基于plc的電動機(jī)的綜合保護(hù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p>　　基于PLC的異步電動機(jī)的綜合保護(hù)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要研究了基于PLC的電動機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)，介紹了可編程序控制器的功能特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，敘述了電動機(jī)的過載、斷相、短路、過/欠壓等故障類型的特點(diǎn)及其保護(hù)原理；闡述了保護(hù)系統(tǒng)硬件的構(gòu)成；并編寫了PLC保護(hù)程序，給出了I/O分配圖和梯形圖。</p&g

2、t;<p>　　根據(jù)不同的故障類型采用不同的動作原理，分別設(shè)計(jì)其保護(hù)時(shí)限；采樣電路把模擬量傳入PLC的CPU，由CPU根據(jù)事先定好的整定值做出判斷，來決定是否啟動相應(yīng)的保護(hù)子程序，當(dāng)檢測量超過整定值時(shí)，PLC將啟動相應(yīng)的繼電器和寄存器，并顯示故障類型；根據(jù)設(shè)計(jì)程序動作斷開電動機(jī)的電源，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的保護(hù)。保護(hù)使用臺達(dá)機(jī)型為主體，A/D轉(zhuǎn)換模塊用臺達(dá)自帶的4路轉(zhuǎn)換模塊，應(yīng)用TD220來顯示數(shù)據(jù)和故障類型。</p>

3、;<p>　　關(guān)鍵詞： 可編程序控制器 三相異步電動機(jī) 梯形圖</p><p>　　The Synthesis Protection Based on PLC of Three-phase Asynchronous Motors </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This arti

4、cle has mainly studied based on the PLC electric motor synthesis protection system, introduced the programmable controller function characteristic and the development present situation, narrated the electric motor overlo

5、ad, broke, the short circuit, the over voltage and owes the voltage and so on the breakdown type characteristics and the protection principle; Elaborated the protection system hardware constitution; And has compiled the

6、PLC protection procedure, has given I/O distributio</p><p>　　Uses the different movement principle according to the different breakdown type, designs its protection time limit separately. The sampling electr

7、ic circuit spreads to the simulation quantity PLC CPU, arranges the installation value by the CPU basis to make the judgment beforehand, decided whether starts the corresponding protection subroutine, when the examinatio

8、n quantity surpasses the installation value, PLC will start the corresponding relay and the register, and will demonstrate the breakdo</p><p>　　Keywords: Programmable Logical Controller, three-phase asynchro

9、nous motor, trapezoidal chart</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p&

10、gt;<b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 電機(jī)保護(hù)在國民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能事業(yè)中的重要意義2</p><p>　　1.3 電動機(jī)保護(hù)裝置的歷史及現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4 本文結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2 可編程控制器的歷史、現(xiàn)狀、發(fā)展和未來趨勢5</p>

11、<p>　　2.1 可編程控制器的產(chǎn)生5</p><p>　　2.2 可編程序控制器原理及應(yīng)用5</p><p>　　2.2.1 PLC組成及工作原理5</p><p>　　2.2.2 PLC的性能和特點(diǎn)6</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)所使用的PLC的特點(diǎn)7</p><p>　　2.4

12、 利用PLC做電機(jī)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)7</p><p>　　3 電機(jī)保護(hù)硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 電流故障類型8</p><p>　　3.2 過載保護(hù)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2.1 電機(jī)過載原因8</p><p>　　3.2.2 過載對電動機(jī)的影響9</p><

13、p>　　3.2.3 過載保護(hù)原理9</p><p>　　3.2.5 過載保護(hù)硬件電路12</p><p>　　3.3 斷相保護(hù)設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3.1 斷相運(yùn)行電流13</p><p>　　3.3.2 斷相保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)及動作特性16</p><p>　　3.3.3 斷相信號

14、的獲得17</p><p>　　3.3.4 負(fù)序信號的獲得17</p><p>　　3.3.5 負(fù)序保護(hù)時(shí)限的確定18</p><p>　　3.4 短路保護(hù)設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.4.1 短路保護(hù)動作特性19</p><p>　　3.4.2 短路保護(hù)硬件電路19</p>&

15、lt;p>　　3.5 過/欠壓保護(hù)設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.5.1 過/欠壓保護(hù)的意義20</p><p>　　3.5.2 過/低壓保護(hù)采樣硬件電路21</p><p>　　3.6 傳感器設(shè)計(jì)和A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.6.1 傳感器21</p><p>　　3.

16、6.2 電流互感器22</p><p>　　3.6.3 電壓互感器23</p><p>　　3.6.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊24</p><p><b>　　小結(jié)25</b></p><p>　　4 電機(jī)保護(hù)軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.1 電機(jī)保護(hù)PLC端口分配26<

17、;/p><p>　　4.2 保護(hù)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.3 監(jiān)控程序設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.3.1 額定參數(shù)的讀取29</p><p>　　4.3.2 額定參數(shù)的計(jì)算29</p><p>　　4.3.3 模擬信號的采集29</p><p>　　4.3

18、.4 電流、電壓保護(hù)功能模塊29</p><p>　　4.4 顯示模塊33</p><p>　　4.4.1 顯示要求33</p><p>　　4.4.2 顯示軟件33</p><p><b>　　小結(jié)38</b></p><p><b>　　結(jié)束語39</b&g

19、t;</p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p>　　附錄A PLC保護(hù)程序42</p><p>　　附錄B 程序梯形圖45</p><p><b>　　外文原文51</b&

20、gt;</p><p><b>　　中文翻譯59</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　電動機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，電動機(jī)常常在惡劣的環(huán)境下運(yùn)

21、行，導(dǎo)致產(chǎn)生過流、斷相、絕緣老化等事故。對于應(yīng)用于大型工業(yè)設(shè)備重要場合的高壓電動機(jī)、大功率電動機(jī)來說，一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。</p><p>　　電動機(jī)常見的故障可分為對稱故障和不對稱故障兩大類。對稱故障包括：過載、堵轉(zhuǎn)、和三相短路等，這類故障對電動機(jī)的損害主要是熱效應(yīng)，使繞組發(fā)熱甚至損壞，其主要特征是電流幅值發(fā)生顯著變化；不對稱故障包括：斷相、逆相、相間短路、匝間短路等，這類故障是電動機(jī)運(yùn)行中最常見

22、的一類故障。不對稱故障對電動機(jī)的損害不僅僅是引發(fā)發(fā)熱，更重要的是不對稱引起的負(fù)序效應(yīng)能造成電動機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。因而對大型電動機(jī)進(jìn)行綜合保護(hù)非常重要。</p><p>　　基于PLC的電動機(jī)綜合保護(hù)可分為以下幾類：</p><p>　　繞組保護(hù)、電源保護(hù)、轉(zhuǎn)子保護(hù)、軸承保護(hù)，其中定子繞組保護(hù)下分過電流保護(hù)、溫度保護(hù)和接地保護(hù)；電源保護(hù)分為短路保護(hù)和接地保護(hù)。</p><p&

23、gt;　　在電動機(jī)發(fā)生故障時(shí)，為了保護(hù)電動機(jī)，減輕故障的損害程度，繼電保護(hù)裝置的快速性和可靠性十分重要。在單機(jī)容量日益增大的情況下，電機(jī)的額定電流可達(dá)到數(shù)千甚至幾萬安，這就給電動機(jī)的繼電保護(hù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置已經(jīng)無法滿足要求，因此微機(jī)保護(hù)應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　圖1-1 電動機(jī)保護(hù)分類</p><p>　　PLC是用來取代傳統(tǒng)繼電器控制的，與之相比，PLC在性能上

