三相异步电机课程设计（精选10篇）
三相异步电机课程设计 篇1
基于MATLAB/simulink的三相交流异步电机正转和反转建模与仿真
姓名：李鹏程 学号：031040525 专业：电气工程及其自动化 完成日期：2012年12月18日
[摘要] 在MATLAB/simulink环境下，设计和组合了三相交流异步电动机正转和反转的仿真模型。仿真结果证明了控制方法的有效性，并且为其他交流异步电动机的设计提供了基本的设计理论的简单构型。随着近年来电力电子工业和计算机科技的迅速发展，交流异步电动机赖于其结构简单，运行可靠，过载能力强，维护方便等优点逐渐应用于工业生产中的各个领域，并获得了广泛的接纳认可以及好评。笔者仅仅基于简单的模块进行建模与仿真，从仿真模型中得出与实际理论相符合的情况，最终达到理论与实践相结合的目的。
一：三相交流电源模块设置
以上为A项，相应的B、C两相相位分别改为120度、240度。
二：异步电动机参数设计设置
转子以鼠笼式模块（squirrel-cage）进行连接，输出三相电流内部短路。参考坐标系选用静止坐标系（stationary）。异步电机的一切参数设置基于国家工频。
三：分路器设置
其中包含：
（1）定子三相电流：is-a、is-b。is-c；（2）转子三相电流：ir-a、ir-b、ir-c；（3）转速n=wm/2pi;（4）转矩Te;这些量也是仿真中最后需要观察和分析的数据量。
四：完整的三相交流异步电机simulink模型
异步电机simulink仿真模型
1：仿真中必须有powergui模块。其作用是：（1）：可以显示系统稳定状态的电流和电压以及电路以及所有的状态变量值；（2）：为了执行仿真，其可以允许修改初始状态值；（3）：可以执行负载的潮流计算，可以初始化包括三相电机在内的三相网络，三相电机的简化模型为同步电机或异步电机。即，其在本仿真中起到的作用。2：异步电动机模块，使用的是鼠笼式转子，输出三项电流再其内部短路，采用静止坐标系，有利于波形的观察和分析。3：总线选择器（bus slecter）：一路总线输入后多路输出，方便波形的检测。
五：仿真结果及具体波形
（一）电机正转
异步电机正转仿真结果
1：示波器仿真的波形从上到下依次是转速、转矩，转子三相电流和定子三相电流。2：对于转速，在工频下n=60f/p=1500转，与仿真结果一致，启动后稳定于额定转速。3：对于转矩，最后趋近于0，由于最终电磁功率没有输出。
4：对于定、转子三相电流：有明显的三相对称交流电源相位互差120度，最终由于没有了功率输出而趋近0.（二）电机反转
只需将交流三相电源的其中两相互换一下相位，例如，A相变为120度，B相变为0度。就可以得到以下电机反转的仿真模型。图中明显看出的是转速从正的变为负的，但数值上依然是额定转速1500转/分。
六：结语
MATLAB/simulink环境是一种良好的系统仿真工具软件。笔者设计的只是简单地三相交流异步电机仿真模型，还可以根据实际情况进行修改。最后感谢陈坤燚老师的指导和班级同学的热心帮助，让我真真正正地从中学到了很多东西，并一生受用。
七、；参考文献
[1] 汤蕴璆第四版电机学机械工业出版社
[2] 薛定宁陈阳泉基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术及应用清华大学出版社
[3] 王立宁乐光新詹菲 MATLAB与通信仿真人民邮电出版社
三相异步电机课程设计 篇2
1. PLC概述
(1) PLC的定义及特点。
PLC (Programmable LogicController) , 又称可编程序控制器, 它是一种采用微电脑技术制造, 并以顺序控制为主, 回路调节为辅, 能完成逻辑判断、定时、记忆和算术运算等功能的自动控制设备, 在现代工业生产和控制技术中应用尤为广泛。自1969年第一台PLC面世以来, 已成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器, 与机器人、CAD/CAM素有工业生产自动化三大支柱之称。
PLC由中央处理单元 (CPU) 、存储器、输入输出单元 (I/O单元) 、电源单元、编程器等5个部分组成。具有可靠性高, 抗干扰能力强;编程直观、简单;环境要求低, 适应性好;功能完善, 接口功能强等多方面特点。可编程控制器的内部结构如图1所示。
(2) PLC控制优势。
(1) 控制形式。
传统继电器控制是采用硬件接线实现的控制技术。它是利用继电器机械触点的串、并联及时间继电器的延时动作与释放等不同组合实现控制逻辑, 存在产生故障维修不便等问题[1]。PLC控制则采用存储逻辑, 其控制逻辑是以程序方式存储在内存中 (又称软接线) , 要改变控制逻辑或排除控制故障, 只需修改程序即可。
(2) 控制速度。
传统继电器控制是依靠触点的机械动作实现控制, 工作频率低, 速度在毫秒数量级, 机械触点动作存在因抖动出现的误操作, 有时甚至产生电弧现象损坏电器等危险。PLC控制是由程序指令实现控制, 速度在微秒数量级, 无抖动现象。
(3) 延时控制。
传统继电器延时控制是依靠时间继电器的滞后动作来实现的, 而时间继电器存在定时精度不高, 受环境影响大, 调整时间困难等缺点, 使得传统继电器延时动作不可靠。PLC控制是用半导体集成电路作定时器, 时钟脉冲由晶体振荡器产生, 动作精确可靠。
(3) PLC控制原理。
PLC虽是一种采用微电脑技术具有微电脑诸多特点的自动控制设备, 它们的工作方式却有很多不同。
微机分为硬件与软件两部分组成, 采用存储程序控制工作模式。例如常见的键盘扫描方式, 有键按下则调用相应子程序, 无键按下则继续扫描。
PLC采用循环扫描, 在PLC中, 用户将程序按需求将程序按序存放[2]。CPU从第一指令开始执行, 遇到结束符后又返回第一条, 如此周而复始循环执行。这种工作方式是在系统软件控制下, 顺次扫描各输入点的状态, 按用户设计输入的程序进行运算处理, 然后向输出点发出相应的控制信号。整个扫描过程分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行和输出处理五个阶段。扫描过程如图2所示。
2.电路设计
在生产过程中, 往往要求电动机能够实现正反两个方向的转动, 如起重机吊钩的上升与下降, 机床工作台的前进与后退等等。由电动机原理可知, 只要把电动机的三相电源进线中的任意两相对调, 就可改变电动机的转向。因此正反转控制电路实质上是两个方向相反的单向运行电路, 为了避免误动作引起电源相间短路, 必须在这两个相反方向的单向运行电路中加设必要的互锁。按照电动机可逆运行操作顺序的不同, 就有了“正—停—反”和“正—反—停”两种控制电路。
(1) 设计原理图。
三相异步电动机正反转电路主电路原理图如图3所示。其中KM1、KM2为交流接触器主触头, 假设KM1吸合、KM2断开实现电机正转;断开KM1、吸合KM2即实现电机反转。FU1起短路保护作用。
(2) I/O地址分配表及外部接线图。
I/O地址分配表见报表1。
