三速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速控制設(shè)備的設(shè)計(jì)論文

1、貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目三速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速控制設(shè)備的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)機(jī)電設(shè)備維修與管理班級(jí)機(jī)電1508班學(xué)生學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2017年10月前 言隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的智能化，自動(dòng)控制技術(shù)起著越來(lái)越重要的作用。所謂的自動(dòng)控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備裝置（稱(chēng)控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱(chēng)被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行1。其中，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的系統(tǒng)就是一個(gè)典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)過(guò)程中起著舉足輕重的作用，無(wú)論是在宇宙航行、機(jī)器人控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)以及核動(dòng)力等高新技術(shù)領(lǐng)域，亦

2、或是在生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其他許多社會(huì)生活領(lǐng)域中，都有自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用。特別是在一些基礎(chǔ)性的工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，自動(dòng)控制技術(shù)更是凸顯了自身的優(yōu)勢(shì)。首先，自動(dòng)控制技術(shù)為企業(yè)安全的生產(chǎn)過(guò)程創(chuàng)造了良好的條件；其次，自動(dòng)控制技術(shù)使得企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程更加高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保。一個(gè)良好的生產(chǎn)環(huán)境對(duì)于企業(yè)而言是至關(guān)重要的，其原因主要有以下兩點(diǎn)：第一，就生產(chǎn)過(guò)程而言，安全是第一要素，其包括參與生產(chǎn)人員的人身安全和設(shè)備安全。而良好健康的生產(chǎn)環(huán)境正是安全的重要保證；第二，就企業(yè)而言，如何獲得更高的利潤(rùn)是企業(yè)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保證，一個(gè)良好健康的生產(chǎn)環(huán)境不僅能夠降低企業(yè)設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用和原料損耗，而且還能提升生產(chǎn)效

3、率，進(jìn)而大幅提升企業(yè)利潤(rùn)。因此，如何保證企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行在一個(gè)良好健康的環(huán)境下，顯得十分重要。我們知道，紡織工業(yè)是一項(xiàng)重要的國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)行業(yè)，其產(chǎn)品涉及到人們生活的諸多方面。然而，目前我國(guó)的紡織工業(yè)還存在著生產(chǎn)技術(shù)落后、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、人才資源匱乏、信息化程度不高、缺乏品牌經(jīng)營(yíng)管理等諸多問(wèn)題。當(dāng)然，解決以上問(wèn)題并非短時(shí)期能夠完成。企業(yè)自身在經(jīng)營(yíng)和發(fā)展的過(guò)程中，能夠全方位考慮企業(yè)的良性發(fā)展，循序漸進(jìn)地提升自身的技術(shù)水平和管理水平，顯得十分必要。對(duì)于紡織廠(chǎng)的生產(chǎn)車(chē)間而言，如何控制溫度和相對(duì)濕度是車(chē)間良性運(yùn)行的重要保證。車(chē)間溫濕度的控制涉及自然環(huán)境的狀態(tài)和人為地對(duì)溫濕度進(jìn)行補(bǔ)償兩個(gè)問(wèn)題。因此，可以將其定義為

4、一個(gè)基于環(huán)境狀態(tài)實(shí)時(shí)變化的車(chē)間溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題。溫濕度的補(bǔ)償主要采用控制軸流風(fēng)機(jī)的方法實(shí)現(xiàn)。目 錄中文摘要I英文摘要II第1章 緒 論11.1 選題背景及意義11.2 電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀11.2.1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)21.2.2 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)31.3 電機(jī)調(diào)速中的控制技術(shù)41.4 論文內(nèi)容及章節(jié)安排4第2章 電機(jī)拖動(dòng)方案的確定52.1 電機(jī)拖動(dòng)原理52.1.1 直流電機(jī)拖動(dòng)原理及特性62.1.2 交流電機(jī)拖動(dòng)原理及特性82.2 電機(jī)拖動(dòng)方案論述122.3 本章小結(jié)13第3章 電動(dòng)機(jī)的選型方案論述143.1 電動(dòng)機(jī)選型143.2 本章小結(jié)16第4章 電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)174.1

5、 電氣控制原理圖設(shè)計(jì)方法論證174.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法174.1.2 邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)224.2 本章小結(jié)29第5章 電器元件的選擇明細(xì)305.1 電器元件的選擇305.1.1 刀開(kāi)關(guān)305.1.2 熔斷器305.1.3 熱繼電器315.1.4 接觸器315.1.5 電流互感器與電流表325.1.6 中間繼電器325.1.7 時(shí)間繼電路325.1.7 按鈕335.1.8 指示燈335.1.9 指示燈335.1.10 接線(xiàn)端子345.2 電路元件明細(xì)表345.3 本章小結(jié)35第6章 電器布置圖的設(shè)計(jì)366.1 電氣布置圖的設(shè)計(jì)原則366.1.1低壓電器電控設(shè)備的布置原則366.1.2 三速電動(dòng)機(jī)電

6、氣控制柜的布置396.3 本章小結(jié)41第7章 電器接線(xiàn)圖的設(shè)計(jì)427.1 接線(xiàn)圖的設(shè)計(jì)427.2 本章小結(jié)49第8章 總結(jié)與展望508.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)508.2 三速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速的未來(lái)展望50致 謝51參考文獻(xiàn)52附 錄53附錄A：國(guó)家電氣標(biāo)準(zhǔn)的若干規(guī)定53一、 電控設(shè)備導(dǎo)線(xiàn)的顏色53表A1 依導(dǎo)線(xiàn)顏色標(biāo)志電路的規(guī)定54表A2 依電路選擇導(dǎo)線(xiàn)顏色的規(guī)定552018屆機(jī)電設(shè)備維修與管理專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要針對(duì)某紡織車(chē)間溫濕度的保持問(wèn)題，采用控制軸流風(fēng)機(jī)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的控制。通過(guò)建立風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)量以及軸功率之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，確定了電機(jī)的拖動(dòng)方案。其中，電機(jī)選型為YD序列變極三速電

7、動(dòng)機(jī)。根據(jù)控制系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)要求，論述了系統(tǒng)的元件選型方案。最后據(jù)溫濕度控制要求和電機(jī)拖動(dòng)方案，設(shè)計(jì)了電氣控制設(shè)備電氣控制原理圖。系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸流風(fēng)機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)間溫濕度的控制。本文對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了詳述，包括系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了分析。關(guān)鍵字：紡織工業(yè)，三速電動(dòng)機(jī)，變極調(diào)速，溫濕度控制英文摘要In order to maintain the temperature and humidity of a textile workshop, the control of the axial fan is used to control th

8、e temperature and humidity. Just through the establishment of the fan speed, air volume and shaft power relationship between the mathematical model to determine the motor drag program. Among them, the motor selection for the YD sequence variable pole three-speed motor. According to the function and

9、design requirements of the control system, the component selection scheme of the system is discussed. Finally, according to the temperature and humidity control requirements and motor drag program, designed electrical control equipment, electrical control schematic. The system finally achieved the c

