PLC控制交流电动机转子串电阻启动辽宁工程技术大学.doc

辽宁工程技术大学课程设计辽宁工程技术大学 电机与拖动课程设计 设 计 题 目：交流电动机转子串电阻启动设计 专 业 班 级： 矿山机电工程 姓 名： 张玄 学 号： 1107250325 指 导 教 师： 田立勇 日 期： 2014-6-21 课程设计成绩评定表学期姓名刘龙涛专业矿山机电工程班级矿电11-3课题名称电力拖动与控制课程设计论文题目plc控制交流电动机转子串电阻启动设计评定标准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15综合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语任课老师田立勇时间2013年6月21日备注辽宁工程技术大学课程设计课程设计任务书一、设计题目交流电动机转子串电阻启动分析与设计二、设计任务一部三相绕线型异步电动机，pan=70kw，uan=440v，ian =497a，nn =1445r/min， =2.6, =290v，=86a, 负载转矩=200nm。采用转子串电阻起动时，求起动级数和各级启动电阻大小,并设计控制电路。三、设计计划电机与拖动课程设计共计2周内完成：1、查资料,熟悉题目,整理资料；2、方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书；3、准备答辩；4、答辩。四、设计要求1、设计工作量为完成设计说明书一份；2、设计必须根据进度计划按期完成；3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。指 导 教师：田立勇时 间：2013年 6月6日目 录引言11 三相异步电动机21.1 三相异步电动机的基本结构21.2三相异步电动机工作原理41.3 异步电动机的额定参数51.3.1 三相异步电动机的额定参数51.3.2 三相异步电动机的能流图51.4 三相异步电动机的转矩特性和机械特性62、电动机转子串电阻启动原理92.1 转子串电阻启动原理92.2 启动电阻的使用原则92.3 三相交流异步电机启动方法介绍92.4 启动过程112.5 启动电阻的计算133 电子元件的选型143.1 交流接触器的选型143.1.1 交流接触器的结构与工作原理143.1.2 cj20系列交流接触器143.1.3 热继电器选型153.2 晶体管时间继电器173.3 l1型螺旋式熔断器174 主电路及plc硬件系统的设计194.1 plc的基本结构194.2 硬件系统的设计204.3 plc梯形图21结束语23参考文献24摘 要: 进一少巩固和加深“电机与拖动”课程的基本知识,了解绕线型异步电动机转子串电阻起动设计知识在工程实际中的应用。综合运用“电机与拖动”课程和等候课程的理论及生产实际知识去分析和解决直流电动机调速设计中的一些问题,进行电机设计的训练。通过计算和绘图学会运用标准、规范的手册、图册和查阅有关资料等培养电机设计的基本技能。掌握绕线型异步电动机转子串电阻起动的原理与步骤培养独立的思维和动手能力。1三相异步电动机1.1三相异步电动机的基本结构（1）定子(静止部分) 定子铁心作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。构造：定子铁心一般由0.350.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。定子铁心槽型有以下几种：半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。定子绕组作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。构造：由三个在空间互隔120电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。1)对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。2)相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。3)匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。电动机接线盒内的接线：电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（u1）、2（v1）、3（w1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（w2）、4（u2）、5（v2）。将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。