因PLC程序中软件互锁不可靠, 在硬件中必须添加互锁。除此以外, 在硬件电路中, 还需要热保护。PLC外部接线图如图4所示。
(3) 程序设计。
根据功能需求, 画出PLC梯形图。梯形图如图5所示。
解析上述梯形图, 得出以下程序代码。
(4) 原理分析。
图5中, 左母线的第一梯级和第二梯级中的X000、X001均为PLC外部SB1、SB2按钮所控制的常开触点, 只要外部按钮动作使相应的X000或X001闭合, 通过相应线路, 使输出继电器Y004或Y005线圈中的一个吸合, 由于输出继电器线圈闭合, 使并接于第一和第二梯级中的常开触点Y004或Y005中的一个闭合实现自锁, 同时接于输出继电器外部通过热保护继电器带动的电动机正转 (或反转) 运行[3]。
电动机停止由外部的SB3按钮控制, 使串于第一和第二梯级中的常闭接点X002软触点释放, 输出继电器断电释放, 使电动机停止运行。过热保护则由外部的FR驱动, 硬件断开使电动机停转。而串接于第一和第二梯级中的常闭接点Y005和Y004的作用, 是保证在电机正转时反转回路被切断, 同理电机反转时正转回路被切断使它们只能处于一种状态下运行, 其实质是软触点实现接触器互锁。但由于PLC运行速度极快, 在正反转控制状态下, 仅使用软触点互锁工作不可靠, 需要外加硬件互锁, 避免短路。
本设计中, 值得说明的是, PLC控制三相异步电机正反转电路时, 除硬件必须要进行互锁外, 还需要注意PLC输出端口使用 (晶体输出端口不可接交流接触器使用) , PLC在梯形图程序设计规则等都是在电路设计中需要考虑和注意的问题。
3.结束语
应用证明, 此电路能够较好地实现电动机的正反转控制, 但是仍有不够完善的地方, 还需通过手动方式实现正反转控制, 自动化程度不高, 给实际操作带来不便[4]。下一步研究中, 将适时在梯形图中增加定时器, 并根据需要设置切换时间的长短, 改善上述不足。
摘要：PLC控制的三相异步电机正反转电路因控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点在电气控制线路中使用非常广泛。文章就三菱FX系列PLC, 从I/O分配表、梯形图设计等几方面阐述如何使用PLC技术进行三相异步电机正反转控制电路设计。
关键词：PLC,异步电机,正反转,控制电路
参考文献
[1]张华龙, 刁金霞.图解PLC与电气控制入门[M].北京:人民邮电出版社, 2009.
[2]阮友德.电气控制与PLC实训教程[M].北京:人民邮电出版社, 2006.
[3]孙振强.可编程控制器原理及应用教程[M].北京:清华大学出版社, 2002.
浅析三相异步电机的维护与保养 篇3
【关键词】三相异步；电机故障；维护保养
三相异步电机在运行过程中因受周围环境的影响，如潮湿、粉尘、高温等的侵蚀与损害，电动机的绝缘和零部件等受磨损和腐蚀会缩短使用寿命。由于超负荷运行等原因，电动机产生的过热现象也将加速绝缘材料的老化，甚至可能使绕组烧毁，极大缩短了电动机的使用寿命。本文主要阐述了三相异步电动机启动前、运行中及日常维护中要注意的问题。
1.启动前的准备和检查
（1）检查电动及启动设备接地是否完整可靠，接线是否正确良好。
（2）对绕线型转子应检查其集电环上的电刷装置是否能正常工作，电刷压力是否符合要求。
（3）检查电动机转动是否灵活。
（4）检查电动机铭牌所示电压、频率与电源电压、频率是否相符。
（5）新安装或长期停用的电动机启动前应检查绕组相对相、相对地绝缘电阻。绝缘阻值应大于0.5兆欧，如果低于此值，须将绕组烘干。
（6）检查电动机所用熔断器的额定电流是否符合要求。
（7）检查电动机各紧固螺栓及安装螺栓是否拧紧。
上述各检查全部达到要求后，可启动电动机。电动机启动后，空载运行30分钟左右，注意观察电动机是否有异常现象，如发现噪声、震动、发热等不正常情况，应采取措施， 待情况消除后，才能投入运行。启动绕线型电动机时，应将启动变阻器接入转子电路中。对有电刷提升机构的电动机，应放下电刷，并断开短路装置，合上定子电路开关，扳动变阻器。当电动机接近额定转速时，提起电刷，合上短路装置，电动机启动完毕。
2.电动机启动后要注意的问题
（1）若接通电源后电动机不转，要马上切断电机的电源，不能迟疑或带电检查电动机故障，不然，就可能把电动机烧毁并出现危险。若出现其旋转方向与被拖动负载旋转方向相反，要马上切断电源停止电动机运行，把电源线中任意两根互换就能改变电动机的旋转方向。
（2）电动机启动时要尤其注意观察电动机的传动装置、负载机械的工作状况及电气线路上的电流表、电压表的指示值，若出现异常现象要马上断电检查，在排除故障后再进行启动。
（3）同一电源线路上有多台电动机工作时，要按电机功率的大小从大到小逐台启动，防止由于多台电动机同时启动时造成线路电流加大和电压降低，使电动机启动困难而造成线路故障或使负载设备跳闸等。
（4）采用手动自耦变压启动或手动星三角启动器启动电动机时，要注意按正确的操作程序进行。必须将操作手柄推到启动位置，再等电动机转速上升稳定到接近额定转速时再拉到运转位置，避免误操作导致设备损坏和人身安全事故。
3.运行中的检查与维护
（1）检查电动机的轴承运行声音是否正常，有无发热现象，是否有焦臭气味，润滑情况与摩擦情况是否正常，采取必要手段检测电动机各部位温升，外壳和轴承的温度是否正常，没有烫手感为正常，否则为过热。（滚珠轴承温度不应该超过100℃）。如有异常应停机检修。
（2）用测振仪器检测三相异步电动机的振动情况是否正常，其标准应符合：转速3000r/min，振动不超过0.06mm，转速1500r/min，振动不超过0.10mm，转速1000r/min，振动不超过0.13mm，转速750r/min，振动不超过0.16mm。若振动不在适当的范围应停机检修。
（3）用仪表监视电源电压、频率及电动机的负载电流。电源电压、频率要符合电动机铭牌数据，电动机负载电流不得超过铭牌上的规定值，否则要查明原因，采取措施，不良情况消除后方能继续运行。
（4）对于绕相型转子电机，应经常注意电刷与集电环间的接触压力、磨损及火花情况。电动机停转时，应断开定子电路内的开关，然后将电刷提升机构扳到启动位置，断开短路装置。
4.电机日常检查维护要点
电动机的日常维护检查的要点是及早的发现设备的异常状态，及时进行处理，防止事故扩大。维护人员根据继电器保护装置的动作和信号可以发现异常现象，也可以依靠维护人员的经验来判断事故苗头。
（1）首先是外观检查。电动机应经常保持清洁，不允许有杂物进入电动机内部；进风口和出风口必须保持畅通。靠视觉可以发现下列异常现象：电动机外部紧固件是否有松动，零部件是否有毁坏，设备表面是否有油污、腐蚀现象；电动机的各接触点和连接处是否有变色、烧痕和烟迹等现象。发生这些现象原因是由于电动机局部过热、导体接触不良或绕组烧毁等；仪表指示是否正常。电压表无指示或不正常，则表明电源电压不平衡、熔丝烧断、转子三相电阻不平衡、单相运转、导体接触不良等。电流表指示过大，则表明电动机过载、轴承故障、绕组匝间短路等；电动机停转的原因有：停电、单相运转、电压过低、电动机转矩太小、负载过大、电压降过大、轴承烧毁、机械卡住等。
