基于plc的三相异步电机变频调速系统的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于plc的三相异步电机变频调速系统的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

制定子磁链而不是转子磁链，不可避免的产生转矩脉动，降低调速性能，因此只能用于在对调速要求不高的场合。 同时，直接转矩系统的控制也较复杂，造价较高。 进几年，直接转矩控制不断得到完善和发展，特别是随着各种智能控制理论的引入，又涌现了许多基于模糊控制、神经网络控制的直接转矩控制系统，控制性能得到进一步的改善和提高。 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 2 PLC的运用和发展 4 2 PLC 的运用和发展 的历史和发展 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司 (DEC)研制的。 20 世纪70 年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。 20 世纪 70年代中期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术己全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。 更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、 PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80年代初，可编程控制器在先进工业国家中己获得了广泛的应用。 近年来不断开发出许多功能模块 ，如高速计数模块、温度控制模块、远程 I/O模块、通信和人机接口模块等。 这些带 CPU 和存储器的智能 I/O 模块，既扩展了PLC 功能，又使用灵活方便，扩大了 PLC 应用范围。 加强 PLC 联网通信的能力，是PLC 技术进步的潮流。 PLC 的特点与应用 PLC 是 一种专门为了在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置。 它采用一可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。 PLC及有关的外围设备都应按 照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。 PLC 是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使 PLC 具有许多其他控制器所无法相比的特点。 ，抗干扰能力强。 ，使用方便。 ，使系统组合灵活方便。 、易学，便于掌握。 、调试方便、维护工作量小 目前， PLC 在国内己广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通、环保及文 化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类 : (一 ) 开关量的逻辑控制 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 2 PLC的运用和发展 5 这是 PLC 最基本最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线 . (二 ) 数据处理 PLC 可以用于对直线运动或圆周运动的位置速度和加速度的控制。 (三 ) 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。 从控制机构配置来说，早期直接用开关量 I/0 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动模块。 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 (四 ) 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。 作为工业控制计算 PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制， PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。 (五 ) 控制网络（通信） 随着计算机控制系统的发展，近年来工厂自动化通信联网发展得很快，各个著名的 PLC 生产厂商推出了自己网络系统。 PLC 的工作原理 PLC 的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。 它是一种存储程序的控制器，用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到 PLC 的 用户程序存储器中寄存。 PLC 扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。 （ 一 ） 输入采样 PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。 PLC 在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。 在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。 （ 二 ） 程序执行 PLC 完成了采样工作后，按顺序从 0000 号地址开始的程序进行扫描执行，并分别从输入 映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。 再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。 但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。 （ 三 ） 输出刷新 在执行到 END 的命令时，即执行完用户所有的程序后， PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 三相异步电机及其数学模型 6 3 三相异步电机及其数学模型 三相异步电机概述 基本工作原理 如图 31 所示是两级三相异步电动机的转动原理示意图。 其中 NS 是一对磁极，在两个磁极中间装有一个能够转 动的圆柱形铁芯，在铁芯的外圆槽内嵌放有封闭的导条。 设磁场一同步转速 n1 顺时针方向旋转，于是转子导条与磁场之间产生相对运动，即相当于磁场不动，而转子导条以逆时针方向切割磁力线，此时在导条中产生如图 31 所示方向的电动势。 由于转子导条的两端由端环联通而形成闭合电路，因而在导条中产生了感应电流，其方向与导条中的感应电动势方向一致。 载流的转子导条在磁场中受到电磁力 F的作用而形成电磁转矩 T，在此转矩的作用下，转子就沿旋转的磁场的方向转动起来了。 图 31三相异步电机转动原理图 用 n 表示转子的转速，用 n1 表示磁 场的转速（又称同步转速），则 n 总小于n1。 否则，由于两者之间没有相对运动，就不会产生感应电动势及感应电流，电磁转矩也无法形成，这就是异步电动机名称的由来。 通常，把同步转速 n1 与转子转速 n的差与 n1 的比值称为异步电动机的转差率，用s表示，即 基本结构 （一）定子铁芯 11n nns 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 三相异步电机及其数学模型 7 图 32三相异步电机结构图 定子铁芯是异步电动机磁路的一部分，装在机座里。 为了降低定子铁芯的涡流损耗 和磁滞损耗，定子铁芯由导磁性能较好、 厚的硅钢片叠压而成，在硅钢片的两面涂有绝缘漆。 定子铁芯内表面开有槽，槽内放置定子绕组（也叫电枢绕组）。 表 31 三相异步电机定子的组成 定子 定子铁心 由厚度为 的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组AX、 BY、 CZ。 定子绕组 三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。 这三相绕组可接成星形或三角形。 机座 机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组 （二）定子绕组 定子绕组用来通 入交流电产生旋转磁场，有绝缘的铜线或铝线绕成，嵌放在定子铁芯的槽内，放入半开口槽内的成型线圈有高强度的漆包扁铝线或扁铜线，或用玻璃丝包扁铜线绕成。 开口槽亦放入成型线圈，其绝缘通常用云母带。 （三）转子铁芯 是用 厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 三相异步电机及其数学模型 8 表 32 三相异步电机转子的组成 转子 转子铁心 由厚度为 的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。 转子绕组 转子绕组有两种形式： 鼠笼式 鼠笼式异步电动机。 绕线式 绕线式异步电动机。 转轴 转轴上加机械负载 （四）转子绕组 异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。 （五）其他部分 其他部分包括端盖、风扇等。 端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。 旋转磁场 （一）产生 图 33 表示最简单的三相定子绕组 AX、 BY、 CZ，它们在空间按互差 1200的规律对称排列。 并接成星形与三相电源 U、 V、 W 相联。 则三相定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场 (图33)。 图 33三相异步电动机定子接线图 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 三相异步电机及其数学模型 9 图 34 旋转磁场的形成 tIi mu sin  0120s in  tIi mv   01 2 0s in  tIi mw  当 t=00 时， 0Ai  ， AX 绕组中无电流； Bi 为负， BY 绕组中的电流从 Y 流入B1 流出； Ci 为正， CZ 绕组中的电流从 C 流入 Z 流出； 当 t=1200 时， 0Bi  ， BY绕组中无电流； Ai 为正， AX 绕组中的电流从 A 流入 X流出； Ci 为负， CZ 绕组中的电流从 Z 流入 C 流出；当 t=2400 时， 0Ci  ， CZ 绕组中无电流； Ai 为负， AX 绕组中的电流从 X 流入 A 流出； Bi 为正， BY 绕组中的电流从 B 流入 Y 流出；由此可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。 随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不 断地旋，因此称为旋转磁场。 （二）旋转磁场的方向 旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。 这时，转子的旋转方向也跟着改变。 三相异步电机转矩特性与机械特性 电磁转矩（简称转矩） 重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文 3 三相异步电机及其数学模型 10 异步电动机的转矩 T 是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流 I2相互作用而产生的。 电磁转矩的大小与转子绕组中的电流 I 及旋转磁场的强弱有关。 经理论证明，它们的关系是： 其中： T 为电磁转矩； KT为与电机结构有关的常数；。