機電傳動設(shè)計課程

機電傳動設(shè)計課程課題名稱普通車床的設(shè)計專業(yè)機械製造與自動化班級ZJ1004姓名殷超學(xué)號102020020438指導(dǎo)老師孫鼎文目錄一系統(tǒng)簡介二系統(tǒng)工作原理及設(shè)計（1）電機啟動的工作原理及設(shè)計（2）電機調(diào)速的工作原理及設(shè)計（3）電機制動的工作原理及設(shè)計（4）電機控制電路的原理及設(shè)計（5）系統(tǒng)的工作原理三系統(tǒng)整體電路圖四原件一覽表五總結(jié)系統(tǒng)簡介1、機電傳動與控制的目的與意義在現(xiàn)代化生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械的先進性和電氣自動化程度反映了工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的水平?，F(xiàn)代化機械設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)已不再是傳統(tǒng)的單純機械系統(tǒng)，而是機電一體化的綜合系統(tǒng)，電氣傳動與控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代化機械的重要組成部分。因此，從廣義上講，機電傳動與控制就是要使生產(chǎn)機械設(shè)備、生產(chǎn)線、車間甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化；具體地講，就是以電動機為原動機驅(qū)動生產(chǎn)機械，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、停止及調(diào)速，滿足各種生產(chǎn)工藝過程的要求，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。因此，機電傳動與控制既包含了拖動生產(chǎn)機械的電動機，又包含了控制電動機的一整套控制系統(tǒng)?，F(xiàn)代化生產(chǎn)要求有高的生產(chǎn)自動化程度，高的加工效率，大的工藝范圍，能加速產(chǎn)品更新?lián)Q代和開發(fā)數(shù)字化、自動化、智能化的機電一體化的產(chǎn)品，這無疑對機電傳動與控制系統(tǒng)提出了越來越高的要求。而今特別突出的是電子、航空、航天及汽車工業(yè)等高新技術(shù)工業(yè)的發(fā)展，都依賴于機械工業(yè)制造技術(shù)，以及由“重大長厚”型轉(zhuǎn)向“輕小短薄”型的工藝設(shè)備的發(fā)展。而每一次新技術(shù)的出現(xiàn)，都是同新型的加工方法、加工手段和測量控制技術(shù)的出現(xiàn)密切相關(guān)的。目前，我國正在加速制造技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，引進國外先進技術(shù)，吸收新技術(shù)成果，并正在加快單機自動化、局部生產(chǎn)過程自動化、生產(chǎn)線自動化和全廠綜合自動化的步伐。這些都離不開機電傳動與控制。隨著計算技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制理論、精密測量技術(shù)的發(fā)展，隨著電機及電器制造業(yè)及各種自動化元件的發(fā)展，機電傳動與控制正在不斷創(chuàng)新與發(fā)展。目前直流或交流無級調(diào)速控制系統(tǒng)代替了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重的變速箱系統(tǒng)，簡化了生產(chǎn)機械的結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)機械向性能優(yōu)良、運行可靠、質(zhì)量小、體積小、自動化的方向發(fā)展。近20年來各種機電一體化產(chǎn)品，如數(shù)控機車、工業(yè)機器人、電力機車、靜電復(fù)印機、電動汽車、計算機磁盤光盤驅(qū)動器等都是現(xiàn)代生產(chǎn)機械自動化的成果，可見機電傳動與控制在整個生產(chǎn)機械中占有極其重要的地位。為了培養(yǎng)新世紀機電一體化的復(fù)合型實用人才，必須掌握機電傳動與控制的理論和方法系統(tǒng)工作原理及設(shè)計（1）電機啟動的工作原理及設(shè)計直接啟動直接啟動的優(yōu)點是所需設(shè)備少，啟動方式簡單，成本低。電動機直接啟動的電流是正常運行的5倍左右，理論上來說，只要向電動機提供電源的線路和變壓器容量大于電動機容量的5倍以上的，都可以直接啟動。這一要求對于小容量的電動機容易實現(xiàn)，所以小容量的電動機絕大部分都是直接啟動的，不需要降壓啟動。對于大容量的電動機來說，一方面是提供電源的線路和變壓器容量很難滿足電動機直接啟動的條件，另一方面強大的啟動電流沖擊電網(wǎng)和電動機，影響電動機的使用壽命，對電網(wǎng)不利，所以大容量的電動機和不能直接啟動的電動機都要采用降壓啟動。