机座作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。（2）转子(旋转部分)三相异步电动机的转子铁心：作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。三相异步电动机的转子绕组作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。1)鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100kw以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。2)绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。（3）其它附件端盖：支撑作用。轴承：连接转动部分与不动部分。轴承端盖：保护轴承。风扇：冷却电动机。1.2三相异步电动机工作原理当向三相定子绕组中通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定则判定）。由于转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。1.3.1 异步电动机的额定参数三相异步电动机的额定值刻印在每台电动机的铭牌上,一般包括下列几种：1)型号：为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列,每种系列用各种型号表示。2）额定功率pn：是指电动机在制造厂所规定的额定情况下运行时,其输出端的机械功率,单位一般为千瓦（kw）。一般规定电动机的外加电压不应高于或低于额定值的5%。3）额定电流in是指电动机在额定电压和额定输出功率时,定子绕组的线电流,单位为安。4）额定频率fn，我国电力网的频率为50赫兹（hz），因此除外销产品外,国内用的异步电动机的额定频率为50赫兹。5）额定转速nn，是指电动机在额定电压、额定频率下,输出端有额定功率输出时, 电动机的转速,单位为转/分(r/min)。与此转速对应的转差率称为额定转差率sn。6)额定效率n是指电动机在额定情况下运行时的效率, 是额定输出功率与额定输入功率的比值。即7)电动机的工作方式（定额）：反映异步电动机的运行情况，可分为三种基本方式：连续运行、短时运行和断续运行。8）温升（或绝缘等级）9）电动机重量10）额定功率因数cosn,因为电动机是电感性负载,定子相电流比相电压滞后一个角，cos就是异步电动机的功率因数。1.3.2 三相异步电动机的能流图电源的输入功率p1 =u1i1cos1电动机的输出功率p2 （铭牌功率）p2 = p1-p损耗=p2/p1=( p1-p损耗)/ p11.4 三相异步电动机的转矩特性和机械特性（1）转矩特性 电磁转矩（以下简称转矩）是三相异步电动机最重要的物理量之一。机械特性是它的主要特性。t=kmi2 cos2因为所以.转矩特性式中，k与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数； u1 、u定子绕组电压，电源电压； r2转子每相绕组的电阻； x20 电动机不动（s=1）时转子每相绕组的感抗。（2）机械特性 在异步电动机中，转速 n=(1-s)n0，为了符合习惯画法，可将曲线换成转速与转矩之间的关系曲线，即称为异步电动机的机械特性。a固有机械特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有（自然）机械特性。根据 ，三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步电动机的运行性能，这四个特殊点是：电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转速。电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为 ，式中: pn电动机的额定功率；pn nn电动机的额定转速，一般 sn电动机的额定转差率，一般 tn电动机的额定转矩。电动机的启动工作点。将s=1代入转矩公式中，可得，可见，异步电动机的启动转矩tst与u、 r2及x20有关。当施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明显减小；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。通常把在固有机械特性上启动转矩tst与额定转矩tn之比 lst=tst/tn 作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。