基于VB60實(shí)現(xiàn)S7200PLC對(duì)多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的控制

1、中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： XXXXXXX 學(xué) 院： 信息與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目：基于VB6.0實(shí)現(xiàn)S7-200PLC對(duì)多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的控制 專 題： 指導(dǎo)教師： XXX 職 稱： 副教授 2009 年 6 月 徐州中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院 信電學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 電氣工程與自動(dòng)化05-5 學(xué)生姓名 XXX 任務(wù)下達(dá)日期：2009 年 2 月 16 日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2009 年 2 月 16 日 至 2009 年 6月 20日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于VB6.0實(shí)現(xiàn)S7-200PLC對(duì)多臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的控制畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)主

2、要內(nèi)容和要求： （1）掌握異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和控制方法；（2）掌握PLC工作原理、工作過程及其使用；（3） 掌握V4.0 STEP7 MicroWIN SP3以及VB6.0編程軟件的使用；（4）完成VB6.0編程實(shí)現(xiàn)PC與PLC的通信；（5）完成與控制系統(tǒng)配套的模擬實(shí)驗(yàn)；（6）完成與畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的英文翻譯（近三年的文獻(xiàn)），不少于3000字；院長(zhǎng)簽字： 指導(dǎo)教師簽字：摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，PLC以其高可靠性、配置靈活和完善的功能，在電氣控制中占有越來越重要的地位。PLC與上位機(jī)的結(jié)合，并通過VB6.0傳送數(shù)據(jù)所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于近距離傳輸數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)控制來說是一種性價(jià)比很高的

3、解決方案，充分的利用PLC的抗干擾性能和PC機(jī)強(qiáng)大的圖形顯示，浮點(diǎn)運(yùn)算的特點(diǎn)。本文正是為了適應(yīng)社會(huì)這一需求而設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)利用VB6.0提供的通信控件MSComm結(jié)合PLC中的通信功能進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)（PC）與下位機(jī)（PLC）之間在自由口通信協(xié)議下數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸，達(dá)到高效、精確的控制異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止，點(diǎn)動(dòng)控制、全壓?jiǎn)?dòng)、星/三角啟動(dòng)、四臺(tái)電機(jī)的順序啟動(dòng)逆序停止以及監(jiān)控電機(jī)的狀態(tài)，完成了相應(yīng)的軟件、硬件模擬實(shí)驗(yàn)，在電腦上點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕，PLC上的指示燈相應(yīng)的點(diǎn)亮與熄滅，很好地解決了工程應(yīng)用中的一些實(shí)際問題。本設(shè)計(jì)詳細(xì)論述了異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、控制方法、VB6.0的高級(jí)編程（通信）

4、、以及西門子公司提供的S7-200PLC（CPU224型）工作原理、通信編程及異步電動(dòng)機(jī)控制的各種梯形圖、指令表。本設(shè)計(jì)以在VB6.0環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)通信，有效的控制異步電動(dòng)機(jī)，從而滿足用戶的需要。關(guān)鍵詞： S7-200PLC；VB6.0； 自由口通信模式； MSCommABSTRACTAlong with modern industry swift development, PLC by its redundant reliability, disposition nimble and perfect function, holds more and more important

5、status in the electric control.PLC and the superior machine union, and the computer supervisory system which constitutes through the VB6.0 transmission data, regarding the short distance transmission datas scene control is one kind of performance-to-price ratio very high solution, the full use PLC r

6、esistance to interference and PC machine formidable graphical display, floating point calculations characteristic. This article is precisely to adapt social this demand to design. This papers uses the Communication control MSComm which provided by VB6.0 unifying the communication language in PLC for

7、 the programming, realizes Two-way data transmission between Host computer (PC) and the next-bit machine (PLC) under communication protocol of the free port, achieves highly effective and exact purpose in controlling asynchronous motors start and the stop, step-move control， full-voltage starting,st

8、ar-delta starting,four motors ordered starting and reverse stop,and also the motors state monitoring. moreover,i have finished the practical experiment on the hardware and software. in the experiment, click the buttons on the PC screen, the Indicators on PLC will turn on and off by the set order. as

9、 well as monitors electrical machinerys condition, has solved some actual problems in project application well. Each kind of trapezoidal chart which, the instruction list this article elaborated asynchronous motors principle of work, the control method, the VB6.0 high-level programming in detail (co

