1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 设计的原理、目的及意义

自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运行。对于交流为50 hz、电压为380 v、功率为14kw一300 kw的三相鼠笼式异步电动机，如水泵房、供水站等启动不频繁，空载或轻载启动，启动转矩要求小的场所，经常采用自耦变压器降压启动自动控制系统。

传统的三相鼠笼式异步电动机自耦变压器降压启动继电接触器自动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。可编程序控制器(简称plc)是以微处理器为核心的通用工业自动化控制装置，它采用可编程序存贮器存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，控制各种类型的机械或生产过程。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的工作。采用plc控制技术，可以有效提高设备生产效率，延长设备使用周期。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 继电接触器 控制电路分析

（1）图l所示为三相鼠笼式异步电动机自耦变压器降压启动自动控制系统电路图。控制系统可分为主电路、控制电路、指示电路三部分。电路图中M为三相鼠笼式异步电动机；TM为GTz型号的自耦变压器；熔断器FU，用于电动机短路保护；QS为电源开关；热继电器FR主要用于电动机过载保护。接触器KM：控制电机全压运行，接触器KM．控制电动启动时采用自耦变压器降压启动，用时间继电器KT控制降压启动时间，降压启动时间长短可根据电机现场具体启动情况进行调整，本电路时间设定为10 s。中间继电器用于控制接触器KM．、KM：通断。SB．为现场控制停止按钮，SB，为现场控制启动按钮；SB：为异地控制停止按钮，SB。为异地控制启动按钮。指示电路中指示灯HL，亮，表示电源有电，电动机处于停止状态；指示灯HIJ2亮，表示电动机处于降压启动状态；指示灯HL，亮，表示电动机处于全压运行状态。

图1 自耦变压器降压启动自动控制电路图

（2）降压启动分析：合上电源开关QS，按下现场启动按钮SB，或异地启动按钮SB。，接触器KM。吸合，时间继电器KT线圈得电，KM，自锁触头闭合，接触器KM．主触头闭合，电动机M接入自耦变压器TM降压启动。同时KM．常闭辅助触头断开，对接触器KM：进行分断联锁。指示电路接触器KM，常闭辅助触头断开，指示灯HL。熄灭，接触器KM，常开辅助触头闭合，指示灯HL2亮，此时电动机处于降压启动状态。

（3）全压运行分析：降压启动10 s后，电动机M上升到一定值，时间继电器KT通电延时触头闭合，中间继电器KA线圈得电，KA自锁触头闭合，与接触器KM。串联的KA常

闭触头分断，接触器KM。失电，接触器KM。辅助触头全部复位，KM．主触头分断，自耦变压器TM切除，降压启动过程结束。同时，与接触器KM：串联的KA常开触头闭合，接触器KM：线圈得电，KM：二对常闭辅助触头分断，自耦变压器TM三组线圈的Y形连接被解除，KM：主触头闭合，电动机M全压运行。指示电路中中间继电器KA常闭触头分断，指示灯HL．、HL2均处于熄灭状态；接触器KM：常开辅助触头闭合，指示灯HL3亮，表示电动机处于正常工作状态。

(4)停止过程分析：按下现场停止按钮SB．或异地停止按钮SB：，中间继电器KA线圈失电，控制电路中KA常开和常闭触头全部复位，接触器KM：线圈失电，KM：主触头分断，电动机M停止工作。同时，KM：二对常闭辅助触头恢复闭合，自耦变压器TM三组线圈恢复Y形连接，为下次降压启动做好准备。指示电路中接触器KM：常开辅助触头恢复分断，电机运行指示灯HL熄灭，中间继电器KA常闭触头恢复闭合，电机停止状态指示灯HL．亮。

2.2 PLC的选型、I／O地址分配和输入输出接线图

2.2.1 PLC的L／O地址分配

采用PLC改造三相鼠笼式异步电动机自耦变压器降压启动继电接触器自动控制系统，PLC的输入信号主要有五个：现场停止按钮SB。、异地停止按钮SB：。现场启动按钮sB，，异地肩动按钮SB。，热继电器FR。输出信号主要有五个：启动接触器KM．、全压运行接触器KM：、停止运行指示灯HL。、降压肩动指示灯HL2、全压运行指示灯Hk。中间继电器KA的功能町以用PLC内部辅助继电器M实现，时间继电器KT功能町以用PLC内部定时器T实现。根据控制要求，对PLC的输入量、输出量进行分配，PLC的L／O地址分配情况如表1所示。

