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三相鼠笼式异步电动机正反转及能耗制动电气控制系统班级学号：2010084030001 姓名：陈国强2010084030002 郭兴2010084030003 谌鸿强一、系统设计方案异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
异步电动机的优点是结果简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高且适用性强，缺点是功率因数较差。
三相异步电动机启动过程中会出现较大的电流，对电动机本身会有一定的影响。
由于异步电动机不存在换向问题，对不频繁启动的异步电动机来说，短时大电流没什么关系；对频繁启动的异步电动机，频繁出现短时大电流会使电动机内部过热，但是，只要限制每小时最高启动次数，电动机还是能承受的。
因此，只考虑电动机本身，是可以直接启动的。
但下面两种情况下，三相异步电动机直接启动是不可行的：①变压器与电动机容量之比不足够大；②启动转矩不能满足要求。
对于第①种情况，需要减小启动电流，第②种情况需要加大启动转矩。
本设计中不属于以上两种情况且不存在频繁启动的问题，故采用直接启动。
对于鼠笼异步电动机的控制方式有多种，常见的有PLC控制盒传统继电器控制，这里采用PLC控制方式。
主要设计步骤如下：1、主电路设计2、电路参数估算3、根据参数选择元器件4、PLC控制电路设计5、PLC控制编程软件6、调试运行二、电动机主电路设计根据要求，主电路设计如图1。
初始时，机械手停靠在左边，SQ1为ON，当QF闭合时，按下启动开关SB1，则继电器KM1得电，电机正转，机械手向右运动至工位1，触发行程开关SQ2使之转为ON状态，则继电器KM3得电，电机停转，并在该位置停靠6秒，然后再继续前进至工位2，触发行程开关SQ3使之转为ON状态，同样继电器KM3得电，电机停转，并在该位置停靠6秒，然后电机反转，退回至初始位置。
主电路中H1，H2分别为左右极限报警灯，若机械手运动到极限左右位置时，触发极限位置开关，则KM3，KM4，KM5得电，电机停转，并且报警器得电报警。
沈阳工程学院课程设计设计题目：计算机控制三相笼型异步电动机能耗制动系别班级学生姓名学号指导教师职称讲师起止日期： 2011年12月12日起——至 2011年 12月16日止沈阳工程学院微型计算机控制技术课程设计成绩评定表系（部）：班级：学生姓名：课程设计任务书课程设计题目：计算机控制三相笼型异步电动机能耗制动系别班级学生姓名学号指导教师职称讲师课程设计进行地点：实训F202，图书馆任务下达时间： 2011年 12 月 9 日起止日期： 2011年12月12日起——至 2011年 12月16日止教研室主任年月日批准1.设计的原始资料及依据；能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压通入直流电流。
利用转子感应电流与静止磁场的作用以达到制动的目的。
能耗制动可以由时间继电器控制和由速度继电器控制两种控制线路。
能耗制动比反接制动的能耗的能量小，其制动电流也比反接制动电流小得多，能耗制动的制动效果不及反接制动明显。
一般适用于电动机容量大和起动制动频繁的场合。
2.设计主要内容及要求；图8—1为用时间继电器控制和单向能耗制动控制线路。
当电动机需要停止时，按下停止按钮SB1，电动机由于KM1断电而脱离三相交流电源。
同时接触器KM2吸合，将直流电引入电动机定子绕组，时间继电器KT线圈与接触器KM2线圈同时接通时通电并自锁，电动机进入能耗制动状态。
当转子的速度接近于零时，时间继电器延时打开的常闭触点断开接触器KM2的线圈电路。
由于KM2常开辅助触点复位，时间继电器KT线圈断电，电动机能耗制动结束。
图8—1 以时间为原则控制的单向能耗制动线路3.对设计说明书、论文撰写内容、格式、字数的要求；（1）题目、目录、原始数据及技术要求等；（2）具体设计说明，包括硬件和软件的设计步骤说明及相关图形；（3）系统总原理图；（4）元件明细；（5）参考文献。
4.课题完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求；（1）课程设计说明书；（2）硬件设计原理图；（3）软件流程图。
电机控制系统中的能量回馈技术电机控制系统中的能量回馈技术在现代工业自动化领域中起着至关重要的作用。
能量回馈技术是指通过某种方式将电机系统产生的能量进行回馈利用，以达到能效优化、节能减排的目的。
在电机控制系统中，能量回馈技术可以有效降低系统的能耗，提高系统的运行效率，延长设备的使用寿命，是一种非常重要的技术手段。
一、能量回馈技术的工作原理能量回馈技术主要包括能量回馈装置和能量回馈控制系统两部分。
能量回馈装置通过不同的原理将电机系统产生的能量进行回馈利用，如惯性回馈装置、发电回馈装置、机械回馈装置等。
能量回馈控制系统则通过检测和分析能量回馈装置输出的能量状况，对电机控制系统进行智能调控，实现能量的高效利用。
