设计三相异步电动机的能耗制动控制系统(精)

《电机与拖动》课程设计I淮阴工学院课程设计说明书作者:成志超学号：1121106105学院:机械工程学院专业:机械电子专业题目:三相异步电动机能耗制动系统设计指导者：高荣殷永华《电机与拖动》课程设计II目录1绪论.............................................................................................................................................12三相异步电动机的结构和工作原理.........................................................................................22.1三相异步电动机的结构.....................................................................................................22.2三相异步电动机的工作原理.............................................................................................22.3三相异步电动机制动方式.................................................................................................53三相异步电动机的能耗制动方式.............................................................................................53.1能耗制动的原理.................................................................................................................53.2能耗制动的设计.................................................................................................................53.3能耗制动的分析.................................................................................错误!未定义书签。结论.................................................................................................................................................9致谢...............................................................................................................................................10参考文献.......................................................................................................................................12附录.................................................................................................................错误!未定义书签。附录1..............................................................................................................错误!未定义书签。附录2..............................................................................................................错误!未定义书签。绪论异步电动机（亦即为感应电动机）接在频率为f1的电网上运行时，转速n与电网频率f1之间不存在同步电动机那样的恒定的比例关系。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。所谓能耗制动,就是在电动机脱离交流电源的瞬间,在定子绕组中通以直流电,产生静止磁场,与转子中感应电流相互作用,产生制动力矩,从而达到使异步电机迅速停转的一种制动方法。关键词三相异步电动机；能耗制动；定子绕组；控制线路；接触器；时间继电器；异步电机制动力矩；直流电源；基本控制线《电机与拖动》课程设计III《电机与拖动》课程设计11绪论1.1课程研究背景三相异步电动机的应用几乎涵盖了农业生产和人类生活各个领域，在这些应用领域中，三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于应用于大型工业设备重要场合高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。本系列的控制是采用梯形编程语言，梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工作环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。长期以来，能耗制动始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。进入20世纪80年代，由于计算机计数和微电子技术的迅速发展，极大的推动了能耗制动技术的的发展，使的能耗制动的功能日益增强。能耗制动是一种控制技术，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。通过输入/输出装置发出控制信号和接受输入信号。由于能耗制动综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超出其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。1.2课程研究的价值特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩大了能耗制动的功能，使其具有很强的的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业，不管是农业还是工业，都有着举足轻重的作用。随着科学技术的发展与不断进步，电气工程与自动化技术正以令人瞩目的发展快速的改变着我国的工业基础整体面貌。与此同时，该技术的不断发展，对社会的生产方式、人们的生活方式和思想观念也产《电机与拖动》课程设计2生了重大的影响，并在现代化建设中发挥着越来越重要的作用，它正朝着智能化、网络化和集成化的方向发展。1.3课程设计的任务1）学习电气元件实现能耗制动的控制方法2）掌握电气元件的主回路和控制回路接线方法3）设计三相异步电动机的能耗制动的主回路和控制回路2三相异步电动机的结构和工作原理2.1三相异步电动机的结构2.1.2磁路部分定子铁心（由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈）；转子铁心（用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来放置转子绕组（绕线形的）或铸铝的铝条）。2.1.3电路部分定子绕组（三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。）转子绕组（有绕线形和鼠笼形）。2.1.4机械部机座、端盖、轴和轴承等等分。《电机与拖动》课程设计32.2三相异步电动机的工作原理作电动机运行的三相异步电机，三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。分类：单层与双层单层绕组就是在每个定子槽内只嵌置一个线圈有效边的绕组，因而它的线圈总数只有电机总槽数的一半。单层绕组的优点是绕组线圈数少工艺比较简单；没有层间绝缘故槽的利用率提高；单层结构不会发生相间击穿故障等。缺点则是绕组产生的电磁波形不够理想，电机的铁损和噪音都较大且起动性能也稍差，故单层绕组一般只用于小容量异步电动机中。单层绕组按照其线圈的形状和端接部分排列布置的不同，可分为链式绕组、交叉链式绕组、同心式绕组和交叉式同心绕组等几种绕组形式。单层同心绕组和交叉同心式绕组的优点为绕组的绕线、嵌线较为简单，缺点则为线圈端部过长耗用导线过多。现除偶有用在小容量2极、4极电动机中以外，目前已很少采用这种绕组形式。《电机与拖动》课程设计42.3三相异步电动机制动方式三相异步电动机制动的方式有：1）能耗制动能耗制动方法是将正常运行的电动机．突然从电源上切断，并将电动机定子绕组任意两相出线端接到直流电源上．则直流电源将在定子内形戚固定磁场．转子靠惯性旋转并切割此固定磁场，在转子绕组中感生电动势和转子电流，此电流与固定磁场相互作用．便产生电磁转矩，这个电磁转矩与转子转动方向相反。达到制动状态，转子动能消耗在转子电阻内，这个过程就是电动机能耗制动过程。2）反接制动倒拉反接制动。起重机在吊物时，如果重物鞍重．电动机不但吊不起来．重物反而使电动机转速降低．甚至转速为零或倒转．边就是倒拉反接制动状态。电动机拖动重物上升．电动机是处于电动运行状态。电源反接制动。为了使正常运行的电动机快速停车或反转．其要改接三相电源的相序即可