24、比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便、而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。因此，本文研究設(shè)計(jì)基于可編程控制器的電動機(jī)綜合監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)。電動機(jī)保護(hù)分類如圖1-1所示。</p><p>　　1.2 電機(jī)保護(hù)在國民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能事業(yè)中的重要意義</p><p>　　電動機(jī)保護(hù)器是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件。是跨行業(yè)、量大面廣、節(jié)能效果顯著的節(jié)能機(jī)電產(chǎn)品。幾乎滲透到

25、所有用電領(lǐng)域；是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常生產(chǎn)和安全工作的重要保證，在國民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。</p><p>　　《中華人民共和國節(jié)約能源法》規(guī)定：“節(jié)能是指加強(qiáng)用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，減少從能源生產(chǎn)到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)中的損失和浪費(fèi)，更加有效、合理地利用能源”；“節(jié)能是發(fā)展經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針”。節(jié)能是系統(tǒng)工程。</p>&

26、lt;p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國運(yùn)行的1KW-320KW低壓電動機(jī)數(shù)量為6000萬臺，占電網(wǎng)用電量的70%以上，是工農(nóng)業(yè)及商業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的動力設(shè)備。全國每年燒毀電動機(jī)數(shù)量約300萬臺，容量為10億千瓦，每年僅電動機(jī)在燒毀過程中就耗電為數(shù)億萬度，修理費(fèi)高達(dá)數(shù)百億元左右，造成停工停產(chǎn)損失竟達(dá)數(shù)百億元。僅上述費(fèi)用不算，還會造成電機(jī)修理后功率下降，耗電量大，性能變差直接影響企業(yè)正常生產(chǎn)。</p><p>　

27、　按上述情況舉例說明：</p><p>　?。?） 全國每年因維修電動機(jī)浪費(fèi)電磁線約1億萬公斤，若少生產(chǎn)1億萬公斤電磁線（每公斤需用電33.4度）每年就可節(jié)約用電33.4億度。</p><p>　　（2） 電動機(jī)保護(hù)器與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系計(jì)算公式如下：</p><p>　　Qs=電動機(jī)修理費(fèi)×保護(hù)器可靠系數(shù)＋電機(jī)拆裝費(fèi)＋停工損失－保護(hù)器購買費(fèi)－保護(hù)安裝費(fèi)=(

28、電動機(jī)修理費(fèi)×保護(hù)器可靠系數(shù)－保護(hù)器購買費(fèi))＋(電機(jī)拆裝費(fèi)＋停工損失－保護(hù)安裝費(fèi))=(直接經(jīng)濟(jì)效益) ＋(間接經(jīng)濟(jì)效益)</p><p>　　例如：有一臺55KW電動機(jī)，若燒壞后修理費(fèi)為2500元，配置一臺使用可靠系數(shù)為98%，售價(jià)為490元電動機(jī)保護(hù)器，它使電機(jī)免遭燒毀而產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益QZ為：</p><p>　　QZ=電動機(jī)修理費(fèi)×保護(hù)器可靠系數(shù)－保護(hù)器購買費(fèi)=

29、2500×98%－490=1960（元）</p><p>　　直接節(jié)省比例：ρ=1960/2500×100%=78.4%</p><p>　　計(jì)算結(jié)果：用戶購買電動機(jī)保護(hù)器的結(jié)果，能夠節(jié)省1960元，節(jié)省比例為78.4%。</p><p>　　1.3 電動機(jī)保護(hù)裝置的歷史及現(xiàn)狀</p><p>　　電動機(jī)作為拖動系統(tǒng)中的

30、重要組成部分在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進(jìn)行的重要保證，因而確保電動機(jī)的正常運(yùn)行就顯得十分重要，而在使用中造成電機(jī)燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)全國每年僅因電動機(jī)燒毀所消耗的電量就達(dá)數(shù)千萬度，電動機(jī)燒毀的數(shù)量達(dá)20萬臺次以上，容量約0.4億千瓦，因維修所耗的電磁線約5000萬公斤，修理費(fèi)達(dá)20億元，而因停工停產(chǎn)所造成的損失更是一個(gè)無法估量的巨大數(shù)

31、目。因此做好電動機(jī)的保護(hù)具有節(jié)能顯著、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益及保證安全生產(chǎn)的重要意義。我國的電動機(jī)保護(hù)裝置大約經(jīng)歷了全面仿蘇、自行設(shè)計(jì)、更新?lián)Q代、智能化發(fā)展等幾個(gè)階段。值得一提的是由于近年來微處理器技術(shù)的發(fā)展，給電動機(jī)保護(hù)器向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺，使得電機(jī)保護(hù)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。</p><p>　?。?）熱繼電器、熔斷器和電磁式電流繼電器 </p><p>　　在

32、建國初期，我們引進(jìn)了蘇聯(lián)的JR系列熱繼電器，從而開始了其在中國電機(jī)保護(hù)行業(yè)中長達(dá)半個(gè)世紀(jì)的生涯，直到1996年國家八部委聯(lián)合發(fā)文強(qiáng)制將其淘汰。熱繼電器在電子業(yè)尚不發(fā)達(dá)的時(shí)代曾是電機(jī)過載保護(hù)的首選產(chǎn)品，它是利用雙金屬片熱效應(yīng)工作的，雙金屬片是由不同膨脹系數(shù)的兩片金屬鉚合而成，當(dāng)電流通過時(shí)它將產(chǎn)生熱量，并向膨脹系數(shù)小的一邊彎曲，電流的大小和彎曲的程度成正比，當(dāng)電流超過熱繼電器整定電流的一定倍數(shù)時(shí)就會啟動其中的脫扣裝置從而切斷主回路達(dá)到保護(hù)的

33、目的。但熱繼電器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、受環(huán)境影響大、重復(fù)性差、誤差大及功能單一等，已無法滿足越來越高的要求，因而也就無法避免被淘汰的命運(yùn)。很多人把熔斷器作為電機(jī)的過載保護(hù)，其實(shí)這是一種不科學(xué)的做法。因?yàn)槭紫仁芷湟?guī)格限制無法按電機(jī)額定電流進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定，況且如果熔斷器規(guī)格選得太小容易造成斷路，使電機(jī)單相運(yùn)行，如果熔斷器規(guī)格選得太大，則達(dá)不到過載保護(hù)的效果。電磁式電流繼電器具有過載、堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能，有的還有缺相保護(hù)，其過載保護(hù)具有反時(shí)限

34、特性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械制造精度高，價(jià)格高且體積龐大，因而目前已被基本淘汰。</p><p>　?。?）模擬電子式電動機(jī)保護(hù)器 </p><p>　　在上個(gè)世紀(jì)七八十年代，隨著半導(dǎo)體模擬器件的興起及普及，涌現(xiàn)出了一批性能比較可靠、功能多樣化的電子式電動機(jī)保護(hù)器，為電機(jī)的可靠運(yùn)行提供了較可靠的保障，其中得到公眾認(rèn)可且具有自己品牌特色的以韓國三和技研株式會社的產(chǎn)品為代表，在國內(nèi)市場具有一定影響

