三相異步電動機(jī)能耗制動系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書作 者:hh 學(xué)號：jj學(xué)院：kk專業(yè):pp題 目：三相異步電動機(jī)能耗制動系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)者：hhhh目錄1、引言 11.1 課程研究背景 11.2 課程研究的價值 11.3 課程設(shè)計的任務(wù)22、三項異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 22.1 三項異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)22.1.1 定子 22.1.2 轉(zhuǎn)子 32.2 三項異步電動機(jī)的工作原理43、三相異步電動機(jī)的能耗制動 53.1 能耗制動的原理 53.2 能耗制動的設(shè)計 63.2.1 電器元件的選擇63.2.2 計算與校驗 63.2.3 能耗制動原理圖73.3 能耗制動的分析 73.3.1 能耗制動特點(diǎn)9 73.3.2 能耗制動控制線

2、路8結(jié)論 8參考文獻(xiàn)： 9Word資料1、引言1.1 課程研究背景三相異步電動機(jī)又稱三項感應(yīng)電動機(jī)，它的應(yīng)用非常廣泛，幾乎涵蓋了農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)和人類生活的各個領(lǐng)域。隨著電氣化、自動化技術(shù)的發(fā)展，三項異步電動 機(jī)得到了越來越好的控制。而電氣化控制相較其他控制方法而言，更簡潔便于操作，所以應(yīng)用比較廣 泛。本課題的控制是采用PLC的梯形圖編程語言來實現(xiàn)的。梯形圖語言是在可 編程控制器中的應(yīng)用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能、 使用靈活的指令，使邏輯關(guān)系清晰直觀，編程容易，可讀性強(qiáng)，所實現(xiàn)的功能 也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路。三相異步電動機(jī)切斷電源后，由于慣性作用，轉(zhuǎn)子需要經(jīng)過一定時間才

3、能 停止旋轉(zhuǎn)，這往往不能滿足有些機(jī)械設(shè)備的工藝要求，造成運(yùn)動部件的停機(jī)位 置不準(zhǔn)確，同時也影響生產(chǎn)效率的提高，因此必須對電動機(jī)采取有效的制動措 施。停機(jī)制動方法有兩大類，即機(jī)械制動和電氣制動。機(jī)械制動是采用機(jī)械制 動裝置來強(qiáng)迫電機(jī)迅速停止，常用的有電磁抱閘制動和電磁離合器制動等。電 氣制動是使電動機(jī)產(chǎn)生一個與原來轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的制動轉(zhuǎn)矩而使其迅速停 止常用的有反接制動能、耗制動等2。長期以來，能耗制動始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣 的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。它能夠為自動化控制應(yīng)用提供 安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。由于 能耗制

4、動綜合了計算機(jī)和自動化技術(shù)，所以它發(fā)展日新月異，大大超出其出現(xiàn) 時的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運(yùn) 算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量 和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制10 01.2 課程研究的價值特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴(kuò)大了 能耗制動的功能，使其具有很強(qiáng)的的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多 行業(yè)，不管是農(nóng)業(yè)還是工業(yè)，都有著舉足輕重的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與不斷進(jìn)步，電氣工程與自動化技術(shù)正以令人矚目的 發(fā)展快速的改變著我國的工業(yè)基礎(chǔ)整體面貌。與此同時，該技術(shù)的不斷發(fā)展，對社會的

5、生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思 想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，它正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。1.3 課程設(shè)計的任務(wù)1 .設(shè)計能耗制動系統(tǒng)，合理選擇實現(xiàn)能耗制動的電氣元件2 .根據(jù)所選電氣元件，設(shè)計能耗制動主回路及其控制回路3 .要求三相異步電動機(jī)停機(jī)后迅速切除電源2、三項異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.1 三項異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三項異步電動機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個部分組成，定子是靜止不動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的部分，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的空隙，如圖 4.1所示7圖三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)恂他并”彈簧片3軸學(xué)喏藁3定子境里G-機(jī)座7定于鐵芯 轉(zhuǎn)于鐵芯9一吊

