來實現。具體來說就是對調電源進線中的其中兩相的相序，但是最方便的方法就是采用交流接觸器來改變電動機的三相電源中的相序，由此來實現了電動機的正反轉控制的。為確保電機的正常使用，采取以下措施來保護電機。（1）通過硬件聯鎖的設計即接觸器聯鎖，可以避免誤操作等使KM1和KM2同時得電，造成兩相電源短路事故而損壞電機。在正向運行電路中加入一個對應的反轉接觸器的常閉觸頭這就構成了一個接觸器聯鎖了：采用同樣的原理在反向的運行電路中接入一個對應的正轉接觸器來實現的。此時，它由啟動按鈕SB2關閉。此時電路接通，KM1線圈通電，實現電機的正旋轉。同時，在逆操作電路中，由于KM1常閉觸點，逆接觸器km2的線圈電路處于分斷狀態，沒有通過線圈的電路。因此，不可能旋轉。即使由于SB3導致反向接觸器閉合，也不會使電機從正反轉。這是因為反向接觸器的線圈仍然斷電。當電機處于反轉狀態時，接通接觸器km2，再接通線圈，斷開正向回路中的接觸器km2，可合理有效地避免兩相間短路的發生。（2）人們通過在輸入端加入一個電路的方法，利用電流的熱效應來避免電動機因過熱而燒壞電機，當電機一旦出現電機無法承受的過熱狀態就會自動切斷電動機的主回路，由此來保護電機。電動機過熱產生的原因是當機械處于不正常的工作狀態時候，比如電路出現故障使得電機超負荷工作時候，這就會導致電動機轉速不斷下降，繞組中流動的電子勢必增大，即電流增大，電機發熱。對于過載有時可以分為如下幾種：第一種，由于電機過載時間比較長，電動機溫度不斷升高，并且過載電流較大，最終可以使得電動機的繞組隨著時間的不斷推移，其開始出現老化，從而影響電動機的壽命，另外還會使得電動機出現自燃的情況；第二種，工作時間較短而出現過載的情況，由于過載電流比較小，因此電動機內部的溫度不會超過設定的數值，因此不會對電動機構成較大的影響。（3）加入熔斷器在短路時通過熔體熔斷切斷電路從而保護電路。（4）當特殊情況發生時，當電機電源電壓低于設定值的4/5時，接觸器將處于斷電狀態，使電機斷電，電機停止工作。能耗制動普遍應用到電動機制動中，其工作的原理：當電動機斷開電源之后，選擇兩個繞組接通直流電，這時能夠形成一個靜止的磁場。當電動機失電之后，轉子在慣性力的作用下，依然會進行轉動。在這個過程中，轉子可以在磁場中進行切割運動，而感應產生的電流，通過相應的判斷標準，能夠知道電動機的轉動會受到反向的電磁轉矩作用，這樣電機就快速停止了。除此之外還可以通過時間繼電器KT來實現不同電機的制動，正反轉控制線路圖如下圖3.3所示。圖3.3正反轉控制線路圖

