绕线转子电动机正逆转控制

摘要…………………………………………………………………………Ⅰ 1、绕线转子电动机概述········································1 1.1 绕线转子电动机的基本结构·································1 1.2绕线转子电动机制造工艺分析································1 2、控制电动机总体运行的方案介绍·····························2 2.1 系统硬件组成············································4 2.2 控制方法介绍············································4 2.3绕线转子异步电动机正反转的外部接线

图·········································4 2.4 I/O分配····················5

3、控制系统梯形图程序·······································5 3.1 控制程序流程图设计······································6 3.2 控制程序时序图设计···················7

4、系统调试及结果分析·······································8 4.1 系统调试及解决的问题···································9 4.2 顺序功能图·············································10 5系统仿真与证明···············10

结论与体会··················································12 参考文献····················································13

1 绕线转子电动机的简单介绍

1.1 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1-1 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1.1所示为直流电机结构。现将有关重要部分介绍如下：

主磁极: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。磁极是磁路的一部分，采用1.0~1.5mm的钢片叠压制成。

机座：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：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：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。

1.2绕线转子电动机制造工艺分析

当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，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。

2 控制电动机总体运行的方案介绍

2.1系统硬件组成

1.按钮

按钮常用于接通、断开控制电路。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。 2.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；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。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：3~5倍异步电机额定电流。（如图2-1，2-2）

图2-1单机双投式 图2-2三级单投式 3.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，如铅锡合金；或者是用截面积较小的导体制成。 4.交流接触器

接触器是一种自动开关，是电力拖动中主要的控制电器之一，它分为直流和交流两类。其中，交流接触器常用来接通和断开电动机或其他设备的主电路。接触器主要由电磁铁和触头两部分组成。它是利用电磁铁的吸引力而动作的。当电磁线圈通电后，吸引山字形动铁心 (上铁心)，而使常开触头闭合。 5.中间继电器

中间继电器的结构与接触器基本相同，只是体积较小，触点较多，通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可以用来控制小容量的电动机或其他执行元件。常用的中间继电器有JZ7系列，触点的额定电流为5A，选用时应考虑线圈的电压。 6.热继电器

热继电器是用来保护电动机，使之免受长期过载危害的继电器。热继电器是利用电流的热效应而动作的。图中热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中的双金属片，由两种具有不同线膨胀系数的金属采用热和压力辗压而成，亦可采用冷结合，其中，下层金属的膨胀系数大，上层的小。当主电路中电流超过容许值，双金属片受热向上弯曲致使脱扣，扣板在弹簧的拉力下将常闭触头断开。触头是接在电动机的控制电路中的，控制电路断开使接触器的线圈断电，从而断开电动机的主电路。 7.行程开关

行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。

2.2控制方法分析

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。

2.3 绕线转子异步电动机正反转的外部接线图

接线图如图2-3所示,NFBON时，指示灯PLl亮。按PB2，电动机正转全电阻启动[MC3动作，PLl熄灭，PL2闪亮(0．5 s／ON，0．5s／OFF) ]，10s后换成部分电阻启动[MC3、MCl动作，PL2闪亮]，再经10秒后正向运转[MC3、MC2、PL3动作]，PL2熄灭，此时按PB3无作用。正转在启动中或运转中，按PBl时电动机立即停止运转，PLl指示灯亮。按PB3时，电动机逆转全电阻启动[MC4动作，PLl熄灭，PL2闪亮(0．5 s／ON，0．5s／OFF)]，10s后换成部分电阻启动[MC4、MCl动作，PL2闪亮]，再经10s后逆向运转[MC4、MC2、PL4动作]，PL2灭，此时按PB2无作用。逆转启动中或运转中，按PBl时电动机立即停止运转，PLl指示灯亮。运转时断电，如果在5s

内恢复供电，电动机维持断电前的运转方向，继续运转：运转时断电，如果在5s后恢复供电，须按PB2或PB3重新启动电机。热继电器动作时，电动机停止运转，Bz响。热继电器复位后，BZ停响，恢复正常操作状态。