6、環(huán) 】。一出線拿11同扇魁12風(fēng)周13軸承內(nèi)就2.1.1 定子定子由鐵芯繞組及機(jī)座組成定子鐵芯是磁路的一部分，它由0.5毫米的硅鋼片疊壓而成一個整體固定 于機(jī)座上，片與片之間是絕緣的，以減少渦流損耗。定子鐵芯的內(nèi)圓沖有定子 槽，槽中安放線圈如圖4.2所示7。定子繞組是電動機(jī)的電路部分。三相電動機(jī)的定子繞組分為3個部分對稱地分布在定子鐵芯上，稱為三相繞組，分別用 AX、BY、CZ表示，其中A、 B、C稱為首端，X、Y、Z稱為末端，三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中 的電流在定子鐵芯中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。機(jī)座主要用來固定與支撐定子鐵芯。中小心型異步電動機(jī)一般采用鑄鐵機(jī) 座。根據(jù)不同的冷卻方式采用不同的

7、機(jī)座。2.1.2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由鐵芯和繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也是電動機(jī)磁路的一部分，由硅鋼片疊壓而成為一個整體裝在轉(zhuǎn) 軸上。轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)圓沖有轉(zhuǎn)子槽，槽中安放線圈如圖4.2所示。異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子多采用繞線式和鼠籠式兩種形式。因此異步電動機(jī)按繞組 形式的不同分為繞線異步電動機(jī)和籠型異步電動機(jī)兩種。繞線電動機(jī)和籠形電 動機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造雖然不同，但工作原理是一致的。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流 及產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。繞線異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是由線圈組成，三相繞組對稱放入轉(zhuǎn)子鐵芯槽 內(nèi)。轉(zhuǎn)子繞組通過軸上的滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入外加電阻，用以改善啟動性能與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，如圖4.3所示7圖4.2定于相蕤子的硅銅片1-定子執(zhí)芯破鋼

8、片2定子瓏組 轉(zhuǎn)子鐵蘇畦綱片4轉(zhuǎn)子線組困口甄線式轉(zhuǎn)子蹺蛆與外接變阻器的連接1滑環(huán)轉(zhuǎn)子繞組2一軸3-電解4-變阻量籠型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵芯槽里插入銅條，再將全部同條兩端 焊在兩個同端環(huán)上組成，如圖4.4所示。小型鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組多用鋁離心澆鑄 而成，轉(zhuǎn)子鐵芯如圖4.5所示7。圖假籠式轉(zhuǎn)手繞組(b)外形圖4.S轉(zhuǎn)子鐵芯2.2 三項異步電動機(jī)的工作原理三項異步電動機(jī)的工作原理，基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(定子繞組內(nèi)三項電流所產(chǎn) 生的合成磁場)和轉(zhuǎn)子電流(轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的電流)的相互作用。如圖 4.13(a)所示。當(dāng)電動機(jī)的三相定子繞組(各相差 120度電角度)，通入三相對稱 交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，

9、該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組 中產(chǎn)生感應(yīng)電流(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路)，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用 下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電 機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。如圖 4.13 (b)所示7。LI L2 L3(3)圖.】3三相異步電動機(jī)接線圖和工作原理圖(a)定子繞組與電源的接線圖(b)工作原理圖3、三相異步電動機(jī)的能耗制動3.1 能耗制動的原理異步電動機(jī)能耗制動的電路原理圖一般如圖 4.45 (a)所示。進(jìn)行能耗制 動時，首先將定子繞組從三相交流電源斷開(KM1斷開)，接著立即將一低壓 直流電源接入定子繞組(KM2閉合)。直流電流通過定子繞組

10、后，在電動機(jī)內(nèi) 部建立一個固定不變的磁場，由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)動系統(tǒng)儲存的機(jī)械能作用下繼續(xù)旋 轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，該電流與恒定磁場相互作用產(chǎn)生 作用方向與轉(zhuǎn)子實際旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩。在它的作用下，電動機(jī)轉(zhuǎn)速迅 速下降，此時運(yùn)動系統(tǒng)儲存的機(jī)械能被電動機(jī)轉(zhuǎn)換成電能后消耗在轉(zhuǎn)子電路的 電阻中。能耗制動時的機(jī)械特性如圖 4.45 (b)所示。制動時系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)從特性曲 線1的a點(diǎn)平移至特性曲線2的b點(diǎn)，在制動轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下， 沿特性曲線2迅速減速。直到n等于0為止，當(dāng)n等于0時，T等于0。所 以，能耗制動能準(zhǔn)確停車，不像電源反接制動那樣，如不及時切斷電源會使電 動機(jī)反轉(zhuǎn)，不過