10、ontrol of the axial fan, in order to achieve the control of the plant temperature and humidity. In this paper, the system structure and working principle are described in detail, including the system hardware design and software design, and the system to meet the design requirements were analyzed.Ke

11、y words:Textile industry, Three-speed motor, Variable pole speed, Temperature and humidity control55第1章 緒 論1.1 選題背景及意義目前我國(guó)紡織工業(yè)存在以下問(wèn)題，首先，技術(shù)裝備落后，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)不足。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)紡織品三大行業(yè)（紡織業(yè)、服裝業(yè)、化學(xué)纖維制造業(yè)）產(chǎn)值占比約分別為61%、28%、11%。除化學(xué)纖維生產(chǎn)技術(shù)和服裝骨干企業(yè)的縫紉設(shè)備接近國(guó)際先進(jìn)水平以外，紡紗、織造、染整等傳統(tǒng)工藝與世界先進(jìn)水平有較大差距。其次，目前中國(guó)的紡織企業(yè)還處于低端生產(chǎn)階段。大約有80%的企業(yè)生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品、6%

12、的企業(yè)生產(chǎn)中低檔產(chǎn)品，4%的企業(yè)生產(chǎn)品質(zhì)低價(jià)格低產(chǎn)品，僅有10%的企業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品。再次，高素質(zhì)人力資源缺乏。行業(yè)缺乏品牌運(yùn)作、資本運(yùn)籌、國(guó)際交往的人才，缺乏國(guó)際化經(jīng)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和適應(yīng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)合型人才。再者，企業(yè)信息化程度不高。行業(yè)性軟件開(kāi)發(fā)力量薄弱，軟件產(chǎn)品少，企業(yè)管理軟件應(yīng)用比例低，信息化普及率低，電子商務(wù)起步慢，多數(shù)企業(yè)管理方式落后，難以真正建立起小批量、多品種、高品質(zhì)、快交貨的市場(chǎng)快速反應(yīng)機(jī)制。最后，缺乏品牌經(jīng)營(yíng)理念。傳統(tǒng)家紡多，規(guī)模小，產(chǎn)品單一，加工貿(mào)易比重仍然很大，應(yīng)對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)手段不足，處在整合階段2。因此，如何將現(xiàn)代化的設(shè)備技術(shù)和經(jīng)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)引入紡織工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程和管理方案顯得十

13、分必要。再者，就紡織工業(yè)的生產(chǎn)車(chē)間而言，如何保證一個(gè)安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境更是提升企業(yè)綜合實(shí)力和保證可觀利潤(rùn)的關(guān)鍵。面對(duì)復(fù)雜多邊的外部環(huán)境，車(chē)間的溫濕度也會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化，車(chē)間溫濕度的變化不僅影響生產(chǎn)原料的質(zhì)量，還影響到工人的精神狀態(tài)以及機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這就是說(shuō)，維持車(chē)間合理的溫濕度變化對(duì)車(chē)間的生產(chǎn)有巨大的影響。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，不僅解決了紡織車(chē)間的溫濕度控制問(wèn)題，為企業(yè)的安全、高效生產(chǎn)提出了可行的解決方案，而且培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析和解決一般工程技術(shù)問(wèn)題的能力。使學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思路，掌握低壓電器組成的電氣傳動(dòng)控制設(shè)備工程設(shè)計(jì)的一般程序和方法。1.2 電機(jī)調(diào)速控制系

14、統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)速電機(jī)是利用改變電機(jī)的級(jí)數(shù)、電壓、電流、頻率等方法改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以使電機(jī)達(dá)到較高的使用性能的一種電機(jī)。由于其優(yōu)異性能，調(diào)速電動(dòng)機(jī)已廣泛用于鋼鐵、電站、電纜、化工、石油、水泥、紡織、印染、造紙、機(jī)械等工業(yè)部門(mén)作恒轉(zhuǎn)矩或遞減轉(zhuǎn)矩的負(fù)載機(jī)械無(wú)級(jí)調(diào)速之用，尤其適宜作流量變化較大的泵和風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載托動(dòng)之用，能夠獲得良好的節(jié)能效果3。能源在我們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，要使能源為我們?nèi)祟?lèi)所利用，目前大部分要靠電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)所實(shí)現(xiàn)。而我們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中，大部分要靠電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能供人類(lèi)使用。對(duì)一些精確控制，調(diào)速技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在寬范圍內(nèi)平

15、滑調(diào)速，以前在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。目前交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下三個(gè)方面：（1）一般性能調(diào)速和節(jié)能調(diào)速。在過(guò)去大量的所謂“不變速交流拖動(dòng)”中，如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均都可以節(jié)約20%30%以上的電能。但風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速范圍和對(duì)動(dòng)態(tài)快速性的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能。（2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。由于交流電機(jī)原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機(jī)那樣通過(guò)電樞電流施行靈活的實(shí)時(shí)控制。20世紀(jì)70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)，或稱(chēng)磁場(chǎng)定向控制技術(shù),從而使交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。其后，又陸續(xù)提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦

16、控制等方法。常應(yīng)用在電梯的交流調(diào)速系統(tǒng)中。（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速。直流電機(jī)的換向能力限制了它的容量轉(zhuǎn)速積不超過(guò)106kW·r/min，超過(guò)這一數(shù)值時(shí)，其設(shè)計(jì)與制造就非常困難了。交流電機(jī)沒(méi)有換向器，不受這種限制，因此，特大容量的電力拖動(dòng)設(shè)備，如厚板軋機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)等，以及極高轉(zhuǎn)速的拖動(dòng)，如高速磨頭、離心機(jī)等，都以采用交流調(diào)速為宜4。1.2.1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)直流電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)在19世紀(jì)中葉誕生，在20世紀(jì)前半葉，只有20%的高性能可調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)采用直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩易于控制。換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵(lì)磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比

17、。1960年以來(lái)，晶閘管整流器的應(yīng)用，使得直流調(diào)速技術(shù)得到了飛速對(duì)的發(fā)展。采用可控晶閘管組成整流器的晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，它們?cè)?0世紀(jì)60年代起得到了廣泛的應(yīng)用。用全控型電力電子器件可組成直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)在越來(lái)越多地取代了晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)5。主要有以下3個(gè)方面：（1）轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)；（2）轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)；（3）可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。目前由于交流調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，直流調(diào)速技術(shù)逐漸被淘汰。1.2.2 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)1880年前只有直流電力拖動(dòng)，1895年左右，發(fā)明了交流電，就有了交流電力拖動(dòng)，1960年前，高性能可調(diào)速拖動(dòng)都采

