雙速異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書PAGE2機(jī)電工程學(xué)院《電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)》說明書課題名稱：雙速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：班級(jí)：成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：年月日徐州工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)PAGE20.設(shè)計(jì)要求見任務(wù)書。雙速電機(jī)1.1雙速電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介

雙速電動(dòng)機(jī)屬于異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速，是通過改變定子繞組的連接方法達(dá)到改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極對(duì)數(shù)，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

根據(jù)公式；n1=60f/p可知異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與磁極對(duì)數(shù)成反比，磁極對(duì)數(shù)增加一倍，同步轉(zhuǎn)速n1下降至原轉(zhuǎn)速的一半，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速n也將下降近似一半，所以改變磁極對(duì)數(shù)可以達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法是有級(jí)的，不能平滑調(diào)速，而且只適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)。

此圖介紹的是最常見的單繞組雙速電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速比等于磁極倍數(shù)比，如2極／4極、4級(jí)／8極，從定子繞組△接法變?yōu)閅Y接法，磁極對(duì)數(shù)從p＝2變?yōu)閜=1。轉(zhuǎn)速比＝2／1＝2本設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YD2-132S-8/4-2.2/2.3,電源220/380V1.2控制電路分析

1、合上空氣開關(guān)QF引入三相電源

2、按下起動(dòng)按鈕SB2，交流接觸器KM1線圈回路通電并自鎖，KM1主觸頭閉合，為電動(dòng)機(jī)引進(jìn)三相電源，L1接U1、L2接V1、L3接W1;U2、V2、W2懸空。電動(dòng)機(jī)在△接法下運(yùn)行，此時(shí)電動(dòng)機(jī)p=2、n1＝1500轉(zhuǎn)／分。

3、若想轉(zhuǎn)為高速運(yùn)轉(zhuǎn)，則按SB3按鈕，SB3的常閉觸點(diǎn)斷開使接觸器KM1線圈斷電，KM1主觸頭斷開使U1、V1、W1與三相電源L1、L2、L3脫離。其輔助常閉觸頭恢復(fù)為閉合，為KM2線圈回路通電準(zhǔn)備。同時(shí)接觸器KM2線圈回路通電并自鎖，其常開觸點(diǎn)閉合，將定子繞組三個(gè)首端U1、V1、W1連在一起，并把三相電源L1、L2、L3引入接U2、V2、W2，此時(shí)電動(dòng)機(jī)在YY接法下運(yùn)行，這時(shí)電動(dòng)機(jī)p=1，n1＝3000轉(zhuǎn)／分。KM2的輔助常開觸點(diǎn)斷開，防KM1誤動(dòng)。

4、FR1、FR2分別為電動(dòng)機(jī)△運(yùn)行和YY運(yùn)行的過載保護(hù)元件。

5、此控制回路中SB2的常開觸點(diǎn)與KM1線圈串聯(lián)，SB2的常閉觸點(diǎn)與KM2線圈串聯(lián)，同樣SB3按鈕的常閉觸點(diǎn)與KM1線圈串聯(lián)，SB3的常開于KM2線圈串聯(lián)，這種控制就是按鈕的互鎖控制，保證△與YY兩種接法不可能同時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)KM2輔助常閉觸點(diǎn)接入KM1線圈回路，KM1輔助常閉觸點(diǎn)接入KM2線圈回路，也形成互鎖控制。1.3定子接線圖如下:圖1.1低速時(shí)繞組的接法