11、當(dāng)電動機(jī)停止后不應(yīng)再接通直流電源，因為那樣將會燒壞電子 繞組8。另外，制動的后階段隨著轉(zhuǎn)速的降低能耗制動轉(zhuǎn)矩也很快減小，所以 制動較平穩(wěn)，但制動效果比電源反接制動差。可以用改變定子勵磁電流f或轉(zhuǎn)子電路用接附加電阻繞線異步電動機(jī)的大小來調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)制動的 強(qiáng)弱，由于制動時間很短，所以通過定子的直流電流If可以大于電動機(jī)的電子額定電流，一般取If= (2-3) Iin7ffi4US能耗制動時電路原理圖和機(jī)械特性電哥原理圖機(jī)械特性3.2 能耗制動的設(shè)計3.2.1 電器元件的選擇1 .三相異步電動機(jī)2 .接觸器FR3 .熱繼電器FU4 .開關(guān)SB5 .時間繼電器KT6 .滑動變阻器R7 .整

12、流裝置8 .變壓裝置9 .繼電器KM10 .二極管11 .熱敏電阻PTC設(shè)計要求電動機(jī)自選，其主要參數(shù)為:型號FJkWIV v滿載時丁也二1 "1/ (t minJ八/A7g州Y132S G398012. &/7.2S30, 7532,02.03.2.2 計算與校驗?zāi)芎闹苿拥膹?qiáng)弱與通入直流電的大小和電動機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)系。在同樣轉(zhuǎn)速 下，直流越大制動作用越強(qiáng)，一般直流電為電動機(jī)空載電流的3-4倍。電機(jī)的空載電流按不同磁極有所不同的，空載電流與額定電流之比有一定的關(guān)系：2極：2030% 6 極：35 50% 4 極：30 45% 8 極：3560%4所以先根據(jù)電機(jī)磁極數(shù)和額定電流計算

13、出空載電流I,然后算出電機(jī)兩相之間的電阻R,根據(jù)歐姆定律，即可計算出直流電壓：U=3IR0知道了電機(jī)兩相電阻，和直流電壓，可以根據(jù)自己的需要來選擇限流電阻了，想要直流電流為， 則=5(R+),和U,R已知，就可以計算出了。已知技術(shù)參數(shù)和條件，根據(jù)電機(jī)數(shù)據(jù)可得：P=60f/n0=3 ,確定電機(jī)是6極的。額定定子線電流為=12.8A ,所以取空載電流I=X40%=5.12A。制動時的直 流電流為3I=15.36A。再算電機(jī)定子相電阻。由=(-)/Ns=0.04, R=0.95/,所以可 以算出R=0.65Q。再確定經(jīng)整流后的電壓。因為采用的是橋式整流，任意兩相 電流電壓二220V,整流電路輸出電壓

14、平均值 U=0.9=198V。制動時的電流由上 面可知為15.36A。所以選的可調(diào)電阻最小=(U/3I)-R=12.24 Q。故可調(diào)阻12.24 Qo因為異步電動機(jī)制動直流電流為15.36A ,故橋式電路中所選二極管流過的 電流為0.5X 15.36=7.68A,其所能承受的電壓為X 198=225.8V。二極管應(yīng)選承 受的最大電流大于7.68A,最大電壓大于226V。交流繼電器和時間繼電器應(yīng)該 是能受的最大電壓大于130V。直流電壓為：U=3IR=9.984V。根據(jù)經(jīng)驗，取定時器(1.5-2s) /kw ,所以定時器取TON,T37,設(shè)置參數(shù)453.2.3 能耗制動原理圖 能耗制動原理圖5如

