低壓電器課設(shè)三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動設(shè)計說明書

1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計說明書（論文）課程名稱：低壓電器課程設(shè)計設(shè)計題目：三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動控制的設(shè)計院系：電氣工程系班級：設(shè)計者：學(xué)號：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：.11-2016.01.15 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書 姓 名：院 （系）：電氣工程系 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 號： 任務(wù)起至日期： 2016 年 1 月 11 日 至 2016 年 1 月 15 日課程設(shè)計題目：三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動的設(shè)計已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：根據(jù)具有自耦變壓器減壓啟動和能耗制動功能的三相異步電動機的工作過程

2、采用電器工作流程圖法自行設(shè)計三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動電器控制線路，要求主電路有短路保護(hù)和熱保護(hù)。電器的線圈額定電壓均為交流380V。 電器工作流程圖法的設(shè)計步驟為：1 繪制電器工作流程圖；2 寫線圈電器的導(dǎo)通邏輯表達(dá)式；3 繪制電器控制線路圖；4 通過模擬實驗校核電器控制線路的正確性。設(shè)計內(nèi)容中應(yīng)包括詳細(xì)的設(shè)計過程、文字說明和總結(jié)。工作量：1 選擇電氣傳動方案和控制方式；2 確定電動機的類型及其技術(shù)參數(shù)；3 設(shè)計電器控制原理框圖，確定各部分之間的關(guān)系，擬定技術(shù)指標(biāo)與要求；4 設(shè)計并繪制電器控制原理圖，計算主要技術(shù)參數(shù)；5 選擇電器元件，制定元器件目錄清單；6 編寫設(shè)計說明書和使

3、用說明書，包括操作順序說明、維修說明及調(diào)整方法。工作計劃安排：201：查閱文獻(xiàn)，制定設(shè)計方案，設(shè)計電器控制原理框圖；20.1：設(shè)計電器控制原理圖，選擇電器元件，編寫設(shè)計說明書。 同組設(shè)計者及分工： 指導(dǎo)教師簽字_ 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字_年 月 日*注：此任務(wù)書由課程設(shè)計指導(dǎo)教師填寫三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動設(shè)計摘要:三相異步電動機在啟動時常采用降壓啟動方式，在制動時經(jīng)常采用能耗制動，本設(shè)計就三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動進(jìn)行設(shè)計，并通過模擬實驗校核控制線路的正確性。關(guān)鍵詞：三相異步電動機，降壓啟動，能耗制動，電氣控制線路圖1任務(wù)分析根據(jù)具有自耦變

4、壓器減壓啟動和能耗制動功能的三相異步電動機的工作過程，采用電器工作流程圖法，設(shè)計三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動電器控制線路，要求主電路有短路保護(hù)和熱保護(hù)。電器的線圈額定電壓均為交流380V。電器工作流程圖法的設(shè)計步驟為：1繪制電器工作流程圖：電器工作流程圖的繪制是按照電器工作次序從左到右進(jìn)行的。首先在左側(cè)列出控制中需要的全部電器，如按鈕、接觸器、繼電器等，每個電器占一行。然后按照電器工作的時間順序從左到右依次畫出各電器的狀態(tài)框，每個電器的狀態(tài)框與左側(cè)相同電器畫在同一行上，并且框內(nèi)寫入相應(yīng)電器的文字符號。2寫線圈電器的導(dǎo)通邏輯表達(dá)式：導(dǎo)通邏輯表達(dá)式是由電器工作流程圖得到的公式， 是從電