35、，他們的產(chǎn)品品種多樣，規(guī)格齊全，主要功能包括：缺相，過載，欠流，相失衡，相序，接地，短路，過欠壓，電流顯示，聲光報(bào)警及變送輸出等，但這類產(chǎn)品仍存在一些無法克服的缺陷，包括如下幾個(gè)方面：1.整定精度不高，模擬電子式電動機(jī)保護(hù)器均采用電位器進(jìn)行額定電流的整定，然而要使電位器滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度與其阻值成較好的線形關(guān)系比較困難，特別是在大批量生產(chǎn)中更是難以做到，另外，操作者的整定誤差也是難以避免的，特別是對于那些沒有設(shè)定值顯示的產(chǎn)品。2.采樣精度

36、不高，模擬線路對電流互感器的非線性問題束手無策，即使可以校正也會使線路變得非常復(fù)雜，甚至無法實(shí)際使用，因而大部分廠家只好將非線性問題依賴于提高電流互感器的線性，而實(shí)際上要想由矽鋼片做成的電流互感器在很寬的范圍內(nèi)保持線性是非常困難的，用于電動機(jī)保護(hù)器采樣的電流互感器需考慮的最大使用范圍至少為被保護(hù)電機(jī)額定電流的7倍，因</p><p>　?。?）數(shù)字電子式電動機(jī)保護(hù)器 </p><p>　　

37、這類電動機(jī)保護(hù)器主要以單片機(jī)作為控制器，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能化綜合保護(hù)，有的還具有遠(yuǎn)程通訊功能，可在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)對多達(dá)256臺聯(lián)網(wǎng)的電機(jī)實(shí)現(xiàn)在線綜合監(jiān)視與控制，在采樣和整定精度方面有質(zhì)的飛躍，可對采樣信號進(jìn)行軟件非線性校正，并可實(shí)現(xiàn)真有效值計(jì)算，從而極大地降低了被測信號波形畸變的影響，真正實(shí)現(xiàn)了高精度采樣，在整定方面采用數(shù)字設(shè)定，通過鍵盤由用戶自行現(xiàn)場設(shè)定，不存在誤差，還可為過載保護(hù)設(shè)置多條更科學(xué)的反時(shí)限曲線。因?yàn)椴捎昧藛纹瑱C(jī)就使得在相同硬

38、件條件下集多種功能于一體的綜合保護(hù)器的出現(xiàn)成為可能。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電動機(jī)保護(hù)器正朝著智能化，綜合化，高精度，高可靠方向發(fā)展。</p><p>　　目前的電動機(jī)保護(hù)器普遍是根據(jù)電流的大小來決定是否需要保護(hù)，這顯然沒有考慮到環(huán)境因素對電機(jī)的影響。電機(jī)是否需要保護(hù)其根本的判斷依據(jù)應(yīng)該是電機(jī)繞組溫度是否超過其絕緣等級溫度，在相同電流的情況下，對于環(huán)境溫度高的電機(jī)其燒毀的可能性顯然要大于環(huán)境低的電機(jī)，這就說明單純通

39、過電流的大小來判斷電機(jī)是否需要保護(hù)并不是十分科學(xué)的，不能達(dá)到對電機(jī)在各種環(huán)境下的完全保護(hù)。基于這些原因，對電機(jī)繞組的溫升特性實(shí)行數(shù)學(xué)建模，仿真出電機(jī)繞組的溫度，從而決定電機(jī)是否需要保護(hù)將是一個(gè)必要的研究課題，值得慶幸的是已有這樣的產(chǎn)品研制成功，另外還有一類采用直接測量電機(jī)繞組溫度的溫度型電動機(jī)保護(hù)器，該系列電動機(jī)保護(hù)器是通過在繞組中埋入溫度傳感器而實(shí)現(xiàn)溫度測量的，它具有溫度測量準(zhǔn)確，對頻繁啟動、通風(fēng)不良、環(huán)溫過高等情況下的電機(jī)都能可靠保

40、護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但這類電動機(jī)保護(hù)器的使用前提是必須在電動機(jī)制造過程中將傳感器裝入電動機(jī)內(nèi)部，因而對于現(xiàn)有的沒裝傳感器的電動機(jī)就無能為力。另外，一旦傳感器失效維修就變得十分困難，如果人們在使用中發(fā)現(xiàn)傳感器損壞，一般就棄之不用。因此，嵌入傳感器式溫度保護(hù)器在推廣應(yīng)用中存在很大困難。</p><p>　　同所有的產(chǎn)品一樣，電動機(jī)保護(hù)器經(jīng)歷了由低級到高級、由簡單到復(fù)雜逐漸科學(xué)完善的發(fā)展過程，在這個(gè)過程中一批批技術(shù)人員傾注了大量

41、的熱情與心血。雖然電動機(jī)保護(hù)器已發(fā)展到了微電子時(shí)代，但我想，電動機(jī)保護(hù)器的課題將永遠(yuǎn)不會停止，仍然需要我們百倍努力，仍有大量的工作等著我們?nèi)プ觯纾弘妱訖C(jī)保護(hù)器仍沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致市場上產(chǎn)品良莠不齊，這就說明電動機(jī)保護(hù)器成長之路還很漫長，我們期待著電機(jī)保護(hù)行業(yè)的健康發(fā)展。</p><p><b>　　1.4 本文結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　本文首先介紹了可編

42、程序控制器的產(chǎn)生及功能特點(diǎn)；然后介紹了臺達(dá)PLC的特點(diǎn)；接下來介紹了過載、斷相、負(fù)序、短路、欠壓等電流故障類型的特點(diǎn)及其保護(hù)原理、硬件電路設(shè)計(jì)；其次介紹了A/D轉(zhuǎn)換模塊及PLC程序設(shè)計(jì)思想、PLC保護(hù)程序；最后總結(jié)了整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及遇到的問題和自己的心得收獲。</p><p>　　本設(shè)計(jì)要完成的功能如下：</p><p>　　過載保護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>

43、　　斷相保護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　欠壓保護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　負(fù)序保護(hù)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　PLC保護(hù)程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2 可編程控制器的歷史、現(xiàn)狀、發(fā)

44、展和未來趨勢</p><p>　　2.1 可編程控制器的產(chǎn)生</p><p>　　隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步，新的控制器及其控制系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。1968年美國通用汽車公司公開招標(biāo)研制功能更強(qiáng)，使用更方便，價(jià)格便宜，可靠性更高的新型控制器。一年后美國數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)通用汽車公司的招標(biāo)要求，研制成功世界上第一臺可編程序控制器，型號為PDP-14,并在通用公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。這就較好地

45、把繼電器接觸控制簡單易懂，使用方便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)功能完善，靈活性強(qiáng)，通用性好的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，并將繼電接觸控制的硬件線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的軟件邏輯編輯的設(shè)想逐步變成為現(xiàn)實(shí)，當(dāng)時(shí)人們把這第一臺可編程序控制器叫做可編程序邏輯控制器PLC,只是用來取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、定時(shí)、計(jì)數(shù)等較少的功能。</p><p>　　20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算機(jī)，人們把微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到可編程序控制器中

46、，使得他見有計(jì)算機(jī)的一些功能。1980年美國電器制造協(xié)會把這種新的控制設(shè)備正式命名為可編程序控制器，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)的專稱PC相區(qū)別，故常常把可編程序控制器簡稱為PLC。</p><p>　　PLC是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來的一種工業(yè)控制裝置，現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域的三大支柱之一(PLC、機(jī)器人、CAD／CAM )。它廣泛應(yīng)用于機(jī)床、機(jī)械、冶金、化工、交通、電力、