一般电动机的临界工作点。欲求转矩的最大值，可令 dt/du=0得临界转差率 再将sm代入转矩公式中，即可得通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。鼠笼式异步电动机.,线绕式异步电动机b人为机械特性 由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参数人为地加以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。 改变定子电压u、定子电源频率f、定子电路串入电阻或电抗、转子电路串入电阻或电抗等，都可得到异步电动机的人为机械特性（1）降低电动机电源电压时的人为特性 n0不变，sm不变，tmax随电压的减小而大大的减小tst随着电压的减小而大大的减小改变电源电压的人为特性如图所示，如当定子绕组外加电压为un、0.8un、0.5un时，转子输出最大转矩分别为ta=tmax、 ta=0.64tmax和ta=0.25tmax 。可见，电压愈低，人为特性曲线愈往左移。 由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电压降低太多，会大大降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发生带不动负载或者根本不能启动的现象。此外，电网电压下降 ，在负载不变的条件下，将使电动机转速下降，转差率s 增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。（2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性 在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低,这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似.。（3）改变定子电源频率时的人为特性 一般变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩保持为恒值，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，使 u/f =c ，这在实质上是使电动机气隙磁通保持不变。 因此，改变电源频率的机械特性如图所示（4）转子电路串电阻时的人为特性在三相线绕式异步电动机的转子电路中串入电阻后见图(a)，转子电路中的电阻为不变，不变，随着串接电阻的增加而增大，此时的人为特性将是一根比固有特性较软的一条曲线，如图所示。 2电动机转子串电阻启动原理2.1 转子串电阻启动的原理绕线型异步电动机转子串三相对称电阻启动时，一般采用分级切除启动电阻的方法。这是因为随着转子转速的增高，转子电流、电机转矩将逐渐降低。为了充分利用电动机的启动转矩，应当随着转速的增高，逐渐减少转子回路电阻，使电动机维持较高的启动电流和转矩。由式（1）可以看出，若使转子回路电阻与转差率s成正比例减少，则电动机在加速过程中可以获得恒定的启动电流和启动转矩。 （1）2.2 启动电阻的使用原则目前国内广泛使用的启动电阻是金属电阻，它是由一箱电阻片构成的。电阻值的改变是靠开关电器将金属电阻一段段的短接来实现的，所以电阻值的变化不连续，有级。每短接一段，启动电流和启动转矩便突变一次。启动电阻分级数越少，则在启动过程中没次短接电阻所引起的启动电流冲击幅度就大，轴上转矩的突变也大。从启动电流对供电电网的冲击和机械的受力考虑，启动电阻的分级数目不能太少，一般为58级。对容量较大的电动机，启动电阻分级要多些。对于功率较小的电动机可采用一般三相变阻器或油浸启动变阻器，对于功率较大的电动机则采用小电阻。2.3三相交流异步电机启动方法介绍（1）笼型异步电动机的启动方法：a.直接起动所谓直接启动，是指将电动机的定子绕组通过找到开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。图2-1为其电路原理图。直接启动的启动电流很大，一般在有独立变压器供电的情况下，若电动机启动频繁，则电动机功率小于变压器容量的20%允许直接启动；若电动机不经常启动，则电动机功率小于变压器容量的30%也允许直接启动。如果在没有独立的变压器供电的情况下，电动机启动频繁，则按照经验公式来估算，满足下列关系即可直接启动： 图2-1直接启动因无需附加启动设备，且操作和控制简单、可靠，所以在条件允许的情况下应尽量采用。 b.定子串接电阻或电抗起动定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。