【文章內(nèi)容簡介】 要。因此，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計包括原理設(shè)計和工藝設(shè)計兩個方面。前者決定一臺設(shè)備使用效能和自動化程度，即決定著生產(chǎn)機械設(shè) 備的先進性、合理性，而后者決定著電氣控制設(shè)備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、外觀和維修等方面的性能。在現(xiàn)代控制設(shè)備中，機 電、液 電、氣 電配合得越來越密切，雖然生產(chǎn)機械的種類繁多，其電氣控制設(shè)備也各不相同，但電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和設(shè)計方法基本相同。在最大限度滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)要求的前提下，力求運行安全、可靠，動作準確，結(jié)果簡單、經(jīng)濟，電動機及電氣元件選用合理，操作、安裝、調(diào)試和維修方便。 現(xiàn)代社會越來越多的要求機械的自動化，隨著社會的發(fā)展機器的自動也是一項必須的要求，這里就要求有位置得精確和時間的 精確。電機的運動速度就是現(xiàn)代社會電機的一大問題，這里就對利用變頻器對電機調(diào)速進行簡單的設(shè)計，來滿足用戶對電機多方面的速度的要求。要完成好電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)，除要求我們掌握必要的電氣設(shè)計基礎(chǔ)知識外，還要求我們必須經(jīng)過反復實踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場，將 xxxxx 學院畢業(yè)設(shè)計 19 我們所學的理論知識和積累的經(jīng)驗技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計中來。本次課程設(shè)計正是本著這一目的而著手實施的實踐性環(huán)節(jié)，它是一項初步的模擬工程訓練。通過這次課程設(shè)計，我感到更深地了解一般電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計要求、設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法 。 xxxxx 學院畢業(yè)設(shè)計 20 第 1章 電動機 電動 機調(diào)速控制系統(tǒng)的特點及存在的問題 電動機調(diào)速控制系統(tǒng)的特點 （ 1）交流電機旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 ?1 與定子電源頻率 f1 有確定的關(guān)系 異步電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速的，存在轉(zhuǎn)差 ?s ；同步電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差 ?s=0。 （ 2）異步電動機的磁場僅靠定子供電產(chǎn)生，而同步電動機除定子磁動勢外，轉(zhuǎn)子側(cè)還有獨立的直流勵磁，或者用永久磁鋼勵磁。 （ 3）同步電動機和異步電動機的定子繞組相同，轉(zhuǎn)子繞組則不同，同步電動機轉(zhuǎn)子除直流勵磁繞組（或永久磁鋼）外，還可能有自身短路的阻尼繞組 （ 4）異步電 動機的氣隙是均勻的，而同步電動機則有隱極與凸極之分，隱極式電機氣隙均勻，凸極式則不均勻，兩軸的電感系數(shù)不等，造成數(shù)學模型上的復雜性。但凸極效應(yīng)能產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，單靠凸極效應(yīng)運行的同步電動機稱作磁阻式同步電動機。 （ 5）異步電動機由于勵磁的需要，必須從電源吸取滯后的無功電流，空載時功率因數(shù)很低。同步電動機則可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵磁電流，改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可以超前。當 cos? = 時，電樞銅損最小，還可以節(jié)約變壓變頻裝置的容量。 （ 6）由于同步電動機轉(zhuǎn)子有獨立勵磁，在極低的電源頻率下也能運 行，因此，在同樣條件下，同步電動機的調(diào)速范圍比異步電動機更寬。 （ 7）異步電動機要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電機只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩，同步電動機比異步電動機對轉(zhuǎn)矩擾動具有更強的承受能力，能作出更快的動態(tài)響應(yīng) 電動機調(diào)速控制系統(tǒng)存在的問題 （ 1）起動困難； （ 2）重載時有振蕩，甚至存在失步危險 電動機 PLC 控制系統(tǒng)的特點 PLC 與繼電接觸控制系統(tǒng)的比較 后者 相當于前者的控制機構(gòu)，電路復雜的話，就需要 PLC 控制， PLC 沒法直接接入動力電路，但是可以控制繼電器的線圈，因為電壓和電流很小 ，易控制。主要表現(xiàn)在以下幾方面： 1) PLC 有智能，硬件電路簡單，更新功能快而且對外圍電路改動可以很少就能應(yīng)用到不同的地方，能完成很多繼電控制無法完成的功能。 2)繼電器是并行動作的， PLC 是順序動作的，有時序的限制或規(guī)定。 3） PLC 也有晶體管輸出的 頻率比繼電器高 很多 4)繼電器接觸控制系統(tǒng)一般指的是硬件 ,一般由低壓控制或時間繼電器控制 .而PLC 控制系統(tǒng)一般包括硬件和軟件 5） PLC 控制系統(tǒng)可能包括繼電器接觸控制系統(tǒng) 控制電機的優(yōu)點 (1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序 (2)維修方便，采 用模塊化結(jié)構(gòu) (3)可靠性高于繼電器控制裝置 (4)體積小于繼電器控制裝置 xxxxx 學院畢業(yè)設(shè)計 21 (5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機 (6)成本可與繼電器控制裝置競爭 (7)輸入可以是交流 115V (8)輸出為交流 115V， 2A 以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等 (9)在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更 (10)用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4K 電動機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的特點 （ 1）在電動機軸端裝有一臺轉(zhuǎn)子位置檢測器 BQ，由它發(fā)出的信號控制變壓變頻裝置的逆變器 UI 換流，從而改變同步電動機的供電頻率，保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與供電頻率同步。調(diào) 速時則由外部信號或脈寬調(diào)制（ PWM）控制 UI 的輸入直流電壓。 （ 2）從電動機本身看，它是一臺同步電動機，但是如果把它和逆變器 UI、轉(zhuǎn)子位置檢測器 BQ 合起來看，就象是一臺直流電動機。直流電動機電樞里面的電流本來就是交變的，只是經(jīng)過換向器和電刷才在外部電路表現(xiàn)為直流。這時，換向器相當于機械式的逆變器，電刷相當于磁極位置檢測器。這里，則采用電力電子逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器替代機械式換向器和電刷 xxxxx 學院畢業(yè)設(shè)計 22 第 1 章電動機與電動機的發(fā)展 電動機 電動機（ Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成 機械能 的一種設(shè)備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場 并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機， 電力系統(tǒng) 中的電動機大部分是交流 電機 ，可以是 同步電機 或者是異步電機（電機 定子 磁場轉(zhuǎn)速與 轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動機主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導線在磁場中受力運動的方向跟 電流 方向和磁感線（磁場方向）方向有關(guān)。