47、家用電器等領(lǐng)域中．為適應(yīng)小企業(yè)的要求，它一方面朝著體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低廉的方向發(fā)展，同時(shí)，朝著大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化的方向發(fā)展。</p><p>　　2.2 可編程序控制器原理及應(yīng)用</p><p>　　2.2.1 PLC組成及工作原理</p><p><b>　?。?）硬件組成</b></p><p

48、>　　PLC主要包括微處理器、輸人和輸出接口、電源、通訊接口</p><p>　?。?）微處理器(CPU及其存儲器)</p><p>　　PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子設(shè)備，它專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，微處理器及其存儲器是PLC的心臟和管理、指揮中心。系統(tǒng)程序是由廠家編好并存人系統(tǒng)存儲器中，接受用戶通過外設(shè)輸入的用戶程序，并將它們存于用戶程序存儲器中。進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，操作系統(tǒng)先進(jìn)行自我診斷

49、，包括電源、內(nèi)部各電路的狀態(tài)和用戶程序的語法等．通過后轉(zhuǎn)入用戶程序運(yùn)行。經(jīng)過邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等操作．并通過數(shù)字式，模擬式的輸出控制各類型的相關(guān)設(shè)備或生產(chǎn)過程。</p><p>　?。?）輸人和輸出接口</p><p>　　輸人輸出接口是PLC與生產(chǎn)過程聯(lián)系的橋梁，生產(chǎn)過程的各種被控設(shè)備的各種控制信號，如：開關(guān)信號、模擬信號、數(shù)字信號等，通過輸人輸出接口的處理，將這些信號進(jìn)行濾波、隔離、電

50、平轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的信號。然后，經(jīng)過用戶程序的運(yùn)算，通過輸出接口，到達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成某些操作和任務(wù)。</p><p>　?。?）通信接口、系統(tǒng)總線</p><p>　　圖2-1 PLC控制系統(tǒng)硬件組成框圖</p><p>　　通信接口是人與PLC進(jìn)行信息交換的窗口和橋梁，通過它與計(jì)算機(jī)編程器等相連接，可以將用戶程序送到PLC的用戶程序存儲器

51、中，從而實(shí)現(xiàn)編程、凋試、運(yùn)行、監(jiān)控等功能。系統(tǒng)總線把各獨(dú)立的功能模塊相互聯(lián)結(jié)起來．PLC采用高可靠性、寬輸入電壓范圍的電源。</p><p><b>　?。?）軟件組成</b></p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的軟件主要由系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、編程語言和編程支持工具軟件等組成。</p><p><b>　　（6）工作原理</b&

52、gt;</p><p>　　PLC采用一種叫做循環(huán)掃描的工作方式，在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC對用戶程序逐行進(jìn)行解釋并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后再返回程序的起始點(diǎn)又開始新一輪的掃描。掃描一次用戶程序的時(shí)間即掃描周期一般為0.1ms～幾十ms不等．但其結(jié)果使人感覺到的效果如同繼電器控制屏一樣。</p><p>　　2.2.2 PLC的性能和特點(diǎn)</p><p>

53、<b>　　（1）高可靠性</b></p><p>　　由于一般工業(yè)生產(chǎn)過程都具有連續(xù)性作業(yè)的特點(diǎn)，而且大多數(shù)生產(chǎn)環(huán)境較其他領(lǐng)域惡劣． PLC通過輸入輸出光電隔離、主機(jī)電源與輸出電源相對獨(dú)立、采用密封防震防輻射外殼封裝、采用自診斷等一系列措施達(dá)到高可靠性要求，一般情況下無故障時(shí)間在5～30萬小時(shí)。</p><p><b>　?。?）易實(shí)現(xiàn)性</b>

54、;</p><p>　　PLC能提供許多內(nèi)部軟繼電器供用戶使用，而且觸點(diǎn)數(shù)量不受限制。大量的邏輯判斷和運(yùn)算有軟件完成，大大減少了許多接線。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)只要按照對象的要求進(jìn)行配置適當(dāng)?shù)哪K，硬件設(shè)計(jì)簡化、施工調(diào)試簡單，整改變化時(shí)僅修改控制程序即可。 </p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)所使用的PLC的特點(diǎn)</p><p>　　臺達(dá)PLC的最大優(yōu)點(diǎn)就

55、是通訊功能簡單易學(xué)，臺達(dá)所有型號的PLC均有兩個(gè)通訊口，除EH可擴(kuò)展到三個(gè)通訊口，一個(gè)Rs-232，一個(gè)Rs-485，支持標(biāo)準(zhǔn)的MODBVS通訊協(xié)議，將煩瑣的自由口通訊用便利的MODWR,MODRD,MODRW三條通訊指令代替，使得通訊變得非常簡單，這一點(diǎn)是三菱，西門子等品牌的PLC所不具備的，如果將臺達(dá)的人機(jī)，PLC，變頻器，溫控器，伺服成套使用更加的便利，因?yàn)榕_達(dá)的人機(jī)可以與變頻器，溫控器，伺服直接通訊，只需要將各參數(shù)的地址填寫好就

56、可以了，比如直接設(shè)定和讀取變頻器的設(shè)定頻率和運(yùn)行頻率，直接設(shè)定和讀取溫控器的設(shè)定穩(wěn)定等等。另外它還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的功能。</p><p>　　2.4 利用PLC做電機(jī)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　PLC具有編程簡單，控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，通用性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，體積小，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，采用這種保護(hù)控制方法還可以簡化電機(jī)的主回路和控制回路，生產(chǎn)現(xiàn)場廣泛采用熱繼電器對電機(jī)實(shí)施保護(hù)，這

57、種保護(hù)雖然可以避免電機(jī)因過載而燒毀，但仍具有以下缺點(diǎn): 據(jù)反時(shí)限保護(hù)理論，當(dāng)電機(jī)的工作電流超過額定工作電流時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間，熱繼電器保護(hù)裝置方才動作，在這段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)操作人員或控制系統(tǒng)本身無法檢測知道電機(jī)已經(jīng)故障運(yùn)行，因而也就不能采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，直到保護(hù)裝置動作，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，基于以上原因，需要在控制系統(tǒng)中采取措施，對電機(jī)故障予以檢測。</p><p>　　3 電機(jī)保護(hù)硬件設(shè)計(jì)</p>&l

58、t;p>　　3.1 電流故障類型</p><p>　　電流故障類型保護(hù)包括三相短路，過載，負(fù)序和斷相保護(hù)，前兩種屬于對稱故障，后兩種屬于不對稱故障，故障類型不同，故障信號的檢測電路也不同，但都采用鑒幅式保護(hù)原理。短路保護(hù)和負(fù)序保護(hù)的動作時(shí)間為瞬時(shí)動作，過載保護(hù)采用反時(shí)限動作原理，而斷相保護(hù)采用定時(shí)限動作原理。</p><p>　　3.2 過載保護(hù)設(shè)計(jì)</p><