18、用直流電機(jī)（20%），不變速拖動(dòng)系統(tǒng)則采用交流電機(jī)（80%），1930年開(kāi)始，交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案出現(xiàn)，并獲得實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無(wú)法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵6。直到20世紀(jì)6070年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)；大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。同步電機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)差，也就沒(méi)有轉(zhuǎn)差功率，所以同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是轉(zhuǎn)差功率不變型（恒等于0）的，而同步電機(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)又是固定的，因此只能靠變壓變頻調(diào)速，沒(méi)有像異步電機(jī)那樣的多種調(diào)速方法。在同步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速方法

19、中，從頻率控制的方式來(lái)看，可分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速兩類(lèi)。（1）自控變頻調(diào)速利用轉(zhuǎn)子磁極位置的檢測(cè)信號(hào)來(lái)控制變壓變頻裝置換相，類(lèi)似于直流電機(jī)中電刷和換向器的作用，因此有時(shí)又稱(chēng)作無(wú)換向器電機(jī)調(diào)速，或無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速。(2)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種特殊形式的同步電機(jī)，有其獨(dú)特的比較簡(jiǎn)單的調(diào)速方法，在小容量交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中很有發(fā)展前途7。交流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了好多年，有以下幾種發(fā)展趨勢(shì)：（1）新的控制策略異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、時(shí)變的非線(xiàn)性系統(tǒng)，瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制困難，使它的動(dòng)態(tài)性能很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不如直流電機(jī)。矢量控制技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了交流電機(jī)高性能控制的新時(shí)代，但矢量控制對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴(lài)很大，使之也有不

20、盡人意之處，磁鏈跟蹤型 PWM控制逆變器及與之相關(guān)的轉(zhuǎn)矩直接控制正受到廣泛關(guān)注?；诂F(xiàn)代控制理論的滑模結(jié)構(gòu)控制、自適應(yīng)控制等均已引入電機(jī)控制，又如把模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專(zhuān)家系統(tǒng)等無(wú)需精確數(shù)學(xué)模型的智能控制技術(shù)應(yīng)用于變頻調(diào)速中也得到了廣泛的研究。（2）新型變流裝置和變流技術(shù)隨著電力電子元器件的不斷發(fā)展，調(diào)速系統(tǒng)用的變流裝置正朝向高電壓、大容量、小型化、高頻化的方向發(fā)展，中高電壓(10kV)、大容量(10MW)的變頻器已得到了應(yīng)用，變流主元件的開(kāi)發(fā)頻率越來(lái)越高，裝置的體積越來(lái)越小，為提高開(kāi)關(guān)頻率、降低開(kāi)關(guān)損耗，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始得到實(shí)際應(yīng)用。變流裝置對(duì)電網(wǎng)的諧波問(wèn)題已引起高度的重視，把不控

21、整流橋改成PWM雙向整流橋已成為當(dāng)前的熱門(mén)課題。（3）全數(shù)字化控制隨著微機(jī)運(yùn)算速度的提高和存儲(chǔ)器的大容量化，全數(shù)字化控制已成為調(diào)速系統(tǒng)的主流方向，各類(lèi)單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)在調(diào)速系統(tǒng)得到了較為普遍的應(yīng)用。全數(shù)字化控制技術(shù)及集成化技術(shù)還在飛速發(fā)展，年年都有新的芯片誕生，這不僅提高了系統(tǒng)的性能和可靠性，降低了成本，還使控制器向著小型化、智能化的方向發(fā)展8。（4）模擬與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)電機(jī)模擬器、負(fù)載模擬器以及各種CAD軟件的引入對(duì)變頻器的設(shè)計(jì)和測(cè)試提供了強(qiáng)有力的支持。1.3 電機(jī)調(diào)速中的控制技術(shù)交流傳動(dòng)系統(tǒng)中的交流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量、非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合、時(shí)變的被控對(duì)象，隨著交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速理

22、論的突破和調(diào)速裝置性能的完善，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速?gòu)闹绷靼l(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組調(diào)速、晶閘管可控整流器直流調(diào)壓調(diào)速逐步發(fā)展到交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速，變頻調(diào)速又由VVVF控制的PWM變頻調(diào)速發(fā)展到矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速。現(xiàn)代控制理論中的控制方法，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)便，在電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中，具有更廣闊的應(yīng)用前景。由目前國(guó)內(nèi)外的研究成果可以看出，電機(jī)傳動(dòng)的控制逐步向多元化、智能化和多種方法綜合應(yīng)用的方向發(fā)展9。1.4 論文內(nèi)容及章節(jié)安排本文的研究重點(diǎn)是如何將變極調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到三速電動(dòng)機(jī)，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)紡織車(chē)間的溫濕度控制。文章首先系統(tǒng)地論述了電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的原理以及方法，從數(shù)學(xué)層面分析了系統(tǒng)的可行性和實(shí)用

23、性。另外，本文還對(duì)目前可行的點(diǎn)擊調(diào)速方法進(jìn)行了綜述。本文章節(jié)安排為：第一章緒論介紹了電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的原理以及方法，并對(duì)相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹；第二章論述了電機(jī)拖動(dòng)方案；第三章主要對(duì)系統(tǒng)的核心器件電動(dòng)機(jī)的選型進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。第四章為電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)；第五章主要內(nèi)容是電器元件的選擇，并給出了詳細(xì)的電氣元器件明細(xì)；第六章是電器布置圖的設(shè)計(jì)；第七章是電器接線(xiàn)圖的設(shè)計(jì)。第2章 電機(jī)拖動(dòng)方案的確定2.1 電機(jī)拖動(dòng)原理在諸如石油化工、輕工、紡織等工業(yè)部門(mén)，廣泛使用者電力拖動(dòng)系統(tǒng)。所謂電力拖動(dòng)系統(tǒng)是一種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，即以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象（工作機(jī)構(gòu)）作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的整套裝置。如果對(duì)象時(shí)生產(chǎn)機(jī)械，

24、有一定的功率轉(zhuǎn)換（電能變?yōu)闄C(jī)械能）要求，習(xí)慣上稱(chēng)之為電力拖動(dòng)系統(tǒng)10。該系統(tǒng)通常包括三個(gè)主要環(huán)節(jié)：電動(dòng)機(jī)、控制設(shè)備和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一個(gè)典型的拖動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。圖2.1 典型的拖動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電機(jī)（英文：Electric machinery，俗稱(chēng)“馬達(dá)”）是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。無(wú)論是何種類(lèi)型的電機(jī)，其基本原理都可表述為電磁效應(yīng)產(chǎn)生的力的作用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)單描述為圖2.2所示。圖2.2 電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.1.1 直流電機(jī)拖動(dòng)原理及特性（1）電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式運(yùn)動(dòng)方程式電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式描述了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)取決于作用在原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸

25、上的各種轉(zhuǎn)矩。根據(jù)如圖給出的系統(tǒng)（忽略空載轉(zhuǎn)矩），可寫(xiě)出拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式：2-1其中為系統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)矩。圖2.3 直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖運(yùn)動(dòng)方程的實(shí)用形式：2-2系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的三種狀態(tài)：1）當(dāng)或時(shí)，系統(tǒng)處于靜止或恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，即處于穩(wěn)態(tài)。2）當(dāng)或時(shí)，系統(tǒng)處于加速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。3）當(dāng)或時(shí)，系統(tǒng)處于減速運(yùn)行狀態(tài)，即處于動(dòng)態(tài)。常把或稱(chēng)為動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，把稱(chēng)為靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩。運(yùn)動(dòng)方程式中轉(zhuǎn)矩正、負(fù)號(hào)的規(guī)定首先確定電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檗D(zhuǎn)速的正方向，然后規(guī)定：1）電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的正方向相同時(shí)為負(fù)，相反時(shí)為正。3）慣性轉(zhuǎn)矩的大小和正負(fù)號(hào)由和的代數(shù)

26、和決定。（2）負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性，就是負(fù)載的機(jī)械特性，簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)載特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖2.4 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載2）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖2.5 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功率負(fù)載特性恒功率負(fù)載特點(diǎn)是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積為一常數(shù)，即與成反比，特性曲線(xiàn)為一條雙曲線(xiàn)。圖2.6 恒功率負(fù)載負(fù)載泵與風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載特性負(fù)載的轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)速的平方成正比。負(fù)載特性為一條拋物線(xiàn)。圖2.7 泵與風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載負(fù)載2.1.2 交流電機(jī)拖動(dòng)原理及特性直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。在20世紀(jì)上半葉

27、的年代里，鑒于直流拖動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動(dòng)都采用直流電機(jī)，而約占電力拖動(dòng)總?cè)萘?0%以上的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)則采用交流電機(jī)，這種分工在一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問(wèn)世，并已獲得實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無(wú)法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。直到20世紀(jì)6070年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。這時(shí)，直流電機(jī)具有電刷和換相器因而必須經(jīng)常檢查維修、換向火花使直流電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境受到限制、以

28、及換向能力限制了直流電機(jī)的容量和速度等缺點(diǎn)日益突出起來(lái)，用交流可調(diào)拖動(dòng)取代直流可調(diào)拖動(dòng)的呼聲越來(lái)越強(qiáng)烈，交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（1）機(jī)械特性方程三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在一定條件下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即：2-32-4（2）臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)距機(jī)械特性方程為一個(gè)二次方程，當(dāng)s為某一數(shù)值時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩有一最大值Tm。由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，令dT/ds=0，即可求得此時(shí)的轉(zhuǎn)差率，用sm表示，即：2-5求得對(duì)應(yīng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，即最大電磁轉(zhuǎn)矩值：2-6臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)距的特點(diǎn)：當(dāng)電源的頻率及電機(jī)的參數(shù)不變時(shí)，最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm與定子繞組電壓

29、U1的平方成正比。最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm和臨界轉(zhuǎn)差率sm都與定子電阻及定、轉(zhuǎn)子漏抗有關(guān)。最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm和轉(zhuǎn)子回路中的電阻無(wú)關(guān)，而臨界轉(zhuǎn)差sm率則與成正比。（3）固有機(jī)械特性方程固有機(jī)械特性方程異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是指在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定方式接線(xiàn)，定、轉(zhuǎn)子外接電阻為零時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系，即T=f(s)曲線(xiàn)。固有機(jī)械特性曲線(xiàn)圖2-8 固有機(jī)械特性曲線(xiàn)固有機(jī)械特性曲線(xiàn)的特點(diǎn)。曲線(xiàn)形狀分析：1）AB段。因s較大，且異步電動(dòng)機(jī)中，近似為雙曲線(xiàn)。隨著s的減小，T反而增大。2）BO段。因s很小，近似為直線(xiàn)。隨著s的減小，T亦減小。曲線(xiàn)的幾個(gè)特殊點(diǎn)的分析：1）起動(dòng)點(diǎn)A2）同步點(diǎn)O3）臨界

30、點(diǎn)B4）額定點(diǎn)C（4）人為機(jī)械特性方程人為機(jī)械特性就是人為地改變電源參數(shù)或電機(jī)參數(shù)而得到的機(jī)械特性。三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性主要有以下兩種：降低定子電壓的人為機(jī)械特性；圖2-9 降低定子電壓的人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)械特性。圖2-10 轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)械特性2.2 電機(jī)拖動(dòng)方案論述從設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中內(nèi)容可知，要求我們?cè)O(shè)計(jì)的控制設(shè)備的控制對(duì)象為紡織車(chē)間的軸流風(fēng)機(jī)，其全年的送風(fēng)量是不均勻的，可劃分為三個(gè)時(shí)間段，即夏季、春秋季和冬季。由風(fēng)機(jī)的特性可知，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)淖兊綍r(shí)，風(fēng)量Q和軸功率P的變化關(guān)系式如下：2-72-8從已知技術(shù)數(shù)據(jù)，春秋季的風(fēng)景為夏季的66，冬季的風(fēng)量為夏季風(fēng)量的50，我們知

31、道拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)需要調(diào)速控制。由于經(jīng)設(shè)計(jì)達(dá)到夏季風(fēng)量所需電動(dòng)機(jī)功率為11.6kw，轉(zhuǎn)速為1457rmin，亦即我們所選電動(dòng)機(jī)的最大功率和轉(zhuǎn)速只要滿(mǎn)足大于等116kw和1457rmin，控制設(shè)備能實(shí)現(xiàn)對(duì)該電動(dòng)機(jī)實(shí)行調(diào)速即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)行調(diào)速控制的方案比較多：有調(diào)壓調(diào)速、電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、變頻調(diào)速和變極對(duì)數(shù)調(diào)速等。前幾種調(diào)速方案都可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，但實(shí)現(xiàn)調(diào)速的控制設(shè)備和控制方案都比較復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)投入較大。只有變極對(duì)數(shù)調(diào)速為有級(jí)調(diào)速，控制設(shè)備相對(duì)較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)投入較少。而根據(jù)設(shè)計(jì)的技術(shù)數(shù)據(jù)，紡織車(chē)間全年要求的風(fēng)量變化并不要求連續(xù)，只分為三段，在每一段內(nèi)的風(fēng)量我們可

32、視作不變(因風(fēng)量略有變化引起的溫、濕度變化是不會(huì)超出允許的溫、濕度要求范圍的)，這樣由式2-9可知，拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際上全年中只要有三個(gè)變化點(diǎn)即可滿(mǎn)足要求，只需有級(jí)調(diào)速控制。因此，我們可采用變極對(duì)數(shù)調(diào)速的控制方案。2.3 本章小結(jié)本章論述了電機(jī)拖動(dòng)的基本原理，首先介紹了交直流電機(jī)的拖動(dòng)原理和兩者之間的差異，接著依據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求論述了電機(jī)的拖動(dòng)方案。第3章 電動(dòng)機(jī)的選型方案論述3.1 電動(dòng)機(jī)選型由2.2節(jié)確定的拖動(dòng)方案可知，我們選用變極三速電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的控制。在紡織車(chē)間內(nèi)空氣中含有棉絮等雜物，這就要求電動(dòng)機(jī)密封性要好，而車(chē)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)般在地面平裝，因而我們可選用電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)