由三相异步电动机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组的电压，因而定子绕组串电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。但考虑到起动转矩与定子绕组电压的平方成正比，起动转矩会降低的更多。因此，这种起动方法仅仅适用于空载或轻载起动场合。 对于容量较小的异步电动机，一般采用定子绕组串电阻降压；但对于容量较大的异步电动机，考虑到串接电阻会造成铜耗较大，故采用定子绕组串电抗降压起动。 如图2-2所示：当起动电机时，合上开关q，交流接触器km断开，使电源经电阻或电抗r流进电机。当电机起动完成时km吸合，短接电阻或电抗r。图2-2 定子串电阻或电抗起动原理图c.y-降压启动星-角降压启动是电动机启动时，定子绕组为星形(y)接法，当转速上升至接近额定转速时，将绕组切换为三角形()接法，使电动机转为正常运行的一种起动方式。星-角起动方法虽然简单，但电动机定子绕组的六个出线端都要引出来，略显麻烦。 接触器km2和km3互锁，即其中一个闭合时，必须保证另一个断开。km2闭合时，定子绕组为星形(丫)接法，使电动机起动。切换至km3闭合，定子绕组改为三角形()接法，电动机转为正常运行。由控制电路中的时间继电器kt确定星-三角切换的时间。 定子绕组接成星形连接后，每相绕组的相电压为三角形连接(全压)时的，故星-角起动时起动电流及起动转矩均下降为直接起动的13。由于起动转矩小，该方法只适合于轻载起动的场合。 图2-3 y-启动原理d自耦变压器起动自耦变压器起动法就是电动机起动时，电源通过自耦变压器降压后接到电动机上，待转速上升至接近额定转速时，将自耦变压器从电源切除，而使电动机直接接到电网上转化为正常运行的一种起动方法。图2-4所示为自耦变压器起动的自动控制主回路。控制过程如下：合上空气开关q接通三相电源。按启动按钮后km1线圈通电吸合并自锁，其主触头闭合，将自耦变压器线圈接成星形，与此同时由于km1辅助常开触点闭合，使得接触器km2线圈通电吸合，km2的主触头闭合由自耦变压器的低压抽头(例如65)将三相电压的65接入电动。当时间继电器kt延时完毕闭合后，km1线圈断电，使自耦变压器线圈封星端打开；同时km2线圈断电，切断自耦变压器电源，使km3线圈得电吸合，km3主触头接通电动机在全压下运行。自耦变压器一般有65和80额定电压的两组抽头。若自耦变压器的变比为k，与直接起动相比，采用自耦变压器起动时，其一次侧起动线电流和起动转矩都降低到直接起动的lk2。自耦变压器起动法不受电动机绕组接线方式(y接法或接法)的限制，允许的起动电流和所需起动转矩可通过改变抽头进行选择，但设备费用较高。自耦变压器起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用，应用非常广泛，有手动及自动控制线路。其优点是电压抽头可供不同负载起动时选择；缺点是质量大、体积大、价格高、维护检修费高 。 图 2-4 e 软启动软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的，后者的调节是连续的。在电动机定子回路中，通过串入限流作用的电力器件实现软起动，叫做降压或者限流软起动。它是软起动中的一个重要类别。按限流器件不同可分为：以电解液限流的液阻软起动；以磁饱和电抗器为限流器件的磁控软起动；以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动。晶闸管软起动产品问世不过30年左右的时间，它是当今电力电子器件长足进步的结果。10年前，电气工程界就有人预言，晶闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。目前在低压(380v)内，晶闸管软起动产品价格已经下降到液阻软起动的大约2倍，甚至更低。而其主要性能却优于液阻软起动。与液阻软起动相比，它的体积小、结构紧凑，维护量小，功能齐全，菜单丰富，起动重复性好，保护周全，这些都是液阻软起动无法比拟的。但是晶闸管软起动产品也有缺点。一是高压产品的价格太高，是液阻软起动产品的510倍，二是晶闸管引起的高次谐波比较严重。（2）绕线异步电动机的启动方法：1. 逐级切除启动电阻法：绕线式三相异步电动机可以在转子回路中串入电阻进行起动，这样就减小了起动电流。一般采用起动变阻器起动，起动时全部电阻串入转子电路中，随着电动机转速逐渐加快，利用控制器逐级切除起动电阻，最后将全部起动电阻从转子电路中切除。适用于中小功率低压电动机。2、转子回路串接频敏变阻器起动：频敏变阻器的电阻（电抗）随线圈中所通过的电流频率而变。刚起动时，电机转差率最大，转子电流（即频敏电阻线圈通过的电流）频率最高，等于电源频率。