（2）采用听诊棒靠听觉可以听到电动机的各种杂音。其中包括电磁噪声、通风噪声、机械摩擦声、轴承杂音等，从而可判断出电动机的故障原因。引起噪声大的原因在机械方面有：轴承故障、机械不平衡、紧固螺钉松动、联轴器连接不符要求、定转子铁心相擦等；在电气方面有：电压不平衡、单相运行、绕组有断路或击穿故障、起动性能不好、加速性能不好等。
（3）靠嗅觉可以发现焦味、臭味造成这种现象的原因是：电动机过热、绕组烧毁、单相运转、绕组故障、轴承故障等。
（4）靠触觉，用手摸机壳表面，可以发现电动机的温度过高和振动现象。造成振动的原因是：机械负载不平衡、各紧固部件有松动现象、电动机基础强度不够、联轴器连接不当、气隙不均或混入杂物、电压不平衡、单相运转、绕组故障、轴承故障等。造成电动机温度过高的原因是过载、冷却风道堵塞、单相运转、匝间短路、电压过高或过低、三相电压不平衡、加速特性不好使起动时间过长、定子和转子相擦、起动器接触不良、频繁起动和制动或反接制动、进口风温度过高、机械卡住等。
（5）电动机运行后定期维修，例行维护检查分为日常检查、每月或定期巡回检查以及每年检查。在日常检查中，主要检查润滑系统、外观、温度、噪声、振动以及异常现象，还要检查通风冷却系统、滑动摩擦状况及各部件的紧固情况，认真做好检查记录。每月或定期检查当中，主要检查开关、配线、接地装置等是否有松动现象，有无破损部位，如有要提出计划和修理措施，检查粉尘堆积情况，要及时清扫，检查引出线和配线是否有损伤和老化问题。测试电动机绕组的绝缘电阻并记录。每年的检查内容除上述项目之外，还要解体电动机进行抽心检查，清扫或清洗油垢，检查绝缘。
5.结语
随着深圳机场T3航站楼的投入使用，登机桥、空调机组等机电设备内部三相异步电机的正常运行是航站楼正常运行的前提。因此，确保操作者及设备维护人员在合理高效的对三相异步电动机的维护与保养，对电动机高效、稳定、安全的运行具有非常重要的意义。 [科]
【参考文献】
[1]才家刚.电机使用与维护[M].北京：中国电力出版社，2010.
[2]马艳.三相异步电动机保养与维护中应注意的问题[J].科技与企业，2011（09）.
三相异步电机课程设计 篇4
一、维护的标准及配套的考核
1、电机槽内无积灰，发现电机槽内有积灰，一个槽罚款该台设备责任人2元人民币，设备责任人由分厂提供，实施考核部门归口机动部。
2、固定电机的地脚螺母不应有松动现象，螺栓无弯曲，固定电机的平台无裂纹和开焊的情况发生，电机所属的岗位工发现以上情况第一时间汇报机动部，由机动部统一协调相应的对口部门和分厂的相关人员予以处理，对那些不能彻底处理的上报机动部备案；出现以上情况隐瞒不报者，发现一人次处罚该台设备责任人10元人民币，设备责任人由分厂提供，实施考核部门归口机动部。不服从机动部统一协调的处罚对口部门和分厂责任人50元人民币。对那些不能彻底处理的问题，结果又没有上报机动部备案的发现一人次处罚对口部门和分厂责任人5元人民币。
3、电机所属岗位的岗位负责人每隔2个小时要巡检一次，并在记录本上做好记录，巡检的标准是电机声音不刺耳，没有忽大忽小的变化；手背触摸电机以不烫伤手背可以停留30秒为基准。
4、发现电机的接地线松动或者没有加装接地线，第一时间通知电工前去处理，原则当班事情当班处理，当班没有处理的处理电气科5元，中间隔班处理的加倍处罚。通知到电工后，记录应答人的名字，作为考核时的依据。
5、在电动机出现问题时，电气维修人员、机械维修人员、岗位值班员等应立即赶到场共同查明电机烧坏原因，原因查明后在电动机修理申请表上注明后由岗位人员送往仓库进行修理，任何部门不得无故不到现场，否则由该部门承担烧坏电机考核。
6、电机烧坏原因查明后，按照谁的责任谁负责的原则分别进行考核，原则上4KW以下电机每台考核相关单位20元、4KW以上11KW以下每台30元、11KW以上每KW按修理费用的10%进行考核（目前修理费用按每KW30元计算），考核比例按责任单位60%，岗位工40%的比例进行考核，新购进或新修理电机因质量问题烧坏的由供货商或修理商调换或修理。
二、电机烧毁后送修仓库和领用的规章制度和考核办法
1、电机烧毁后送修仓库之前，送修的申请单要求每个项目填写完整，对填写不完整或干脆拿空白表单的，发现一人次处罚当事人5元；对手续不全私自签名者，遵循谁签名谁负责的原则；仓库在接到申请单后办理入库手续，该台电机的卡片内容应包含送修单位，送修人，送修时间，电机在送修单位的具体安放位置；电机修理完毕后原有的电机卡片内容应换为修理单位责任人，验收人，修理后返厂入库的具体时间，电机存放地点；领用修复好的电机时卡片内容更换为领用单位，领用人，领用时间，电机领用后安放的具体位置。以上的三种卡片和电机的送修申请单要求同时存放，时效为7个月。该工序由供应处完善，出现疏忽者，发现一人次处罚5元并要求当事人给与及时完善，拒不完善着加倍处罚。
2、电机烧毁后不允许私自乱拆，直连式的风机电机一体送修，要求修理单位责任人负责到底，免纠纷。7.5KW以下的摆线针轮减速机要求整体送修，电机送修厂家后需要更换新轴承，质保遵循谁修谁负责的原则。私自乱拆造成无法配套成一体的，电机安放在谁的责任管辖范围内谁负责，一人次处罚10元，考核单位机动部。
3、每逢月初5日前，由机动处将上月烧坏电机数量、考核情况等整理后发往各单位进行确认，10日前将确认后的结果发往综合办进行考核，10日前各单位未及时回复的视同已认可考核情况。
4、对领用的修复电机在正常维护的范围内，使用周期未达半年而损坏的，依据电机的三张卡片和一张送修单；督促责成修理单位责任人免费给予维修。无正当理由拒不维修的解除其维修资格。考核单位机动部。
5、电机在分厂更换完毕后，1天-2天内通知机动部，由机动部安排相关人员给与验收并签字确认。验收人要将电机烧毁的事故经过，事故报告存档，事故经过由分厂岗位工完成；事故报告由事故当事人，分厂主管领导，机动部相关人员，生产处领导，主管副总等参加事故分析会后，统一意见后形成事故报告，上报机动部备案。时间要求从机动部接到通知后7天内完成以上工作。建议主管副总牵头。不足之处敬请领导完善。
机动部
检查启动前三相异步电动机 篇5
《检查启动前三相异步电动机》
现在我进行的是检查启动前三相异步电动机，第一步准备工作，三相异步电动机一台，兆欧表一块，QJ23电桥一块，数字万用表一块，电工具一套，计算器一台，放电导线一根，答题纸一张，记录笔一只。
下面进行操作，检查电动机的外观，电动机外观良好，转动转子，电动机无扫膛现相，轴承润滑良好，填写记录，检查电动机名牌，电流、电压、功率、绝缘等级、接线方法，查完后并记录，外观完好，转动正常，轴承无缺油情况，电动机额定电压380V, 额定电流5.1A，级数4级，接线方式星接，绝缘等级F级。