10、rrespondence), as well as Siemens provides S7-200PLC which (CPU224) the principle of work, the correspondence programming and the asynchronous motor controls. This papers realizes PLC and the computer correspondence base VB6.0, effectively control asynchronous motor, thus satisfies the need of the u

11、sers.Key words: S7-200PLC； VB6.0； free mouth correspondence pattern； MSComm目 錄1 緒論11.1 異步電機(jī)概述11.2 PLC概述11.3 VB6.0概述31.4 PLC與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的比較31.5 本文的可行性探討42 三相異步電動(dòng)機(jī)52.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造52.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理72.2.1 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的一般原理72.2.2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生82.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)132.3.1 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)143可編程控制器163.1可編程控制器的概述163.1.1 可編程控制器的基本

12、結(jié)構(gòu)163.1.2可編程控制器的工作原理173.1.3 可編程控制器的編程語言概述183.1.4 可編程控制器的編程步驟193.2 S7-200PLC193.2.1概述193.2.2 S7-200系列PLC的硬件系統(tǒng)203.2.3 工作原理253.2.4 PLC的編程指令273.2.5 S7-200的程序結(jié)構(gòu)314 程序設(shè)計(jì)語言334.1 Visual Basic特點(diǎn)334.2 Visual Basic開發(fā)應(yīng)用程序的一般步驟344.3 編程語句364.3.1對(duì)象與變量364.3.2 條件語句IfThenElse394.3.3 ForNext循環(huán)語句404.3.4 InputBox函數(shù)和MsgB

13、ox函數(shù)415 通信程序的設(shè)計(jì)435.1 S7-200PLC自由口通信435.1.1 S7-200 PLC與上位機(jī)的通信方式435.1.2 自由口通訊工作模式的定義435.2 VB6.0編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC的通信455.2.1通信控件MSComm455.3 異步電機(jī)控制電路485.3.1 自鎖與互鎖控制485.3.2 星/三角轉(zhuǎn)換控制495.3.3 自耦變壓器啟動(dòng)控制505.3.4 串電抗啟動(dòng)控制515.4 通信程序的實(shí)現(xiàn)525.4.1 軟件界面及相應(yīng)的程序介紹525.4.2 PLC程序介紹616 結(jié)論67致 謝68參考文獻(xiàn)：69附錄70翻譯部分83中文譯文83英文原文931 緒論1.1 異

14、步電機(jī)概述電機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，從而叫為異步電機(jī)。它和感應(yīng)電機(jī)基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s為轉(zhuǎn)差率，ns為磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。基本原理：(1)當(dāng)三相異步電機(jī)接入三相交流電源時(shí)，三相定子繞組流過三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的三相磁動(dòng)勢(shì)（定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)）并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。(2)該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對(duì)切割運(yùn)動(dòng),根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生感應(yīng)電流。（3）根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載時(shí)，便向外輸出機(jī)械能。特點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格便宜，運(yùn)行方便。缺點(diǎn)：功率因數(shù)滯后，輕載

15、功率因數(shù)低，調(diào)速性能稍差。異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負(fù)載的大小發(fā)生變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、雙饋異步電機(jī)和交流換向器電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣，在不致引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。普通異步電機(jī)的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)有較高的運(yùn)行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運(yùn)行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)要求。異步電機(jī)還便于派生成各種防護(hù)型式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需要。異

16、步電動(dòng)機(jī)是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防，乃至日常生活和醫(yī)療器械中應(yīng)用最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)，它的主要作用是驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械和生活用具。其單機(jī)容量可從幾十瓦到幾千千瓦。隨著電氣化和自動(dòng)化程度的不斷提高，異步電動(dòng)機(jī)將占有越來越重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在供電系統(tǒng)的動(dòng)力負(fù)載中，約有 70是異步電動(dòng)機(jī)，可見它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾?。異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總落后于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，故稱異步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，和其它各種電動(dòng)機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便，效率較高，價(jià)格低廉。因此，應(yīng)用非常的廣泛。1.2 PLC概述PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算

17、機(jī)控制方式。PLC與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道(字)的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器(布爾處理器)，進(jìn)行點(diǎn)(位)運(yùn)算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。(1)可靠性：可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。A.PLC不需要大量的活動(dòng)元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。B PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了MTRR使可靠性提高。C.PLC有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)

18、，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。D PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡(jiǎn)化的編程語言，編程出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造；對(duì)干擾的屏蔽、隔離和濾波等；電源的斷電保護(hù)；對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。F PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波；件自診斷；簡(jiǎn)化編程語言等。(2)易操作性，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：A、操作方便對(duì)PLC的操作包括程序輸入和程序更