15、下:ABC能行制切電腦主體部分由耗旌制電路松利電路部分由于延時繼電器在延時所設(shè)置的時間后便自動斷開主觸點(diǎn)，所以不用擔(dān)心 電機(jī)轉(zhuǎn)速為零時依然接入直流電源的問題。3.3能耗制動的分析3.3.1 能耗制動特點(diǎn)9制動作用的強(qiáng)弱與直流電流的大小和電動機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，在同樣的轉(zhuǎn)速下電流越大制動作用越強(qiáng)。一般取直流電流為電動機(jī)空載電流的34倍，過大會使定子過熱。電動機(jī)能耗制動時，制動轉(zhuǎn)矩隨電動機(jī)的慣性轉(zhuǎn)速下降而減小，故制動平穩(wěn)且能量消耗小，但是制動力較弱，特別是低速時尤為突出；另外控制系統(tǒng)需附加直流電源裝置。一般在重型機(jī)床中常與電磁抱閘配合使用，先能耗 制動，待轉(zhuǎn)速降至一定值時，再令抱閘動作，可有效實現(xiàn)準(zhǔn)確、快

16、速停車。能 耗制動一般用于制動要求平穩(wěn)準(zhǔn)確、電動機(jī)容量大和起制動頻繁的場合，如磨 床、龍門刨床及組合機(jī)床的主軸定位等等。3.3.2 能耗制動控制線路切斷電動機(jī)的三相交流電源后，立即在定子繞組中通入一個直流電源，以 產(chǎn)生一個恒定的磁場，而因慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組則切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流， 繼而產(chǎn)生與慣性轉(zhuǎn)動方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，對轉(zhuǎn)子起到制動作用。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn) 速降至零時，再切除直流電源。這種消耗轉(zhuǎn)子的機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)化成電能， 從而產(chǎn)生制動力的制動方法，稱為能耗制動法4 o啟動控制:fKMl常問觸點(diǎn)斷開一互鎖按下SB2-KM1線圈得電一 kMI輔甫開觸點(diǎn)閉合t自鎖IkMI主觸點(diǎn)閉合T電動機(jī)M全壓啟動運(yùn)

17、行制動控制：SB1常閉觸點(diǎn)斷開r SH1線圈斷電芻SB2常開觸點(diǎn)閉合-KT線圈得電延時rKMl主觸點(diǎn)斷開r電動機(jī)脫離交流電源KM2常助觸點(diǎn)斷開t互鎖KM2主觸息閉合電動機(jī)定子繞組®入直流電SKM2常開觸點(diǎn)閉合t與KT常開觸點(diǎn)實現(xiàn)聯(lián)合白領(lǐng)建封t仃二 _ 一 ”.KT延時斷開常閉觸點(diǎn)斷開 tkm2線圈斷電一(KM2主觸點(diǎn)斷開t胃施制動筆束一電動機(jī)自由停車至零IKM2輔助常開觸點(diǎn)斷開t KT級圈斷電結(jié)論本次課程設(shè)計主意為：設(shè)計一個三相異步電動機(jī)能耗制動的主電路和控制電路。一開始我以為這個課程設(shè)計很容易完成，因為這學(xué)期剛學(xué)的PLC書上有這個講解，現(xiàn)成的控制電路圖和主電路，需要的圖我都可以在書

18、上找到然后用 手機(jī)軟件掃描下來，粘貼到 word。所以我就放心大膽地去做了。后來重新看 課程設(shè)計的要求才知道，不僅是要設(shè)計系統(tǒng)，還要針對某一具體電動機(jī)選定滑 動變阻器阻值產(chǎn)生某一具體直流電流來產(chǎn)生反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，這就牽扯到一系列的計 算。好在后來查到了有關(guān)資料，算出了相應(yīng)的參數(shù)，成功解決了問題。再來還 需設(shè)定具體的時間繼電器的定時時間，保證在電機(jī)完全停止或停止之前時間繼 電器開始工作，斷開主觸點(diǎn)的開關(guān)。雖然要求說的是：電動機(jī)在速度為零的時 候迅速切斷電源，本來我是想用速度繼電器來完成這個任務(wù)的，但查閱資料后 發(fā)現(xiàn)沒有哪種速度繼電器能滿足這個要求，所以只能通過設(shè)定時間繼電器，在 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動之前斷開主觸點(diǎn)，切斷電源。在網(wǎng)上查了資料后發(fā)現(xiàn)，根據(jù)經(jīng)驗 來說，