59、;p>　　3.2.1 電機(jī)過載原因</p><p>　?。?）工藝過程中損壞</p><p>　　由于工藝原因引起過載，常常在一些機(jī)械中遇到，例如：采礦與減租材料工業(yè)，其工藝以生產(chǎn)與運(yùn)輸?shù)V石或砂石為對象，其工藝過程中負(fù)荷往往變化很大。機(jī)械制造工業(yè)中，也常常發(fā)生過載。例如:由于材料的硬度差別，金屬切削時(shí)吃刀量大，以及頻繁正反轉(zhuǎn)等。 </p><p><b

60、>　?。?）機(jī)械上的缺陷</b></p><p>　　由于機(jī)械上的缺陷造成過負(fù)荷。例如:沖壓生產(chǎn)中，沖頭被卡?。粷櫥到y(tǒng)失靈，潤滑不良，致使摩擦增加，軸承磨損等等。</p><p><b>　?。?）斷相運(yùn)行</b></p><p>　　因定子繞組過熱而燒毀電動機(jī)，多是由于斷相運(yùn)行所造成的。</p><p&

61、gt;<b>　?。?）電能質(zhì)量低</b></p><p>　　電動機(jī)過負(fù)荷的普遍原因是非正弦電壓，不對稱電壓以及電壓和頻率離額定值偏差過大，供電設(shè)備容量不足，或供電導(dǎo)線截面太小電壓損失過大，是造成負(fù)荷電壓太低的主要原因，這種情況在農(nóng)業(yè)供電中更為普遍。</p><p><b>　?。?）通風(fēng)不良</b></p><p>　

62、　電動機(jī)運(yùn)行的周圍環(huán)境，如塵土很大則妨礙通風(fēng)，灰塵和空氣被吸進(jìn)電動機(jī)內(nèi)部，使繞組敷上一層絕熱層，致使冷卻效果顯著下降。同時(shí)，灰塵進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部使通風(fēng)槽堵塞。</p><p>　　（6）電動機(jī)機(jī)械故障</p><p>　　異步電動機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但也存在機(jī)械故障造成的損壞，電動機(jī)結(jié)構(gòu)上最易受到損傷的是軸承，頻繁啟動或軸承環(huán)上下跳動引起轉(zhuǎn)子中部下垂，當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子相碰時(shí)，形成附加阻力矩，導(dǎo)致電動

63、機(jī)定子電流增加，電動機(jī)過熱。</p><p>　?。?）電動機(jī)修理質(zhì)量不好</p><p>　　電動機(jī)修理質(zhì)量不好又造成很快重新?lián)p壞，絕緣工藝處理不好，對電動機(jī)影響很大，這表現(xiàn)在修理后浸漆處理達(dá)不到要求。</p><p><b>　?。?）繁重工作制</b></p><p>　　電動機(jī)頻繁啟動，制動，正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，以及低速

64、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過長，造成電動機(jī)電流過負(fù)荷。</p><p>　?。?）周圍環(huán)境溫度過高</p><p>　　環(huán)境溫度過高，則電動機(jī)繞組的啟動溫度較高，加上負(fù)荷后繞組溫升很容易超過額定值。</p><p>　　3.2.2 過載對電動機(jī)的影響</p><p>　　電動機(jī)過載所造成的后果，盡管早被人們所注意，然而，過負(fù)荷對電動機(jī)特性及運(yùn)行可靠性的影響則

65、易被忽視，習(xí)慣上認(rèn)為，過負(fù)荷的結(jié)果造成電動機(jī)溫升過高，導(dǎo)致壽命下降，進(jìn)一步研究電動機(jī)發(fā)熱狀況后發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱狀況對電動機(jī)性能的影響有三點(diǎn):</p><p>　?。?）由于定子，轉(zhuǎn)子溫度增加，導(dǎo)致?lián)p耗和轉(zhuǎn)矩相應(yīng)變化。</p><p>　?。?）由于定子，轉(zhuǎn)子發(fā)熱不同特別是低壓封閉式電動機(jī)，轉(zhuǎn)子大部分損耗經(jīng)氣隙傳給定子，使氣隙間小，引起電動機(jī)所有特性變化。</p><p>

66、　　（3）由于轉(zhuǎn)子溫度的增加，使鼠籠條與鐵芯之間的過渡電阻增加，改變了轉(zhuǎn)子的附加損耗，電動機(jī)發(fā)熱時(shí)，由于氣隙減少的結(jié)果，其運(yùn)行可靠性降低，再過載時(shí)，會發(fā)生定子和轉(zhuǎn)子相碰。</p><p>　　選擇設(shè)計(jì)保護(hù)裝置的目的，不僅使電動機(jī)免受損壞，同時(shí)還應(yīng)使電動機(jī)得到充分利用，因此，一個(gè)正確保護(hù)方案的設(shè)計(jì)，不但能使電動機(jī)充分發(fā)揮過載能力的同時(shí)免于損壞，而且還能提高電力拖動系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性，尤其是當(dāng)電動機(jī)突然停止，

67、會造成產(chǎn)品報(bào)廢或其他人身與設(shè)備故障時(shí)，必須同時(shí)考慮幾個(gè)互相矛盾的因素，即可靠性，經(jīng)濟(jì)性，操作方便及機(jī)構(gòu)簡單，維護(hù)方便等等。</p><p>　　3.2.3 過載保護(hù)原理</p><p>　　過載保護(hù)原理是根據(jù)電動機(jī)允許過載特性而設(shè)計(jì)的反時(shí)限動作曲線。電動機(jī)工作時(shí)，其發(fā)熱規(guī)律為</p><p>　　==* （3-1）</p><p&

68、gt;<b>　　式中</b></p><p>　　——電動機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量，焦耳；</p><p><b>　　——散熱系數(shù)；</b></p><p><b>　　——初始溫度，；</b></p><p>　　——在給定條件下的最終溫升，；</p><

69、p>　　——電動機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　電動機(jī)過載運(yùn)行時(shí)，達(dá)到電機(jī)允許的最終溫升需要一段時(shí)間，這段時(shí)間稱為電動機(jī)的允許過載時(shí)間。允許過載時(shí)間與電動機(jī)過載倍數(shù)的關(guān)系稱為電動機(jī)的允許過載特性。</p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p>&

70、lt;p>　　式中 ——過載倍數(shù)；</p><p>　　——電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行工作電流，A；</p><p>　　——電動機(jī)額定工作電流，A；</p><p>　　——電動機(jī)過溫升倍數(shù)；</p><p>　　——電動機(jī)允許溫升， ；</p><p>　　——電動機(jī)額定工作條件下的允許溫升， 。</p>

71、<p>　　由于在額定工作條件下，、,在過載情況下，如散熱條件不變，也有、，為過載條件下的最終溫升，因此過載條件下的溫升也可用額定情況下的最終溫升來表示。</p><p>　?。?-3） </p><p>　　（3-4） </p><p>　　由此可得過載條件下的溫升為</p><

72、;p>　　（3-5） </p><p>　　在冷態(tài)情況下，即電機(jī)過載前長期未工作，=0,由式（3-5）得</p><p>　?。?-6） </p><p>　　電動機(jī)達(dá)到允許溫升的時(shí)間t為：</p><p>　?。?-7） </p><p

73、>　　如果電機(jī)處于熱態(tài)，為便于分析，假定電機(jī)原來工作于額定狀態(tài)條件下，即,達(dá)到允許溫升的時(shí)間為</p><p>　?。?-8） 3.2.4 過載保護(hù)時(shí)限的確定</p><p>　　為了確定合理的過載保護(hù)曲線，對式（3-7）和（3-8）從直觀的圖形和計(jì)算兩方面進(jìn)行了分析。根據(jù)式(3-8)可繪出電動機(jī)過載特性曲線如圖3-1所示:</p>