打开电机接线盒，拆除电动机连接片，根据电动机电压选择兆欧表，选择500V兆欧表，检查兆欧表外观是否完好，将兆欧表水平放置，接线，黑色表笔接兆欧表“E”端，红色表笔接兆欧表“L”端，将两表笔分开进行开路实验，摇动兆欧表手柄达到120转每分，指针指向无穷大，兆欧表开路实验完好，下面进行短路试验，轻带兆欧表手柄，指针归零，兆欧表短路实验完好，下面进行兆欧表相间对地绝缘电阻的测量，测量前将放电导线接于电动机外壳，测量A相对地绝缘电阻，摇动兆欧表手柄，待指针稳定后读数，A相（U相）对地绝缘电阻大于500兆欧，放电，测量V相对地绝缘电阻，摇动兆欧表手柄，待指针稳定后读数，（V相对地绝缘电阻大于500兆欧），放电，测量W相对地绝缘电阻，摇动兆欧表手柄，待指针稳定后读数，W相对地绝缘电阻大于500兆欧，放电，放电后记录阻值。
下面进行相与相之间的测量，测量U、V两项之间相间绝缘，指针稳定后读数，（放电），U、V两项相间绝缘电阻大于500兆欧，测量V、W两项相间绝缘电阻，摇到指针稳定后读数，V、W两项相间绝缘电阻大于500兆欧，放电，测量W、U相两项相间绝缘电阻，指针稳定后读数，放电并记录数值，拆除放电线。
使用数字万用表估测电动机直流电阻，检查数字万用表外观是否完好，水平放置，将表笔插入万用表黑色插入数字万用表COM端，红色插入万用表电压公共端，合上电源，选择档位，测量三相异步电动机直流电阻阻值，“U”相阻值2.9欧，“V”相阻值2.8欧，“W”相阻值2.9欧，将万用表达到交流电压最高档，关机，拔掉表笔。
检查QJ23电桥外观是否完好，水平放置，将连接片由内接打置外接，机械调控，将表笔线接入电桥，根据初测阻值选择倍率当，选择比较臂，测量“U”相直流电阻，将“B”钮按下，按“G”钮，指针向“+”号偏转时加比较臂电阻，指针指向零位时开始读数，“U”相电阻2.975欧姆，下面测量“V”相电阻，“V”相电阻阻值2.977欧姆，测量“W”相直流电阻，松开“G”钮，同时松开“B”钮，“Ｗ”相电阻2.965欧姆，拆除电桥连接线，将比较臂归零，比例臂打到空档位置，电桥由外接转为内接，计算直流电阻偏差，平均阻值是RpRURVRW2.9752.9772.9652.972 33
直流电阻偏差计算公式是：RRmaxRmin2.9772.965100%0.3%偏差计算结果：RP2.972
三相异步电机课程设计 篇6
1 永磁电机的电磁转矩参数计算与组成
1.1 永磁电机的直流分量的概述
即永磁体的制动转矩和磁滞磁链与定子电流之间产生的平均转矩。永磁体的制动转矩表达式为:
式中Id0和Iq0为永磁体在定子绕组中感应的转速频率的电流;7d0和7q0为Id0和Iq0在定子dq轴绕组中产生的磁链;Xs为同步电气角速度;E0=Xs7pm, 7pm为永磁体产生的的磁链;xd=Xs Ld, xq=Xs Lq;s为转差率。
1.2 永磁电机以转差频率脉振的分量
即转子永磁体在气隙空间形成的转子磁势与定子磁势之间的作用而产生的转矩, 在电机接近同步速时, 交变的频率逐渐减小, 在同步运行时与定子磁势形成稳定的同步电磁转矩, 见式 (2) 。
1.3 永磁电机二倍转差频率的脉振转矩
它由dqn轴系中转差频率的磁链和转差频率的电流之间的作用所形成。如果气隙均匀, 磁路对称, 则这项转矩为0, 它是d、q轴磁导不等所引起的, 见式 (3) 。
由于机械时间常数远大于电气时间常数, 所以在转速较低的阶段, 即转差率s接近于1时, 永磁体的电磁转矩角频率也接近于电气角频率, 而在转速接近于同步速时, 因为转差率s接近0, 此时转矩交变的角频率与机械时间常数对应的角频率接近到同一数量级, 所以在接近同步的时刻, 永磁体的电磁功率的流向就不能忽略。
2 定子相电流对永磁机转差率特性与电流特性的影响
电机的定子相电流值反映了电机起动、同步阶段的绕组温升情况。相电流波形的变化对电机运行的稳定性有重要影响。如果在起动阶段, 电流瞬变过程出现电流过大、频率不稳定的现象, 就有可能对定子绕组造成损坏, 从而使电机的性能恶化。电机牵入同步的同时, 电流开始下降;这是因为磁滞损耗、涡流损耗随转差率的减小而逐渐减小, 所以定子输入的电功率降低, 相电流减小;同时, 永磁体感应电势平衡了一部分定子电压, 所以定子电流进一步降低。永磁体增加时, 随着永磁体感应电势的增加而使定子起动电流增加, 稳态电流降低。
3 永磁电机转速的特性与最高效的运行频率
随着永磁体在定子中感应电势E0的增加, 即当永磁材料的比例增加到原来3倍的时候, 转速在比较低的数值振荡, 电机未能进入同步。如果观察此时的永磁体制动转矩, 可以发现在转速为2000 r/m附近永磁体制动转矩有一个峰值, 而且可看到电机转速没有能够超过这一数值, 所以电机永磁材料不能无限制地增加, 由于永磁体制动转矩增加, 而使电机起动时间延长。
4 三相异步交流电动机的制动运转状态
若要使三相异步电动机在运行中快速停车、反向或限速, 就需要进行电气制动, 其特点是电动机的转矩T与转子旋转n的方向相反, 以实现制动。同时希望制动时制动转矩尽可能大, 而制动电流则不能过大, 使拖动系统有较好的制动性能。此时, 电动机由轴上吸收机械能, 并转换为电能三相异步电动机电气制动有能耗制动和回馈制动。
4.1 概述能耗制动的几个方面
(1) 能耗制动原理。能耗制动是把原处于电动状态的电动机定子绕组从三相电源上切除, 迅速将其接入直流电源, 通入直流电流, 流过电动机定子绕组的直流电流, 在电动机气隙中产生一个静止的恒定磁场, 转子感应电流与恒定磁场相互作用产生电磁力与电磁转矩, 由左手定则判断, 该电磁转矩T方向与转子旋转n方向相反, 起制动作用。 (2) 能耗制动机械特性分析。由于定子绕组通入的是直流电, 建立的是恒定静止的磁场, 因此能耗制动时的机械特性与发电机状态一样, 当电动机定子电流一定时, 增加转子电阻, 产生最大制动转矩的转速也增大, 但最大转矩值不变, 而当转子电路电阻不变, 增大定子直流电流时, 则最大制动转矩增大, 而产生最大转矩时的转速不变。
4.2 回馈制动 (再生发电制动) 的分析
处于电动运行状态的三相异步电动机, 如在外加转矩作用下, 使转子转速n大于同步转速n1, 于是电动机转子绕组切割旋转磁场的方向将与电动运行时相反, 因而转子感应电动势、转子电流、电磁力和电磁转矩方向都与电动状态时相反, 即电磁转矩T方向与n方向相反, 起制动作用。这种制动发生在起重机重物高速下放或电动机由高速挡换为低速挡的过程中, 对应的是反向回馈制动与正向回馈制动。起重机就是应用反向回馈制动来获得重物高速稳定下放的。反向回馈制动时, 将三相异步电动机原工作在正向提升重物状态的三相电源反接, 此时电动机定子旋转磁场反转, 电动机转速因为机械惯性来不及变化, 当电动机加速到等于同步转速时, 虽然电磁转矩降为零, 但由于重力转矩TL的作用, 仍使电动机继续加速并超过同步转速。
5 三相异步电机运行电流与负载率的计算
当忽略励磁电流, 不考虑挤流效应时, 则三相运行相电流的有效值
三相异步电动机正常运行时相电流的有效值IB3=UBC
起动电流IB3St=UBC34S2m+1=KIN (6)
联立式 (6) 和式 (4) , 得IB1IN=3K4S2m+12+1S+12-S2S2m+4 (7)
设三相异步电动机的负载率B=TTN, 由三相电动机的实用表达式得出:S=Sm B (K-K2-B2) …… (8) 将式 (8) 代入式 (7) , 整理得:
对于三相异步电动机来说, 一般有K=1.6~2.5, K=5~7, Sm=0.1~0.2.如果取K=2.0, K=6, Sm=0.1, 代入式 (9) , 就可以得到不同负载率下单相运行时的电流与额定, 单相运行电流与负载率的关系: (1) 随着负载增大, 单相运行电流增大; (2) 单相运行时, 电动机的带负载能力大大下降, 即由1.0降低到0.4左右。
6 结语
随着科技的快速发展, 相信在不久的将来一定会有更加先进的技术与分析出现的, 那时的设备也会越来越智能化, 能够大大地解放工作人员的双手。
摘要：随着我国经济的快速发展与科技的跨越式进步, 永磁电机与三相异步电动机也在不断地应用到各个领域, 这些设备用途广泛, 但设备价值贵重, 所以要合理地使用才能发挥其应有的价值。
关键词：永磁电机,三相异步电动机,运行特性,变频特性
参考文献
[1]李蒙.浅谈永磁电机[J].中国文刊, 2010, 3.
[2]郝雨曼.三相异步电机的讨论[Z].文库, 2009, 12.
三相异步电机课程设计 篇7
【摘要】：当前,三相异步电动机由于其成本低,结构简单，性能可靠性高和维护方便等优点，在各种工业领域中得到了广泛的应用。但其调速性能和制动性能都不能和直流电动机相比，因此如何改进异步电动机的调速性能和制动问题，以提高调速性能和制动问题，就显得特别重要。本文主要对三相异步电动机调速与制动方法作了简单介绍，并针对不同场合适用的电机做出了说明。【关键词】：调速 旋转磁场 反接制动 一、三相异步电动机调速
60f1根据三相异步电动机的转速公式：n= n1(1-s)=p(1-s)，可得交流电动机的三种调速的方法：（1）改变供电频率f1；（2）改变电动机的磁极对数p;（3）改变转差率s。从调速的本质来看,不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速n1或不改变同步转速n1两种
具体来讲,三相异步电动机的调速主要有以下几种方法:
（一）改变转差率调速
改变转差率调速的方法有：改变转子回路电阻调速，改变电源电压调速等。1.改变转子回路电阻
改变绕线式转子异步电动机转子电路（在转子回路中接入一变阻器），使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。接入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上，损耗较大，属于有级调速，调速范围有限，机械特性较软。主要应用于小型电动机调速中（例如起重机的提升设备）。2.改变定子电压调速方法
当异步电动机定子与转子回路的参数为恒定时，在一定的转差率下，电动机的电磁转矩与加在其定子绕组上电压的平方（即输入电压）成正比，因此，改变电动机的
定子电压就可改变其机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定输出转矩下的转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点是：调压调速线路简单，易实现自动控制；调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。调压调速系统一般适用于100KW以下的生产机械。目前，已成功地大量使用在电梯、卷扬机械与化纤机械等工业装置中。
（二）、变极调速方法
这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。变极调速的异步电动机一般采用鼠笼式转子，因为鼠笼式转子的极对数能自动地随着定子极对数的改变而改变使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。若为绕线型转子，则定子极对数改变时，转子绕组必须相应地改变接法以得到与定子相同的极对数，所以很不方便。
变极调速的特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；但属于有级调速，级差较大。本方法适用于自动化程度要求不高，不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、风机等
（三）、变频调速方法
变频调速是用改变电动机定子电源的频率f，从而改变电动机同步转速的调速方法。其调速系统主要设备是变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。
交-直-交变频器通过改变脉冲的宽度可以控制逆变器输出交流基波电压的幅值，通过改变调制周期可以控制其输出频率，从而同时实现变压和变频。其特点：效率高没有附加损耗；应用范围较广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，精度高；造价高，维护检修困难。
从调速范围、平滑性以及调速过程中电动机的性能等方面来看，变频调速很优越，可以和直流电动机调速相媲美但要使频率和端电压同时可调，但需要一套专门的变频装置，使投入的设备增多，成本增大。此外还有其他的调速的方法:
（四）、串级调速方法
串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电阻来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电阻所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。本方法主要适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机挤压机等。二、三相异步电动机的制动
所谓制动是指电动机产生的电磁转矩和转子的旋转方向相反。和直流电动机一样，异步电动机在拖动生产机械时也有制动要求，如起重机把重物下降时，电气机车下坡时就需要制动。具体来说，异步电动机的制动方法主要有以下三种方法：
（一）、反接制动
反接制动就是指异步电动机作电磁制动状态运行时的制动，由于这时转子的转向与定子旋转磁场的转向相反，故称为反接制动。实现反接制动可用下述两种方法： 1.正转反接制动。
设电动机带反抗性负载运行于电动状态，为迅速停车或反转，将电动机的定子两相反接，并同时在绕线式电动机转子回路接入电阻，由于定子相序改变，使旋转磁场方向与电机的运动方向相反，此时电动机的转子电流I2和Tem都与电动状态时相反，即电机转矩变负，与负载转矩共同作用，使电机转速迅速下降，当转速降至零时，立即切除电源。从而实现了反转。2.倒拉反接制动
当电动机带位能性负载用两相反接时，负载转矩不变，但电磁转矩Tem和负载转矩TL的共同作用下，使电动机减速，直至转速为零。在Tem和TL的作用下，电动机反向起动并加速。随转子反向加速，电磁转矩仍为负，但绝对值减小，直到转速达
-n1时，Tem=0。
定子两相反接制动，无论负载性质如何，都是指两相反接开始到转速为零这个过程。两相反接制动的优点是制动效果好，缺点是能耗大，制动准确度差，如要停车，还须由控制线路及时切除电源。这种制动适用于要求迅速停车并迅速反转的生产机械。