19、改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對(duì)大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ遥缓筮M(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。B、編程方便PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語言時(shí)，十分有助于編程人員的編程。C、維修方便PLC具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。(

20、3)靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：A.編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。B.擴(kuò)展的靈活性。PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。C.操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。1.3 VB6.0概述Visual Basic（簡(jiǎn)稱VB）是Microsoft公司開發(fā)的一種通用的面向?qū)ο?，事件?qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)語言?！癡isual”指的是開發(fā)圖形用戶界面(GUI)的方法不需編寫大量代碼去描述界面元素的外觀

21、和位置，而只要把預(yù)先建立的對(duì)象add到屏幕上的一點(diǎn)即可?！癇asic”指的是BASIC(Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code)語言，一種在計(jì)算技術(shù)發(fā)展歷史上應(yīng)用得最為廣泛的語言。Visual Basic在原有BASIC語言的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展，至今包含了數(shù)百條語句、函數(shù)及關(guān)鍵詞，其中很多和Windows GUI有直接關(guān)系。專業(yè)人員可以用Visual Basic實(shí)現(xiàn)其它任何Windows編程語言的功能，而初學(xué)者只要掌握幾個(gè)關(guān)鍵詞就可以建立實(shí)用的應(yīng)用程序。Visual Basic的特點(diǎn)：（1）可視化的設(shè)計(jì)平臺(tái) （2）面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法 （3）

22、事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制 （4）結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)語言 （5）充分利用Windows資源 （6）開放的數(shù)據(jù)庫功能與網(wǎng)絡(luò)支持VB簡(jiǎn)單易學(xué)，通用性強(qiáng)，用途廣泛。1.4 PLC與繼電器接觸器控制系統(tǒng)的比較從某種意義上看，PLC控制是從繼電器接觸器控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有很多不同處。二種方案的不同點(diǎn)如下：（1） PLC內(nèi)部大部分采用“軟”邏輯繼電器接觸器控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和“硬”線連接，為全硬件控制；PLC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點(diǎn)和“軟”線連接，為軟件控制。（2） PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊繼電器接觸器控制系統(tǒng)使用電器多，體積大且故障率大；PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，使用電器少，體積小。（3）

23、 PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”動(dòng)作快電器接觸器控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動(dòng)作慢，弧光放電嚴(yán)重；PLC內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”動(dòng)作快。（4） PLC控制功能改變極其方便繼電器接觸器控制功能改變，需拆線接線乃至更換元器件，比較麻煩；PLC控制功能改變，一般只需修改程序便可，極其方便。（5） PLC控制系統(tǒng)制造周期短PLC控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，基本為軟件控制，因此設(shè)計(jì)、施工與調(diào)試比繼電器接觸器控制系統(tǒng)周期短。此外，由于PLC技術(shù)是計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，因此，它的軟硬件設(shè)置上有著傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制無法比擬的優(yōu)勢(shì)，工作可靠性極高。所以現(xiàn)在的電機(jī)控制系統(tǒng)中多用plc控制異步電機(jī)。1.5 本文的可行性探討隨著

24、生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提高，可編程序控制器PLC得到了廣泛的應(yīng)用，特別是小型PLC具有編程簡(jiǎn)單、性能可靠和價(jià)格低的特點(diǎn)，被大量應(yīng)用于單機(jī)控制系統(tǒng)中。但它也有自身的一些缺點(diǎn)，即數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和管理能力較弱，不能給用戶提供良好的界面等。而計(jì)算機(jī)恰好能彌補(bǔ)PLC的不足，它不但有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和管理能力，而且能給用戶提供非常美觀而又易于操作的界面。將PLC與計(jì)算機(jī)結(jié)合，可使系統(tǒng)達(dá)到既能及時(shí)地采集、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，又可處理和使用好數(shù)據(jù)，兩者結(jié)合的關(guān)鍵是PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信。面向異步電機(jī)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單有效的控制系統(tǒng)，涉及到三部分的軟件編程：第一：PC上人機(jī)操作界面的設(shè)計(jì)。PC作為上位機(jī)，一般都是運(yùn)行在Window