74、<p>　　圖3-1 電動機(jī)過載特性曲線</p><p>　　在數(shù)值計(jì)算方面，由于電動機(jī)有冷態(tài)與熱態(tài)之分，因此在計(jì)算時(shí)，取不同β值，對應(yīng)的動作時(shí)間t(s)如表3-1，3-2所示</p><p>　　表3-1冷態(tài)時(shí)動作時(shí)間t與過載倍數(shù)的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　表3-2 熱態(tài)時(shí)動作時(shí)間t與過載倍數(shù)β的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　

75、從數(shù)學(xué)模型的建立到理論推導(dǎo)，以及電動機(jī)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)證明，過載特性曲線符合電機(jī)的發(fā)熱規(guī)律。依據(jù)理想過載特性曲線可設(shè)計(jì)出反時(shí)限過載保護(hù)特性曲線，得出典型過載特性如表3-3所示</p><p>　　表3-3過載保護(hù)特性</p><p>　　3.2.5 過載保護(hù)硬件電路</p><p>　　電動機(jī)過載保護(hù)是應(yīng)用最廣泛的保護(hù)，它是反映被保護(hù)線路電流大小的一種裝置。如果被保護(hù)線

76、路電流超過整定電流時(shí)，保護(hù)裝置經(jīng)設(shè)定的時(shí)間后發(fā)出跳閘信號，切斷電源，達(dá)到保護(hù)的目的。過載保護(hù)電路由電流變換器，整流及濾波電路和信號采樣電路組成。原理如圖3-2所示:</p><p>　　圖3-2 過載保護(hù)電路原理圖</p><p>　　圖中電流互感器二次測的電流在負(fù)載電阻R上產(chǎn)生與成正比的壓降，選用的電流互感器要保證在電流整定范圍內(nèi)，線路電流與成線性關(guān)系，交流信號經(jīng)整流，濾波后，變成直流信

77、號送入信號采樣回路，當(dāng)超過整定值時(shí)，CPU啟動定時(shí)器，延時(shí)時(shí)間到，跳閘并顯示過載故障。</p><p>　　3.3 斷相保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　在電動機(jī)各種故障中，斷相運(yùn)行燒毀的比例很大，從設(shè)計(jì)和選擇斷相保護(hù)裝置觀點(diǎn)出發(fā)，三相電動機(jī)斷相原因，可分為以下四種情況:</p><p><b>　　1、供電電源斷線。</b></p>

78、<p>　　2、定子繞組三角形接線內(nèi)部斷開。</p><p>　　3、供電電源變壓器原邊斷線</p><p>　　4、多臺電動機(jī)公用供電線一線斷開。</p><p>　　以上四種故障情況中，定子繞組內(nèi)部斷開和變壓器原邊斷線，較其他兩種情況少見。造成斷相最多的是由于供電電源一線直接斷開，或公用供電線一線斷開故障。另外，在考慮斷相運(yùn)行保護(hù)時(shí)，應(yīng)區(qū)別兩種狀態(tài)

79、。一是，電動機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)斷相(其中也包括運(yùn)行中發(fā)生斷相，因轉(zhuǎn)矩不足而停止的情況).二是，發(fā)生斷相后電動機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，這兩種斷相狀態(tài)的保護(hù)差別很大。</p><p>　　3.3.1 斷相運(yùn)行電流</p><p>　　為了正確選擇斷相保護(hù)裝置，需要知道在斷相運(yùn)行狀態(tài)下線電流與相電流變化情況。</p><p><b>　　1.啟動前斷相</b><

80、/p><p>　　三相供電導(dǎo)線之一在電動機(jī)起動前斷開時(shí)，合閘后電動機(jī)接在單相電源上。</p><p>　　電動機(jī)星形接法一相斷開。</p><p>　　圖3-3 電動機(jī)星形接法一相斷開</p><p>　　如圖3-3所示，此時(shí)兩相繞組串聯(lián)后接到線電壓上，假設(shè)每相阻抗為,則斷相后的啟動電流 </p><p>　　（3-9）

81、 </p><p>　　三相對稱運(yùn)行時(shí)，相電壓 </p><p>　?。?-10） </p><p><b>　　于是</b></p><p>　?。?-11） </p><p>

82、　　可見斷相運(yùn)行起動后，星形連接電動機(jī)的線電流約是三相運(yùn)行時(shí)起動電流的87%。</p><p>　?。?）供電變壓器接法為Y/?,電動機(jī)接法為Y時(shí)，一相斷開</p><p>　　供電變壓器原邊一線斷開，則副邊一相沒有電壓，假定C相斷開時(shí)=0.原邊由于兩相繞組且串聯(lián)后接到線電壓上，每相電壓是電源電壓的一半，如圖3-4所示，得斷相運(yùn)行時(shí)的相電壓 </p><p><

83、;b>　?。?-12） </b></p><p>　　圖3-4供電變壓器原邊一相斷開</p><p>　　式中 ——線電壓；</p><p>　　——三相運(yùn)行中相電壓；</p><p>　　——斷相運(yùn)行時(shí)相電壓。</p><p>　　在變壓器的副邊仍存在上述關(guān)系。因此</p>

84、<p>　?。?-13） </p><p>　　上式中，為三相狀態(tài)下副邊額定線電壓。</p><p>　　變壓器副b線的電流為：</p><p>　　（3-14） </p><p>　　即線電流等于三相起動時(shí)的線電流。其他兩線電流（或）是的一半，即：</p>&l

85、t;p>　?。?-15） </p><p>　　當(dāng)供電變壓器為?/Y聯(lián)結(jié)時(shí)，情況與此相同。</p><p><b>　　2．運(yùn)行中斷相</b></p><p>　　運(yùn)行中發(fā)生斷相時(shí)，電流大小與電動機(jī)負(fù)載大小有關(guān)。</p><p>　　定子繞組星形聯(lián)結(jié)電源一線斷開</p>

86、<p>　　這時(shí)兩相繞組串聯(lián)后接到線電壓上。以、分別表示斷相運(yùn)行時(shí)的相電流與線電流。斷相運(yùn)行時(shí)的輸出功率為：</p><p>　?。?-16） </p><p>　?。?-17） </p><p>　　若輸出保持三相狀態(tài)下１００％負(fù)荷不變，則斷相運(yùn)行時(shí)的線電流為：&

87、lt;/p><p>　?。?-18） </p><p><b>　　設(shè)=，=，則=。</b></p><p>　　實(shí)際上，斷相運(yùn)行時(shí)，由于有負(fù)序電流，電動機(jī)斷相運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)（）和效率（）均明顯下降。若取斷相運(yùn)行時(shí)=0.9，=0.87，由此可算出斷相運(yùn)行時(shí)的線電流=2.2。這個(gè)數(shù)值與實(shí)測結(jié)果較為接近。<

88、;/p><p>　　供電變壓器聯(lián)法為Y/?，電動機(jī)聯(lián)法為Y時(shí)一相斷開</p><p>　　變壓器原邊一線斷開如圖3-4所示，由于原邊是兩組繞組串聯(lián)后接在線電壓上，所以副邊電壓下降到額定電壓的0.866倍，而且副邊輸出單相電壓 =。這時(shí)對電動機(jī)來說，可用圖3-5的等值電路表示。</p><p>　　斷相運(yùn)行時(shí)的輸出功率為：</p><p>　?。?