因此，频敏变阻器的电阻最大，这就相当于起动时在转子回路中串接一个较大电阻，从而使起动电流减小。随着电动机转速的加快，转差率逐渐减小，转子电流频率逐渐降低，频敏变阻器电阻也逐渐减小，最后把电动机的转子绕组短接，频敏变阻器从转子电路中切除。适用于中小功率低压电动机。2.4启动过程1、接触器触点k1，k2，k3断开，绕线型异步电动机定子接额定电压，转子每相电路串入起动电阻rst1,rst2,rst3,加上转子每相绕组自身的电阻r2，转子每相电路总电阻为r3=r2+rst1+rst2+rst3。电动机开始起动，起点为机械特性曲线3上的a点，起动转矩t1tm。2、转速上升工作点由a点到达b点时，电磁转矩t等于切换转矩t2为了加大电磁转矩加速起动过程，接触器触点k3闭合，切除起动电阻rst3。转子每相电路的总电阻为r2=r2+rst1+rst2，这时电动机的机械特性变为特性2。忽略异步电动机的电磁惯性，只计拖动系统的机械惯性，由于切除瞬间转速来不及改变，则电动机运行点从b变到机械特性曲线2上的c点，该点上电动机电磁转矩t=t1。3、转速继续上升，工作点沿特性2由c到d点，电磁转矩t等于切换转矩t2。接触器触点k2闭合，切除起动电阻rst2，此时转子每相电路的总电阻r2=r2+rst1。电动机运行点从d平行移到机械特性曲线1上的e点，该点上的电磁转矩t=t1。转速继续上升，工作点沿特性1由e点移动到f点，电磁转矩t等于t2，接触器触点k1闭合，切除起动电阻rst1，此时转子每相电路总电阻r1=r2，运行点从f变为固有机械特性曲线上的g点，该点上t=t1。4、转速继续上升，工作点沿特性0由g点向h点移动，经过h点，最后稳定运行在j点，整个起动过程结束。上述起动过程中，转子回路外串电阻分三级切除，故称为三级起动t1为最大起动转矩，t2为最小起动转矩或切换转矩。 图2-6 2.5启动电阻的计算 （1）起动级数未定时起动电阻的计算1、 选择起动转矩t1和切换转矩t2一般选择t1=(0.80.9)tm t2=(1.11.2)tl 2、求出起切转矩比= 3、求出起切级数m，利用机械特性，根据几何关系推导起动级数m的计算公如下：由特性0与水平虚线构成直角三角形求出= =式中ng和nh是工作在g和h点的转速，nm0是tm和特性0交点上的转速（临界转速）。sg、sh、sm0是与之对应的转差率。同理可以求得=由于sc=sb对应两式相除，并参照式sm=可得=由于se=sd，对应两式相除可得=由于sg=sf，对应两式相除可得=可见r3=r2r2=r1r1=r0所以r3=r2=2r1=3r0若是m级起动则rm=mr0=m r2式中rm=r2+rst1+rst2+ +rstm因此=由前面的分析还可以得到=sg=sa=1=若是m级起动则sg=此外在固有特性0上工作时=sg=sn将这些关系代入公式可得 = 两边取对数便得到起动级数m的计算公式m 若m不是整数，可取相近整数4、重新计算，检验t2是否在规定范围之内。若m是取相近整数，则需重新由式计算，并由式求出t2，检验t2是否在式所规定的范围之内。若不在范围之内，需加大起动级数m，重新计算和t2，直到t2满足要求的值。5、求出转子每相绕组的电阻r2转子每相绕组的电阻可以通过实测或者通过铭牌上提供的转子绕组额定线电压（开路时的线电压）u2n和转子绕组的额定线电流（满载时的线电流）i2n进行计算。由于转子绕组为星形联结，相电流等于线电流。因此，在额定状态下运行时i2n=由于sn很小，snx2可以忽略不计，则i2n=由此求得r2的计算公式为 r2= 6、计算各级总电阻r0r2r1r2r2=r1=2r2r3=2r2=3r2rm=rm-1=mr27、求出各级起动电阻rst1= r1- r2rst2= r2- r1rst3= r3- r2rstm=rm-rm-1具体计算一部三相绕线型异步电动机，pan=70kw，uan=440v，ian =497a，nn =1445r/min， =2.6, =290v，=86a, 负载转=200nm。试设计各级起动电阻按如上原理进行计算：1选择起动转矩t1tn=60pn/2nn=(6070103)/(23.141445) nm =462.8 nmtm= =2.6462.8 =1203.3nmt1=(0.80.9)tm=(0.80.9) 1203.3 nm =(962.71082.9) nm取t1=1000 nmt2=(1.11.2)tl =(1.11.2)200 nm=220240 nm取t2=230n.m2求出起切转矩比= = =4.34 3求出起切级数m，sn=(n0-nn)/n0=(1500-1445)/1500=0.037利用机械特性，根据几何关系推导起动级数m的计算公如下：由特性0与水平虚线构成直角三角形求出= =式中ng和nh是工作在g和h点的转速，nm0是tm和特性0交点上的转速（临界转速）。