25、s XP/VISTA操作系統(tǒng)下，利用微軟提供的可視化編程軟件Visual Basic 6.0，就可設(shè)計(jì)出優(yōu)美的人機(jī)操作界面，只需進(jìn)行主要操作功能編程和少量界面控制編程。第二：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝要求的PLC控制程序設(shè)計(jì)。因?yàn)槭钱惒诫姍C(jī)控制系統(tǒng)，其控制過程并不復(fù)雜，我們只要充分了解了異步電機(jī)的啟動(dòng)和控制要求，運(yùn)用PLC編程工具，此部分設(shè)計(jì)編程并不難。第三：PC與PLC通訊程序的設(shè)計(jì)。此部分的開發(fā)設(shè)計(jì)較難，需要掌握PC和PLC的有關(guān)通訊硬件驅(qū)動(dòng)和通訊協(xié)議的知識(shí)。但對(duì)于異步電機(jī)控制系統(tǒng)來說，主要通過PC串口來通訊，所以通訊程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何利用Visual Basic 6.0中的串口通信控件MSComm控

26、件，并根據(jù)PLC的串口通信協(xié)議設(shè)計(jì)出上下位機(jī)的數(shù)據(jù)交換程序。因此通信部分的設(shè)計(jì)工作是本次設(shè)計(jì)的主要側(cè)重點(diǎn)。2 三相異步電動(dòng)機(jī)異步電機(jī)是交流電機(jī)的一種。異步電動(dòng)機(jī)是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防，乃至日常生活和醫(yī)療器械中應(yīng)用最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)，它的主要作用是驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械和生活用具。其單機(jī)容量可從幾十瓦到幾千千瓦。隨著電氣化和自動(dòng)化程度的不斷提高，異步電動(dòng)機(jī)將占有越來越重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在供電系統(tǒng)的動(dòng)力負(fù)載中，約有 70是異步電動(dòng)機(jī)，可見它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾?。異步電機(jī)是一種交流電機(jī)，其電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總落后于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，故稱異步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，和其它各種電動(dòng)機(jī)相比，它

27、的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便，效率較高，價(jià)格低廉。因此，從應(yīng)用的角度來講，了解異步電機(jī)的工作原理，掌握它的運(yùn)行性能，是十分必要的。本章將著重討論三相異步電動(dòng)機(jī)，并對(duì)單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理作簡(jiǎn)要的介紹。 2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造1一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)主要由兩部分組成，固定不動(dòng)的部分稱為電動(dòng)機(jī)定子；旋轉(zhuǎn)并拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載的部分稱為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子和定子之間有一個(gè)非常小的空氣氣隙將轉(zhuǎn)子和定子隔離開來，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量的大小不同，氣隙一般在 0.4mm4mm的范圍內(nèi)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間沒有任何電氣上的聯(lián)系，能量的傳遞全靠電磁感應(yīng)作用，所以這樣的電動(dòng)機(jī)也稱感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)。一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本

28、構(gòu)造如圖21 所示。圖2-1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造電動(dòng)機(jī)定子由支撐空心定子鐵心的鋼制機(jī)座、定子鐵心和定子繞組線圈組成。定子鐵心由0.5mm厚的硅鋼片疊至而成。定子鐵心上的插槽是用來嵌放對(duì)稱三相定子繞組線圈的。一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子構(gòu)造見圖22。圖2-2定子構(gòu)造電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心由表面沖槽的硅鋼片疊至成一圓柱形。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。轉(zhuǎn)子、氣隙和定子鐵心構(gòu)成了一個(gè)電動(dòng)機(jī)的完整磁路。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種形式：鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。鼠籠式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個(gè)銅端環(huán)上，以構(gòu)成閉合回路。抽去轉(zhuǎn)子鐵心，剩下的銅條及其

29、兩邊的端環(huán)，其形狀像個(gè)鼠籠，故稱之為鼠籠式電動(dòng)機(jī)。為了節(jié)省銅材，現(xiàn)在中小容量的鼠籠式電動(dòng)機(jī)是在轉(zhuǎn)子鐵心的槽中澆注鋁液鑄成籠形導(dǎo)體，以代替銅制籠體。 繞線式轉(zhuǎn)子同電動(dòng)機(jī)的定子一樣，都是在鐵心的槽中嵌入三相繞組，三相繞組的一端連成Y形，三相繞組的另一端分別連接在三個(gè)銅制的集電環(huán)上，集電環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上，三個(gè)環(huán)之間及環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間相互絕緣，在集電環(huán)上用彈簧壓著炭刷與外電路連接，以便改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速特性。 一般我們把鼠籠式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)稱為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)；把繞線式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)稱為繞線式異步電動(dòng)機(jī)，雖然鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)同繞線式異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子構(gòu)造上有所不同，但它們的工作原理是一樣的。應(yīng)當(dāng)指出的