高速時(shí)繞組的接法1.4雙速電機(jī)接線圖圖1.2電氣元件的選擇1、按鈕：按鈕是用于人工操作瞬間接通和斷開小電流（5A以下）控制電路的開關(guān)。它有不同的結(jié)構(gòu)型式和顏色。一般情況下，起動(dòng)按鈕選用綠色，停止按鈕選用紅色，緊急停止按鈕選用紅色蘑菇頭型式；需要顯示按鈕操作狀態(tài)時(shí)選用帶指示燈的按鈕；大多數(shù)按鈕的觸頭為一常開和一常閉，如果需要一個(gè)按鈕控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的回路，則選用多對(duì)觸頭的按鈕。機(jī)械設(shè)備上常用的按鈕有LA18、LA19、LA20等幾種型號(hào)。它們的額定電壓為：交流500V、直流440V、額定電流為5A。行程開關(guān)：行程開關(guān)用于控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程。它有觸點(diǎn)式和無(wú)觸點(diǎn)式兩種類型。有觸點(diǎn)行程開關(guān)又分為直動(dòng)式、杠桿式、微動(dòng)式、組合式，常用的型號(hào)有：LX2、LX19、JLXK1、JXW、LXK3、X2等。無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)有接近開關(guān)、干簧管開關(guān)、霍爾開關(guān)等。3、接觸器：選用主要考慮主觸頭的額定電流、額定電壓、電磁線圈的額定電壓，還應(yīng)考慮常開和常閉輔助觸頭的數(shù)量和接觸器的操作頻率。主觸頭的額定電壓應(yīng)等于或大于主電路的額定電壓；電磁線圈的額定電壓必須與控制電路的額定電壓相同；主觸頭的額定電流可按以下公式計(jì)算確定：式中Iec——所選接觸器的額定電流（A）；Ic——接觸器主觸頭電流（A）；Pe——被控電動(dòng)機(jī)功率（kW）；K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取1~1.2；Ue——電動(dòng)機(jī)額定線電壓（V）4、熱繼電器：用于對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)的熱繼電器有雙金屬片時(shí)和電子式兩種。電子式熱繼電器保護(hù)性能好，適用于重要電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。如果電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)采用自動(dòng)開關(guān)，不必再采用熱繼電器；對(duì)負(fù)載恒定、過載可能性很小的電動(dòng)機(jī)，如冷卻泵電機(jī)，可不設(shè)熱繼電器。選擇熱繼電器時(shí)，要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)確定其額定電流及熱元件的電流等級(jí)。對(duì)星形連接電動(dòng)機(jī)，可使用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，對(duì)三角形連接的電動(dòng)機(jī)可采用斷相保護(hù)的熱繼電器。熱元件的額定整定電流值通常按電動(dòng)機(jī)的額定電流的0.95~1.05倍選用。5、熔斷器主要類型有：普通熔斷器，半導(dǎo)體保護(hù)熔斷器等。常用的KS,KG系列。選擇熔斷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)電流的特點(diǎn)及參數(shù)求出熔體電流，再根據(jù)熔體電流大小選擇熔斷器的額定電流并確定其型號(hào)。1)對(duì)負(fù)載電流穩(wěn)定的電氣設(shè)備，如照明燈、電阻爐等，可按額定電流選用。2)對(duì)具有沖擊電流的電氣設(shè)備如異步電動(dòng)機(jī)，可按以下方法確定：?jiǎn)闻_(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作時(shí)：Ir=(1.5~2.5)IedA電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，上式的系數(shù)為3~3.5，計(jì)算結(jié)果=（19.17-22.365）A。如果多臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一組熔斷器保護(hù)，則式中Ir——熔體額定電流；Ied——電動(dòng)機(jī)額定電流；Iemax——容量最大的電動(dòng)機(jī)的額定電流；——除容量最大的電動(dòng)機(jī)之外，其余電動(dòng)機(jī)的額定電流之和。計(jì)算結(jié)果=（22.365-28.755）A熔斷器（KS8半導(dǎo)體保護(hù)熔斷器)的選擇如圖所示：圖2.03.電氣控制方案的確定電氣控制方案的合理性直接影響機(jī)械設(shè)備工作的可靠性、易維修性以及經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)時(shí)必須綜合考慮，在保證機(jī)械設(shè)備要求的工作可靠性和易維修性的前提下，應(yīng)采用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的電氣控制方案。機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)通常包括電氣調(diào)速系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。3.1電氣邏輯控制裝置的選擇電氣邏輯控制裝置有繼電器-接觸器控制屏、順序控制器和PLC。