表1 I／O地址分配表

2.2.2 PLC的选型

对三相鼠笼式异步电动机自耦变压器降压启动继电接触器自动控制系统进行PLC控制改造，输入元件为5个，输出元件5个，选用三菱公司Fx系列FX：．一16MR，I／O总数为16，每条指令的执行时间为12“s。输入点数为8个，对应的输入继电器地址为X000一x007；输出点数为8个，对应的地址编号为Y000～Y007；定时器200点100 ms，T0～T199；一般辅助继电器500点，M0～M499。

2.2.3 PLC的输入输出接线图

图2所示为三相鼠笼式异步电动机自耦变压器降压启动PLC控制输入输出接线图。

图2 PLC输入输出接线图

2.3 PLC控制程序设计

2.3.1 PLC梯形图介绍

梯形图是PLc控制应用最广泛的编程语言，是PLC图形化的程序，继承了传统继电控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用、使用方便的特点。

用PLC改造三相鼠笼式异步电动机自耦变压器降压启动继电接触器自动控制系统，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。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PLC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。

2.3.2 设计PLC控制梯形图

图3所示三相鼠笼式异步电动机自耦变压器降压启动PLC自动控制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。

图3 PLC梯形图

2.3.3 PLC指令语句表

三相鼠笼式异步电动机自耦变压器降压启动控制PLC梯形图对应的指令语句如表2所列。

表2 PLC指令语句

2.3.4 PLC控制分析

合上电源开关QS，热继电器FR常闭触头为闭合状态，输入继电器x003动合触点接通闭合。按下现场控制启动按钮SB，(或异地控制启动按钮sB。)，输入继电器x003(或x004动合触点接通闭合)，输出继·电器Y000接通，接触器KM，线圈得电，主触头闭合接通三相电源，电动机M接人自耦变压器TM降压启动。同时，输出继电器Y000动合触点接通闭合，输出继电器Y003接通，指示灯HL2亮，此时电动机处于降压启动状态；Y000动断触点分断，输出继电器Y002断开，指示灯HL，熄灭。定时器T1线圈得电，开始延时，时间设定为10 s。

10 s后，定时器Tl常开触点闭合，辅助继电器M1接通，Ml常闭触点断开，输出继电器Y000断开，Y000常开和常闭触点复位，接触器KM．线圈失电，KM。主触头分断，切除自耦变压器，I'M，电动机M降压启动结束。M1常开触点闭合，输出继电器Y00l接通，接触器KM：线圈得电，主触头闭合接通三相电源，电动机M全压运行。同时，M1常闭触点分断，指示灯HLl和HIJ2均熄灭；Y001常开触点闭合，输出继电器Y004接通，指示灯Hk亮，表示电机进入正常运行状态。

停车：按下现场停止按钮SB。(或异地停止按钮SB：)，输入继电器x00l(或输入继电器x002)断开，输出继电器Y00l、时间继电器T1、辅助继电器M线圈失电，常开和常闭触点全部复位，接触器KM：线圈失电，KM：主触头断开，电动机M停止工作。同时，输出继电器Y004失电，电机运行指示灯HL3熄灭；输出继电器Y002得电，指示灯HL，亮，显示电机处于停止状态。

过载保护：当电动机过载时，热继电器FR的常闭触头断开，输入继电器x005动合触点恢复断开，输出继电器Y000和Y001、辅助继电器M1、时间继电器Tl线圈均失电，接触器KM，、KM：均断开，电动机M无论处于降压启动，还是全压运行状态均会停车，起到过载保护作用。

3. 研究计划与安排

（1）第1-3周 ，毕业设计(论文)开题报告；

（2）第4-5周 ，熟悉异步电动机起动原理；

（3）第6-8周， 分析交流电动机自耦降压起动对控制的要求，构建自耦降压起动器拓扑结构；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 袁佑新,王亚兰,彭万权, 严进林.基于可变电抗的高压软起动器研究 电力自动化设备, 27(11): 38-41 2007.11

[2] 袁佑新, 朱 琦, 袁培刚, 费 杰.基于单神经元的可变电抗式固态软起动器研究 电力电子技术 41(11): 83-84, 105,2007.11

[3]肖义平，袁佑新. 高压绕线电机重载分级变频软起动研究[j].电力电子技术,2011, 45(3):106-108