图2-3绕线转子异步电动机正反转的外部接线图

2.3 I/O分配(详见图2-3）

输入 输出

PB1 00000 PL1 01000 PB2 00001 PL2 01001 PB3 00002 PL3 01002 PL4 01003

3 控制系统梯形图程序

3.1控制程序流程图设计

3-1 程序流程图

3.2 控制程序时序图设计

图3-2系统的梯形图

4 系统调试及结果分析

4.1 系统调试及解决的问题

顺序功能图（SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设

计PLC的顺序控制程序的有力工具。顺序功能图主要由步、有向连线、转换、转换条件和动作构成。如表4-1为各编程元件的状态表。

表4-1 状态表 序号 步名 编程元件 进入该步的信号 动作 1 2 3 初始步 M1 X0=1 Y5=1 正转全电阻M2 启动步 正转部分电M3 阻启动步 正转步 M4 X2=1,X6=0,X1=0,T0=0 Y3=1,Y6=1,T1通 T1=1,X6=0,X1=0, T0=0 T2=1,X6=0,X1=0, T0=0 X3=1,X6=0,X1=0, T0=0 T3=1,X6=0,X1=0, T0=0 T4=1,X6=0,X1=0, T0=0 X6=1 X1=1 X0=0 Y3=1,Y1=1,Y6=1 T2接通 Y3=1,Y2=1,Y7=1 Y4=1,Y6=1,T3通 Y4=1,Y1=1,Y6=1 T4接通 Y4=1,Y2=1,Y10=1 Y11=1 Y5=1 T0定时5秒 4 5 6 逆转全电阻M5 启动步 逆转部分电M6 阻启动步 逆转步 报警步 停止步 M7 M8 M9 7 8 9 10 断电保持步 T0

依据设计要求，把整个过程分为十步。M1起始步，M2、M3、M4分别为正转的全电阻启动、部分电阻启动、正转运行；M5、M6、M7分别为逆转的全电阻启动，部分电阻启动、逆运行；M8为热继电器动作时，电动机停止运转，Bz响。由Y5表示L1灯,Y6表示PL2灯,Y7表示PL3动作,Y10表示PL4动作，Y11表示喇叭BZ.T1、T2、T3、T4均表示计时10秒。T100、T101表示闪烁灯Y6计时继电器。用X0表示NFB，Y1、Y2、Y3、Y4分别表示MC1、MC2、MC3、MC4，X6为“1”状态时，表示热继电器动作，X1为点动开关PB1,X2为点动开关PB2，X3为点动开关PB3，X0为保持开关NFB。其顺序功能图如下图（4-2）。

4.2顺序功能图

M0 M1 Y5 X2=1,X6=0,X1=0,T1=0 X3=1,X6=0,X1=0, T0=0 X6 M8 Y11M2 T1、Y3、Y6 T1=1,X6=0,X1=0, T0=0 M5 T3、Y4、Y6 T3=1,X6=0,X1=0, T0=0 M3 T2、Y3、Y6、Y1 T2=1,X6=0,X1=0, T0=0 M6 T4、Y4、Y6、Y1 T4=1,X6=0,X1=0, T0=0 M4 Y3、Y7、Y2 X1=1 M7 Y4、Y10、Y2 X1=1 X1=1 M9 X0

图4-2顺序功能图

5 系统仿真与验证

实验室仿真，利用了FX2N-24MR的PLC进行仿真。

接好线路,按下SFB,X1来信号,Y5信号输出,PL1灯亮如图5-1所示,按下PB2,即给X2来一个脉冲信号,PL2灯闪亮，说明MC3动作，正转全电阻启动然后定时

十秒后，Y3/Y1都有输出，说明MC3/MC1动作，半电阻启动PL2继续闪亮，再过十秒，Y3/Y2有输出，说明MC3/MC2动作，电动机正转运行，此时按下PB3没变化。

按下PB1，即给X1一个脉冲，Y5亮，即停止运转。

按下PB3，即X3来个脉冲,Y3/Y6有输出,即MC4动作,PL2闪亮, 说明逆转全电阻启动。然后定时十秒后，Y4/Y1都有输出，说明MC4/MC1动作，半电阻启动PL2继续闪亮，再过十秒，Y4/Y2有输出，说明MC3/MC2动作，电动机逆转运行，此时按下PB2没变化。

按下PB1, 即给X1一个脉冲，Y5亮，即停止运转。

如果运转时断电，即X0有脉冲信号,T0开始定时,如果在5s内恢复供电，T0被复位,系统继续工作, 如果在5s后恢复供电，须按PB2或PB3重新启动电机重新启动。如果热继电器动作时，即X6来脉冲,电动机停止运转，Y11有输出,即发出警报,喇叭Bz响,热继电器复位后，BZ停响，恢复正常操作状态。 仿真成功,仿真结束,证明所设计的控制系统是正确的。

结论与体会

在本次设计之前，我对一些细节不加重视，当把自己想出来的程序运用到PLC中的时候，问题出现了，结果和要求的结果不相符合。通过本次绕线转子电动机正逆转控制程序设计，看到了实践与理论的差距，我熟悉了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我的理论知识，工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。

从动手调试的过程中，增加了我们对这项技术的了解，使我们体会到了只有好好学习，才能解决问题，才能让我们更能站在工作岗位上，我明白了对待科学研究要做到妥善处理，要多沟通，并要设身处地从不同角度换位思考，而不是只考虑自己的事。同时我也懂得理论和实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在本次课程设计中，培养了我们实际动手能力和解决问题的能力，这使我们更深层次的接触到了我们以后的工作方向，而且这次实习更接近于我们以后的工作内存，所以这些都为我们以后的学习和工作打下了坚实的基础。

参考文献

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