4三相異步電動機正反轉的PLC控制設計4.1系統的硬件設計4.1.1系統的I/O分配在系統中一般存在FR，其屬于熱繼電器的觸點，停止控制開關SB1以及控制電動機正反轉的開關：SB2和SB3；KM1表示輸出正轉、KM2表示反轉、KM3表示制動。系統的輸入/輸出分配表如下表4.1所示。表4.1輸入/輸出分配表端口I/O端子電路器件作用輸入I0.0FR過載保護I0.1SB1電機停止按鈕I0.2SB2電機正轉啟動按鈕I0.3SB3電機反轉啟動按鈕輸出Q0.0KM1正轉接觸器Q0.1KM2反轉接觸器Q0.2KM3制動接觸器4.1.2系統的流程圖系統的流程大致可分為自檢、正轉啟動、反轉啟動和停機制動4個主要步驟，系統流程圖如下圖4.1所示。4.1.3系統的PLC選型在對PLC進行選擇型號的過程中，一般依據PLC的具體功能以及內部構造。另外還要考慮維護的功能以及相應的擴展等情況進行詳細的規劃。首先輸入/輸出的點數一般要多于實際值，留有一定量的I/O口方便日后擴展；其次PLC存儲容量要長遠考慮，假如出現模擬性的數據，這時應該選擇容量較大的PLC。在對控制功能進行選擇的過程中，一般通過程序以及相應的運算速度等進行選擇。S7-200屬于可編程控制裝置序列，并且能夠適應不同的控制系統。其自身具有較多的功能，比如不僅可以通過獨立使用，而且能夠適應對控制器共同工作的場合。S7-200特點一般有如下幾種：圖4.1系統流程圖（1）可靠性比較強；（2）集成度比較高；（3）便于操作；（4）通用性好；（5）適用的范圍比較廣；（6）能夠進行擴展。從而其具有較高的性能，可以使用復雜的場合，進而能夠滿足不同的性能要求。CPU224結構組成為：14個輸入觸點、10個輸出出點、24個I/O觸點。在工作的過程中能夠實現7個模塊的擴展，擴展之后可以成為具有168個數字量I/O觸點，具有六個30kHz的高速計算功能的計算器，并且能夠實現從獨立的工作，PID控制器一個，具有能夠實現通訊以及編程接口RS485，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。對于I/O端子排，在拆卸的過程中比較方便。本次設計基于各方面的綜合考慮特采用S7-200中的CPU224。4.2基于PLC的正反轉控制系統的整體方案設計由若干數量繼電器組成的傳統的繼電器控制線路，它們為生產過程中的自動控制提供支持。有的控制系統可能由成百上千個、種類又不相同的繼電器構成，這就導致一旦某個繼電器的損壞，甚至某個繼電器的觸點接觸不良，就會導致整個系統無法正常工作，達不到原來的控制效果。出現故障后，要進行檢查和排除故障又非常困難。而連接如此多的繼電器所需的導線是成千上萬的，這些繼電器的安裝又需要眾多的繼電器控制柜，其在工作的過程中能夠產生較大的噪聲，而且不便于安裝，需要較大的空間。假如需要工作的條件發生改變之后，必須增加相應的控制柜，從而增加工作量，有時需要進行控制系統的重置，這樣不能體現經濟性的要求。而采用PLC控制不僅安全可靠、維護方便，隨著生產要求、生產工藝、生產環境等發生改變，也能通過擴展接口和修改程序來滿足新的控制要求。系統的PLC控制線路圖如下圖4.2所示。4.3系統的軟件設計本系統設計的編程語言是一種更直觀的梯形圖。由PLC控制的三相異步電動機正反向控制，只不過是正啟動、逆啟動和制動，所以程序可分為以下兩部分：（1）啟動；（2）制動。系統的詳細梯形圖如圖4.3所示。圖4.2系統的PLC控制線路圖圖4.3系統梯形圖4.4系統整體方案的可行性分析4.4.1正轉啟動當按下向前啟動按鈕SB2時，向前觸點KM1的線圈通電，KM1的正常斷開觸點閉合，KM1的線圈保持通電，即自鎖。同時，一次回路的KM1主觸頭會閉合，電機的正轉啟動電路形成回路，電機也就能夠正轉起來，與此同時，由于聯鎖的存在斷開了KM2、KM3的控制回路。正轉啟動示意圖如下圖4.4。圖4.4正轉啟動示意圖4.4.2反轉啟動當按下反轉啟動按鈕也就是SB3時，反轉接觸器KM2的線圈得電，KM2的常開觸頭閉合，保持KM2線圈一直得電也就是自鎖。同時，一次回路的KM2主觸頭會閉合，電機的反轉啟動電路形成回路，電機也就能夠反轉起來，與此同時，由于聯鎖的存在斷開了KM1、KM3的控制回路。4.4.3停機制動當按下停止按鈕也就是SB1時，制動接觸器KM3的線圈得電，KM3的常開觸頭閉合，保持KM3線圈一直得電也就是自鎖。同時，一次回路的KM3主觸頭會閉合，電機的制動電路形成回路，電機也就開始制動，與此同時，由于聯鎖的存在斷開了KM1、KM2的控制回路。圖4.5反轉啟動示意圖當達到預定的數值時，時間繼電器內部的延時觸點就會處于斷開狀態，這時輔助常開觸點處于斷開工作模式。當KM3線圈處于失電狀態時，其主觸點處于斷開狀態，輔助常開觸點能夠實現常開，從而電動機完成制動，停機過程示意圖如下圖4.6所示。圖4.6停機示意圖

結論從論文的目錄開始我就思考了很久，應為這是論文的寫作綱要。于是就一個勁地查找資料，翻閱書籍。之后就把目錄寫了，緊接著把PLC的特點、工作原理、工作過程等都寫了。在在這個過程中，我把之前很多的基礎知識也鞏固了一遍。學會了三相異步電機的正反轉控制的接線和操作方法，初步了解了三相異步電動機的基本工作原理、PLC的基本工作過程以及PLC控制技術的優點，熟悉了PLC梯形圖編程軟件的使用。通過查閱資料、繪制表格、電腦制圖等，也鍛煉了我的計算機應用水平。然而就在PLC的相關應用中遇到了困難，我查找了資料以后就開始一個勁地看PLC的電氣接線圖，終于有了些眉目，真準備做的時候遇到插圖的問題。很無奈要用CAD來繪圖，這就必須重新撿起CAD來畫圖，就過一段時間的摸索，CAD我終于撿起來了。這個過程中我真的學到了很多，包括電器元件的識別，功能作用，電氣圖原理以及PLC的原理等，這是我之前都似懂非懂的。其中我也在PLC的實例中更加讓我了解了PLC在控制中的強大之處。隨著科學技術的不斷發展，PLC控制技術將得到更廣泛的應用。相信在不久的將來，PLC控制技術將遍布各個角落，為設備提供更高效、更可靠的控制。在這個寫作的過程中，剛開始我也是懷疑我自己的，不知道自己是否能真正的能夠完成好，然而在獨立完成論文以后，內心有一種小小的自豪感，感謝那個曾經努力的自己。這給了我很大的啟發：一個人只有敢于面對、敢于思考、堅持不懈、腳踏實地的去做一件事，那么在整個自我學習、自我實踐、自我超越的過程中一定會有意想不到的收獲，而這份經歷一定會給我們以后的學習和生活以莫大的勇氣和毅力去面對所遇到的困難和挫折。三相異步電機隨著社會的發展與生活節湊的加快已經越來越受歡迎，漸漸的成為智能城市的重要部分。本論文利用可編程控制器S7-200來設計簡易的三相異步電機的控制系統，具體從以下幾步來實現：（1）通過對三相異步電機的簡單介紹來明白其工作工程和基本原理，這是為了便于明白一臺三相異步電機最基本的工作要求，便于決定控制系統所需要達到的目的和要求；（2）簡單的介紹可編程控制器的基本組成和工作原理，通過介紹PLC的特點來解釋單片機式三相異步電機被淘汰的原因。（3）對于未來三相異步電機的前景給出合理的猜想，并且對目前較為流行的三相異步電機的電子支付手段做出簡單的介紹。

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