毕业设计（论文）-基于VB6.0实现S7-200PLC对多台异步电动机的控制.doc

中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： XXX 学 号： XXXXXXX 学 院： 信息与电气工程学院 专 业： 电气工程与自动化 设计题目：基于VB6.0实现S7-200PLC对多台异步电动机的控制 专 题： 指导教师： XXX 职 称： 副教授 2009 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 信电学院 专业年级 电气工程与自动化05-5 学生姓名 XXX 任务下达日期：2009 年 2 月 16 日毕业设计日期： 2009 年 2 月 16 日 至 2009 年 6月 20日毕业设计题目：基于VB6.0实现S7-200PLC对多台异步电动机的控制毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求： （1）掌握异步电动机的工作原理和控制方法；（2）掌握PLC工作原理、工作过程及其使用；（3） 掌握V4.0 STEP7 MicroWIN SP3以及VB6.0编程软件的使用；（4）完成VB6.0编程实现PC与PLC的通信；（5）完成与控制系统配套的模拟实验；（6）完成与毕业设计内容有关的英文翻译（近三年的文献），不少于3000字；院长签字： 指导教师签字：摘 要随着现代工业的飞速发展，PLC以其高可靠性、配置灵活和完善的功能，在电气控制中占有越来越重要的地位。PLC与上位机的结合，并通过VB6.0传送数据所构成的计算机监控系统，对于近距离传输数据的现场控制来说是一种性价比很高的解决方案，充分的利用PLC的抗干扰性能和PC机强大的图形显示，浮点运算的特点。本文正是为了适应社会这一需求而设计的。本设计利用VB6.0提供的通信控件MSComm结合PLC中的通信功能进行编程，实现上位机（PC）与下位机（PLC）之间在自由口通信协议下数据信息的双向传输，达到高效、精确的控制异步电动机的启动与停止，点动控制、全压启动、星/三角启动、四台电机的顺序启动逆序停止以及监控电机的状态，完成了相应的软件、硬件模拟实验，在电脑上点击相应的按钮，PLC上的指示灯相应的点亮与熄灭，很好地解决了工程应用中的一些实际问题。本设计详细论述了异步电动机的工作原理、控制方法、VB6.0的高级编程（通信）、以及西门子公司提供的S7-200PLC（CPU224型）工作原理、通信编程及异步电动机控制的各种梯形图、指令表。本设计以在VB6.0环境下，实现PLC与计算机通信，有效的控制异步电动机，从而满足用户的需要。关键词： S7-200PLC；VB6.0； 自由口通信模式； MSCommABSTRACTAlong with modern industry swift development, PLC by its redundant reliability, disposition nimble and perfect function, holds more and more important status in the electric control.PLC and the superior machine union, and the computer supervisory system which constitutes through the VB6.0 transmission data, regarding the short distance transmission data's scene control is one kind of performance-to-price ratio very high solution, the full use PLC resistance to interference and PC machine formidable graphical display, floating point calculation's characteristic. This article is precisely to adapt social this demand to design. This papers uses the Communication control MSComm which provided by VB6.0 unifying the communication language in PLC for the programming, realizes Two-way data transmission between Host computer (PC) and the next-bit machine (PLC) under communication protocol of the free port, achieves highly effective and exact purpose in controlling asynchronous motor's start and the stop, step-move control， full-voltage