33、為IP44，結(jié)構(gòu)和安裝型式為IMB3。設(shè)風(fēng)機(jī)在夏季、春秋季和冬季的風(fēng)量分別為Ql、Q2、Q3，轉(zhuǎn)速分別為n1、n2、n3，軸功串分別為P1、P2、P3。由已知條件即得：Q2：Ql0.66，Q3：Ql0.50，Pl11.6kw，P21457rmin。3-13-23-33-43-53-63-73-8從以上計(jì)算可知風(fēng)機(jī)夏季、春秋季、冬季二個(gè)調(diào)速點(diǎn)要求的轉(zhuǎn)速分別為1457rmin、962rmin、729rmin，要求的功率分別為11.6kw、3.3kW、1.5kwi根據(jù)上述情況和車(chē)間內(nèi)有交流380V，50Hz的二相電源，我們選用YD系列變極三速異步電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)如下：型號(hào)為YD1

34、80L864電動(dòng)機(jī)有三種極對(duì)數(shù)變化，分別為8極、6極、4極。對(duì)應(yīng)于三種極對(duì)數(shù)864的額定功率為7KW/9KW/12KW，滿(mǎn)載電流為20.2A20.6A24.1A，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為740r/min980r/min1470r/min。繞組接法為YYY。電動(dòng)機(jī)繞組接線(xiàn)圖如圖3.1所示。圖3.1 YD系列變極三速電動(dòng)機(jī)繞組接線(xiàn)圖要滿(mǎn)足對(duì)風(fēng)機(jī)的控制要求，即夏季采用4極運(yùn)轉(zhuǎn)，春秋季采用6極運(yùn)轉(zhuǎn)，冬季采用8極運(yùn)轉(zhuǎn)，我們分別定義為高速、中速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。這樣功率和轉(zhuǎn)速均能滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)的工作要求，并有裕量。3.2 本章小結(jié)本章主要在2.2節(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)具體的電機(jī)拖動(dòng)方案，結(jié)合目前市場(chǎng)上常用的電機(jī)類(lèi)型和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，

35、論述了電動(dòng)機(jī)的選型方案，最終確定了用于本系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型。第4章 電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)4.1 電氣控制原理圖設(shè)計(jì)方法論證電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)方法較多，在此我們采用兩種方法來(lái)設(shè)計(jì)。4.1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法因風(fēng)機(jī)起動(dòng)屬于輕載起動(dòng)，可對(duì)電動(dòng)機(jī)采用全壓起動(dòng)控制電路。由于風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)有三種運(yùn)行速度，故需有三只控制按鈕分別發(fā)出指令來(lái)控制電動(dòng)機(jī)三種速度運(yùn)行?？紤]到控制柜要有短路、過(guò)載等保護(hù)，在原理圖的主回路中設(shè)置三只熱繼電器和三只熔斷器，結(jié)合三速電動(dòng)機(jī)繞組接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)出圖4-1所示電路。圖4-1 三速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖草圖之一該控制圖能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)低、中、高三種速度的控制，不管原來(lái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)如何、只耍按動(dòng)

36、按鈕SB1、SB2、SB4按鈕中的任意一只，電動(dòng)機(jī)將工作在某種轉(zhuǎn)速上。例如電動(dòng)機(jī)原為停止?fàn)顟B(tài)，我們按動(dòng)按鈕SB4，接觸器KM4、KM3先后吸合，使電動(dòng)機(jī)工作在高速狀態(tài)。再按按鈕SB2，接觸器KM4、KM3同時(shí)釋放，接著接觸器KM1吸合，電動(dòng)機(jī)由高速直接進(jìn)入低速運(yùn)行。這樣，使電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速變化較大，不利于電動(dòng)機(jī)的使用。同時(shí)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量變化也將不符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)技術(shù)要求中風(fēng)量控制要求在三種速度之間的轉(zhuǎn)換能逐段進(jìn)行。即起動(dòng)時(shí)先進(jìn)入低速運(yùn)行，再進(jìn)入中速，最后進(jìn)入高速運(yùn)行，不允許中速或高速直接起動(dòng)。在高速遠(yuǎn)行轉(zhuǎn)入低速運(yùn)行時(shí)，先由高速變化到中速，再轉(zhuǎn)入低速運(yùn)行；從低速切換到高速也一樣。即要求

37、在三種速度之間轉(zhuǎn)換。不能越級(jí)直接切換，滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)風(fēng)量控制的技術(shù)要求。根據(jù)此前提，重新設(shè)計(jì)出的三速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖如圖4-2所示。圖4.2 三速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖草圖之二在此圖中接觸器KMl吸合，三相電源進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的U1、V1、W1端子，電動(dòng)機(jī)工作在低速狀態(tài)。接觸器KM2吸合，三相電源進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的U2、V2、W2端子，電動(dòng)機(jī)工作在中速狀態(tài)。接觸器KM4、KM3吸合，三相電源進(jìn)入電動(dòng)機(jī)U3、V3、W3端子，電動(dòng)機(jī)工作在高速狀態(tài)。低中高三種工作狀態(tài)分別由按鈕SB2、SB3、SB4來(lái)控制。為避免電源同時(shí)接入U(xiǎn)l、V1、W1、U2、V2、W2及U3、V3、W3三者之中的任意二處，在接觸器KM1、KM

38、2及KM4線(xiàn)圈回路中接入了機(jī)械互鎖和電氣互鎖。為實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)只能低速起動(dòng)，不允許中速或高速直接起動(dòng)，在線(xiàn)路中設(shè)置了中間繼電器KA1，并將KA1的二對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)分別串入接觸器KM3和KM4的線(xiàn)圈回路，使得起動(dòng)時(shí)若不按SB2按鈕，接觸器KM1沒(méi)有吸合過(guò)，則中間繼電器KA1不可能吸合，其二對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)均處于斷開(kāi)狀態(tài)，即使按下SB3或SB4按鈕，接觸器KM2或KM4均不會(huì)吸合。亦即電動(dòng)機(jī)不會(huì)直接起動(dòng)到中速或高速狀態(tài)。而一旦從低速起動(dòng)后，中間繼電器KA1通過(guò)其自鎖觸點(diǎn)長(zhǎng)期吸合，將不影響低、中、高三種速度間的轉(zhuǎn)換。圖中電動(dòng)機(jī)一旦起動(dòng)后，低速與中速間的相互切換只要按動(dòng)SB2或SB3按鈕即可實(shí)現(xiàn)。中速與高速

