基于PLC的異步電機(jī)轉(zhuǎn)角控制的研究與實(shí)現(xiàn)

焦洪遠(yuǎn)

摘要：現(xiàn)階段對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)角控制逐漸受到人們的關(guān)注，為實(shí)現(xiàn)對三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確控制，本文首先詳細(xì)分析了異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，然后采用PLC對異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了較好的控制效果?，F(xiàn)階段雖然很多領(lǐng)域采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確控制，但異步電動(dòng)機(jī)與之相比具有功率大、價(jià)格低廉、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，因此對三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確控制具有重要意義。

關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)角控制系統(tǒng) PLC

中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0028-01

在工業(yè)生產(chǎn)過程中通常需要對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)行準(zhǔn)確控制，但由于步進(jìn)電機(jī)的功率相對較小在煤礦開采等領(lǐng)域無法使用，需要采用異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行替代，而異步電動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)有時(shí)也需要進(jìn)行角度控制。

1 三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型

對異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的研究，考慮到其復(fù)雜性，為了其簡化模型， 不失一般性，我們提出以下四個(gè)假設(shè)：

不考慮空間諧波的影響，假設(shè)三相繞組對稱，通入的三相電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢按空氣隙按正弦規(guī)律分布；認(rèn)為繞組電阻不受頻率變化和溫度變化的影響；不考慮磁路的飽和，認(rèn)為各繞組的互感和自感都是恒定不變的；不考慮鐵芯損耗。

三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由以下的電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程等組成。

（1）電壓方程：

1.1三相-兩相變換（3/2變換）

三相對稱繞組中，三相電流、和在空間所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，它在空間呈正弦規(guī)律分布，并且以同步轉(zhuǎn)速（即電流的角頻率）旋轉(zhuǎn)。由電機(jī)原理可知，任意對稱的多相繞組，如果通入平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢，顯然兩相電流最簡單。所以，三相繞組可以用相互獨(dú)立的對稱兩相繞組等效代替，等效的原則是電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢相等。

按照磁動(dòng)勢相等的等效原則，三相合成磁動(dòng)勢與二相合成磁動(dòng)勢相等，故兩套繞組磁動(dòng)勢在軸上的投影都應(yīng)相等，因此寫成矩陣形式，得

1.2 兩相靜止-兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）

2s/2r變換就是從兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，變換的原則是通過的電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢相等。

、和、之間存在下列關(guān)系如下：

兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣

2 基于PLC的三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角控制

PLC不僅具有強(qiáng)大的控制功能，功耗、體積減小，成本下降，可靠性高，編寫程序和故障檢測方便的特點(diǎn)，而且在遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及人機(jī)界面（HMI）也得到了長足的發(fā)展，因此PLC在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。基于此本文采用西門子公司的SIMATIC S7-300PLC對異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制。

采用PLC對異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制的流程如下：首先將系統(tǒng)通電，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)初始化工作，然后為保證控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行將電源模塊、PLC控制模塊和電機(jī)依次啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中首先給電源模塊供電，當(dāng)控制模塊的電壓達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值后自動(dòng)將異步電機(jī)啟動(dòng)，如果首先將異步電機(jī)啟動(dòng)則系統(tǒng)進(jìn)行斷電保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)PLC控制模塊和異步電動(dòng)機(jī)按正確的順序啟動(dòng)后，在控制系統(tǒng)中輸入角度、轉(zhuǎn)矩預(yù)設(shè)值。系統(tǒng)讀取角度及轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值后控制設(shè)備運(yùn)行，如果設(shè)備未達(dá)到預(yù)定角度，設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，直至達(dá)到預(yù)定角度；如果設(shè)備達(dá)到預(yù)定角度，那么判斷設(shè)備是否繼續(xù)運(yùn)行，是否進(jìn)行下一次定位。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段雖然很多領(lǐng)域采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確控制，但異步電動(dòng)機(jī)與之相比具有功率大、價(jià)格低廉、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，因此對三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)角的準(zhǔn)確控制具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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