sg、sh、sm0是与之对应的转差率。同理可以求得=由于sc=sb对应两式相除，并参照式sm=可得=由于se=sd，对应两式相除可得=由于sg=sf，对应两式相除可得=可见r3=r2r2=r1r1=r0所以r3=r2=2r1=3r0若是m级起动则rm=mr0=m r2式中rm=r2+rst1+rst2+ +rstm因此=由前面的分析还可以得到=sg=sa=1=若是m级起动则sg=此外在固有特性0上工作时=sg=sn将这些关系代入公式可得= 两边取对数便得到起动级数m的计算公式 m = =1.72 取m=24重新计算，检验t2是否在规定=3.53t2= =283.3n.m由于t21.1tl，所选m和合适5求出转子每相绕组的电阻r2r2= = =0.072 6计算各级总电阻r0r2=0.072r1r2=0.0723.53=0.254r2=r1=2r2=0.0723.532=0.892r3=2r2=3r2=0.0723.533=3.17rm=rm-1=mr2=0.0723.533=3.177求出各级起动电阻rst1= r1- r2=0.254-0.072=0.182rst2= r2- r1=0.892-0.254=0.638rst3= r3- r2=3.17-0.892=2.668rstm=rm-rm-13电子元件选型3.1交流接触器的选型3.1.1交流接触器的结构和工作原理 交流接触器主要有四部分组成:(1) 电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。1结构：接触器主要由电磁系统、触点系统、灭弧系统及其它部分组成。 电磁系统：电磁系统包括电磁线圈和铁心，是接触器的重要组成部分，依靠它带动触点的闭合与断开。 触点系统：触点是接触器的执行部分，包括主触点和辅助触点。主触点的作用是接通和分断主回路，控制较大的电流，而辅助触点是在控制回路中，以满足各种控制方式的要求。 灭弧系统：灭弧装置用来保证触点断开电路时，产生的电弧可靠的熄灭，减少电弧对触点的损伤。为了迅速熄灭断开时的电弧，通常接触器都装有灭弧装置，一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩，并配有强磁吹弧回路。 其它部分：有绝缘外壳、弹簧、短路环、传动机构等。 2工作原理： 当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。当接触器电磁线圈不通电时，弹簧的反作用力和衔铁芯的自重使主触点保持断开位置。当电磁线圈通过控制回路接通控制电压(一般为额定电压)时，电磁力克服弹簧的反作用力将衔铁吸向静铁心，带动主触点闭合，接通电路，辅助接点随之动作。3.1.2 cj20系列交流接触器适用范围：cj20系列交流接触器(以下简称接触器)，主要用于交流50hz(或60hz)，额定工作电压至660v，额定工作电流至630a的电路中 ，供远距离接通和分断电路之用 ，并可与适当的热过载继电器组合 ，以保护可能发生操作过负荷的电路。符合标准 ：gb 14048.4、iec 60947-4-1。 型号及含义正常工作条件和安装条件1、 周围空气温度为 ：-5+40 ，24小时内其平均值不超过+35。3.2 海拔高度 ：不超过2000m。2、 大气条件 ：最高温度+40时 ，空气的相对湿度不超过50%；在较低温度下可以允许有较高的相对湿度 ，例如20时达90%。对由于温度变化偶尔产生的凝露应采取特殊的措施。3、 污染等级 ：3级。4、安装类别 ： 类。5、 安装条件 ：安装面与垂直面倾斜度不大于 5。6、 冲击振动 ：产品应安装和使用在无显著摇动、冲击和振动的地方主要参数及技术性能1、 线圈额定控制电源电压us为 ：交流50hz，110v、127v、220v、380v；直流 ：110v、220v2、 机械寿命 ：cj20-10、16、25、40、63、100、160为1000万次 ，cj20-250、400、630为600万次。3、节电产品节电率(见表1)4、主要性能及技术参数见表热继电器的选型及整定原则：热继电器主要用于保护电动机的过载，为了保证电动机能够得到既必要又充分的过载保护，就必须全面了解电动机的性能，并给其配以合适的热继电器，进行必要的整定。一般涉及到电动机的情况有工作环境、起动电流、负载性质、工作制、允许的过载能力等。原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和起动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。热继电器的正确选用与电动机的工作制有密切关系。当热继电器用以保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.951.05倍电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。 