直接啟動可以用膠木開關(guān)、鐵殼開關(guān)、空氣開關(guān)（斷路器）等實現(xiàn)電動機的近距離操作、點動控制，速度控制、正反轉(zhuǎn)控制等，也可以用限位開關(guān)、交流接觸器、時間繼電器等實現(xiàn)電動機的遠距離操作、點動控制、速度控制、正反轉(zhuǎn)控制、自動控制等。由于剛啟動的時候轉(zhuǎn)差率為1，也就是轉(zhuǎn)子處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，這時候由于轉(zhuǎn)差率太大，也就是說轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和定子磁場的相對速度很高，這時候就會在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的兩端產(chǎn)生一個比較高的感應(yīng)電壓，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條處于短路狀態(tài)，所以肯定會產(chǎn)生一個很大的啟動電流，如果結(jié)合變壓器來考慮的話，那么電動機轉(zhuǎn)子就相當(dāng)于變壓器的負載側(cè)，負載側(cè)短路就相當(dāng)于原邊短路，所以轉(zhuǎn)子的電流變化勢必會表現(xiàn)在定子上面，這就會造成定子繞組輸入電流達到額定電流的4到7倍，一旦轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來以后，轉(zhuǎn)差率變小，感應(yīng)到轉(zhuǎn)子上面的電壓也會降低，這樣轉(zhuǎn)子電流就會降低，轉(zhuǎn)子電流的變化同樣也會表現(xiàn)在定子繞組上，這樣等電動機啟動結(jié)束以后其實感應(yīng)到轉(zhuǎn)子上的電壓是比較低的，由于感應(yīng)到轉(zhuǎn)子的電壓比較低，這樣轉(zhuǎn)子上面的電流也不會太大，相應(yīng)的定子上面的電流也就不會太大，一旦加載以后，轉(zhuǎn)差率的改變就會改變轉(zhuǎn)子以及定子的電流使用自偶變壓器降壓啟動采用自耦變壓器降壓啟動，電動機的啟動電流及啟動轉(zhuǎn)矩與其端電壓的平方成比例降低，相同的啟動電流的情況下能獲得較大的啟動轉(zhuǎn)。如啟動電壓降至額定電壓的65，其啟動電流為全壓啟動電流的42，啟動轉(zhuǎn)矩為全壓啟動轉(zhuǎn)矩的42。自耦變壓器降壓啟動的優(yōu)點是可以直接人工操作控制，也可以用交流接觸器自動控制，經(jīng)久耐用，維護成本低，適合所有的空載、輕載啟動異步電動機使用，在生產(chǎn)實踐中得到廣泛應(yīng)用。缺點是人工操作要配置比較貴的自偶變壓器箱（自偶補償器箱），自動控制要配置自偶變壓器、交流接觸器等啟動設(shè)備和元件。Y降壓啟動定子繞組為連接的電動機，啟動時接成Y，速度接近額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)為運行，采用這種方式啟動時，每相定子繞組降低到電源電壓的58，啟動電流為直接啟動時的33，啟動轉(zhuǎn)矩為直接啟動時的33。啟動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩小。Y降壓啟動的優(yōu)點是不需要添置啟動設(shè)備，有啟動開關(guān)或交流接觸器等控制設(shè)備就可以實現(xiàn)，缺點是只能用于連接的電動機，大型異步電機不能重載啟動。轉(zhuǎn)子串電阻啟動繞線式三相異步電動機，轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)與電阻連接。外部串接電阻相當(dāng)于轉(zhuǎn)子繞組的內(nèi)阻增加了，減小了轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流。從某個角度講，電動機又像是一個變壓器，二次電流小，相當(dāng)于變壓器一次繞組的電動機勵磁繞組電流就相應(yīng)減小。根據(jù)電動機的特性，轉(zhuǎn)子串接電阻會降低電動機的轉(zhuǎn)速，提高轉(zhuǎn)動力矩，有更好的啟動性能。在這種啟動方式中，由于電阻是常數(shù)，將啟動電阻分為幾級，在啟動過程中逐級切除，可以獲取較平滑的啟動過程。根據(jù)上述分析知要想獲得更加平穩(wěn)的啟動特性，必須增加啟動級數(shù)，這就會使設(shè)備復(fù)雜化。采用了在轉(zhuǎn)子上串頻敏變阻器的啟動方法，可以使啟動更加平穩(wěn)。頻敏變阻器啟動原理是電動機定子繞組接通電源電動機開始啟動時，由于串接了頻敏變阻器，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很低，啟動電流很小，故轉(zhuǎn)子頻率較高，F(xiàn)2F1，頻敏變阻器的鐵損很大，隨著轉(zhuǎn)速的提升，轉(zhuǎn)子電流頻率逐漸降低，電感的阻抗隨之減小。