通过这种方式，能量回馈技术可以将电机系统产生的惯性能量、制动能量等在一定程度上回馈到电网中，减少电机系统的能量损耗，提高系统的整体能效。
二、能量回馈技术的应用领域能量回馈技术广泛应用于各种电机控制系统中，包括电梯系统、风力发电系统、电动汽车系统等。
在电梯系统中，能量回馈技术可以将电梯在下行过程中产生的制动能量回馈到电网中，减少了电梯系统的能耗，提高了系统的整体运行效率。
在风力发电系统中，能量回馈技术可以通过智能控制系统将风力发电机产生的多余电能回馈到电网中，实现风力发电系统的能量储存和再利用。
在电动汽车系统中，能量回馈技术可以将电动汽车制动时产生的能量回馈到电池中，延长了电动汽车的续航里程，提高了电动汽车的能效。
三、能量回馈技术的发展趋势随着节能减排的国家政策日益严格，能量回馈技术在电机控制系统中的应用前景十分广阔。
未来，随着智能控制技术的不断发展和完善，能量回馈技术将会变得越来越智能化、高效化。
同时，随着新能源技术和储能技术的不断创新，能量回馈技术将会在电机控制系统中得到更加广泛的应用，并对整个工业自动化领域产生深远的影响。
总的来说，电机控制系统中的能量回馈技术是一种具有重要意义的技术手段，可以有效提高系统的能效，降低系统的能耗，延长设备的使用寿命。
PLC讨论课题目：三相笼型异步电动机反接制动PLC控制系统设计小组成员：班级：前言 (3)1．PLC简述 (3)2. 三相异步电动机制动方法 (4)3. 反接制动接触器继电器控制 (4)4. 反接制动的PLC控制 (5)结论 (6)前言PLC在三相异步电动机控制中的应用，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、功能完善等优点。
长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。
它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需求。
本文设计了三相异步电动机的PLC反接制动控制电路。
三相异步电动机的应用几乎涵盖了农业生产和人类生活各个领域，在这些应用领域中，三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。
对于应用于大型工业设备重要场合高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。
在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。
在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。
1．PLC简述本系列的控制是采用PLC的编程语言——梯形语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工作环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。
长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。
它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。
收稿日期:1997205204笼型异步电动机能量回馈制动控制徐国忠 诸 静(浙江大学,杭州 310027)涂筱烈(安徽医科大学)徐惠国(合肥第二十六中学)【摘要】本文分析了变频器实现异步电动机回馈制动的原理,提出了一种新颖的能量回馈控制方法和能量回馈电路,该方法具有能量回馈效率高、控制简单且不易发生逆变失败等优点,有效地抑制电动机制动时直流侧泵升电压。
实验结果验证了该方法的正确性和有效性。
【关键词】变频调速,异步电动机,回馈制动,泵升电压抑制,能量控制1 引 言近年来,国内外对变频器的研究和应用取得飞速的进步,尤其是通用变频器在工业生产中得到了广泛的应用。
当变频器驱动异步电动机在制动或者下放位能性负载过程中,电动机处于再生制动状态,传动系统中的机械能通过电动机转换成电能,变频器中续流二极管将这种能量回馈到变频器直流侧电容C 中,使直流侧电压升高,产生泵升电压。
特别是要求快速起、制动和频繁正、反转的调速系统,短时间内有很大的能量回馈,在电容上产生很高的泵升电压,若不及时释放这部分能量,则势必会引起变频器过压保护动作或造成主回路大功率器件的过压损坏。
对这种泵升能量的处理方法基本上有两种:(1)耗散到直流侧与电容器并联的“制动电阻”中,(2)通过能量回馈电路使之回馈到交流电网中。
前一种方式比较简单,但经过电阻耗散能量,不仅浪费了能源,有时也会产生某些副作用[2],后一种方式虽然结构较为复杂,但提高了能源的利用率,尤其是对频繁起制动或长期带位能性负载下放的系统,会产生显著的节电效果。
本文提出了一种新颖的能量回馈控制方案并设计了相应的电路,实验结果验证了该方法的正确性和有效性。
