三相異步電動機能耗制動系統(tǒng)設(shè)計

課程設(shè)計說明書 題目:三相異步電動機能耗制動系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)者：hhhh課程設(shè)計說明書 題目:三相異步電動機能耗制動系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)者：hhhh11、引言三相異步電動機又稱三項感應(yīng)電動機,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，所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路。三相異步電動機切斷電源后，由于慣性作用，轉(zhuǎn)子需要經(jīng)過一定時間才能停止旋轉(zhuǎn)，這往往不能滿足有些機械設(shè)備的工藝要求，造成運動部件的停機位置不準(zhǔn)確，同時也影響生產(chǎn)效率的提高，因此必須對電動機采取有效的制動措施。停機制動方法有兩大類，即機械制動和電氣制動。機械制動是采用機械制動裝置來強迫電機迅速停止，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)備提供了非常可靠的控制應(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。由于能耗制動綜合了計算機和自動化技術(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]。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，擴大了能耗制動的功能，使其具有很強的的聯(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2正朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。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停機后迅速切除電源2、三項異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理三項異步電動機主要由定子和轉(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]。定子由鐵芯繞組及機座組成。3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]。定子繞組是電動機的電路部分。三相電動機的定子繞組分為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。機座主要用來固定與支撐定子鐵芯。中小心型異步電動機一般采用鑄鐵機座。根據(jù)不同的冷卻方式采用不同的機座。轉(zhuǎn)子由鐵芯和繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也是電動機磁路的一部分，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。異步電動機轉(zhuǎn)子多采用繞線式和鼠籠式兩種形式。因此異步電動機按繞組形式的不同分為繞線異步電動機和籠型異步電動機兩種。繞線電動機和籠形電動機的轉(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]?；\型異步電動機轉(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42.2三項異步電動機的工作原理三項異步電動機的工作原理，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，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，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。如圖4.13（b）所示[7]。53、三相異步電動機的能耗制動異步電動機能耗制動的電路原理圖一般如圖4.45（a）所示。進行能耗制動時，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后，在電動機內(nèi)部建立一個固定不變的磁場，由于轉(zhuǎn)子在運動系統(tǒng)儲存的機械能作用下繼續(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，電動機轉(zhuǎn)速迅速下降，此時運動系統(tǒng)儲存的機械能被電動機轉(zhuǎn)換成電能后消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻能耗制動時的機械特性如圖4.45（b）所示。制動時系統(tǒng)運行點從特性曲線1的a點平移至特性曲線2的b點，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反轉(zhuǎn)，不過當(dāng)電動機停止后不應(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If或轉(zhuǎn)子電路串接附加電阻繞線異步電動機的大小來調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)制動的強弱，由于制動時間很短，所以通過定子的直流電流If可以大于電動機的電子額定電流，一般取If=（2～3）I1N[7]63.熱繼電器FU9.繼電器KM設(shè)計要求電動機自選，其主要參數(shù)為：能耗制動的強弱與通入直流電的大小和電動機轉(zhuǎn)速有關(guān)系。在同樣轉(zhuǎn)速下，直流越大制動作用越強，一般直流電為電動機空載電流的3-4倍。電機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：20～30%6極：35～50%4極：30～45%8極：35～60%[4]所以先根據(jù)電機磁極數(shù)和額定電流計算出空載電流I,然后算出電機兩相之間的電阻R，根據(jù)歐姆定律，即可計算出直流電壓：U=3IR。知道了電機兩相電阻，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，已知技術(shù)參數(shù)和條件，根據(jù)電機數(shù)據(jù)可得：P=60f/n0=3，確定電機是6極的。額定定子線電流為=12.8A，所以取空載電流I=×40%=5.12A。制動時的直以算出R=0.65Ω。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=220V，整流電路輸出電壓平均值U=0.9=198V。制動時的電流由上面7可知為15.36A。所以選的可調(diào)電阻最小=(U/3I)因為異步電動機制動直流電流為15.36A，故橋式電路中所選二極管流過的受的最大電流大于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T能耗制動原理圖[5]如下：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，所以不用擔(dān)心電機轉(zhuǎn)速為零時依然接入直流電源的問題。制動作用的強弱與直流電流的大小和電動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，在同樣的轉(zhuǎn)速下電流越大制動作用越強。一般取直流電流為電動機空載電流的3～4倍，過大會使定子過熱。電動機能耗制動時，制動轉(zhuǎn)矩隨電動機的慣性轉(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。一般在重型機床中常與電磁抱閘配合使用，先能耗8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、快速停車。能耗制動一般用于制動要求平穩(wěn)準(zhǔn)確、電動機容量大和起制動頻繁的場合，如磨床、龍門刨床及組合機床的主軸定位等等。切斷電動機的三相交流電源后，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)電動機轉(zhuǎn)速降至零時，再切除直流電源。這種消耗轉(zhuǎn)子的機械能，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]。啟動控制：制動控制：需停時間KT延時斷開常閉觸點斷開KM2線圈斷電→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9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上找到然后用手機軟件掃描下來，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，保證在電機完全停止或停止之前時間繼電器開始工作，斷開主觸點的開關(guān)。雖然要求說的是：電動機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，在電機停止轉(zhuǎn)動之前斷開主觸點，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,能耗制動大概是(1.5-2s)/kw[9],