当热继电器用以保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果每小时操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。对于正反转相通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。具体原则如下：1热继电器类型选择：热继电器从结构型式上可分为两极式和三极式。三极式中又分为带断相保护和不带断相保护，主要应根据被保护电动机的定子接线情况选择。当电动机定子绕组为三角形接法时，必须采用三极式带断相保护的热继电；对于星形接法的电动机，一般采用不带断相保护的热继电器。由于一般电动机采用星形接法时都不带中线，热继电器用两极式或三极式都可以。但若电动机定于绕组采用带中线的星形接法时，热继电器一定要选用三极式。另外，一般轻载起动、长期工作的电动机或间断长期工作的电动机，宜选择二相结构的热继电器；当电动机的电流电压均衡性较差、工作环境恶劣或较少有人看管时，可选用三相结构的热继电器。 3.1.3热继电器额定电流的选择 1）保证电动机正常运行及起动：在正常起动的起动电流和起动时间、非频繁起动的场合，必须保证电动机的起动不致使热继电器误动。当电动机起动电流为额定电流的6倍、起动时间不超过6s、很少连续起动的条件下，一般可按电动机的额定电流来选择热继电器。（实际中热继电器的额定电流可略大于电动机的额定电流）2）考虑保护对象-电动机的特性：电动机的型号、规格和特性 电动机的绝缘材料等级有a级、e级、b级等，它们的允许温升各不相同，因而其承受过载的能力也不相同。在选择热继电器时是应引起注意的。另外，开启式电动机散热比较容易，而封闭式电动机散热就困难得多，稍有过载，其温升就可能超过限值。虽然热继电器的选择从原则上讲是按电动机的额定电流来考虑，但对于过载能力较差的电动机，它所配的热继电器(或热元件)的额定电流就应适当小些。在这种场合，也可以取热继电器(或热元件)的额定电流为电动机额定电流的60-80。3）考虑负载因素：如负载性质不允许停车、即便过载会使电动机寿命缩短，也不应让电动机冒然脱扣，以免生产遭受比电动机价格高许多倍的巨大损失。这时继电器的额定电流可选择较大值（当然此工况下电动机的选择一般也会有较强的过载能力）。这种场合最好采用由热继电器和其它保护电器有机地组合起来的保护措施，只有在发生非常危险的过载时方考虑脱扣。总之，这不是一个教条的公式，应综合考虑。3热元件整定电流选择：根据热继电器型号和热元件额定电流，即可查出热元件整定电流的调节范围。通常将热继电器的整定电流调整到电动机的额定电流；对过载能力差的电动机，可将热元件整定值调整到电动机额定电流的06-08倍；当电动机起动时间较长、拖动冲击负载或不允许停车时，可将热元件整定电流调节到电动机额定电流的11-115倍。4.热继电器应具有既可靠又合理的保护特性 具体而言应具有一条与电动机容许过载特性相似的反时限特性，且应在电动机容许过载特性之下，而且应有较高的精确度，以保证保护动作的可靠。综上所述已知该电动机的pn=40kw,n=1435r/min, =2.6,u2n=290v，i2n=86a。选择热继电器ithi2n（1.11.5）94.6-129a，选的热继电器jr20-1606w整定100-115-130a3.2晶体管时间继电器的选用晶体管时间继电器是目前时间继电器中发展快、品种数量较多、应用较广的一种。它和其他的时间继电器一样，由三个基本环节组成，如图1所示。根据延时环节构成原理的不同，通常分为电阻（r）、电容（c）充放电式（简称阻容式或rc式）与脉冲电路分频计数式（简称计数式）两大类。晶体管时间继电器。图2所示是一种最简单的rc晶体管时间继电器电路图。它用rc作延时环节；稳压管vw与晶体三极管v作比较放大环节（vw的击穿电压与v的开启电压之和u1为比较电压，也就是该电器的动作电压）；电磁继电器ka为执行环节。rc晶体管时间继电器的基本工作原理是利用电容电压不能突变而只能缓慢升高的特性来获得延时的。延时3秒选用js20晶体管时间继电器是全国统一设计产品，是自动化装置中的重要元件，它具有体积小、重量轻、精度高、寿命长、通用性强等优点，适用于交流50hz、电压380v及以下和直流220v及以下的控制电路中，按预定的时间接通或断开。标称延时值延时范囤10.1-150.5-5101-10303-30606-601.电源电压：ac50hz、36v、110v、127v、220v、380v；dc24v、27v、30v、36v、110v、220v(其它电压可定制)，动作电压为85%110%额定控制电源电压；2.