（二）、回馈制动
当电机做电动机运行时，如果由于外来因素，使转子转速高于其旋转磁场转速（即同步转速），则电机进入回馈制动状态（亦称发电机制动）。例如前述的起重机放下重物时，如果仍按电动机状态运行，即转子转向和定子旋转磁场转向相同，则在电动机的电磁转矩和重物的重力产生的转矩双重作用下，重物以越来越快的速度下降，当转子转速由于重力的作用超过同步转速电机就进入发电机制动状态运行，电磁转矩方向开始转变，一直到电磁转矩与重力转矩平衡时，转子转速以及重物下降速度才稳定不变，使重物恒速下降。
（三）、能耗制动
将正在运行中的异步电动机的定子绕组从电网断开，而接到而接到一个直流电源上，由直流电流励磁而在气隙中建立一个静止磁场。于是从正在旋转的转子上来看此磁场将是向后旋转的，因此由它在转子中产生的感应电流所产生的电磁转矩方向应为向后转，即对转子起制动作用。这时转子的动能全部消耗于转子的铜耗和铁耗中，故称为能耗制动。
三、结束语
异步电动机的调速有很多方法，其中常用的是变极调速（笼型电动机）和在转子回路中串入电阻调速（绕线型电动机），当然，变频调速的优势将随着电力电子技术的发展也必将得到广泛的应用。【参考文献】：
[1]: 周希章(编者)《电动机的起动制动和调速》机械工业出版社;第2版 [2]: 李发海、王岩 《 电机与拖动基础》 清华大学出版社，2006 年
[3]: 顾绳谷 《 电机与拖动基础》 机械工业出版社，2006 年
[4]:方伟 樊晓华 《三相电动机调速与制动问题的研究》 科技创新导报 2009第6期
三相异步电机课程设计 篇8
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胡君波
浅论三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速
摘 要：阐述了异步电动机结构，运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动、制动、调速等技术问题。
关键词：三相异步电动机；电力拖动；机械特性；启动；制动；调速
异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，因此，异步电动机被广泛应用在电力拖动系统中。尤其是随着电力电子技术的发展和交流调速技术的日益成熟，使得异步电动机在调速性能方面大大提高。目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。就三相异步电动机的机械特性出发，主要简述电动机的启动，制动、调速等技术问题。一、三相异步电动机的机械特性文
三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系。由于转速n与转差率S有一定的对应关系，所以机械特性也常用Tem＝f（s）的形式表示。三相异步电动机的电磁转矩表达式有三种形式，即物理表达式、参数表达式和实用表达式。物理表达式反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，说明了电磁转矩是由主磁通和转子有功电流相互作用而产生的。参数表达式反映了电磁转矩与电源参数及电动机参数之间的关系，利用该式可以方便地分析参数变化对电磁转矩的影响和对各种人为特性的影响。实用表达式简单、便于记忆，是工程计算中常采用的形式。
电动机的最大转矩和启动转矩是反映电动机的过载能力和启动性能的两个重要指标，最大转矩和启动转矩越大，则电动机的过载能力越强，启动性能越好。
三相异步电动机的机械特性是一条非线性曲线，一般情况下，以最大转矩（或临界转差率）为分界点，其线性段为稳定运行区，而非线性段为不稳定运行区。固有机械特性的线性段属于硬特性，额定工作点的转速略低于同步转速。人为机械特性曲线的形状可用参数表达式分析得出，分析时关键要抓住最大转矩、临界转差率及启动转矩这三个量随参数的变化规律。
二、三相异步电动机的启动
小容量的三相异步电动机可以采用直接启动，容量较大的笼型电动机可以采用降压启动。降压启动分为定子串接电阻或电抗降压启动、Y-D降压启动和自耦变压器降压启动。定子串电阻或电机降压启动时，启动电流随电压一次方关系减小，而启动转矩随电压的平方关系减小，它适用于轻载启动。Y-D降压启动只适用于正常运行时为三角形联结的电动机，其启动电流和启动转矩均降为直接启动时的1/3，它也适用于轻载启动。自耦变压器降压启动时，启动电流和启动转矩均降为直接启动时的l/k2（k为自耦变压器的变比），适合带较大的负载启动。
绕线转子异步电动机可采用转子串接电阻或频敏变阻器启动，其启动转矩大、启动电流小，适用于中、大型异步电动机的重载启动。软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电动机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。运用串接于电源与被控电动机之间的软启动器，以不同的方法，控制其内部晶闸管的导通角，使电动机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结束，赋予电动机全电压，即为软启动。在软启动过程中，电动机启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软启动器实际上是个调压器，用于电动机启动时，输出只改变电压并没有改变频率。三、三相异步电动机的制动
三相异步电动机也有三种制动状态：能耗制动、反接制动（电源两相反接和倒拉反转）和回馈制动。这三种制动状态的机械特性曲线、能量转换关系及用途、特点等均与直流电动机制动状态类似。四、三相异步电动机的调速
三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速。其中变转差率调速包括绕线转子异步电动机的转子串接电阻调速、串级调速和降压调速。
变极调速是通过改变定子绕组接线方式来改变电机极数，从而实现电机转速的变化。变极调速为有级调速，变极调速时的定子绕组联结方式有三种：Y-YY、顺串Y-反串Y、D-YY。其中Y-YY联结方式属于恒转矩调速方式，另外两种属于恒功率调速方式。变极调速时，应同时对调定子两相接线，这样才能保证调速后电动机的转向不变。
变频调速是现代交流调速技术的主要方向，它可实现无级调速，适用于恒转矩和恒功率负载。
绕线转子电动机的转子串接电阻调速方法简单，易于实现，但调速是有级的，不平滑，且低速时特性软，转速稳定性差，同时转子铜损耗大，电动机的效率低。串级调速克服了转子串接电阻调速的缺点，但设备要复杂得多。
异步电动机的降压调速主要用于风机类负载的场合，或高转差率的电动机上，同时应采用速度负反馈的闭环控制系统。
三相异步电机课程设计 篇9