這就相當(dāng)于啟動過程中電阻的無級切除。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近于穩(wěn)定值時，頻敏電阻器短接，啟動過程結(jié)束。轉(zhuǎn)子串電阻或頻敏變阻器雖然啟動性能好，可以重載啟動，由于只適合于價格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的繞線式三相異步電動機，所以只是在啟動控制、速度控制要求高的各種升降機、輸送機、行車等行業(yè)使用。軟啟動器啟動軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為SOFTSTARTER。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管交流調(diào)壓器。運用不同的方法，改變晶閘管的觸發(fā)角，就可調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓。在整個起動過程中，軟起動器的輸出是一個平滑的升壓過程，直到晶閘管全導(dǎo)通，電機在額定電壓下工作軟啟動器的優(yōu)點是降低電壓啟動，啟動電流小，適合所有的空載、輕載異步電動機使用。缺點是啟動轉(zhuǎn)矩小，不適用于重載啟動的大型電機。變頻器啟動通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC）。然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。變頻器同時改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機運行曲線上的N0，使電機運行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機以較小的啟動電流，獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動重載負荷。變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能，價格貴但性能良好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜但使用簡單，所以不只是用于啟動電動機，而是廣泛的應(yīng)用到各個領(lǐng)域，各種功率、各種用途等都有應(yīng)用。變頻器可以改變初始輸出頻率，比如從0HZ開始輸出頻率，逐漸提升至150HZ，從而使啟動電流減小，但是變頻電機無法重載啟動電機調(diào)速的工作原理及設(shè)計調(diào)速的方法不外乎通過3種途徑改變電壓電流頻率調(diào)速控制的方式也就是通過負反饋來調(diào)整大的來說分為開環(huán),半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制開環(huán)就是設(shè)定參數(shù)后不會有任何修正的半閉環(huán)比如你用調(diào)電壓的方式來調(diào)速,那么通過傳感器檢測電壓是否調(diào)整到位,并給以負反饋閉環(huán)則是無論你用什么方式改變轉(zhuǎn)速,都通過傳感器檢測轉(zhuǎn)速提供負反饋,作用于調(diào)速的要素閉環(huán)控制最為精確邏輯控制方式最基本的與門或門非門,以及組合邏輯關(guān)系至于你所說的繼電器只是執(zhí)行元件,PLC是程序的載體只要邏輯關(guān)系清晰,可以通過最基本的電氣元件如繼電器組成邏輯控制電路甚至最基本的氣動液壓元件也可組成邏輯控制氣路油路各大氣動液壓元件公司也推出了專用的邏輯閥當(dāng)然,通過PLC或電腦可完成復(fù)雜的邏輯控制交流電動機的調(diào)速方法可分為改變同步轉(zhuǎn)速調(diào)速和不改變同步轉(zhuǎn)速調(diào)速兩大類。改變同步轉(zhuǎn)速調(diào)速主要有變頻調(diào)速和改變磁極對數(shù)調(diào)速兩種。不改變同步轉(zhuǎn)速調(diào)速又稱為改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，主要是改變電源電壓調(diào)速和采用轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等。對于繞線式異步電動機，可以采用轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電阻的調(diào)速（較耗能）和串極調(diào)速等。直流電動機的調(diào)速可反為電樞繞組降壓調(diào)速、電樞回路串聯(lián)電阻調(diào)速和弱磁調(diào)速（減少勵磁電流的調(diào)速）等三種。同步電動機的調(diào)速則主要采用變頻調(diào)速。電機制動的工作原理及設(shè)計電機的制動方法200801132222三相異步電動機切除電源后依慣性總要轉(zhuǎn)動一段時間才能停下來。而生產(chǎn)中起重機的吊鉤或卷揚機的吊藍要求準確定位；萬能銑床的主軸要求能迅速停下來。