30、是，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工作可靠，如果對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速?zèng)]有特殊的要求，一般在實(shí)際應(yīng)用中，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用得最為廣泛。所以在本教材中以介紹鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)為主。鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子見圖23。圖23鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子見2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 2.2.1 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的一般原理 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的一般原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律和載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力的作用這兩個(gè)基本因素。 圖24中N和S是一對(duì)永久磁鐵的磁極，這對(duì)磁極以n0 的轉(zhuǎn)速按順時(shí)針方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而形成了一個(gè)轉(zhuǎn)速為n0 的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，放置在磁場(chǎng)當(dāng)中的銅制線框上下兩根導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就

31、有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)并切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線，于是在這兩根導(dǎo)條上就產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向符合發(fā)電機(jī)右手定則 E =BLV （2.1）E感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) V B磁感應(yīng)強(qiáng)度 T l導(dǎo)條長(zhǎng)度 m v導(dǎo)條切割磁力線的相對(duì)速度 m/s 由于銅制線框形成一個(gè)閉合回路，因此在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，線框的上下兩根導(dǎo)體中就出現(xiàn)了如圖24所示方向的感應(yīng)電流。 在磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體將受到電磁力的作用，根據(jù)電動(dòng)機(jī)左手定則，上下兩根導(dǎo)條所受電磁力的方向如圖24所示。在圖中可以看出，N極下的導(dǎo)條受力方向是朝向右，而S極下的導(dǎo)條受力方向是朝向左。這一對(duì)力形成一順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩。如果我們把異步電動(dòng)機(jī)的鼠籠式轉(zhuǎn)子放置在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中（如圖25）代替

32、線框，不難想象，當(dāng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在磁極經(jīng)過下的每對(duì)導(dǎo)條都會(huì)產(chǎn)生這樣的電磁轉(zhuǎn)矩，在這些電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子就按順時(shí)針的方向旋轉(zhuǎn)起來了。當(dāng)然，如果磁場(chǎng)按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子也將按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。由此可見，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。 雖然轉(zhuǎn)子同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)彼此隔離，但從上面的敘述可知，由于有了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，而流過電流的導(dǎo)條又在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來。這就是感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的一般原理。 需要指出的是，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度n（即電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度）比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度n0 （一般稱同步轉(zhuǎn)速）要低一些。這是因?yàn)槿绻@兩種轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)子

33、和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就沒有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將不切割磁力線便不能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣就沒有電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子將不會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此，若要轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子之間就一定存在轉(zhuǎn)速差，即轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度總要落后于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度。由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不同于，且低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，所以我們稱這種電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)。圖24 兩根導(dǎo)條所受電磁力的方向2.2.2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 若要異步電動(dòng)機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，首先應(yīng)當(dāng)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在實(shí)際應(yīng)用的異步電動(dòng)機(jī)中，是不可能使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的永久磁鐵來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。通常我們?cè)谌喈惒诫妱?dòng)機(jī)的定子鐵心中放置三相對(duì)稱繞組AX，BY和CZ，將三相繞組作星形連接，并接在三

34、相正弦交流電源上，通入三相對(duì)稱電流，這樣，就能在電動(dòng)機(jī)的定子空間里產(chǎn)生一個(gè)以固定速度旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。為了簡(jiǎn)化起見，設(shè)每相繞組只有一個(gè)線匝，三個(gè)繞組分別嵌放在定子鐵心圓周上在空間位置上互差120對(duì)稱分布的6個(gè)凹槽之中。A相繞組的始端用大寫英文字母A來表示，A相繞組的末端用大寫英文字母X來表示。另兩相繞組的始末端分別為BY和CZ（見圖25）。 現(xiàn)在將三相繞組的末端連接在一起，每個(gè)繞組的始端分別接在三相對(duì)稱的交流電源上，如圖26所示。 圖2-5 定子鐵心繞組分布圖圖2-6 星形定子連接在圖27中給出了流入定子繞組的三相電流的波形?，F(xiàn)在我們根據(jù)各個(gè)不同瞬時(shí)每相繞組電流及其方向來分析定子鐵心磁場(chǎng)分布的情況。