89、-19） </p><p>　　當(dāng)負(fù)荷保持在三相狀態(tài)下100%時(shí)，斷相后的線電流為：</p><p><b>　?。?-20） </b></p><p>　　圖3-5供電變壓器原邊一相斷開時(shí)電動機(jī)等值電路</p><p>　　3.3.2 斷相保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)及動作特性</p>&

90、lt;p>　　電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，三相對稱，不會產(chǎn)生斷相信號，只有發(fā)生斷相故障時(shí)，才會產(chǎn)生不對稱電流，它通過圖3-6所示的斷相信號檢測電路向CPU輸出電壓信號U,CPU通過對其大小進(jìn)行檢測，計(jì)算，判斷和處理，判斷是否存在斷相故障。</p><p>　　圖3-6 斷相保護(hù)電路</p><p>　　圖中電流互感器二次測的電流在負(fù)載電阻R上產(chǎn)生與成正比的壓降，它經(jīng)過整流，濾波后，變成直流電壓信

91、號送入信號采樣回路，CPU根據(jù)采樣值判斷起動時(shí)刻是否存在斷相故障及運(yùn)行中是否發(fā)生斷相故障。因兩種故障的動作時(shí)間和判別依據(jù)不同，CPU應(yīng)根據(jù)故障類別，分別啟動相應(yīng)的定時(shí)器，延時(shí)斷開主回路對電動機(jī)進(jìn)行斷相保護(hù)。</p><p>　　斷相信號檢測電路向CPU輸出電壓信號,CPU通過對其大小進(jìn)行檢測、計(jì)算、判斷和處理，判斷是否存在斷相故障。為了防止正常負(fù)載不平衡時(shí)，B相有較高的電位，加入和對于B相的保護(hù)，我們將在過載保護(hù)

92、時(shí)對B相實(shí)行斷相保護(hù)，發(fā)生斷相后，Ur經(jīng)多路選擇開關(guān)送A/D轉(zhuǎn)換器PLC對該信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理，并發(fā)出執(zhí)行命令。</p><p>　　斷相我們分為啟動中斷相和運(yùn)行中斷相，兩種斷相對電動機(jī)的傷害不同，故我們分別對待，啟動中斷相造成電機(jī)啟動電流可超過5倍的額定電流，對電動機(jī)損害嚴(yán)重，要瞬時(shí)動作。運(yùn)行中發(fā)生斷相我們允許根據(jù)電流大小情況，讓電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。最長時(shí)間為30分鐘，1.2倍時(shí)為20分鐘。</p>

93、;<p>　　3.3.3 斷相信號的獲得</p><p>　　研究異步電動機(jī)斷相運(yùn)行的目的，在于尋求合理而有效的斷相保護(hù)方法，要想實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)，首先應(yīng)設(shè)法獲得斷相訊號，以便在此基礎(chǔ)上構(gòu)成斷相保護(hù)裝置。</p><p>　　根據(jù)斷相運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的各種物理特征如電氣、發(fā)熱、磁路以及機(jī)械等物理參數(shù)的變化取得斷相訊號，構(gòu)成斷相運(yùn)行時(shí)的電氣、發(fā)熱與機(jī)械的保護(hù)裝置，本文選用依據(jù)電氣參數(shù)變

94、化構(gòu)成保護(hù)。</p><p>　　發(fā)生斷相時(shí)，電動機(jī)的電壓發(fā)生變化，體現(xiàn)在電動機(jī)端子電壓不對稱，負(fù)序與零序電壓上升，以及當(dāng)供電導(dǎo)線斷開時(shí)斷點(diǎn)電壓的變化。</p><p>　　電動機(jī)電流的變化主要表現(xiàn)在零序電流和負(fù)序電流的上升。斷相保護(hù)方式，反應(yīng)電流大小的保護(hù)比反應(yīng)電壓大小的保護(hù)好，因?yàn)榉磻?yīng)電壓大小的保護(hù)在接到電網(wǎng)的地方斷線時(shí)就不能斷開故障狀態(tài)下的電動機(jī)，它也不能反應(yīng)空載運(yùn)行電動機(jī)的斷相，當(dāng)

95、電動機(jī)聯(lián)成三角形繞組斷線時(shí)也不行，這時(shí)電壓不改變。電流比較好是因?yàn)閿嘞喙收习l(fā)生時(shí)，至少有一根供電導(dǎo)線里的電流等于零，本文采用取用負(fù)序電流訊號設(shè)計(jì)保護(hù)。</p><p>　　3.3.4 負(fù)序信號的獲得</p><p>　　負(fù)序保護(hù)電路如圖3-7所示</p><p>　　圖3-7 負(fù)序電壓采樣電路</p><p>　　我們利用移相電路是正序電壓

96、合成為零，為此所用的電阻、電容元件的數(shù)值應(yīng)滿足以下條件</p><p>　　各元件參數(shù)保持上述關(guān)系，從而保證滯后于60°而與同相位，電動機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，三相組成正序矢量如圖3-8所示，因?yàn)闇笥?0°，與同相位，則</p><p>　　與相位相反，又由于=，于是=，濾序器輸出電壓是 的矢量</p><p>　　，濾序器無輸出電壓。</p>

97、;<p>　　圖3-8 正序電流矢量圖 圖3-9 濾序器的矢量圖</p><p>　　電動機(jī)斷相運(yùn)行時(shí)，存在負(fù)序電流分量，對負(fù)序電流系統(tǒng)來說，濾序器的矢量圖如圖3-9所示。這時(shí)，與不是大小相等相位相反，而是相差60°，濾序器輸出電壓</p><p>　　3.3.5 負(fù)序保護(hù)時(shí)限的確定</p>

98、;<p>　　供電導(dǎo)線斷開時(shí)，一個(gè)線電流為零。這時(shí)電流對稱分量的絕對值為：=，=，=0，這里I表示線電流。</p><p>　　如果斷相在三角形聯(lián)接的電動機(jī)繞組中發(fā)生，則由相電流與線電流的矢量關(guān)系可知，其中一線的線電流將比；另兩線的線電流大倍。此時(shí)電流的對稱分量的數(shù)值為：</p><p><b>　　=，=，=0</b></p><p

99、>　　線電流是相電流的倍，即I=，于是=0.577。</p><p>　　在現(xiàn)場條件下，電網(wǎng)電壓常常存在一定程度的不對稱，造成有負(fù)序電流的存在。當(dāng)供電導(dǎo)線之一斷開時(shí)，空載電流與額定電流的關(guān)系是：=（0.64～1.3），負(fù)序空載電流減少到，即=（0.37～0.39）當(dāng)供電電壓不對稱的極限值是7%時(shí)，</p><p>　　負(fù)序電流達(dá)到：==0.07*5=0.35 。</p>

100、<p>　　為避免誤動作，保護(hù)裝置的動作電流要大于所求得的數(shù)值。我們設(shè)計(jì)的負(fù)序保護(hù)裝置的動作上限為0.37，其時(shí)限為瞬時(shí)動作。</p><p>　　3.4 短路保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　我們知道，長期在高溫下的電機(jī)，其絕緣迅速老化而變脆，這些附在導(dǎo)體表面的絕緣層由于老化變脆而失去應(yīng)有的彈性，所以當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于熱膨脹的作用，使絕緣層斷裂，剝離，因振動導(dǎo)致絕緣層脫落而發(fā)生