三相鼠笼式异步电动机存在启动电流大、启动转矩不大的缺点,只能用于空载或轻载启动。三相绕线式异步电动机可以通过滑环在转子绕组回路串入适当的电阻来限制启动电流,增大启动转矩。因此,重载启动要求启动转矩大的设备如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等生产机械常使用三相绕线式异步电动机。对启动控制频繁,启动转矩要求大的场所,一般采用三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动控制系统。
传统的三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动继电接触器控制系统存在以下缺点:继电接触器属硬器件,控制电路接线繁杂,元器件和接点多,触点易磨损,故障率高,控制功能改变不方便,通用性差,可靠性低。PLC控制系统能在一般高温、振动、冲击和粉尘恶劣环境中稳定有效地工作。采用P L C控制技术,系统体积小,故障率低,硬接线少维修方便,控制精准,可靠性高,抗干扰性强,可以有效提高设备生产效率,延长设备使用周期。
1 继电接触器控制电路分析
图1为三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制电路图。为了限制启动电流,该电路用3个时间继电器KT1、KT2、KT3分别控制3个接触器KM1、KM2、KM3按顺序依次吸合,自动切除转子绕组中的三级电阻。启动时,合上电源开关QS,按下按钮SB1,接触器KM吸合,串入全部电阻(R1+R2+R3)启动;在启动3s后,接触器KM1主触头闭合,切除第一组电阻R1,剩下电阻(R2+R3);经过1s后,接触器KM2主触头闭合,切除第二组电阻R2,剩下电阻R3;再过1s后,接触器KM3主触头闭合,切除第三组电阻R3,转子串接电阻全部切除,电动机M启动完毕,正常工作。
K M 1、K M 2和K M 3 3个常闭辅助触头与启动按钮S B 1串接的作用是保证电动机在转子绕组中接入全部启动电阻的条件下才能启动,如果接触器K M 1、K M 2、K M 3中任何一个触头因熔焊或机械故障没有释放恢复闭合时,电动机M就不能接通电源直接启动。
2 PLC的选型、I/O地址分配和输入输出接线图
2.1 PLC的I/O地址分配
采用P L C改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统,PLC的输入信号主要有2个:启动按钮SB1和停止按钮SB2。输出信号主要有4个:主接触器K M控制三相绕线式电动机M接通三相电源运行,接触器K M 1用于控制第一组电阻R 1的切除,接触器K M 2用于控制第二组电阻R 2的切除,接触器K M 3用于控制第三组电阻R 3的切除。3个时间继电器功能可以用PLC内部定时器实现。根据控制要求,对PL C的输入量、输出量进行分配,PLC的I/O地址分配情况如表1所示。
2.2 PLC的选型
对三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制进行PLC控制改造,输入元件为2个,输出元件4个,可选择采用日本三菱公司FX系列FX2 N-16MR型号的PLC,I/O总数为16,每条指令的执行时间为12μs。输入点数为8个,对应的输入继电器地址编号为X 0 0 0~X 0 0 7;输出点数为8个,对应的地址编号为Y000~Y007;定时器200点100ms,T0-T199。
2.3 PLC的输入输出接线图
图2所示为三相绕线式异步电动机转子串电阻启动P L C控制输入输出接线图。
3 设计PLC控制程序
3.1 PLC梯形图
用P L C改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统,根据原有的继电接触器电路图来设计梯形图是一条简便实用的办法。原有的绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制电路经过长期使用和考验,已经证明能完成系统要求的各种功能。继电接触器控制电路图和P L C程序控制梯形图有许多相似的地方,按照梯形图语言设计规定和对应关系可以将继电接触器电路图方便地“翻译”成梯形图控制程序,用P L C的外部硬接线和梯形图软件来实现继电接触器电路图的控制功能。
图3所示三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制P L C梯形图使用的是内部继电器、定时器等,都是由软件来实现的,使用方便,修改灵活,是原继电接触器控制线路硬接线无法比拟的。
3.2 PLC指令语句表
三相绕线式异步电动机转子串电阻启动控制P L C梯形图对应的指令语句如表2所示。
3.3 工作过程分析
(1)启动:按启动按钮SB1,输入继电器X001接通动合触点闭合,输出继电器Y 0 0 0接通,接触器K M线圈得电,主触头闭合接通三相电源,绕线式异步电动机转子串电阻(R1+R2+R3)启动,同时定时器T1线圈得电,开始延时,时间设定为3s。
(2)3s后,定时器T1常开触点闭合,输出继电器Y001接通,接触器K M 1吸合,主触头闭合,切除第一组电阻R1,电动机串接(R2+R3)电阻继承启动,同时定时器线圈T2得电,时间设定为1s。
(3)1s后,定时器T2常开触点闭合,输出继电器Y002接通,接触器K M 2吸合,主触头闭合,切除第二组电阻R2,电动机串接R3电阻继承启动,同时定时器线圈T3得电,时间设定为1s。
(4)1s后,定时器T3常开触点闭合,输出继电器Y003接通,接触器K M 3吸合,主触头闭合,切除第三组电阻R3,同时Y003常闭触头断开,定时器线圈T1、T2、T3和输出继电器Y1、Y2失电。累计启动5s,三相绕线式异步电动机转子所串3组电阻全部切除,电动机M结束启动状态,进入正常运行状态。
(5)停车:按停止按钮SB2,输出继电器Y000失电,接触器K M失电,主触头断开,电动机作自由停车运行。输出继电器线圈Y000失电,常开触点Y000复位,输出继电器Y003失电,常开触点Y003复位,3组电阻(R1+R2+R3)恢复与三相绕线式异步电动机转子串接,为下次启动做好准备。
(6)过载保护:当电动机过载时,热过载保护继电器F R的动断触点断开,接触器K M、K M 1、K M 2、K M 3均断电,电动机M也停车。
(7)把输出继电器Y001、Y002和Y003 3个常闭触点与输入继电器X001常开触点串联,如果输出继电器Y001、Y002和Y003线圈得电,接触器KM1、KM2、KM3中任何一个触头没有释放恢复闭合时,按下启动按钮S B 1,输出继电器Y 0 0 0和接触器K M线圈不能得电,K M主触头不能闭合,电动机M就不能接通电源直接启动,保证了三相绕线式电动机只有在转子绕组中接入全部启动电阻(R1+R2+R3)的条件下才能启动。
4 结语
采用三菱FX2N-16MR型PLC改造三相绕线式异步电动机转子串电阻启动继电接触器控制系统,用通用指令编写控制程序,程序清晰,直观易懂,调试简捷方便。实践证明,改造后的P L C控制系统完全达到实际启动控制要求,抗干扰性强,设备运行可靠,稳定性高,降低了控制系统故障率,提高了设备使用运行效率。