starting,star-delta starting,four motors' ordered starting and reverse stop,and also the motor's state monitoring. moreover,i have finished the practical experiment on the hardware and software. in the experiment, click the buttons on the PC screen, the Indicators on PLC will turn on and off by the set order. as well as monitors electrical machinery's condition, has solved some actual problems in project application well. Each kind of trapezoidal chart which, the instruction list this article elaborated asynchronous motor's principle of work, the control method, the VB6.0 high-level programming in detail (correspondence), as well as Siemens provides S7-200PLC which (CPU224) the principle of work, the correspondence programming and the asynchronous motor controls. This papers realizes PLC and the computer correspondence base VB6.0, effectively control asynchronous motor, thus satisfies the need of the users.Key words: S7-200PLC； VB6.0； free mouth correspondence pattern； MSComm目 录1 绪论11.1 异步电机概述11.2 PLC概述11.3 VB6.0概述31.4 PLC与继电器接触器控制系统的比较31.5 本文的可行性探讨42 三相异步电动机52.1 三相异步电动机的基本构造52.2 三相异步电动机的转动原理72.2.1 异步电动机转动的一般原理72.2.2 旋转磁场的产生82.3 三相异步电动机的起动132.3.1 笼型异步电动机的起动143可编程控制器163.1可编程控制器的概述163.1.1 可编程控制器的基本结构163.1.2可编程控制器的工作原理173.1.3 可编程控制器的编程语言概述183.1.4 可编程控制器的编程步骤193.2 S7-200PLC193.2.1概述193.2.2 S7-200系列PLC的硬件系统203.2.3 工作原理253.2.4 PLC的编程指令273.2.5 S7-200的程序结构314 程序设计语言334.1 Visual Basic特点334.2 Visual Basic开发应用程序的一般步骤344.3 编程语句364.3.1对象与变量364.3.2 条件语句IfThenElse394.3.3 ForNext循环语句404.3.4 InputBox函数和MsgBox函数415 通信程序的设计435.1 S7-200PLC自由口通信435.1.1 S7-200 PLC与上位机的通信方式435.1.2 自由口通讯工作模式的定义435.2 VB6.0编程实现计算机与PLC的通信455.2.1通信控件MSComm455.3 异步电机控制电路485.3.1 自锁与互锁控制485.3.2 星/三角转换控制495.3.3 自耦变压器启动控制505.3.4 串电抗启动控制515.4 通信程序的实现525.4.1 软件界面及相应的程序介绍525.4.2 PLC程序介绍616 结论67致 谢68参考文献：69附录70翻译部分83中文译文83英文原文93第106页中国矿业大学2009届本科生毕业设计1 绪论1.1 异步电机概述电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。基本原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。特点: 优点：结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便。缺点：功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。普通异步电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。异步电动机是工业、农业、国防，乃至日常生活和医疗器械中应用最广泛的一种电动机，它的主要作用是驱动生产机械和生活用具。其单机容量可从几十瓦到几千千瓦。