39、之間的切換同樣只要按動(dòng)SB3或SB4按鈕便能實(shí)現(xiàn)。但電動(dòng)機(jī)如工作在低速狀態(tài)，若按動(dòng)高速SB4按鈕，電動(dòng)機(jī)將不能直接進(jìn)入高速狀態(tài)，而是先進(jìn)入中速運(yùn)行，然后才自動(dòng)轉(zhuǎn)入高速狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)原工作在高速狀態(tài)，按低速運(yùn)行按鈕SB2情況也相同，要經(jīng)過(guò)中速遠(yuǎn)行狀態(tài)才能最后進(jìn)入低速運(yùn)行，保證三級(jí)速度的切換能逐級(jí)進(jìn)行。為保證實(shí)現(xiàn)這樣的切換程序，設(shè)置了中間繼電器KA2KA5和時(shí)間繼電器KT1KT4。其中中間繼電器KA3、KA4和時(shí)間繼電器KT1、KT2保證電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)入高速運(yùn)行狀態(tài)的平穩(wěn)過(guò)渡。而KA2、KA5、KT3、KT4的控制功能正好相反?，F(xiàn)以電動(dòng)機(jī)在低速遠(yuǎn)行時(shí)要切換到高速運(yùn)行為例來(lái)說(shuō)明線(xiàn)路的

40、設(shè)計(jì)思路與工作原理。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低速狀態(tài)，接觸器KM1吸合，其常開(kāi)觸點(diǎn)KM1-3閉合使中間繼電器KA3吸合，KA3一對(duì)常閉觸點(diǎn)串在接觸器KM4線(xiàn)圈回路中，保證使得按下高速按鈕SB4時(shí)，雖其常開(kāi)觸點(diǎn)SB4-1閉合，但接觸器KM4線(xiàn)圈因KA3的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)而不能得電吸合。只有等接觸器KM2吸合，其常閉觸點(diǎn)KM2-4使中間繼電器KA3失電釋放，KA3串在KM4線(xiàn)圈回路中的常閉觸點(diǎn)回復(fù)后，KM4才能吸合，進(jìn)而使KM3吸合而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入高速運(yùn)行。即實(shí)現(xiàn)了低速運(yùn)行時(shí)必須經(jīng)過(guò)中速狀態(tài)才能最后進(jìn)入高速運(yùn)行的目的(注意接觸器KM2吸合即使電動(dòng)機(jī)工作在中速狀態(tài))。具體工作原理如下所述。電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，接觸器K

41、M1吸合，中間繼電器KA3吸臺(tái)。當(dāng)按動(dòng)高速按鈕SB4后，其常閉觸點(diǎn)SB4-1使KM2線(xiàn)圈失電釋放，同時(shí)其常開(kāi)觸點(diǎn)SB4-2使時(shí)間繼電器KT1線(xiàn)圈得電吸合。由于KT1為一斷電延時(shí)繼電器，其延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)馬上閉合使中間繼電器KA4線(xiàn)圈得電吸合，KA4的常開(kāi)觸點(diǎn)KA41使接觸器KM2線(xiàn)圈得電吸合(此時(shí)因?yàn)榘粹oSB4按動(dòng)一下已復(fù)位，其常閉觸點(diǎn)SR42巳閉合)，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入中速運(yùn)行。串在KM2自保線(xiàn)路中的KA4常閉觸點(diǎn)與常開(kāi)觸點(diǎn)KA41共同構(gòu)成了接觸器KM2的點(diǎn)動(dòng)控制，以便實(shí)現(xiàn)從中速到高速的自動(dòng)切換。KM2吸合后，其常閉觸點(diǎn)KM24斷開(kāi)，使中間繼電器KA3釋放，KA3串在KM4線(xiàn)圈回路中的常閉觸點(diǎn)復(fù)位，為K

42、M4線(xiàn)圈的得電作好準(zhǔn)備。在中間繼電器KA4吸合其常開(kāi)觸點(diǎn)KA41使KM2吸合的同時(shí)，另一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)KA42使時(shí)間繼電器KT2線(xiàn)圈得電吸合自保并開(kāi)始延時(shí)。注意在通電延時(shí)時(shí)間繼電器KT2開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)，斷電延時(shí)時(shí)間繼電器KT1也同時(shí)在進(jìn)行計(jì)時(shí)。因?yàn)榘粹oSB4的常開(kāi)觸點(diǎn)SB42是合一下馬上斷開(kāi)的。當(dāng)時(shí)間繼電器KT2延時(shí)到后，其延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM4線(xiàn)圈只要接觸器KM2常閉觸點(diǎn)KM2-2回復(fù)即可吸合。當(dāng)KT1延時(shí)到后，其延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)使KA4線(xiàn)圈失電，KA4釋放，KA4的常開(kāi)觸點(diǎn)KA4-1和常閉觸點(diǎn)保證KM2線(xiàn)圈失電釋放，使KM2-2復(fù)位，這樣KM4得電吸合，其常開(kāi)觸點(diǎn)又使接觸器KM3吸合，K

43、M3常閉觸點(diǎn)KM3-3又使KT2失電釋放，電動(dòng)機(jī)白動(dòng)進(jìn)入高速狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)行經(jīng)中速自動(dòng)切換到高速的控制日的。通過(guò)分析，值得注意的是時(shí)間繼電器KT1的延時(shí)時(shí)間要比KT2略長(zhǎng)。如相反，當(dāng)KT1延時(shí)一到，其延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)使KA4釋放，從而使KM2釋放。促此時(shí)KT2的延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)仍未閉合，使KM4能吸合，電動(dòng)機(jī)將失電停機(jī)。等到KT2延時(shí)到后才又使KM4吸合，進(jìn)而KM3吸合，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入高速運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣在中速自動(dòng)切換到高速過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的短暫失電，不利于控制。同理，時(shí)間繼電器KT3的延時(shí)時(shí)間也要比KT4略長(zhǎng)些。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在高速狀態(tài)，按動(dòng)低速按鈕SB2后的工作原理與上述類(lèi)似，只不過(guò)此時(shí)工

44、作的電器換成了KA2、KA5、KT3、KT4而巳，讀者可自行分析。圖4.2中，各按鈕、接觸器用到的觸點(diǎn)數(shù)都較多，我們?cè)谶x擇元器件時(shí)要選有相應(yīng)常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)數(shù)的類(lèi)型以滿(mǎn)足要求，否則需用中間繼電器來(lái)擴(kuò)大觸點(diǎn)數(shù)目。圖4.2已能按設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，但還不完善。因設(shè)計(jì)技術(shù)要求中還要有低、中、高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的指示，發(fā)生故障時(shí)的指示，以及電動(dòng)機(jī)定子電流的指示。為此我們?cè)O(shè)置HL1、HL2、HL3、HL8故障指示燈，HL4一HL7工作狀態(tài)指示燈。其中HL4為工作電源指示燈，HL5一HL7分別為低、中、高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)指示燈，以便能通過(guò)某一指示燈的發(fā)亮清楚知道電動(dòng)機(jī)的工作情況。而HL1一HL3分別指示低、