2 能量回馈控制策略和能量回馈电路设计211 能量回馈控制策略带能量回馈电路的变频器主电路结构如图1所示。
能量回馈控制的工作原理是利用二只GTR T 7、T 8和六只晶闸管等组成能量回图1 带能量回馈电路变频器主电路结构图馈电路,制动时,控制GTR T 1～T 6按一定下降频率给电机供电,使之工作在再生制动状态,驱动T 7、T 8和晶闸管逆变桥,如果满足逆变条件,则把直流侧泵升能量直接回馈给电网,确保在整个制动过程中,直流侧电压在安全范围内。
对于普通晶闸管逆变桥,如果依自然换相点实现逆变,则其逆变角的选择应使Β>30°,否则,就有可能会逆变失败,而Β>30°回馈电网能量大为减少,无法抑制泵升电压的快速上升,不能实现快速制动的目的,同时也使制动结束时直流侧电压小于平均整流电压。
本文提出一种新型逆变换流控制(强迫通断控制)的方法,运用串联在直流馈线上的T 7、T 8(参见图1),按一定时序控制其通断状态,从而可使晶闸管逆变桥处于逆变或关断状态,即在自然换相点处发出T 7、T 8关断信号,并在晶闸管逆变桥再次触发前先发出T 7、T 8导通信号,使其导通,当晶闸管逆变桥被触发时,如果满足逆变条件,则把能量回馈电网,能量回馈控制示意图如图2所示(I (t )为回馈电流)。
它的特点是可选择Β<0°进行逆变,实验交流线电压等于或略大于直流侧图2 能量回馈控制示意图图3 GTR 晶闸管触发信号时序图平均整流电压U d 时进行逆变,能量回馈率高,又杜绝单独使用逆变桥控制时,可能会发生的逆变失败现象,且硬件控制电路结构简单。
本文中交流侧线电压为电网电压降压后的220伏,经整流、滤波后直流侧平均电压为U d ≈2134×127≈297伏,选用固定逆变角Β=-1315°时,该时刻电源交流侧瞬时线电压为311×sin (60°+1315°)=298伏,当电机处于电动状态时,对应于触发时刻即使有误触发信号,晶闸管也不可能导通(功率器件导通管压降的作用);而当电动机处于制动状态时,晶闸管导通时间较长,能量回馈较多,确保了直流侧电压不会上升过高,且制动结束时,直流侧电压略高于297伏(功率器件管压降的影响)。
T 7、T 8和晶闸管逆变桥的触发时序如图4所示。
在自然换相点处发出T 7、T 8关断信号,并在晶闸管再次触发前的一个时钟周期(大约8313Λs 由12kH z 时钟产生)开通T 7、T 8使逆变电路与直流侧连通,当晶闸管被触发时,如果满足逆变条件,则把能量回馈电网。
212 能量回馈电路参数的选择设逆变器直流侧最大允许电压值为U C m ax ,系统最大回馈功率为P e ,回馈电流I(t )的最大值为I m ax ,为使制动过程中直流侧电压U C (t )不超过U C m ax ,必须满足:60°+Β60°I m ax U C m ax ΕP e(1)I m ax ΕP e 60°U C m ax 60°+Β(2)交流电抗器电感量(一相)为:L =U C m ax -U V 2(2Π 6f ) I m ax =U C m ax -U v24Πf I m ax(3)U V 为处于自然换相点时刻交流线电压的瞬时值,f =50H z 。
由于在实际系统中各种发热和转换损耗不可避免,且电动机的回馈功率随其转速下降而减少,因此只要保证(1)式成立,就可使制动过程中直流侧电压等于或小于U C m ax ,系统安全可靠地工作。
3 实验验证为了验证本文能量回馈控制方案,在一・65・《电工电能新技术》套电压型矢量控制交流变频调速系统做了各种试验。
异步电动机功率为11k W,异步机—直流发电机组转动惯量为1176kg m2。
制动时,用记忆示波器记录了电动机转速和泵升电压变化波形。
证实本文的方案正确性和表明了所设计的电路性能良好。
图4(a)(b)给(图片中 上条曲线:直流侧电压波形下条曲线:电动机转速波形)图4 电动机起制动时转速及泵升电压变化波形出机组在最大制动转矩时,不同转速下的制动波形。
电压标尺:50V D I V,时间标尺: 500m s D I V,速度标尺:500rpm D I V。
机组从1000rpm、1500rpm制动到零时的制动时间分别为450m s、670m s,直流侧泵升电压分别为35V、75V。
4 结 论本文提出了一种新颖的固定逆变角(Β=-1315°)晶体管一晶闸管混合控制能量回馈控制方法,该方法具有变流效率高,响应速度快,不易发生逆变失败等优点,有效地抑制了制动时直流侧泵升电压,且制动结束时直流侧电压基本不变,有利于电动机再次迅速电动运行。
该研究成果在工程上具有较大的实用价值。