参考文献
[1]李树雄.可编程控制器技术及应用教程[M].北京:北京航空航天大学出版社出版,2003
三相异步电机课程设计 篇10
Elman型回归神经元网络是在1990年提出的, 是一种从输出到输入具有反馈连接的神经网络, 其结构比前馈网络要复杂。本文采用的Elman神经网络是一种动态的神经网络, 用它对异步电机的匝间短路、转子断条、转子偏心等三种常见的故障进行诊断。
1Elman神经网络结构
Elman神经网络一般分为四层:输入层、中间层、承接层和输出层, 如图1所示。其输入层、隐含层和输出层的连接类似于前馈网络。输入层单元仅起信号传输作用;输出层单元起线性加权作用;隐含层单元的传递函数可采用线性或非线性函数;承接层又称为上下文层或状态层, 它用来记忆隐含层单元前一时刻的输出值, 并返回给输入。由于其输入表示了信号的空域信息, 而反馈支路是一个延迟单元, 反映了信号的时域信息, 所以Elman网络可以在时域和空域进行模式识别。
Elman型回归神经元网络的特点是隐含层的输出通过承接层的延迟与存储, 自动联到隐含层输入, 这种自联方式使其历史状态的数据具有敏感性, 内部反馈网路的加入增加了网络本身处理动态信息的能力, 从而达到了动态建模的目的。网络的隐含层为tansig神经元;输出层为purelin或 logsig神经元。这样的传输函数在两层神经网络的特殊组合可以任意精度逼近任意函数, 关于这一点只需要隐含层的神经元数目足够多即可以实现, 所逼近函数的复杂性越高, 所需的隐含层神经元数越多。值得注意的是, Elman网络不同于通常的两层网络, 其第一网络层有一个反馈节点, 该节点的延迟量存储了前一时刻的值, 从而应用于当前时刻的计算。所以即使是具有相同权值和阈值的Elman网络, 如果其反馈状态不同, 那么对于同样的输入向量, 其同一时刻的输出也可能不相同。因为网络能够存储供将来时刻使用的信息, 所以它既可以学习时域模式, 也可以学习空域模式;既可以训练后对模式产生响应, 也可以产生模式输出。
2Elman神经网络的学习过程
Elman网络的非线性状态空间表达式为:
式中:y, x, xc分别表示m维输出结点向量, n维中间层结点单元向量, r维输入向量和n维反馈状态向量;w3, w2, w1分别表示中间层到输入层, 输入层到中间层, 承接层到中间层的连接权;g (·) 为输出神经元的传递函数, 是中间层输出的线性组合;f (·) 为中间层神经元的传递函数, 常采用s函数。Elman网络采用BP算法进行权值修正, 目标函数采用误差平方和函数:
式中:
3三相异步电动机的故障诊断原理
目前, 国内外学者在三相异步电动机的故障诊断采用着不同的方法, 这些方法各有自己的特点和优势, 到目前为止, 还没有一种很满意的方法。一般情况是根据各种实际情况和不同的实验条件, 选用较合适的方法。这里采用定子电流的频谱分析法, 它是诊断和监测电机故障的有效方法, 可以诊断交流电机笼型绕组的断条、静态气隙偏心、动态气隙偏心、机械不平衡等故障。交流电机故障往往是由机械和电气相互联系的复合原因引起的。根据多回路理论笼条断裂、气隙偏心、定子匝间短路等故障征兆都会通过气隙磁势在定子电流中反映出来, 所以通过定子电流检测和频谱分析可对这些故障进行诊断。
4故障信号采集与处理
实验中频谱分析仪采用的是中国电子科技团公司第四十一研究所生产的AV4033C型高性能频谱分析仪, 它具有灵敏度度高、频带宽、动态范围大等特点, 可以方便地获得时域测量中不易得到的独特信息。以Y132S-4型感应电动机作为实验对象, 将电流互感器箍住三相电源的一相或多相, 通过频谱分析仪分别对电机发生定子匝间短路、转子断条、转子偏心等故障的特征频率进行观测和分析, 并做出详尽记录, 对于上述所收集的样本还需要进行整理, 以保证神经网络能够有效地进行学习, 对上述数值型样本要进行标准化或归一化处理。具体处理过程如下:设样本数据为xp, 其中p=1, 2, …, n;并设xp的上限和下限分别为xpmin, xpmax, 则:
按上式对所有样本进行归一化处理, 然后把处理后的样本作为学习样本输入神经网络进行训练。
5Elman网路建立
由于单隐含层Elman网路的功能已经非常强大, 所以这里采用单隐含层网路可以满足要求。由于故障检测的特征频率选取了8个, 所以输入层神经元的个数应该为8个。综合考虑网路的性能和速度, 将隐含层神经元的个数设定为16个, 输出层神经元的个数设定为4个, 训练步数设定为1 000, 目标为0.01。网络的输出为4种模式, 采用如下的形式表示输出:定子匝间短路故障: (1000) ;转子断条故障: (0100) ;转子偏心故障: (0010) ;电机正常: (0001) 。
创建该网络的主要代码如下;
net = newelm (minmax (p) , [16, 4], {′tansig′, ′logsig′},
′traingdx′)
net.trainParam.epochs = 1000
net.trainParam.goal = 0.01
net = train (net, p, t)
Y=sim (net, p_test)
运行结果为:
TRAINGDX, Epoch 0/1000, MSE 0.448483/0.01, Gradient 0.16468/1e-006
TRAINGDX, Epoch 25/1000, MSE 0.43859/0.01, Gradient 0.165819/1e-006
TRAINGDX, Epoch 50/1000, MSE 0.408668/0.01, Gradient 0.153543/1e-006
TRAINGDX, Epoch 75/1000, MSE 0.340136/0.01, Gradient 0.134183/1e-006
TRAINGDX, Epoch 100/1000, MSE 0.114546/0.01, Gradient 0.070875/1e-006
TRAINGDX, Epoch 125/1000, MSE 0.0331304/0.01, Gradient 0.0277783/1e-006
TRAINGDX, Epoch 141/1000, MSE 0.00958177/0.01, Gradient 0.00994031/1e-006
TRAINGDX, Performance goal met.
可见, 经过141次训练后, 网络误差达到了要求, 如图2所示。
利用测试数据P-test 对网络进行仿真结果为:
6结语
从以上分析可见, 采用Elman网路能准确地识别出故障类型。由于在该网络中引入了反馈, 所以网路的训练误差曲线平滑, 降低了网路性能对参数调整的敏感性, 有效地抑制了局部极小值的出现, 从而使系统具有适应时变特性的能力, 所以在电机故障诊断领域中也可作为手段之一。
参考文献
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