45、中、高速時(shí)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載故障，HL8指示主回路的短路故障現(xiàn)象、定子電流指示在主回路中設(shè)置一交流電流表和電流互感器來(lái)共同實(shí)現(xiàn)。標(biāo)上各電器接線(xiàn)端子標(biāo)志后，三速電動(dòng)機(jī)的電氣控制原理圖已設(shè)計(jì)完畢，如圖4.2所示。其中中間繼電器KA6一KA8是為了擴(kuò)大接觸器KM1、KM3、KM2的輔助觸點(diǎn)數(shù)而設(shè)置。因適合該功率電動(dòng)機(jī)控制的各種類(lèi)型接觸器中輔助觸點(diǎn)最多為2常開(kāi)常閉。一般電器接線(xiàn)端子的標(biāo)志規(guī)定見(jiàn)表4.1表4.1 一般低壓電器接線(xiàn)端子的標(biāo)志在圖4.3中還標(biāo)記上了電器的項(xiàng)目代號(hào)，項(xiàng)目代號(hào)的具體含義與有關(guān)內(nèi)容可參閱國(guó)家標(biāo)形GB509485電氣技術(shù)中的項(xiàng)目代號(hào))。由于該控制設(shè)備不很復(fù)雜，所以我們沒(méi)有設(shè)置高層代號(hào)與位置

46、代號(hào)，而只設(shè)種類(lèi)代號(hào)，種類(lèi)代號(hào)的前綴符號(hào)為“一”。4.1.2 邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)前述實(shí)例我們?cè)谠O(shè)計(jì)三速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖時(shí)采用的是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，下面我們?cè)儆眠壿嬙O(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)三速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖。由前面的分析可知電動(dòng)機(jī)在正常情況下共有四種狀態(tài)，即停止、低速、中速、高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且由SB1、SB2、SB3、SB4四只按鈕來(lái)分別控制。其中KM1吸合，電動(dòng)機(jī)工作在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，KM2吸合為中速運(yùn)轉(zhuǎn)。KM3、KM4吸合為高速運(yùn)轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，我們計(jì)劃仍然由SB1SB4、KM1 KM4來(lái)共同完成對(duì)電動(dòng)機(jī)四種工作狀態(tài)的控制(主回路如圖4.2)，則邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的過(guò)程如下所述：圖4.3 三速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖1

47、、工作循環(huán)圖根據(jù)前述，為滿(mǎn)足對(duì)紡織車(chē)間全年的溫、濕度控制要求，對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制我們可確定如下工作程序：圖4.4 系統(tǒng)功能框圖2、作執(zhí)行幾件動(dòng)作節(jié)拍表及主令元件狀態(tài)表根據(jù)執(zhí)行元件對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)工作程序，我們作出如表2的工作狀態(tài)表(表中執(zhí)行元件我們沒(méi)有標(biāo)上KM4，是因?yàn)镵M4、KM3的動(dòng)作狀態(tài)相同,可把他們理解成只雙線(xiàn)圈接觸器KM3)。3、設(shè)置中間記憶元件 程序特征碼。表24中各程序的特征碼如下：“0”程序特征碼：0000“1”程序特征碼：1000；0000“2”程序特征碼：0100；0000“3”程序特征碼：0010；0000“4”程序特征碼：0100；0000“5”程序特征碼：10

48、00；0000 確定待相區(qū)分組。表2的待相區(qū)分組有以下15組：A組：0、1程序重復(fù)特征碼0000E組：0、2程序重復(fù)特征碼0000C組：0、3程序重復(fù)特征碼0000D組：0、4程序重復(fù)特征碼0000E組：0、5程序重復(fù)特征碼0000F組：1、2程序重復(fù)特征碼0000G組：1、3程序重復(fù)特征碼0000H組：1、4程序重復(fù)特征碼0000I組：1、5程序重復(fù)特征碼1000；0000J組：2、3程序重復(fù)特征碼0000K組：2、4程序重復(fù)特征碼0100；0000L組：2、5程序重復(fù)特征碼0000M組：3、4程序重復(fù)特征碼0000N組：3、5程序重復(fù)特征碼0000O組：4、5程序重復(fù)特征碼0000將這些待

49、相區(qū)分組填入表2。 中間記憶元件的設(shè)置。為將各待相區(qū)分組分開(kāi)，我們?cè)O(shè)置了KAl、KA2、KA3三個(gè)中間繼電器，見(jiàn)表2。4、列寫(xiě)元件邏輯函數(shù)式，畫(huà)出控制電路圖 列寫(xiě)元件邏輯函數(shù)式。由表2我們將中間記憶元件和執(zhí)行元件的邏輯式列寫(xiě)如下：4-14-24-34-44-54-6 繪制電氣控制圖。根據(jù)列寫(xiě)的邏輯式我們繪制出如圖4.4所示三速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理草圖。圖4.4 三速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理草圖在圖中，若電動(dòng)機(jī)原處于停止?fàn)顟B(tài)，則起動(dòng)只能進(jìn)入低速運(yùn)轉(zhuǎn)，不能直接進(jìn)入中、高速運(yùn)轉(zhuǎn)；因若SB2沒(méi)按動(dòng)過(guò)，則KA1將不會(huì)吸合，其所有常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。即使按下SB3或SB4，KA2或KA3也不會(huì)吸合，則KM2、KM3不會(huì)

50、吸合。按SB2后，KA1、KM1得電吸合，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入低速運(yùn)轉(zhuǎn)。按SB3后，KA2吸合，此時(shí)KA1繼續(xù)保持吸合，然后KM1釋放，KM2吸合，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入中速運(yùn)轉(zhuǎn)。若在按SB3前先按SB4，因此時(shí)KA2沒(méi)吸合，KA3將不能吸合，工作狀態(tài)將不變。說(shuō)明從低速狀態(tài)不可能直接切換到高速狀態(tài)?，F(xiàn)將各程序執(zhí)行時(shí)中間繼電器、接觸器吸合情況列寫(xiě)如下：“1”程序被執(zhí)行：按SB2，KA1、KM1吸合“2”程序被執(zhí)行：按SB3，KA1、KA2、KM2吸合“3”程序被執(zhí)行：按SB4，KA1、KA2、KA3、KM3吸合“4”程序被執(zhí)行：按SB3，KA2、KA3、KM2吸合“5”程序杖執(zhí)行：按SB2，KA2、KM1吸合”6”程

51、序被執(zhí)行：按SB1，所有電器均失電具體工作原理請(qǐng)讀者自行分析。如果要設(shè)計(jì)出完整的二速電動(dòng)機(jī)電氣控制原理圖我們可以考慮各種保護(hù)、狀態(tài)指示等技術(shù)要求，如的述經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法一眼來(lái)完成，在此不冉復(fù)述。表4.2 工作狀態(tài)表值得指出的是，由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法所得的圖4.3與由邏輯設(shè)計(jì)法而得的圖6.2雖都能滿(mǎn)足對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制要求，但對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制功能有所差別：二圖中電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)都只能先起動(dòng)到低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，不能直接進(jìn)入中速或高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。低、中、高速三種工作狀態(tài)不能越級(jí)切換，即從低速到高速或從高速到低速都必須經(jīng)過(guò)中速過(guò)渡，這是相同的。但圖4中電動(dòng)機(jī)一旦起動(dòng)轉(zhuǎn)入運(yùn)轉(zhuǎn)后，不管原處于伺種工作狀態(tài)，只要按動(dòng)SB2SB4中的任一