5、器工作流程圖過渡到控制電路圖的橋梁。導(dǎo)通邏輯表達(dá)式的一般形式為:將每個電器的實際起動條件和釋放條件代入導(dǎo)通邏輯表達(dá)式的一般形式，就得到該電器的基本邏輯表達(dá)式。3繪制電器控制線路圖：繪制電器控制線路圖，即是將邏輯表達(dá)式等號左邊的一個文字符號畫成線圈，右邊的一行文字符號畫成按要求連接的觸點。設(shè)計完后還需進(jìn)行簡化，使連線和觸點數(shù)盡量少。4通過模擬實驗校核電器控制線路的正確性：設(shè)計內(nèi)容中應(yīng)包括詳細(xì)的設(shè)計過程、文字說明和總結(jié)。2三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動異步電動機是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換為機械能量的一種交流電機。異步電動機是各類電動機中應(yīng)用最廣、

6、需要量最大的一種。異步電動機拖動系統(tǒng)在啟動過程中要求：一是要有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，使拖動系統(tǒng)具有較大的加速轉(zhuǎn)矩，盡快達(dá)到正常運行狀態(tài)；二是要求啟動電流不能太大，以免引起電源電壓下降，影響其它電氣設(shè)備的正常工作。若電動機直接啟動，啟動電流可達(dá)電機額定電流的47倍，這將對電網(wǎng)造成很大的沖擊，直接影響電網(wǎng)中其它用電設(shè)備的正常工作，也會影響電動機本身及其拖動設(shè)備的使用壽命。所以一般來說10KW以上的電動機采用減壓啟動。三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動原理圖如圖1所示，三相電經(jīng)過自耦變壓器降壓，等待啟動過程完成后，切斷變壓器，直接接三相電，可以減小啟動電流。在自耦變壓器減壓啟動的控制線路中，限制電動機啟動

7、電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。自耦變壓器又稱啟動補償器，自耦變壓器的初級和電源相接，次級與電動機相聯(lián)。自耦變壓器的次級一般有 3個抽頭，可得到3種數(shù)值不等的電壓。使用時可根據(jù)啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的要求靈活選擇。電動機啟動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓，一旦啟動完畢，自耦變壓器便被切除，電動機直接接至電源，即得到自耦變壓器的一次電壓，電動機進(jìn)入全壓運行。圖1 三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動原理圖自耦變壓器降壓啟動時，閉合開關(guān)QF，在啟動時先閉合KM1，同時啟動延時繼電器KT，常閉延時斷開繼電器切斷KM1，同時常開延時閉合繼電器接通KM2。繪制降壓啟動電器工作流程圖如圖2所

8、示。圖2自耦變壓器降壓啟動電器工作流程圖根據(jù)電器工作流程圖可得接觸器KM2、時間繼電器KT、接觸器KM1的邏輯表達(dá)式?？紤]到運行自鎖的要求，可使用延時繼電器KT的輔助觸點，邏輯表達(dá)式應(yīng)修改如下：由此可得降壓啟動的控制線路圖如圖3圖3 自耦變壓器降壓啟動的控制線路圖下面結(jié)合接線圖具體分析降壓啟動的過程。首先合上刀開關(guān)QK，按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1線圈和時間繼電器KT線圈同時通電。由于KM1線圈通電，KM1主觸點和輔助觸點閉合，電動機定子串自耦變壓器減壓啟動。時間繼電器KT線圈通電后，經(jīng)過延時t(s)后KT延時常閉觸頭斷開，KM1線圈斷電，從而KM1主觸頭斷開，自耦變壓器從線路中切除。同時

9、KT常開延時閉合觸頭閉合，KM2線圈通電，KM2線圈主觸頭閉合，電動機投入全壓正常運行。在自耦變壓器降壓啟動中，啟動電流與啟動轉(zhuǎn)矩的比值按變比平方倍降低。自耦變壓器之所以被稱為啟動補償器是因為在獲得同樣啟動轉(zhuǎn)矩的情況下，采用自耦變壓器降壓啟動從電網(wǎng)獲得的電流比采用電阻減壓要小得多，對電網(wǎng)電流沖擊小，功率損耗小。其缺點是自耦變壓器價格較貴，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積較龐大，且不允許頻繁操作。3三相異步電動機能耗制動三相異步電機從切斷電源到完全停止旋轉(zhuǎn)，由于慣性關(guān)系，總要經(jīng)過一段時間，這往往不能適應(yīng)某些生產(chǎn)機械工藝的要求。三相異步電機制動方法分為兩大類：機械制動和電氣制動。機械制動是機械裝置來強迫電機迅速停