触头电寿命：交流10万次，直流6万次；3.机械寿命：60万次；4.触头额定控制量：ac15：100va；dc13：20w；5.功耗：5va；6.使用环境：-5+40。3.3 l1型螺旋式熔断器rl1系列螺旋式熔断器适用于交流50hz、额定电压至400v、或直流440v、额定电流至200a电路中，作电气设备短路或过载保护之用。螺旋式熔断器由瓷帽、熔断管、瓷套、上接线座和下接线座及瓷底座等部分组成。熔断管内装有熔丝和石英砂和带小红点的熔断指示器，指示器指示熔丝是否熔断。石英用于增强灭弧性能。螺旋式熔断器的作用与插入式熔断器相同，用于电气设备的过载及短路保护。分断能力较高，结构紧凑，体积小，安装面积小，更换熔体方便，工作安全可靠。广泛用于控制箱、配电屏、机床设备及振动较大的场合，在交流额定电压500v、额定电流200a及以下的电路中，作为短路保护器件。rl1系列螺旋式熔断器适用于交流50hz、额定电压至400v、或直流440v、额定电流至200a电路中，作电气设备短路或过载保护之用。4主电路及plc硬件系统的设计4.1plc的基本结构plc实质上是一种工业控制用的专用计算机，plc系统与微型计算机结构基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。 1. 通用型plc的硬件结构 通用型plc的硬件基本结构如图4-1所示，它是一种通用的可编程控制器，主要由中央处理单元cpu、存储器、输入/输出（i/o）模块及电源组成。 图4-1 通用型plc的硬件基本结构主机内各部分之间均通过总线连接。总线分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。各部件的作用如下： （1）中央处理单元cpu plc的cpu与通用微机的cpu一样，是plc的核心部分，它按plc中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；用扫描方式查询现场输入装置的各种信号状态或数据，并存入输入过程状态寄存器或数据寄存器中；诊断电源及plc内部电路工作状态和编程过程中的语法错误等；在plc进入运行状态后，从存储器逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路；分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，再由输出状态寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容实现输出控制、制表打印、数据通信等功能。以上这些都是在cpu的控制下完成的。plc常用的cpu主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。 （2）存储器 存储器（简称内存），用来存储数据或程序。它包括随机存取存储器（ram）和只读存储器（rom）。 plc配有系统程序存储器和用户程序存储器，分别用以存储系统程序和用户程序。系统程序存储器用来存储监控程序、模块化应用功能子程序和各种系统参数等，一般使用eprom；用户程序存储器用作存放用户编制的梯形图等程序，一般使用ram，若程序不经常修改，也可写入到eprom中；存储器的容量以字节为单位。系统程序存储器的内容不能由用户直接存取。因此一般在产品样本中所列的存储器型号和容量，均是指用户程序存储器。 （3）输入/输出（i/o）模块 i/o模块是cpu与现场i/o设备或其他外部设备之间的连接部件。plc提供了各种操作电平和输出驱动能力的i/o模块供用户选用。i/o模块要求具有抗干扰性能，并与外界绝缘因此，多数都采用光电隔离回路、消抖动回路、多级滤波等措施。i/o模块可以制成各种标准模块，根据输入、输出点数来增减和组合。i/o模块还配有各种发光二极管来指示各种运行状态。 （4）电源 plc配有开关式稳压电源的电源模块，用来对plc的内部电路供电。 （5）编程器 编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘去调用和显示plc的一些内部状态和系统参数。它经过接口与cpu联系，完成人机对话。 编程器分简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程，它通过一个专用接口与plc连接。智能型编程器即可在线编程又可离线编程，还以远离plc插到现场控制站的相应接口进行编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包，功能齐全，适应的编程语言和方法也较多。 2. plc软件系统 plc的软件系统是指plc所使用的各种程序的集合。它包括系统程序和用户程序。 （1）系统程序 系统程序包括监控程