35、為了分析方便，在這里作一規(guī)定，電流為正值時(shí)（在坐標(biāo)橫軸上方），從繞組的始端流入，從繞組的末端流出（見圖15）。下面將分析在不同時(shí)間（角度）由三相電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)將如何變化。當(dāng)t = 0時(shí)，A相電流iA = 0。C相電流iC 為正值，即從C端流入，在Z端流出。B相電流iB 為負(fù)值，即從Y端流入，在B端流出。根據(jù)電流的流向，應(yīng)用右手螺旋定則，由i 和i 產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)如圖17（a）所示。 當(dāng)t = 60時(shí)，C相電流iC = 0。A相電流iA 為正值，即從A端流入，在 X端流出。B相電流iB 為負(fù)值，即從Y端流入，在B端流出。由iA 和iB 產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)如圖17（b）所示?？梢钥闯?，此時(shí)合成磁場(chǎng)同

36、t = 0時(shí)相比，按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了60。當(dāng)t = 120時(shí)，B相電流iB = 0。A相電流iA 為正值，即從A端流入，在X端流出。C相電流iC 為負(fù)值，即從Z端流入，在C端流出。由iA 和iC 產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)如圖17（c）所示?？梢钥闯觯藭r(shí)合成磁場(chǎng)同t = 60時(shí)相比，又按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了60。同t = 0時(shí)相比，按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了120。不難理解當(dāng)t = 180時(shí)，此時(shí)的合成磁場(chǎng)同t = 0時(shí)相比，按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了180。根據(jù)這樣的規(guī)律，當(dāng)t = 360時(shí)，合成磁場(chǎng)正好轉(zhuǎn)了一周。 圖2-7 由三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)通過上面的分析可知，當(dāng)定子繞組中的對(duì)稱三相電流隨時(shí)間不斷周而復(fù)始地變

37、化時(shí)，由它們?cè)陔妱?dòng)機(jī)定子空間所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)隨電流的變化而在不斷旋轉(zhuǎn)著。這就是使異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子能夠轉(zhuǎn)動(dòng)所需的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同我們前面講述三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的一般原理中所使用旋轉(zhuǎn)著的永久磁鐵產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)所起的作用是一樣的。接下來討論一下旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向問題。電動(dòng)機(jī)定子三相繞組AX、BY、CZ是按三相電流A、B、C的相序接到三相電源上的，這時(shí)定子三相繞組中的電流是按順時(shí)針方向排列的（見圖27的三相電流波形圖），從前面的分析知道，此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也是按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的。 如果將電源接到定子繞組上的三根引線中的任意兩根對(duì)調(diào)一下，譬如將電源B相接到原來的C相繞組上，電源C相接至原來的B相繞組上，如圖

38、28所示。 I圖2-8 將B相與C相對(duì)掉這時(shí)定子三相繞組中的電流相序就按逆時(shí)針方向排列，在這種情況下產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)就是利用這一原理實(shí)現(xiàn)的。由此可見，磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與通入繞組的三相電流相序有關(guān)。任意對(duì)調(diào)兩根三相電源接到定子繞組上的導(dǎo)線，就可以改變異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 2.2.3 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 從前面的分析可知，對(duì)于圖27，三相電流從t = 0變到t = 60，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也轉(zhuǎn)動(dòng)了60空間角。當(dāng)電流變化一周時(shí)，磁場(chǎng)恰好在空間旋轉(zhuǎn)了一圈。設(shè)電流的頻率為f1 ，則每分鐘變化60 f1 次，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為 n0 = 60 f1 （2.2）n0 的單位為r/min。若f1

39、 為50Hz的工頻交流電，則此時(shí)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為3000r/min。 上面所討論的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速是對(duì)應(yīng)于一對(duì)磁極的情況（即p=1）。也就是分別只有一個(gè)N極和S極。若是多對(duì)磁極呢？如果電動(dòng)機(jī)繞組由原來的三個(gè)繞組增至為六個(gè)繞組（為了理解方便，仍使用單匝繞組），每個(gè)繞組的始端（或末端）之間在定子鐵心的內(nèi)圓周上按互差60角的規(guī)律進(jìn)行排列。并按相序編出繞組順序編號(hào)如圖29（a）所示。六個(gè)繞組的電氣連線如圖29（b）所示。參考圖27，分析圖210的定子繞組上磁場(chǎng)分布情況，不難發(fā)現(xiàn)，在定子鐵心內(nèi)圓周上具有兩對(duì)磁極（即p=2），如圖110所示。當(dāng)電流也從t = 0到t = 60經(jīng)歷了60時(shí)，而磁場(chǎng)在空間僅旋