10、機；電氣制動是在異步電機接到停機命令時，同時產(chǎn)生一個與原來轉(zhuǎn)向相反的制動轉(zhuǎn)矩，迫使電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。電氣制動控制方法包括反接制動和能耗制動。根據(jù)設(shè)計要求，本文通過能耗制動方式設(shè)計三相異步電動機制動控制線路。能耗制動是一種應(yīng)用廣泛的電氣制動方法。所謂能耗制動，就是在電動機脫離交流電源的瞬間，在定子繞組中通以直流電，產(chǎn)生靜止磁場，與轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生制動力矩，從而達(dá)到使異步電機迅速停轉(zhuǎn)的一種制動方法。能耗制動可以用時間繼電器進(jìn)行控制，也可以用速度繼電器進(jìn)行控制。三相異步電動機能耗制動原理圖如圖4所示：圖4三相異步電動機能耗制動原理圖能耗制動方法是將正常運行的電動機，突然從電源上切斷，并

11、將電動機定子繞組任意兩相出線端接到直流電源上，則直流電源將在定子內(nèi)形成固定磁場，轉(zhuǎn)子靠慣性旋轉(zhuǎn)并切割此固定磁場，在轉(zhuǎn)子繞組中感生電動勢和轉(zhuǎn)子電流，此電流與固定磁場相互作用，便產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這個電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，達(dá)到制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)子動能消耗在轉(zhuǎn)子電阻內(nèi)，這個過程就是電動機能耗制動過程。對能耗制動控制線路有如下要求：供給定子繞組的交、直流電源之間應(yīng)可靠聯(lián)鎖，大容量電動機的能耗制動電路應(yīng)與控制電路的短路保護(hù)裝置分開。在電動機正常運行時，不允許能耗制動電路中的變壓器長期處于空載運行狀態(tài)。能耗制動的工作過程如下：按啟動按鈕SB2，主接觸器線圈KM1通電，接通主電路，電動機開始工作。需要電動機停轉(zhuǎn)

12、時，按下停止按鈕SB1，使主接觸器線圈斷電，斷開主電路，同時能耗制動接觸器KM2和時間繼電器KT動作。經(jīng)過預(yù)定的延時t后，電動機停轉(zhuǎn)，此后讓能耗制動接觸器KM2和時間繼電器KT釋放，斷開能耗制動電路。按照上述過程，能耗制動電器工作流程圖如圖5所示：圖5能耗制動電器工作流程圖對應(yīng)的的邏輯表達(dá)式為：由此可得能耗制動的控制線路圖如圖6圖6能耗制動控制線路圖下面結(jié)合圖6對三相異步電動機能耗制動進(jìn)行分析。合上刀開關(guān)QK，按下啟動按鈕SB2，則接觸器KM1線圈通電，接觸器KM1主觸頭閉合，電動機全壓啟動。電動機工作一段時間后，制動時，按下復(fù)合按鈕SB1，則KM1線圈斷電，電動機與交流電源斷開。KM2線圈通

13、電，KM2線圈主觸頭閉合，電動機兩相定子繞組通入直流電，開始能耗制動。時間繼電器KT線圈通電，經(jīng)過延時t(s)后，KT常閉觸頭斷開，KM2斷電，電動機切斷了直流電，電動機能耗制動結(jié)束，同時KT斷電。4三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動通過對三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動和能耗制動的分塊分析，可以設(shè)計出三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動的綜合控制線路。將能耗制動中的直接啟動方式改為降壓啟動方式即可完成設(shè)計。電氣控制線路如圖7所示：圖7三相異步電動機自耦變壓器減壓啟動能耗制動控制線路圖現(xiàn)在從電動機降壓啟動到能耗制動的步驟進(jìn)行詳細(xì)分析。啟動時先合上電源開關(guān)QK，然后按下啟動按鈕SB2，