随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。据统计，在供电系统的动力负载中，约有 70是异步电动机，可见它在工农业生产乃至我们日常生活中的重要性。异步电机是一种交流电机，其电机的转子转速总落后于电机的同步转速，故称异步电动机。异步电动机有许多突出的优点，和其它各种电动机相比，它的结构简单，制造、使用和维护方便，效率较高，价格低廉。因此，应用非常的广泛。1.2 PLC概述PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。(1)可靠性：可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。A.PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。B PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTRR使可靠性提高。C.PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。D PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；电源的断电保护；对存储器内容的保护等。F PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波；件自诊断；简化编程语言等。(2)易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面：A、操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。B、编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。C、维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。(3)灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面：A.编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。B.扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。C.操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。1.3 VB6.0概述Visual Basic（简称VB）是Microsoft公司开发的一种通用的面向对象，事件驱动的程序设计语言。“Visual”指的是开发图形用户界面(GUI)的方法不需编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把预先建立的对象add到屏幕上的一点即可。“Basic”指的是BASIC(Beginners All-Purpose Symbolic Instruction Code)语言，一种在计算技术发展历史上应用得最为广泛的语言。Visual Basic在原有BASIC语言的基础上进一步发展，至今包含了数百条语句、函数及关键词，其中很多和Windows GUI有直接关系。专业人员可以用Visual Basic实现其它任何Windows编程语言的功能，而初学者只要掌握几个关键词就可以建立实用的应用程序。Visual Basic的特点：（1）可视化的设计平台 （2）面向对象的设计方法 （3）事件驱动的编程机制 （4）结构化的设计语言 （5）充分利用Windows资源 （6）开放的数据库功能与网络支持VB简单易学，通用性强，用途广泛。1.4 PLC与继电器接触器控制系统的比较从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。二种方案的不同点如下：（1） PLC内部大部分采用“软”逻辑继电器接触器控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。（2） PLC控制系统结构紧凑继电器接触器控制系统使用电器多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用电器少，体积小。（3） PLC内部全为“软接点”动作快电器接触器控制全为机械式触点，动作慢，弧光放电严重；PLC内部全为“软接点”动作快。（4） PLC控制功能改变极其方便继电器接触器控制功能改变，需拆线接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般只需修改程序便可，极其方便。（5） PLC控制系统制造周期短PLC控制系统由于结构简单紧凑，基本为软件控制，因此设计、施工与调试比继电器接触器控制系统周期短。此外，由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，因此，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。所以现在的电机控制系统中多用plc控制异步电机。