【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要。因此，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括原理設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。前者決定一臺(tái)設(shè)備使用效能和自動(dòng)化程度，即決定著生產(chǎn)機(jī)械設(shè) 備的先進(jìn)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(jì)性、外觀和維修等方面的性能。在現(xiàn)代控制設(shè)備中，機(jī) 電、液 電、氣 電配合得越來(lái)越密切，雖然生產(chǎn)機(jī)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(jì)原則和設(shè)計(jì)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(duì)電氣控制系統(tǒng)要求的前提下，力求運(yùn)行安全、可靠，動(dòng)作準(zhǔn)確，結(jié)果簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，電動(dòng)機(jī)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(huì)越來(lái)越多的要求機(jī)械的自動(dòng)化，隨著社會(huì)的發(fā)展機(jī)器的自動(dòng)也是一項(xiàng)必須的要求，這里就要求有位置得精確和時(shí)間的 精確。電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度就是現(xiàn)代社會(huì)電機(jī)的一大問(wèn)題，這里就對(duì)利用變頻器對(duì)電機(jī)調(diào)速進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，來(lái)滿足用戶對(duì)電機(jī)多方面的速度的要求。要完成好電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，除要求我們掌握必要的電氣設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)外，還要求我們必須經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，將 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 我們所學(xué)的理論知識(shí)和積累的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中來(lái)。本次課程設(shè)計(jì)正是本著這一目的而著手實(shí)施的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，它是一項(xiàng)初步的模擬工程訓(xùn)練。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我感到更深地了解一般電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法 。 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 第 1章 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng) 機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及存在的問(wèn)題 電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1）交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)僅靠定子供電產(chǎn)生，而同步電動(dòng)機(jī)除定子磁動(dòng)勢(shì)外，轉(zhuǎn)子側(cè)還有獨(dú)立的直流勵(lì)磁，或者用永久磁鋼勵(lì)磁。 （ 3）同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組相同，轉(zhuǎn)子繞組則不同，同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子除直流勵(lì)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(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的，而同步電動(dòng)機(jī)則有隱極與凸極之分，隱極式電機(jī)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(xué)模型上的復(fù)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(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)稱作磁阻式同步電動(dòng)機(jī)。 （ 5）異步電動(dòng)機(jī)由于勵(lì)磁的需要，必須從電源吸取滯后的無(wú)功電流，空載時(shí)功率因數(shù)很低。同步電動(dòng)機(jī)則可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁電流，改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可以超前。當(dāng) cos? = 時(shí)，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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有獨(dú)立勵(lì)磁，在極低的電源頻率下也能運(yùn) 行，因此，在同樣條件下，同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍比異步電動(dòng)機(jī)更寬。 （ 7）異步電動(dòng)機(jī)要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電機(jī)只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩，同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力，能作出更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題 （ 1）起動(dòng)困難； （ 2）重載時(shí)有振蕩，甚至存在失步危險(xiǎn) 電動(dòng)機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的特點(diǎn) PLC 與繼電接觸控制系統(tǒng)的比較 后者 相當(dāng)于前者的控制機(jī)構(gòu)，電路復(fù)雜的話，就需要 PLC 控制， PLC 沒(méi)法直接接入動(dòng)力電路，但是可以控制繼電器的線圈，因?yàn)殡妷汉碗娏骱苄?，易控制。主要表現(xiàn)在以下幾方面： 1) PLC 有智能，硬件電路簡(jiǎn)單，更新功能快而且對(duì)外圍電路改動(dòng)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(wú)法完成的功能。 2)繼電器是并行動(dòng)作的， PLC 是順序動(dòng)作的，有時(shí)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(shí)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(jī)的優(yōu)點(diǎn) (1)編程方便，現(xiàn)場(chǎng)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 (5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) (6)成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng) (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(dòng)電磁閥，接觸器等 (9)在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更 (10)用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4K 電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （ 1）在電動(dòng)機(jī)軸端裝有一臺(tái)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器 BQ，由它發(fā)出的信號(hào)控制變壓變頻裝置的逆變器 UI 換流，從而改變同步電動(dòng)機(jī)的供電頻率，保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與供電頻率同步。調(diào) 速時(shí)則由外部信號(hào)或脈寬調(diào)制（ PWM）控制 UI 的輸入直流電壓。 （ 2）從電動(dòng)機(jī)本身看，它是一臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)，但是如果把它和逆變器 UI、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器 BQ 合起來(lái)看，就象是一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)電樞里面的電流本來(lái)就是交變的，只是經(jīng)過(guò)換向器和電刷才在外部電路表現(xiàn)為直流。這時(shí)，換向器相當(dāng)于機(jī)械式的逆變器，電刷相當(dāng)于磁極位置檢測(cè)器。這里，則采用電力電子逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器替代機(jī)械式換向器和電刷 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 第 1 章電動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的發(fā)展 電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)（ Motors）是把電能轉(zhuǎn)換成 機(jī)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(chǎng) 并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)， 電力系統(tǒng) 中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流 電機(jī) ，可以是 同步電機(jī) 或者是異步電機(jī)（電機(jī) 定子 磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與 轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動(dòng)機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟 電流 方向和磁感線（磁場(chǎng)方向）方向有關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)的分類 按工作電源分類 根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分 為 直流電動(dòng)機(jī) 和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī) 按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)和 同步電動(dòng)機(jī) 。