14、接觸器KM1、KM2與時間繼電器KT1的線圈因得電而同時吸合并自鎖，接觸器KM1、KM2的主觸頭閉合，電動機定子繞組經(jīng)自耦變壓器接至電源減壓啟動。當(dāng)時間繼電器KT1到達(dá)延時值時，其常閉觸頭斷開，使接觸器KM1因線圈斷電而釋放，KM1主觸頭斷開；與此同時，時間繼電器KT1延時閉合的常開觸頭閉合，使接觸器KM3因線圈得電而吸合并自鎖，KM3主觸頭閉合，電動機進(jìn)入全壓正常運行，而此時接觸器KM3的常閉輔助觸頭也同時斷開，使接觸器KM2與時間繼電器KT1因線圈斷電而釋放，KM2主觸頭斷開，將自耦變壓器從電網(wǎng)上切除。電機進(jìn)入正常運行狀態(tài)。制動時按下停止按鈕SB1，首先使接觸器KM3因線圈斷電而釋放，KM

15、3的主觸頭斷開，電動機斷電，做慣性運轉(zhuǎn)。與此同時，接觸器KM4與時間繼電器KT2因線圈得電而吸合，并通過KM4的動合輔助觸頭與時間繼電器KT2瞬時閉合的常開觸頭自鎖，KM4的主觸頭閉合，電動機通入直流電流，進(jìn)入能耗制動狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)延時時間后，時間繼電器KT2的延時斷開的常閉觸頭斷開，使KM4與KT2因線圈斷電而釋放，KM4的主觸頭斷開，切斷電動機的直流電源，能耗制動結(jié)束。短路保護(hù)：短路時，通過熔斷器FU的熔體熔斷切開主電路。過載保護(hù)：通過熱繼電器FR實現(xiàn)。由于熱繼電器的熱慣性比較大，即使熱元件流過幾倍額定電流的電流，熱繼電器也不會動作。因此在電動機啟動時間不太長的情況下，熱繼電器經(jīng)得起電動機啟

16、動電流的沖擊而不會動作。只有在電動機長期過載下FR才動作，斷開控制電路，接觸器KM失電，切斷電動機主電路，電動機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)過載保護(hù)。使用說明：開機時，首先閉合開關(guān)QK，按下按鍵SB2，電機自動啟動；制動時按下按鍵SB1，電機自動進(jìn)行能耗制動，制動完畢后斷開開關(guān)QK。5電器元件的選取首先選取核心器件電動機，選取JZ2226 型7.5kW 三相異步電動機，其額定電壓UN = 380V，電流I0，R15，IN =19.5A。由電動機的工作參數(shù)可以選取HK系列開啟式負(fù)荷開關(guān)QK，基本技術(shù)參數(shù)為額定電壓380V，額定電流30A，極數(shù)3，機械壽命10000次，電氣壽命2000次。熔斷器FU1選取RC1A-30型瓷插式熔斷器，額定電流30A，熔體材料銅絲。熱繼電器選取JR2010型，熱元件號14R。接觸器KM3選取CJ10系列交流接觸器，型號為CJ1020，額定電壓380V，額定電流20A，可控制電動機最大功率10KW。啟動按鈕SB2選用LA系列控制按鈕，型號為LA1911D。接觸器KM1選取CJ105型交流接觸器，額定電壓380V，額定電流5A。接觸器KM2選取CJ1010型交流接觸器，額定電流10A。熔斷器FU2選取 RC1A-10型瓷插式熔斷器，額定電流10A，熔體材料鉛錫合金絲。熔斷器FU3選取RC1A-30型