40、轉(zhuǎn)了30。就是說，當(dāng)電流經(jīng)歷了一個(gè)周期（360），磁場(chǎng)在空間僅僅能旋轉(zhuǎn)半個(gè)周期（180），由此可知，兩對(duì)磁極的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度比一對(duì)磁極的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速慢了一半，即（2.3）圖2-9六繞組電氣連線圖2-10 兩對(duì)磁極產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同理，在三對(duì)極的情況下（p=3），電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)在空間僅旋轉(zhuǎn)了1/3轉(zhuǎn)，只是p=1情況下的轉(zhuǎn)速的三分之一，即 所以對(duì)于一般情況，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度為 （2.4）n0 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度（又稱同步轉(zhuǎn)速） f1 三相交流電流頻率 p磁極對(duì)數(shù) 由式（2.4）可知，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0 的大小與電流頻率f1 成正比，與磁極對(duì)數(shù)p成反比。其中f1 是由異步電動(dòng)機(jī)的

41、供電電源頻率決定，而p由三相繞組的各相線圈串連多少?zèng)Q定。通常對(duì)于一臺(tái)具體的異步電動(dòng)機(jī)，f1 和p都是確定的，所以磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0 為常數(shù)。 在我國，工頻f150Hz，于是由式（2.4）可得出對(duì)應(yīng)于不同極對(duì)數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0 （轉(zhuǎn)/每分），見表2.1。表2.1P0123456n0(r/min) 3000150010007506005002.2.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 從三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，雖然電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0 同電機(jī)轉(zhuǎn)速n0是不同的。電機(jī)的轉(zhuǎn)速n低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0 。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0 （又稱同步轉(zhuǎn)速）與電機(jī)轉(zhuǎn)速n之差（n0 n）

42、，用符號(hào)表示，稱為轉(zhuǎn)速差（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)差）。轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值叫做轉(zhuǎn)差率，用s表示 （2.5）轉(zhuǎn)差率s表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0 相差的程度。轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越接近磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)差率越小。一般情況下，運(yùn)行中的三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相近，所以轉(zhuǎn)差率很小。通常不同容量的異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率約為1%9%。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)初始瞬間，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n = 0，此時(shí)三相電流已經(jīng)流入，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)已經(jīng)產(chǎn)生，這時(shí)的轉(zhuǎn)差率最大，s = 1，為最大值。式（2.5）也可寫成 （2.6） 2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)要求：起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)過程平滑、起

43、動(dòng)時(shí)間短、經(jīng)濟(jì)性好。實(shí)際中存在的問題：起動(dòng)電流IS大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS較小。分析：在起動(dòng)瞬間n=0，切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度最快，相當(dāng)于電機(jī)堵轉(zhuǎn)，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流最大，相對(duì)應(yīng)的定子繞組的起動(dòng)電流過大；對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，影響其他設(shè)備正常工作。2.3.1 籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2.3.1.1 直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）存在問題：（1）起動(dòng)電流過大，是額定電流的（4-7）倍，引起電網(wǎng)電壓明顯降低和電機(jī)發(fā)熱 （2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由于磁通和功率因素低，所以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS 并不大，若低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則無法帶動(dòng)負(fù)載起動(dòng)故一般直接起動(dòng)只適用于小型（10KW以下）的籠型異步電動(dòng)機(jī)（與電源容量相比），可按經(jīng)驗(yàn)公式來確定是否能直接

44、起動(dòng)。2.3.1.2 定子串接電抗器或電阻的減壓起動(dòng)方法：起動(dòng)時(shí)，電抗器或電阻接入定子電路；起動(dòng)后，切除電抗器或電阻，進(jìn)行正常運(yùn)行。特點(diǎn)：能耗較大，實(shí)際應(yīng)用不多，不深入研究。2.3.1.3 Y-起動(dòng)AZCXB線電壓ACYB相電壓Is0(b)(a) 相電壓降低倍 起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低3倍圖2-11星/三角啟動(dòng)方法：起動(dòng)時(shí)將定子接成Y形，運(yùn)行時(shí)定子繞組接成形。研究起動(dòng)情況： IsY= 1/3 * Is TsY= 1/3 * Ts 注：起動(dòng)電流是指線路電流，而不是定子電流。適用場(chǎng)所：運(yùn)行于形的籠型異步電動(dòng)機(jī)，輕載起動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、便宜。2.3.1.4 自耦變壓器起動(dòng)方法：起動(dòng)時(shí)接入自耦變壓器，運(yùn)行