1.5 本文的可行性探讨随着生产自动化程度的不断提高，可编程序控制器PLC得到了广泛的应用，特别是小型PLC具有编程简单、性能可靠和价格低的特点，被大量应用于单机控制系统中。但它也有自身的一些缺点，即数据的计算处理和管理能力较弱，不能给用户提供良好的界面等。而计算机恰好能弥补PLC的不足，它不但有很强的数据处理和管理能力，而且能给用户提供非常美观而又易于操作的界面。将PLC与计算机结合，可使系统达到既能及时地采集、存储数据，又可处理和使用好数据，两者结合的关键是PLC与计算机之间的通信。面向异步电机，设计简单有效的控制系统，涉及到三部分的软件编程：第一：PC上人机操作界面的设计。PC作为上位机，一般都是运行在Windows XP/VISTA操作系统下，利用微软提供的可视化编程软件Visual Basic 6.0，就可设计出优美的人机操作界面，只需进行主要操作功能编程和少量界面控制编程。第二：实现生产工艺要求的PLC控制程序设计。因为是异步电机控制系统，其控制过程并不复杂，我们只要充分了解了异步电机的启动和控制要求，运用PLC编程工具，此部分设计编程并不难。第三：PC与PLC通讯程序的设计。此部分的开发设计较难，需要掌握PC和PLC的有关通讯硬件驱动和通讯协议的知识。但对于异步电机控制系统来说，主要通过PC串口来通讯，所以通讯程序设计的关键是如何利用Visual Basic 6.0中的串口通信控件MSComm控件，并根据PLC的串口通信协议设计出上下位机的数据交换程序。因此通信部分的设计工作是本次设计的主要侧重点。2 三相异步电动机异步电机是交流电机的一种。异步电动机是工业、农业、国防，乃至日常生活和医疗器械中应用最广泛的一种电动机，它的主要作用是驱动生产机械和生活用具。其单机容量可从几十瓦到几千千瓦。随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。据统计，在供电系统的动力负载中，约有 70是异步电动机，可见它在工农业生产乃至我们日常生活中的重要性。异步电机是一种交流电机，其电机的转子转速总落后于电机的同步转速，故称异步电动机。异步电动机有许多突出的优点，和其它各种电动机相比，它的结构简单，制造、使用和维护方便，效率较高，价格低廉。因此，从应用的角度来讲，了解异步电机的工作原理，掌握它的运行性能，是十分必要的。本章将着重讨论三相异步电动机，并对单相异步电动机的工作原理作简要的介绍。 2.1 三相异步电动机的基本构造1一个三相异步电动机主要由两部分组成，固定不动的部分称为电动机定子；旋转并拖动机械负载的部分称为电动机转子。转子和定子之间有一个非常小的空气气隙将转子和定子隔离开来，根据电动机的容量的大小不同，气隙一般在 0.4mm4mm的范围内。电动机转子和定子之间没有任何电气上的联系，能量的传递全靠电磁感应作用，所以这样的电动机也称感应式电动机。一个三相异步电动机的基本构造如图21 所示。图2-1三相异步电动机的基本构造电动机定子由支撑空心定子铁心的钢制机座、定子铁心和定子绕组线圈组成。定子铁心由0.5mm厚的硅钢片叠至而成。定子铁心上的插槽是用来嵌放对称三相定子绕组线圈的。一个三相异步电动机的定子构造见图22。图2-2定子构造电动机转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心由表面冲槽的硅钢片叠至成一圆柱形。转子铁心装在转轴上，转轴拖动机械负载。转子、气隙和定子铁心构成了一个电动机的完整磁路。异步电动机的转子有两种形式：鼠笼式转子和绕线式转子。鼠笼式转子是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上，以构成闭合回路。抽去转子铁心，剩下的铜条及其两边的端环，其形状像个鼠笼，故称之为鼠笼式电动机。为了节省铜材，现在中小容量的鼠笼式电动机是在转子铁心的槽中浇注铝液铸成笼形导体，以代替铜制笼体。 绕线式转子同电动机的定子一样，都是在铁心的槽中嵌入三相绕组，三相绕组的一端连成Y形，三相绕组的另一端分别连接在三个铜制的集电环上，集电环固定在转轴上，三个环之间及环与转轴之间相互绝缘，在集电环上用弹簧压着炭刷与外电路连接，以便改善电动机的启动和调速特性。 一般我们把鼠笼式转子的异步电动机称为鼠笼式异步电动机；把绕线式转子的异步电动机称为绕线式异步电动机，虽然鼠笼式异步电动机同绕线式异步电动机在转子构造上有所不同，但它们的工作原理是一样的。应当指出的是，鼠笼式异步电动机由于转子结构简单，价格低廉，工作可靠，如果对电机的启动和调速没有特殊的要求，一般在实际应用中，鼠笼式异步电动机应用得最为广泛。所以在本教材中以介绍鼠笼式异步电动机为主。鼠笼式电动机的转子见图23。图23鼠笼式电动机的转子见2.2 三相异步电动机的转动原理 2.2.1 异步电动机转动的一般原理 三相异步电动机转动的一般原理是基于法拉第电磁感应定律和载流导体在磁场中会受到电磁力的作用这两个基本因素。 图24中N和S是一对永久磁铁的磁极，这对磁极以n0 的转速按顺时针方向进行旋转，从而形成了一个转速为n0 的旋转磁场。