同步電動(dòng)機(jī)還可分為 永磁式同步電動(dòng)機(jī) 、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同布電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又分為三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。 3．按起動(dòng)與運(yùn)行方式分類電動(dòng)機(jī)按起動(dòng)與運(yùn)行方式可分為 電容 起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容 起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。 按用途分類 電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)又分為 電動(dòng)工具 （包括鉆孔、拋光、磨光、開(kāi)槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括 洗衣機(jī) 、 電風(fēng)扇 、 電冰箱 、空調(diào)器、 錄音機(jī) 、錄像機(jī)、影碟機(jī)、 吸塵器 、照相機(jī)、 電吹風(fēng) 、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型 機(jī)床 、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)。控制用電動(dòng)機(jī)又分為 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 和伺服電動(dòng)機(jī)等。 按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類 電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī) （舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動(dòng) 機(jī)）和 繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī) （舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動(dòng)機(jī)）。 按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類 電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、 調(diào)速電動(dòng)機(jī) 按防護(hù)型式分為 開(kāi)啟式（如 IP1 IP22）：電動(dòng)機(jī)除必要的支撐結(jié)構(gòu)外，對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)及帶電部分沒(méi)有專門的保護(hù) ； 封閉式（如 IP4 IP54 ）：電動(dòng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)部分及帶電部分有必要的機(jī)械保護(hù)，以防止意外的接觸，但并不明顯的妨礙通風(fēng) . 電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 一、 三相異步電動(dòng)機(jī)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(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(dòng)機(jī)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(jī)中。 半開(kāi)口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機(jī)。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過(guò)絕緣處理后再放入槽內(nèi)。 開(kāi)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(jī)中。 定子繞組 作用：是電動(dòng)機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 構(gòu)造：由三個(gè)在空間互隔 120176。 電角度、隊(duì)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(gè)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(xiàng)目有以下三種：（保證繞組的各導(dǎo)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(duì)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(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)的接線： 電動(dòng) 機(jī)接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個(gè)線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號(hào)為 1（ U1）、 2（ V1）、 3（ W1），下排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號(hào)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(shí)均應(yīng)按這個(gè)序號(hào)排列。 機(jī)座 作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用。 構(gòu)造：機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動(dòng)機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的 機(jī)座兩端端蓋開(kāi)有通風(fēng)孔，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對(duì)流，以利于散熱。 （二）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分） 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心： 作用：作為電機(jī)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(lái)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(lái)沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動(dòng)機(jī)（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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組 xxxxx 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)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(dǎo)條和兩個(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動(dòng)機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對(duì)于 100KW 以上的電動(dòng)機(jī)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(gè)對(duì)稱的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路 聯(lián)接。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動(dòng)機(jī)廣泛。但通過(guò)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(dòng)機(jī)的起、制動(dòng)性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車、電梯、空氣壓縮機(jī)等上面采用。 （三）三相異步電動(dòng)機(jī)的其它附件 端蓋：支撐作用。 軸承：連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分。 軸承端蓋：保護(hù)軸承。 風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機(jī)。 二、直流電動(dòng)機(jī)采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)，不僅空間利用率高，而且當(dāng)采用靜止整流器供電時(shí)，能承受 脈動(dòng)電流 和 快速的 負(fù)載電流 變化。直流電動(dòng)機(jī)一般不帶 串勵(lì)繞組 ，適用于需要正、反 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制技術(shù)中。根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵(lì)繞組。中心高 100～280mm 的電動(dòng)機(jī)無(wú) 補(bǔ)償繞組 ，但中心高 250mm、 280mm 的電動(dòng)機(jī)根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補(bǔ)償繞組，中心高 315～ 450mm 的電動(dòng)機(jī)帶有補(bǔ)償繞組。中心高 500～ 710mm 的電動(dòng)機(jī)外形安裝尺 寸及技術(shù)要求均符合 IE