参 考 文 献1 佟纯厚.近代交流调速.冶金工业出版社,1995;5 2 涂从欢.电力拖动系统中能量回馈控制的设计.电气传动,1996;(3)3 张晓光等.直流脉宽调速系统中回馈能量的研究及泵升电路设计.电工技术学报,1996;(1)4 Keiju M atsui,T subo i and Soburo M uto.Pow er R egenerative Contro l by U tilizing T hyristo r R ectifier of V o ltage Source Inverter.IEEE T rans.Ind.A pp licati on,1992;28(4):ENERG Y FEED BACK BRAK ING CONTROL OF AS Y NCHRONOUS MOT ORXU Guozhong ZHU J ing(Zhejiang U n iversity,H angzhou310027)TU X iao lie(A nhu iM edical U n iversity) XU H u iguo(H efei26th M iddle Schoo l)【Abstract】T he pap er analyses the b rake p rinci p le of the m o to r pow ered by the inverter and(下转第69页)体的结构和形状特征;(2)k与B m、H m和(B H)m有明确的关系,据此利用k可以确定磁路的参数,并进行磁路的设计;(3)从性能价格比最优考虑,结构系数k 应大于k m ax,其成本基本不变,而径向尺寸减小;(4)本设计方法也可用于其他类型的钕铁硼磁路。
参 考 文 献1 林其禾,赵佑民.磁路设计原理.北京:机械工业出版社,1987.112 王以真.实用磁路设计.天津:天津科学技术出版社,1992.113 周惠兴,王先逵等.内燃机异型活塞型面的高速数控车削.见:先进制造技术论文集.北京,1996。
9,北京:机械工业出版社,1996.12STRUCTURE COEFF I C IENT D ESIGN ING M ETHODFOR NdFeB M AGNET I C C IRCU ITW AN G X ianku i ZHOU H u ix ing(In stitu te of M anufactu ring Engineering,T singhua U n iversity,B eijing100084)【Abstract】B ased on basic V C M m agnetic circu it,a structu re coefficien t design ing m ethod fo r N dFeB m agnetic circu it is p resen ted.D ifferen t from traditi onal design ing p rocedu re,it com b ines the m agnetic circu it w o rk ing po in t w ith the structu re coeffcien t and easily gets the h igh perfo r m ance circu it and low est m anufactu ring co st.T he m agnetic w o rk ing po in t get from th is m ethod is u sually no t on the po in t of m ax i m um m agnetic energy and op ti m ized m agnetic structu re coefficien t k is greater than k m ax.Som e m agnetic design ing exam p les and their data fo r linear driving m o to r are given in th is p aper.T he linear m o to r designed by th is m ethod has been u sed in CN C lathe fo r O.P.p iston s,w h ich show s the effectiveness of th is m ethod.【Keywords】m agnetic circu it design ing,N dFeB,V C M(上接自第57页)p ropo ses a novel m ethod of energy feedback con tro l and a circu it.T he m ethod has m any fea2 tu res such as h igh energy feedback efficiency,easy con tro l and no converting failu re etc.It li m its the pum p vo ltage of dc link effectively.Exp eri m en tal resu lts p rove that the m ethod is co rrect and effective.【Keywords】V F SR,asynch ronou s m o to r,feedback b rake,p um p vo ltage li m itati on,energy con tro l。