52、只，即可轉(zhuǎn)入相應(yīng)的另一種工作狀態(tài)。如在中速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以按SB2轉(zhuǎn)入低速運(yùn)轉(zhuǎn)，也可按SB4轉(zhuǎn)入高速運(yùn)轉(zhuǎn)。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，只要按SB2按鈕，電動(dòng)機(jī)先自動(dòng)進(jìn)入中速運(yùn)轉(zhuǎn)，然后切換成低速運(yùn)轉(zhuǎn)。而圖4.4則不能這樣執(zhí)行。由于嚴(yán)格按程序一步步執(zhí)行，在圖6.2中我們通過(guò)分折可知，如果電動(dòng)機(jī)一旦進(jìn)入第2程序的中速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(參閱表5)，就不能再進(jìn)入第1程序的低速運(yùn)轉(zhuǎn)，而只能進(jìn)入第3程序的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)如已工作在第3程序的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，要進(jìn)入低速運(yùn)轉(zhuǎn)，按SB2是無(wú)用的，因此時(shí)以KA1、KA3仍吸臺(tái)，按SB2不可能使KA3線(xiàn)圈失電，從而使KM3失電。而必須先按SB3按鈕使KA1失電，電動(dòng)機(jī)先進(jìn)入中速運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再按SB

53、2使KA失電釋放，才能使KM1吸合進(jìn)入低速運(yùn)轉(zhuǎn)。即電動(dòng)機(jī)只能從0程序開(kāi)始，嚴(yán)格按照從0123456程序的順序一步步進(jìn)行，不能逆向或越級(jí)，這就是邏輯設(shè)計(jì)法的特點(diǎn)。對(duì)本實(shí)例而言，這樣的控制功能反而不方便、不靈活，故我們選用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法來(lái)完成整個(gè)設(shè)計(jì)。但這并不說(shuō)明邏輯設(shè)計(jì)法比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法差，只不過(guò)在本實(shí)例中從控制功能和操作方面相比較而言不方便、不靈活。對(duì)于控制要求而言，二者并無(wú)差異，均能?chē)?yán)格滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，到底采用何種設(shè)計(jì)方法，可根據(jù)具體控制對(duì)象、控制要求而定。4.2 本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，指定電氣控制原理圖，并按照規(guī)范對(duì)其進(jìn)行繪制成冊(cè)。首先，我們分析了兩種控制原理圖設(shè)計(jì)方法，并簡(jiǎn)述了兩種方

54、法之間的差異。其次，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)方法給出了相應(yīng)的原理圖。最后，對(duì)兩種設(shè)計(jì)方法得出的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和分析。第5章 電器元件的選擇明細(xì)5.1 電器元件的選擇5.1.1 刀開(kāi)關(guān)因電路電壓為交流380V，三速電功機(jī)最大工作電流為24.1A，再考慮控制回路中各電器線(xiàn)圈的工作電流(一般為幾十毫安至幾百毫安)，可選額定電壓為交流380V，額定電沉為30A的HK系列膠蓋閘刀開(kāi)關(guān)，極數(shù)為3極，型號(hào)為；HK230/3。5.1.2 熔斷器圖4.3中有兩類(lèi)熔斷器FU1、FU2。FU2作為控制回路的短路保護(hù)作用，熔體額定電壓、額定電流均只要大于等于控制回路的實(shí)際負(fù)載電壓、電流即可。控制回路負(fù)載電流為各線(xiàn)圈吸合時(shí)的工作

55、電流，且同時(shí)工作的線(xiàn)圈最多為8只，故可選熔體額定電流為4A，考慮用螺旋式熔斷器。最后選定FU2為：型號(hào)RL25/4，額定電壓為交流380V，支持件額定電流為25A，熔體額定電流為4A。FU1主要作為電動(dòng)機(jī)主回路的短路保護(hù)，故溶體電流INF應(yīng)按下式計(jì)算5-1式中電動(dòng)機(jī)的額定電流(A)。又因三速電動(dòng)機(jī)控制對(duì)象為風(fēng)機(jī)，屬輕載起動(dòng)，上式系數(shù)取1.5，最后熔體電流為：5-2根據(jù)原理圖，F(xiàn)U1熔斷器應(yīng)在熔體熔斷時(shí)使指示燈HL8發(fā)光，放應(yīng)選帶有微動(dòng)開(kāi)關(guān)的熔斷器系列。最后選定FU1為：額定電壓為交流380V，支持件額定電流為60A，熔體額定電流為40A，型號(hào)為RL1B6040。5.1.3 熱繼電器因電動(dòng)機(jī)低速

56、運(yùn)行時(shí),定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)，為統(tǒng)起見(jiàn)，F(xiàn)Rl、FR2、yH3均選用帶斷相保護(hù)裝置的三相熱繼電器。熱繼電器熱元件額定電流IN電動(dòng)機(jī)起動(dòng)個(gè)頻繁，可按下式選取5-3式中，電動(dòng)機(jī)額定電流，單位為A。三速電動(dòng)機(jī)低、中、高三種工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)載電流分別為20.2A、20.6A、24.1A，取上式系數(shù)為1.0，則FR1、FR2、FR3對(duì)應(yīng)的熱元件電流分別為：5-4據(jù)此熱繼電器FR1、PR2、FR3均選型號(hào)為JR0403D的熱繼電器，其中熱元件額定電流為25A，整定電流分別定為20.2A、20.6A和24.1A，額定電壓為500V滿(mǎn)足線(xiàn)路電壓380V的要求。5.1.4 接觸器圖4.3中共有KM1一KM4四只交流接觸器，因控制的是三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止，故均選用使用類(lèi)別為AC3，又因控制回路的控制電壓為交流380V，故四只接觸器的線(xiàn)圈額定電壓均選為交流380V。接觸器額定電壓因線(xiàn)路電壓為380V，故選大于等于380V即可。接觸器主觸點(diǎn)額定電流，因電動(dòng)機(jī)低、中、高速三種工作狀態(tài)的輸出功率不一樣，可計(jì)算出各自的實(shí)際定子工作電流后選取。這里為統(tǒng)一計(jì)，均按三種工作狀態(tài)時(shí)的滿(mǎn)載電流來(lái)選取。即按20.2A、20.6A和24.1A選取。選用原則為接觸器額定電流比實(shí)際電流略大，切忌按實(shí)際電流大小選。再考慮輔助觸點(diǎn)的數(shù)量，最后選定