這些都需要對拖動的電動機進行制動，其方法有兩大類機械制動和電力制動。1機械制動采用機械裝置使電動機斷開電源后迅速停轉(zhuǎn)的制動方法。如電磁抱閘、電磁離合器等電磁鐵制動器。1電磁抱閘斷電制動控制電路電磁抱閘斷電制動控制電路如圖1所示。合上電源開關(guān)QS和開關(guān)K，電動機接通電源，同時電磁抱閘線圈YB得電，銜鐵吸合，克服彈簧的拉力使制動器的閘瓦與閘輪分開，電動機正常運轉(zhuǎn)。斷開開關(guān)電動機失電，同時電磁抱閘線圈YB也失電，銜鐵在彈簧拉力作用下與鐵芯分開，并使制動器的閘瓦緊緊抱住閘輪，電動機被制動而停轉(zhuǎn)。圖中開關(guān)K可采用倒順開關(guān)、主令控制器、交流接觸器等控制電動機的正反轉(zhuǎn)，滿足控制要求。倒順開關(guān)接線示意圖如圖2所示。這種制動方法在起重機械上廣泛應(yīng)用，如行車、卷揚機、電動葫蘆大多采用電磁離合器制動等。其優(yōu)點是能準確定位，可防止電動機突然斷電時重物自行墜落而造成事故。2電磁抱閘通電制動控制電路電磁抱閘斷電制動其閘瓦緊緊抱住閘輪，若想手動調(diào)整工作是很困難的。因此，對電動機制動后仍想調(diào)整工件的相對位置的機床設(shè)備就不能采用斷電制動，而應(yīng)采用通電制動控制，其電路如圖3所示。當(dāng)電動機得電運轉(zhuǎn)時，電磁抱閘線圈無法得電，閘瓦與閘輪分開無制動作用；當(dāng)電動機需停轉(zhuǎn)按下停止按鈕SB2時，復(fù)合按鈕SB2的常閉觸頭先斷開切斷KM1線圈，KM1主、輔觸頭恢復(fù)無電狀態(tài)，結(jié)束正常運行并為KM2線圈得電作好準備，經(jīng)過一定的行程SB2的常開觸頭接通KM2線圈，其主觸頭閉合電磁抱閘的線圈得電，使閘瓦緊緊抱住閘輪制動；當(dāng)電動機處于停轉(zhuǎn)常態(tài)時，電磁抱閘線圈也無電，閘瓦與閘輪分開，這樣操作人員可扳動主軸調(diào)整工件或?qū)Φ兜?。機械制動主要采用電磁抱閘、電磁離合器制動，兩者都是利用電磁線圈通電后產(chǎn)生磁場，使靜鐵芯產(chǎn)生足夠大的吸力吸合銜鐵或動鐵芯電磁離合器的動鐵芯被吸合，動、靜摩擦片分開，克服彈簧的拉力而滿足工作現(xiàn)場的要求。電磁抱閘是靠閘瓦的摩擦片制動閘輪電磁離合器是利用動、靜摩擦片之間足夠大的摩擦力使電動機斷電后立即制動。2電力制動電動機在切斷電源的同時給電動機一個和實際轉(zhuǎn)向相反的電磁力矩制動力矩使電動迅速停止的方法。最常用的方法有反接制動和能耗制動。1反接制動。在電動機切斷正常運轉(zhuǎn)電源的同時改變電動機定子繞組的電源相序，使之有反轉(zhuǎn)趨勢而產(chǎn)生較大的制動力矩的方法。反接制動的實質(zhì)使電動機欲反轉(zhuǎn)而制動，因此當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速接近零時，應(yīng)立即切斷反接轉(zhuǎn)制動電源，否則電動機會反轉(zhuǎn)。實際控制中采用速度繼電器來自動切除制動電源。反接制動控制電路如圖4所示。其主電路和正反轉(zhuǎn)電路相同。由于反接制動時轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速較高，約為啟動時的2倍，致使定子、轉(zhuǎn)子中的電流會很大，大約是額定值的10倍。因此反接制動電路增加了限流電阻R。KM1為運轉(zhuǎn)接觸器，KM2為反接制動接觸器，KV為速度繼電器，其與電動機聯(lián)軸，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速上升到約為100轉(zhuǎn)分的動作值時KV常開觸頭閉合為制動作好準備。反接制動分析停車時按下停止按鈕SB2，復(fù)合按鈕SB2的常閉先斷開切斷KM1線圈，KM1主、輔觸頭恢復(fù)無電狀態(tài)，結(jié)束正常運行并為反接制動作好準備，后接通KM2線圈KV常開觸頭在正常運轉(zhuǎn)時已經(jīng)閉合，其主觸頭閉合，電動機改變相序進入反接制動狀態(tài)，輔助觸頭閉合自鎖持續(xù)制動，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定的釋放值時，KV觸頭釋放，切斷KM2線圈，反接制動結(jié)束。一般地，速度繼電器的釋放值調(diào)整到90轉(zhuǎn)分左右，如釋放值調(diào)整得太大，反接制動不充分；調(diào)整得太小，又不能及時斷開電源而造成短時反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。反接制動制動力強，制動迅速，控制電路簡單，設(shè)備投資少，但制動準確性差，制動過程中沖擊力強烈，易損壞傳動部件。因此適用于L0KW以下小容量的電動機制動要求迅速、系統(tǒng)慣性大，不經(jīng)常啟動與制動的設(shè)備，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動控制。2能耗制動。電動機切斷交流電源的同時給定子繞組的任意二相加一直流電源，以產(chǎn)