101、短路現(xiàn)象，而更多的故障情況，則出現(xiàn)在木槽口的端部，這是由于線圈伸出槽口的直線部分所受的力，受相鄰線圈和同層異相線圈電動力的作用，產(chǎn)生一個(gè)切向的交變彎曲力矩，由于電磁力的大小與電流的平方成正比，所以當(dāng)電機(jī)起動時(shí)其力矩將增大幾十倍，此時(shí)如果其箍綁線有所松動，端部絕緣就會因線圈振動而磨損，多次起動后，就會出現(xiàn)單相對地或相間短路的現(xiàn)象，電機(jī)發(fā)生短路后，對生產(chǎn)的安全性危害很大，對電機(jī)進(jìn)行短路保護(hù)是我們急待解決的問題之一。</p>&

102、lt;p>　　3.4.1 短路保護(hù)動作特性</p><p>　　表3-4 短路保護(hù)動作特性</p><p>　　3.4.2 短路保護(hù)硬件電路</p><p>　　短路保護(hù)硬件電路的設(shè)計(jì)思想同過載保護(hù)硬件電路的設(shè)計(jì)思想相同，短路保護(hù)采樣電路由電流變換器，整流及濾波電路和信號采樣電路組成，其原理圖如圖3-10所示。</p><p>　　

103、短路保護(hù)的時(shí)限設(shè)計(jì)為瞬時(shí)動作。另外由于短路電流倍數(shù)和負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)，所以我們在設(shè)計(jì)軟件部分對此進(jìn)行了考慮。通過軟件可以很方便的完成過載、短路電流的整定。</p><p>　　圖中電流互感器二次測的電流在負(fù)載電阻R上產(chǎn)生與成正比的壓降，選用的電流互感器要保證在電流整定范圍內(nèi)，線路電流與成線性關(guān)系，交流信號經(jīng)整流，濾波后，變成直流信號送入信號采樣回路，當(dāng)超過整定值時(shí)，立即跳閘并顯示短路故障。</p>&

104、lt;p>　　圖3-10 短路保護(hù)采樣電路</p><p>　　3.5 過/欠壓保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1 過/欠壓保護(hù)的意義</p><p>　　電機(jī)運(yùn)行電壓過高時(shí)，造成電機(jī)相電流過大，并且破壞電機(jī)的絕緣強(qiáng)度，與過電壓相比，欠電壓運(yùn)行更成問題，下面著重討論欠壓問題。</p><p>　　當(dāng)電動機(jī)機(jī)械負(fù)荷一定時(shí)，電網(wǎng)電

105、壓降低定子電流將顯著上升，于是損耗與溫升也將因此而增加。當(dāng)供電系統(tǒng)或配電電路出現(xiàn)故障時(shí)，供電電壓將短時(shí)下降。當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)，原來接在電路中的電動機(jī)有可能自啟動，如果供電電壓恢復(fù)較慢，則電動機(jī)將長時(shí)間處于啟動狀態(tài)，這時(shí)，無論是電動機(jī)還是配電系統(tǒng)均受相當(dāng)大的啟動電流作用，這將導(dǎo)致絕緣過熱，甚至損壞。</p><p>　　欠壓保護(hù)的目的是：保證重要電動機(jī)盡可能在故障期間內(nèi)維持繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)要求其余電動機(jī)能在故障排除后，重

106、新順利投入運(yùn)行。</p><p>　　通常低電壓保護(hù)的動作時(shí)間為0.5秒，當(dāng)電源電壓短時(shí)降低或消失，根據(jù)生產(chǎn)過程和技術(shù)保護(hù)等要求，不允許自啟動的電動機(jī)，裝設(shè)低電壓保護(hù)時(shí)，其延時(shí)范圍可以大些（8~10秒）。</p><p><b>　　低電壓保護(hù)要求</b></p><p>　　對異步電動機(jī)進(jìn)行理論分析可知，轉(zhuǎn)矩和電壓平方成正比，即</p&

107、gt;<p>　　= (2-21) </p><p>　　式中 ——與額定電壓對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩；</p><p><b>　　——臨界電壓； </b></p><p>　　——在

108、臨界電壓下的最大轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　而實(shí)際中生產(chǎn)的電機(jī)，中小型電動機(jī)一般轉(zhuǎn)矩與電壓的關(guān)系為</p><p>　　= (2-22)</p><p>　　如果取 ， 一般取=2.2 ， 則=0.75</p><p>　　此為電動機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行的臨界電壓上限。</p&g

109、t;<p>　　低壓保護(hù)時(shí)限，對于具體的電動機(jī)，應(yīng)視其使用場合，重要程度，拖動的設(shè)備工藝特點(diǎn)及電源容量具體確定，大體可分為以下三類：</p><p>　?。?） 瞬時(shí)動作 對所有不重要的，不影響生產(chǎn)工藝的電動機(jī)采用</p><p>　?。?） 短延時(shí)動作 對于重要的可能影響生產(chǎn)工藝流程并拖動啟動條件困難的繞線型電動機(jī)采用，一般為0.5秒左右</p>

110、<p>　?。?） 長延時(shí)動作 對生產(chǎn)過程中重要的，且啟動較容易的繞線型電動機(jī)，以及可以自啟動，而技術(shù)安全條例不允許自啟動的鼠籠型電動機(jī)采用，一般為5秒左右。本設(shè)計(jì)中過壓的動作上限為額定電壓的125%，并且采用1分鐘的延時(shí)動作；欠壓的動作下限為75%，采用5秒的欠壓保護(hù)延時(shí)動作</p><p>　　3.5.2 過/低壓保護(hù)采樣硬件電路</p><p>　　該采樣電路由電壓互

111、感器，整流及濾波電路和信號采樣電路組成，如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 過/低壓保護(hù)電路</p><p>　　3.6 傳感器設(shè)計(jì)和A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6.1 傳感器</p><p>　　主要核心為互感器，我們設(shè)計(jì)時(shí)主要對互感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成對電動機(jī)的電壓和電流信號的轉(zhuǎn)換。</p>

112、<p>　　根據(jù)用途的不同，互感器分為兩大類：一類為電流互感器，也叫儀用變流器，它是將大電流變成小電流的設(shè)備；另一類為電壓互感器，也叫儀用變壓器，它是將高電壓變成低電壓的設(shè)備。</p><p>　　互感器主要用來隔離高壓電路，擴(kuò)大繼電器和儀表的使用范圍。另外使保護(hù)裝置小型化，標(biāo)準(zhǔn)化，并可簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，有利于規(guī)模生產(chǎn)。</p><p>　　3.6.2 電流互感器</p

113、><p>　　電流互感器一次匝數(shù)很少，串接于主電路中。二次繞組與負(fù)載的電流線圈串聯(lián)，阻抗很小，接近于短路工作狀態(tài)。所以互感器等值總阻抗在一次回路中所占的比重極小，其一次電流大小決定于負(fù)荷電流，而與互感器二次負(fù)荷無關(guān)，可看作恒流源。</p><p>　　電流互感器在工作時(shí)，二次側(cè)不允許開路或接熔斷器，否則對二次設(shè)備及人身安全造成威脅，還使精確等級降級，甚至損壞絕緣。工作中需要拆除二次回路設(shè)備時(shí)應(yīng)