繼電器-接觸器控制屏的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直觀易懂，輸出功率大，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是觸頭容易產(chǎn)生電磨損，工作時(shí)有機(jī)械振動(dòng)，容易造成觸頭松動(dòng)。這幾種情況的發(fā)生都會(huì)降低控制系統(tǒng)的工作可靠性，一旦出現(xiàn)故障，檢查和維修很不方便。順序控制器是一種介于繼電器-接觸器控制屏和PLC之間的一種控制裝置。它具有改變?nèi)菀椎奶攸c(diǎn)，尤其是采用插銷板編程時(shí)，改變插銷的位置就可以改變程序，使用很方便。這種控制裝置適用于動(dòng)作順序不太復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別適用于需要經(jīng)常改變工作順序的生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)控制。但是這種控制系統(tǒng)由于插銷比較多，接觸不良的故障時(shí)有發(fā)生，可靠性不太高，而且這種產(chǎn)品由于沒有專業(yè)廠生產(chǎn)，所以目前已很少應(yīng)用。PLC具有通用性強(qiáng)、應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)組裝周期短、編程簡(jiǎn)單、修改容易、調(diào)試直觀、維護(hù)方便、可靠性高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，目前以廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制。但與繼電器-接觸器控制屏相比，PLC的價(jià)格比較貴。如果機(jī)械設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較少，工作程序和控制要求比較簡(jiǎn)單，無(wú)論采用電氣傳動(dòng)還是液壓傳動(dòng)或氣壓傳動(dòng)，其控制系統(tǒng)宜采用繼電器-接觸器控制屏。對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較多、工作程序和控制要求比較復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，其控制裝置應(yīng)采用PLC。有些機(jī)械設(shè)備雖然執(zhí)行機(jī)構(gòu)少，工作程序也不復(fù)雜，但工作程序要求經(jīng)常變動(dòng)，這種設(shè)備應(yīng)采用PLC控制。3.2控制方式的選擇控制方式通常有行程控制、時(shí)間控制和其他物理量（壓力、流量、電流、速度等）控制。行程控制方式是利用機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件上的碰塊或感應(yīng)頭，觸發(fā)在固定位置安裝的行程開關(guān)或無(wú)觸頭行程開關(guān)，以此發(fā)出行程信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置控制。凡是要求進(jìn)行位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都應(yīng)采用行程控制方式。時(shí)間控制方式是利用時(shí)間繼電器或PLC的定時(shí)器，使控制系統(tǒng)按工藝要求的不同時(shí)段進(jìn)行程序步切換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。因此，機(jī)械設(shè)備的工作程序如果要求要求延續(xù)一般時(shí)間后才切換的則應(yīng)采用時(shí)間控制方式。對(duì)于要求實(shí)現(xiàn)位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果其行程很短，無(wú)法安裝行程開關(guān)。在運(yùn)動(dòng)速度比較穩(wěn)定的情況下，根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的乘積等于行程的原理，也可以采用時(shí)間控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)位置控制。3.3確定I/O點(diǎn)數(shù)及PLC的選型伴隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的成本不斷下降，因?yàn)榇龠M(jìn)了PLC的應(yīng)用。但并不是所有的控制都必須使用PLC，可以使用計(jì)算機(jī)控制或繼電接觸器控制。在確定控制系統(tǒng)方案時(shí)，首先應(yīng)明確是否有必要采用PLC控制。如果控制系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單，所需I/O點(diǎn)很少，或者雖然I/O點(diǎn)需要較多，但控制關(guān)系非常簡(jiǎn)單，各部分之間聯(lián)系很少，可以考慮不用PLC，而采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控制。除此之外，只要滿足下列情況之一，應(yīng)該首選PLC。1）系統(tǒng)所需I/O點(diǎn)數(shù)較多（比如在十幾個(gè)點(diǎn)以上），控制要求比較復(fù)雜。2）現(xiàn)場(chǎng)處于工業(yè)環(huán)境，而又要求控制系統(tǒng)具有較高可靠性。3）系統(tǒng)的工藝流程可能經(jīng)常發(fā)生變化，輸入、輸出控制量需經(jīng)常調(diào)整。4）要求完成多種定時(shí)、計(jì)數(shù)、甚至復(fù)雜的邏輯、算術(shù)運(yùn)算，以及對(duì)模擬量的控制。