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉(zhuǎn)動 電動機的分類 按工作電源分類 根據(jù)電動機工作電源的不同，可分 為 直流電動機 和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機 按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動機按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動機，異步電動機和 同步電動機 。同步電動機還可分為 永磁式同步電動機 、磁阻同步電動機和磁滯同布電動機。異步電動機可分為感應(yīng)電動機和交流換向器電動機。感應(yīng)電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。 3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為 電容 起動式單相異步電動機、電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機、電容 起動運轉(zhuǎn)式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。 按用途分類 電動機按用途可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。驅(qū)動用電動機又分為 電動工具 （包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括 洗衣機 、 電風扇 、 電冰箱 、空調(diào)器、 錄音機 、錄像機、影碟機、 吸塵器 、照相機、 電吹風 、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設(shè)備（包括各種小型 機床 、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為 步進電動機 和伺服電動機等。 按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為 籠型感應(yīng)電動機 （舊標準稱為鼠籠型異步電動 機）和 繞線轉(zhuǎn)子電動機 （舊標準稱為繞線型異步電動機）。 按運轉(zhuǎn)速度分類 電動機按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、 調(diào)速電動機 按防護型式分為 開啟式（如 IP1 IP22）：電動機除必要的支撐結(jié)構(gòu)外，對于轉(zhuǎn)動及帶電部分沒有專門的保護 ； 封閉式（如 IP4 IP54 ）：電動機機殼內(nèi)部的轉(zhuǎn)動部分及帶電部分有必要的機械保護，以防止意外的接觸，但并不明顯的妨礙通風 . 電動機的基本結(jié)構(gòu) 一、 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)，由定子、轉(zhuǎn)子和其它附件組成。 （一）定子（靜止部分） 定子鐵心 作用：電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。 xxxxx 學院畢業(yè)設(shè)計 23 構(gòu)造：定子鐵心一般由 ~ 毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。 定子鐵心槽型有以下幾種： 半閉口型槽：電動機的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。 半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。 開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機中。 定子繞組 作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 構(gòu)造：由三個在空間互隔 120176。 電角度、隊稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。 定子繞組的主要絕緣項目有以下三種：（保證繞組的各導電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。 （ 1）對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。 （ 2）相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。 （ 3）匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。 電動機接線盒內(nèi)的接線： 電動 機接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個接線樁自左至右排列的編號為 1（ U1）、 2（ V1）、 3（ W1），下排三個接線樁自左至右排列的編號為 6（ W2）、 4（ U2）、 5（ V2）， .將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時均應(yīng)按這個序號排列。 機座 作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護、散熱等作用。 構(gòu)造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機的機座采用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的 機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱。 （二）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分） 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心： 作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。 構(gòu)造：所用材料與定子一樣，由 、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動機（轉(zhuǎn)子直徑在 300~400 毫米以上）的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組 xxxxx 學院畢業(yè)設(shè)計 24 作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機旋轉(zhuǎn)。 構(gòu)造：分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。 （ 1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對于 100KW 以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。 （ 2）繞線式轉(zhuǎn)子：繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個集流環(huán)上，再通過電刷與外電路 聯(lián)接。 特點：結(jié)構(gòu)較復雜，故繞線式電動機的應(yīng)用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機的起、制動性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車、電梯、空氣壓縮機等上面采用。 （三）三相異步電動機的其它附件 端蓋：支撐作用。 軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。 軸承端蓋：保護軸承。 風扇：冷卻電動機。 二、直流電動機采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)，不僅空間利用率高，而且當采用靜止整流器供電時，能承受 脈動電流 和 快速的 負載電流 變化。直流電動機一般不帶 串勵繞組 ，適用于需要正、反 電動機 轉(zhuǎn)的自動控制技術(shù)中。根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵繞組。中心高 100～280mm 的電動機無 補償繞組 ，但中心高 250mm、 280mm 的電動機根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補償繞組，中心高 315～ 450mm 的電動機帶有補償繞組。中心高 500～ 710mm 的電動機外形安裝尺 寸及技術(shù)要求均符合 IE