当磁场转动时，放置在磁场当中的铜制线框上下两根导条与旋转磁场就有了相对运动并切割旋转磁场的磁力线，于是在这两根导条上就产生了感应电动势，其方向符合发电机右手定则 E =BLV （2.1）E感应电动势 V B磁感应强度 T l导条长度 m v导条切割磁力线的相对速度 m/s 由于铜制线框形成一个闭合回路，因此在感应电动势的作用下，线框的上下两根导体中就出现了如图24所示方向的感应电流。 在磁场中的载流导体将受到电磁力的作用，根据电动机左手定则，上下两根导条所受电磁力的方向如图24所示。在图中可以看出，N极下的导条受力方向是朝向右，而S极下的导条受力方向是朝向左。这一对力形成一顺时针方向的转矩。如果我们把异步电动机的鼠笼式转子放置在旋转磁场中（如图25）代替线框，不难想象，当磁场旋转时，在磁极经过下的每对导条都会产生这样的电磁转矩，在这些电磁转矩的作用下，转子就按顺时针的方向旋转起来了。当然，如果磁场按逆时针方向旋转，转子也将按逆时针方向旋转。由此可见，转子的旋转方向同旋转磁场的旋转方向是相同的。 虽然转子同旋转磁场彼此隔离，但从上面的叙述可知，由于有了一个旋转的磁场，在转子的导条中产生了感应电流，而流过电流的导条又在磁场中受到电磁力的作用，产生电磁转矩，从而使转子转动起来。这就是感应式电动机转动的一般原理。 需要指出的是，转子的旋转速度n（即电动机的旋转速度）比旋转磁场的旋转速度n0 （一般称同步转速）要低一些。这是因为如果这两种转速相等，转子和旋转磁场就没有了相对运动，转子导条将不切割磁力线便不能产生感应电动势，也就不能产生感应电流，这样就没有电磁转矩，转子将不会继续旋转。因此，若要转子旋转，旋转磁场和转子之间就一定存在转速差，即转子的旋转速度总要落后于旋转磁场的旋转速度。由于转子的旋转速度不同于，且低于旋转磁场的转速，所以我们称这种电动机为异步电动机。图24 两根导条所受电磁力的方向2.2.2 旋转磁场的产生 若要异步电动机能够转动，首先应当有一个旋转磁场，在实际应用的异步电动机中，是不可能使用一个旋转的永久磁铁来产生旋转磁场的。通常我们在三相异步电动机的定子铁心中放置三相对称绕组AX，BY和CZ，将三相绕组作星形连接，并接在三相正弦交流电源上，通入三相对称电流，这样，就能在电动机的定子空间里产生一个以固定速度旋转的磁场。为了简化起见，设每相绕组只有一个线匝，三个绕组分别嵌放在定子铁心圆周上在空间位置上互差120°对称分布的6个凹槽之中。A相绕组的始端用大写英文字母A来表示，A相绕组的末端用大写英文字母X来表示。另两相绕组的始末端分别为BY和CZ（见图25）。 现在将三相绕组的末端连接在一起，每个绕组的始端分别接在三相对称的交流电源上，如图26所示。 图2-5 定子铁心绕组分布图图2-6 星形定子连接在图27中给出了流入定子绕组的三相电流的波形。现在我们根据各个不同瞬时每相绕组电流及其方向来分析定子铁心磁场分布的情况。为了分析方便，在这里作一规定，电流为正值时（在坐标横轴上方），从绕组的始端流入，从绕组的末端流出（见图15）。下面将分析在不同时间（角度）由三相电流所产生的磁场将如何变化。当t = 0°时，A相电流iA = 0。C相电流iC 为正值，即从C端流入，在Z端流出。B相电流iB 为负值，即从Y端流入，在B端流出。根据电流的流向，应用右手螺旋定则，由i 和i 产生的合成磁场如图17（a）所示。 当t = 60°时，C相电流iC = 0。A相电流iA 为正值，即从A端流入，在 X端流出。B相电流iB 为负值，即从Y端流入，在B端流出。由iA 和iB 产生的合成磁场如图17（b）所示。可以看出，此时合成磁场同t = 0°时相比，按顺时针方向旋转了60°。当t = 120°时，B相电流iB = 0。A相电流iA 为正值，即从A端流入，在X端流出。C相电流iC 为负值，即从Z端流入，在C端流出。由iA 和iC 产生的合成磁场如图17（c）所示。可以看出，此时合成磁场同t = 60°时相比，又按顺时针方向旋转了60°。同t = 0°时相比，按顺时针方向旋转了120°。不难理解当t = 180°时，此时的合成磁场同t = 0°时相比，按顺时针方向旋转了180°。根据这样的规律，当t = 360°时，合成磁场正好转了一周。 图2-7 由三相对称电流产生的旋转磁场通过上面的分析可知，当定子绕组中的对称三相电流随时间不断周而复始地变化时，由它们在电动机定子空间所产生的合成磁场随电流的变化而在不断旋转着。这就是使异步电动机转子能够转动所需的旋转磁场。这个旋转磁场同我们前面讲述三相异步电动机转动的一般原理中所使用旋转着的永久磁铁产生的旋转磁场所起的作用是一样的。接下来讨论一下旋转磁场的转向问题。电动机定子三相绕组AX、BY、CZ是按三相电流A、B、C的相序接到三相电源上的，这时定子三相绕组中的电流是按顺时针方向排列的（见图27的三相电流波形图），从前面的分析知道，此时旋转磁场也是按顺时针方向转动的。 如果将电源接到定子绕组上的三根引线中的任意两根对调一下，譬如将电源B相接到原来的C相绕组上，电源C相接至原来的B相绕组上，如图28所示。 I图2-8 将B相与C相对掉这时定子三相绕组中的电流相序就按逆时针方向排列，在这种情况下产生的旋转磁场将按逆时针方向旋转。异步电动机的反转就是利用这一原理实现的。由此可见，磁场的转向与通入绕组的三相电流相序有关。任意对调两根三相电源接到定子绕组上的导线，就可以改变异步电动机的旋转方向。 