基于PLC的異步電機轉角控制的研究與實現

焦洪遠

摘要：現階段對異步電動機進行轉角控制逐漸受到人們的關注，為實現對三相異步電動機轉角的準確控制，本文首先詳細分析了異步電動機的數學模型，然后采用PLC對異步電動機進行控制，實現了較好的控制效果。現階段雖然很多領域采用步進電機進行轉角的準確控制，但異步電動機與之相比具有功率大、價格低廉、可靠性高的優點，因此對三相異步電動機進行轉角的準確控制具有重要意義。

關鍵詞：異步電動機 轉角控制系統 PLC

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0028-01

在工業生產過程中通常需要對步進電機的轉角進行準確控制，但由于步進電機的功率相對較小在煤礦開采等領域無法使用，需要采用異步電動機進行替代，而異步電動機在正常工作時有時也需要進行角度控制。

1 三相異步電動機的數學模型

對異步電機的動態數學模型的研究，考慮到其復雜性，為了其簡化模型， 不失一般性，我們提出以下四個假設：

不考慮空間諧波的影響，假設三相繞組對稱，通入的三相電流所產生的磁動勢按空氣隙按正弦規律分布；認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。

三相異步電動機的數學模型由以下的電壓方程、轉矩方程和運動方程等組成。

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

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

1.2 兩相靜止-兩相旋轉變換（2s/2r變換）

2s/2r變換就是從兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系的變換，變換的原則是通過的電流產生的磁動勢相等。

、和、之間存在下列關系如下：

兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系的變換陣

2 基于PLC的三相異步電動機轉角控制

PLC不僅具有強大的控制功能，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，而且在遠程I/O和通信網絡、數據處理以及人機界面（HMI）也得到了長足的發展，因此PLC在工業領域應用非常廣泛。基于此本文采用西門子公司的SIMATIC S7-300PLC對異步電動機的轉角進行控制。

采用PLC對異步電動機轉動角度控制的流程如下：首先將系統通電，使系統實現初始化工作，然后為保證控制系統的安全運行將電源模塊、PLC控制模塊和電機依次啟動。在啟動過程中首先給電源模塊供電，當控制模塊的電壓達到系統設定值后自動將異步電機啟動，如果首先將異步電機啟動則系統進行斷電保護動作。當PLC控制模塊和異步電動機按正確的順序啟動后，在控制系統中輸入角度、轉矩預設值。系統讀取角度及轉矩的設定值后控制設備運行，如果設備未達到預定角度，設備繼續運行，直至達到預定角度；如果設備達到預定角度，那么判斷設備是否繼續運行，是否進行下一次定位。

3 結語

現階段雖然很多領域采用步進電機進行轉角的準確控制，但異步電動機與之相比具有功率大、價格低廉、可靠性高的優點，因此對三相異步電動機進行轉角的準確控制具有重要意義。

參考文獻

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