基于PLC的高压电机软起动装置设计与研究

摘要

电动机作为重要的动力装置，已广泛用于工业生产中。在交流异步电动机的起动控制上，传统起动方式的一些弊端也显示出来了。对于一些较大功率的电动机，如不采用任何起动装置的情况下，直接加额定电压到电动机绕组时，电机的起动电流可达额定电流的4～7倍，其转速也在很短时间内由零上升到额定转速。同时电动机起动时的转矩冲击一般可达额定转矩的两倍以上，起动时过高的电流会造成严重的电网冲击，给电网造成过大的电压降落，降低电网电能质量并影响其他设备的正常运行。而过大的转矩冲击又将造成机械应力冲击，影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。因此，为了在较小的起动电流下得到足够大的起动转矩，需要选择合适的起动方法。
　　 软起动技术在解决高压、大容量的电机起动问题有着卓越的功能，是替代传统降压起动的一项新技术。软起动具有无冲击电流，对电网的影Ⅱ向小，并且能消除起动转矩冲击的优点。而且软起动装置具备经济性和可靠性的特点。本文针对电动机的起动问题，提出一种基于PLC控制的软起动方案。
　　 论文的主要内容如下：
　　 首先，介绍了异步电动机的等效电路和传统降压起动方式，以及电动机软起动的各种常见方案及特点。
　　 其次，详细介绍了基于PLC的电机软起动系统的硬件实现和软件编程。提出了分段线性化液态电阻的思想，使软起动过程更加符合实际电阻的变化，软起动效果更好；对于液态电阻软起动器的工作原理、系统构成、技术特点及具体实现方案都做了详细说明，并编写了软起动部分的程序。
　　 再次，对于电机软起动，进行了仿真研究，使用仿真软件得出了起动电流曲线图。并将设计的软起动装置应用于实际过程，实际运行表明了所设计软起动装置的正确性。
　　 最后，还对电机的故障进行了诊断研究。故障诊断方面采用了基于概率神经网络PNN的方法。实验证明概率神经网络是一种很好的用于电机故障诊断的方法。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 选题的目的和意义

1.2 选题的依据

1.3 国内外研究动态和水平

1.4 研究内容及技术难点

1.5 本章小结

2 电机软起动原理及控制方案研究

2.1 异步电动机的电路分析

2.2.1 异步电动机的等效电路

2.2.2 异步电动机串接电阻阻值的计算

2.2 传统起动方式

2.2.1 直接起动

2.2.2 减压起动

2.3 软起动方案

2.3.1 软起动概述

2.3.2 软起动方案

2.4 软起动器的起动方式

2.4.1 电压斜坡起动

2.4.2 限流起动

2.4.3 转矩控制起动

2.5 本章小结

3 基于PLC的电机软起动系统的设计与实现

3.1 液态电阻软起动器概述

3.1.1 液态电阻软起动器的工作原理及特点

3.1.2 液态电阻软起动器的系统构成

3.1.3 液态软起动器的技术特点

3.1.4 液体电阻的配制及测量

3.2 软起动装置的实现

3.2.1 技术方案

3.2.2 具体实施方式

3.3 程序设计

3.3.1 S7-200和S7-300概述

3.3.2 液体电阻启动的功能及要求

3.3.3 系统I/O分配

3.4 液体电阻启动程序设计

3.5 触摸屏控制

3.6 本章小结

4 电机软起动系统仿真研究

4.1 异步电机的数学模型[35,36]

4.2 异步电机的仿真

4.2.1 SIMULINK简介

4.2.2 仿真模型

4.3 仿真结果

4.4 本章小结

5 电机的故障诊断

5.1 异步电动机的故障诊断

5.2 基于神经网络的诊断方法

5.2.1 神经网络用于故障诊断的方法

5.2.2 概率神经网络

5.3 基于PNN的故障诊断和仿真

5.3.1 基于PNN的故障诊断

5.3.2 测试样本数据的仿真

5.4 本章小结

6 总结和展望

致谢

参考文献

附录 软起动的主要部分PLC程序代码:

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