2.2.3 旋转磁场的转速 从前面的分析可知，对于图27，三相电流从t = 0°变到t = 60°，旋转磁场也转动了60°空间角。当电流变化一周时，磁场恰好在空间旋转了一圈。设电流的频率为f1 ，则每分钟变化60 f1 次，旋转磁场的转速为 n0 = 60 f1 （2.2）n0 的单位为r/min。若f1 为50Hz的工频交流电，则此时的旋转磁场的转速为3000r/min。 上面所讨论的旋转磁场的转速是对应于一对磁极的情况（即p=1）。也就是分别只有一个N极和S极。若是多对磁极呢？如果电动机绕组由原来的三个绕组增至为六个绕组（为了理解方便，仍使用单匝绕组），每个绕组的始端（或末端）之间在定子铁心的内圆周上按互差60°角的规律进行排列。并按相序编出绕组顺序编号如图29（a）所示。六个绕组的电气连线如图29（b）所示。参考图27，分析图210的定子绕组上磁场分布情况，不难发现，在定子铁心内圆周上具有两对磁极（即p=2），如图110所示。当电流也从t = 0°到t = 60°经历了60°时，而磁场在空间仅旋转了30°。就是说，当电流经历了一个周期（360°），磁场在空间仅仅能旋转半个周期（180°），由此可知，两对磁极的磁场旋转速度比一对磁极的磁场转速慢了一半，即（2.3）图2-9六绕组电气连线图2-10 两对磁极产生的旋转磁场同理，在三对极的情况下（p=3），电流变化一个周期，磁场在空间仅旋转了1/3转，只是p=1情况下的转速的三分之一，即 所以对于一般情况，当旋转磁场具有p对极时，磁场的旋转速度为 （2.4）n0 旋转磁场旋转速度（又称同步转速） f1 三相交流电流频率 p磁极对数 由式（2.4）可知，旋转磁场的转速n0 的大小与电流频率f1 成正比，与磁极对数p成反比。其中f1 是由异步电动机的供电电源频率决定，而p由三相绕组的各相线圈串连多少决定。通常对于一台具体的异步电动机，f1 和p都是确定的，所以磁场转速n0 为常数。 在我国，工频f150Hz，于是由式（2.4）可得出对应于不同极对数p的旋转磁场转速n0 （转/每分），见表2.1。表2.1P0123456n0(r/min) 3000150010007506005002.2.4 三相异步电动机的转差率 从三相异步电动机的工作原理可知，虽然电动机的转动方向同旋转磁场的转动方向相同，但旋转磁场的转速n0 同电机转速n0是不同的。电机的转速n低于旋转磁场的转速n0 。 旋转磁场的转速n0 （又称同步转速）与电机转速n之差（n0 n），用符号表示，称为转速差（简称转差）。转差与同步转速的比值叫做转差率，用s表示 （2.5）转差率s表示电动机转子转速n与旋转磁场转速n0 相差的程度。转差率是异步电动机的一个重要的物理量，转子转速越接近磁场转速，则转差率越小。一般情况下，运行中的三相异步电动机的额定转速与同步转速相近，所以转差率很小。通常不同容量的异步电动机在额定负载时的转差率约为1%9%。当电动机起动初始瞬间，电动机转子转速n = 0，此时三相电流已经流入，旋转磁场已经产生，这时的转差率最大，s = 1，为最大值。式（2.5）也可写成 （2.6） 2.3 三相异步电动机的起动起动要求：起动电流小，起动转矩大，起动过程平滑、起动时间短、经济性好。实际中存在的问题：起动电流IS大，起动转矩TS较小。分析：在起动瞬间n=0，切割旋转磁场的速度最快，相当于电机堵转，所以产生的感应电动势和感应电流最大，相对应的定子绕组的起动电流过大；对电网造成冲击，影响其他设备正常工作。2.3.1 笼型异步电动机的起动2.3.1.1 直接起动（全压起动）存在问题：（1）起动电流过大，是额定电流的（4-7）倍，引起电网电压明显降低和电机发热 （2）起动转矩由于磁通和功率因素低，所以起动转矩TS 并不大，若低于负载转矩，则无法带动负载起动故一般直接起动只适用于小型（10KW以下）的笼型异步电动机（与电源容量相比），可按经验公式来确定是否能直接起动。2.3.1.2 定子串接电抗器或电阻的减压起动方法：起动时，电抗器或电阻接入定子电路；起动后，切除电抗器或电阻，进行正常运行。特点：能耗较大，实际应用不多，不深入研究。2.3.1.3 Y-起动AZCXB线电压ACYB相电压Is0(b)(a)Ø 相电压降低倍Ø 起动电流和起动转矩降低3倍图2-11星/三角启动方法：起动时将定子接成Y形，运行时定子绕组接成形。研究起动情况： IsY= 1/3 * Is TsY= 1/3 * Ts 注：起动电流是指线路电流，而不是定子电流。适用场所：运行于形的笼型异步电动机，轻载起动。优点：简单、便宜。2.3.1.4 自耦变压器起动方法：起动时接入自耦变压器，运行时切除自耦变压器全压运行起动转距与起动电流的情况：Is= k2 * Is Ts = k2 * Ts （k为变压比且k <1）适用场所：轻载起动。特点：起动电流可以调整，体积大，投资多。2.3.1.5 延边三角形起动绕组一部分为形接法，一部分为接法。改变比重，可改变起动电流、起动转矩的大小。优点：采用不同的抽头比，可满足不同的负载要求。节省金属，重量轻。缺点：内部接线复杂此种起动方法只能适用于有九个接线端子的电动机，而且接线较为复杂，这里不作重点介绍。 总结：笼型异步电动机的降压起动可以降低起动电流的大小，但与此同时起动转矩也减小了，所以它只适用于空载或轻载起动。