5）需要完成與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信或聯(lián)網(wǎng)。6）系統(tǒng)體積很小，要求控制設(shè)備嵌入系統(tǒng)設(shè)備之中等。3.4輸入、輸出設(shè)備的數(shù)量根據(jù)示意圖和控制要求可知，該系統(tǒng)需要6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)。3.5PLC的選擇此控制系統(tǒng)只有簡(jiǎn)單的開關(guān)量控制，沒有模擬量的輸入或輸出，對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間也沒有特殊的要求，時(shí)間繼電器的定時(shí)也是固定的，小型PLC即可滿足要求。因系統(tǒng)需要6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，可選用西門子公司的整體式小型SP-200，完全滿足要求。3.5.1常用PLC的編程指令系統(tǒng)1）LD指令LD（Load）：取指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個(gè)常開觸點(diǎn)，表示一個(gè)邏輯行的開始。2）LDN指令LDI（LoadInverse）：取反指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個(gè)常閉觸點(diǎn)。3）OUT指令OUT（Out）：線圈驅(qū)動(dòng)指令（又叫輸出指令），適用于將運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的線圈，但不能用于輸入繼電器。OUT指令用于計(jì)數(shù)器和定時(shí)器時(shí)，必須有常數(shù)K值緊跟，K分別表示定時(shí)器時(shí)間或計(jì)數(shù)次數(shù)，它也作為一個(gè)步序。4）AND指令A(yù)ND（And）：“與”指令，適用于和觸點(diǎn)串聯(lián)的常開觸點(diǎn)。5）ANI指令A(yù)NI（AndInverse）：“與反”指令，適用于和觸點(diǎn)串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。6）OR指令OR（Or）：“或”指令，適用于單觸點(diǎn)并聯(lián)的常開觸點(diǎn)。7）ORI指令ORI（OrInverse）：“或反”指令，適用于單觸點(diǎn)并聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。8）RST指令RST（Reset）：計(jì)數(shù)器和移位寄存器的復(fù)位指令，適用于將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值回復(fù)到設(shè)定值或清除移位寄存器中所有位的信息，即清零。計(jì)數(shù)器有計(jì)數(shù)輸入和復(fù)位輸入兩個(gè)輸入端。當(dāng)計(jì)數(shù)輸入端觸點(diǎn)每次從斷開至接通時(shí)，計(jì)數(shù)器的值減1，當(dāng)通斷次數(shù)達(dá)計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值減為0，此時(shí)計(jì)數(shù)器的線圈接通，其常開觸點(diǎn)閉合。如果要計(jì)數(shù)器從當(dāng)前值回到最初設(shè)定值，則要接通復(fù)位輸入端的觸點(diǎn)，RST起復(fù)位作用，使計(jì)數(shù)器線圈斷開，其常開觸點(diǎn)斷開。RST指令總是優(yōu)先執(zhí)行的，因此當(dāng)RST的輸入保持時(shí)，對(duì)計(jì)數(shù)器或移位寄存器的輸入不再接受。所有的計(jì)數(shù)器和部分寄存器具有掉電保護(hù)功能，所以當(dāng)不必再保持計(jì)數(shù)器原有狀態(tài)時(shí)，在工作開始之前，要使用特殊輔助繼電器M71，在主機(jī)投入運(yùn)行的瞬時(shí)，產(chǎn)生的初始化脈沖，使計(jì)數(shù)器或位移寄存器復(fù)位。9）SFT指令SFT（Shift）：移位指令，適用于將移位寄存器中的內(nèi)容做移位操作。可由8個(gè)或16個(gè)輔助繼電器組成移位寄存器。3.5.2移位寄存器三個(gè)輸入端功能為：數(shù)據(jù)輸入端IN：當(dāng)連接IN端的觸點(diǎn)接通時(shí)，表示把“1”送到移位寄存器的最低位，反之則把“0”送到此位。移位信號(hào)輸入端CP：當(dāng)連接CP端的觸點(diǎn)每由斷變通一次、來(lái)一個(gè)脈沖時(shí)，移位寄存器的內(nèi)容從編號(hào)小的低位，向編號(hào)大的高位順序移動(dòng)一次，最高位原來(lái)的數(shù)據(jù)丟失。復(fù)位信號(hào)輸入端R：當(dāng)連接R的觸點(diǎn)接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輔助繼電器全部斷開，即移位積存器全部清零。如果R端連接的觸點(diǎn)一直處于接通狀態(tài)，則數(shù)據(jù)輸入和移位輸入的信號(hào)全無(wú)效。3.6軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求用基本邏輯指令編程編制的梯形圖（詳見附錄一）。圖中，T40為PD-1、PD-2、PD-3、YV延時(shí)起動(dòng)、延遲的計(jì)時(shí)器。PLC端子接線圖如圖3.1所示:圖3.1網(wǎng)絡(luò)表：電機(jī)Q0.0I0.0啟動(dòng)按鈕I0.3急停按鈕KM1Q0.1I0.1速度1I0.4過載保護(hù)按鈕KM2Q0.2I0.2速度2