45、時(shí)切除自耦變壓器全壓運(yùn)行起動(dòng)轉(zhuǎn)距與起動(dòng)電流的情況：Is= k2 * Is Ts = k2 * Ts （k為變壓比且k1）適用場(chǎng)所：輕載起動(dòng)。特點(diǎn)：起動(dòng)電流可以調(diào)整，體積大，投資多。2.3.1.5 延邊三角形起動(dòng)繞組一部分為形接法，一部分為接法。改變比重，可改變起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小。優(yōu)點(diǎn)：采用不同的抽頭比，可滿足不同的負(fù)載要求。節(jié)省金屬，重量輕。缺點(diǎn)：內(nèi)部接線復(fù)雜此種起動(dòng)方法只能適用于有九個(gè)接線端子的電動(dòng)機(jī)，而且接線較為復(fù)雜，這里不作重點(diǎn)介紹。 總結(jié)：籠型異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)可以降低起動(dòng)電流的大小，但與此同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小了，所以它只適用于空載或輕載起動(dòng)。圖2-11 延邊三角形下頁轉(zhuǎn)矩T3可

46、編程控制器3.1可編程控制器的概述可編程序控制器，英文稱Programmable Logical Controller，簡(jiǎn)稱PLC。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(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)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的復(fù)雜接線、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC

47、的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。3.1.1 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)2可編程控制器主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。圖3-1 PLC結(jié)構(gòu)1、CPU模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微處理器（CPU）和存儲(chǔ)器組成。它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，

48、將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。2、I/O模塊I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)。輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)

49、變化的模擬輸入信號(hào)。 可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。3、電源可編程序控制器一般使用220V交流電源。可編程序控制器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。4、編程器 編程器是PLC的外部編程設(shè)備，用戶可通過編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。也可以通過專用的編程電纜線將PLC與電腦聯(lián)接起來，并利用編程軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。5、輸入/輸出擴(kuò)展單元I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。6、外部設(shè)備接口此

50、接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。3.1.2可編程控制器的工作原理可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)3，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程序控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段在內(nèi)部處理階段，可編程序控制器檢查CPU，模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將

51、監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的通/斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。圖3-2PLC工作原理3.1.3 可編程控制器的編程語言概述現(xiàn)代的可編程控制器一般備有多種編程語言，供用戶使用。IEC1131-3可編程

52、序控制器編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)的說明了下述可編程控制器編程語言：1）順序功能圖2）梯形圖3）功能塊圖4）指令表5）結(jié)構(gòu)文本 其中梯形圖是使用得最多的可編程控制器圖形編程語言。梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制，主要特點(diǎn)如下：1）可編程控制器梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器（即硬件繼電器），而是在軟件中使用的編程元件。每一編程元件與可編程序控制器存儲(chǔ)器中元件映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。2）梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母

53、線（BUS bar）。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，當(dāng)圖中的觸點(diǎn)接通時(shí)，有一個(gè)假想的“概念電流”或“能流（Power flow）從左到右流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序是一致的。3）根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進(jìn)行的。4）梯形圖中的線圈和其他輸出指令應(yīng)放在最右邊。5）梯形圖中各編程元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無限多次地使用。3.1.4 可編程控制器的編程步驟5（1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)

54、作及完成這些動(dòng)作的順序。（2）分配輸入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是送信號(hào)到PLC，哪些是外圍設(shè)備是接收來自PLC信號(hào)的。并將PLC的輸入、輸出口與之對(duì)應(yīng)進(jìn)行分配。（3）設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。（4）實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對(duì)PLC的梯形圖直接編程。（5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場(chǎng)）。（6）保存已完成的程序。 顯然，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)的需要的輸入、輸出數(shù)量確定下來，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。確定控制上的相互關(guān)系之后，就可進(jìn)行編程的第二步分配輸入輸出設(shè)備，在分配了PLC的輸入輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì)PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時(shí)要注意每個(gè)從左邊母線開始的邏輯行必須終止于一個(gè)繼電器線圈或定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，與實(shí)際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后，使用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下載到PLC進(jìn)行模擬調(diào)試，修改下載直至符合控制要求。這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。3.2 S7-200PLC 3.2.1概述S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平。特別是CPU22X系列，