《机电控制系统分析与设计课程设计电机启动与速度控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电控制系统分析与设计课程设计电机启动与速度控制（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机电控制系统分析与设计课程设计说明书设计题目：电机启动与速度控制班 级：机械140306班学生姓名：指导老师：设计时间：2007年3月22日目 录第1章设计任务1.1设计任务介绍及意义1.2设计任务明细第2章设计总体方案2.1设计的基本依据2.2总体方案的确定第3章电气原理设计3.1概述3.2电气系统的参数计算3.3电气系统设计第4章程序设计4.1程序设计的任务4.2具体程序第5章课程设计总结参考资料第1章设计任务1.1设计技术要求及意义1.1.1技术要求总体的要求是实现对中大功率的三相鼠笼式交流异步电动机起动和速度控制。在电气控制系统中，要求起动平稳，速度控制精确，并且对电机的速度进行数码显
2、示。对电机的起动要求用PLC实现。要求有电气原理图和功能框图，6000字的文字说明书。1.1.2设计的意义本次课程设计的目的在于要将过去所学的电工学，电子学，测试与传感技术，微机原理，机电传动控制等课程综合运用，并在生产实际中运用这些知识。要求知道并了解三相鼠笼式异步电动机启动的三种方法以及他们存在的利弊。知道电器元件的使用方法和怎样选择这些元件。要掌握PLC的内铺构造，指令系统，还有编程的方法，并将其应用实践生产中。1.2设计任务明细1.2.1电机启动的设计任务设计出三相鼠笼式异步电动机Y-降压启动的原理图，电路图以及接线图。1.2.2电机转速控制的设计任务（1）实现启动过程中转速的检测；（
3、2）实现启动过程中转速的显示。第2章设计总体方案2.1设计的基本依据2.1.1Y-降压启动的设计依据 采用电动机拖动生产机械。对电动机的主要要求如下：（1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。一般场合下希望启动的越快越好，以提高生产效率。电动机的启动转矩要大于负载转矩，否则电动机不能启动。（2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。因为过大的启动电流冲击，对于电网和电动机本身都不利。（3）要求启动平滑，即要求启动时平滑加速，以减小对生产机械的冲击；（4）启动安全可靠，力求简单，操作方便；（5）启动过程中的功耗越小越好;其中，（1）（2）两条是衡量电动机起动性能的主要技术指标。然
4、而，异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度切割转子导体，在转子绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定子电流，一般启动电流可达到额定电流的5-7倍，但因启动时转差率S=1，转子功率因数很低，因而启动转矩却不大，一般=0.8-1.5。显然，异步电动机的这种启动特性和生产机械的要求是相矛盾的。因此所采用的启动方法必须限制启动电流和提高启动转矩，降压启动便是一种在生产实际中经常使用的一中启动方法。电动机降压启动的方法很多，如用电阻或电抗器降压启动，Y-降压启动，自藕变压器降压启动和延边三角形启动等，经过具体的分析，并结合生产的实际应用，本方案
5、中，采用Y-降压启动，具体的原理如下： Y-降压启动的接线图如上图所示，启动时，接触器的触点KM和1KM同时闭合，2KM断开，定子绕组接成星形；待转速上升到一定程度后（本次设计的是额定转速），再将1KM断开，2KM闭合，将定子绕组结成三角形，电动机起动过程完成，并进入正常运行。设U1为电源电压，及为定子绕组分别接成星形及三角形的启动电流，Z为电动机在启动时每相绕组的等效阻抗。则有 所以，=/3，即定子接成星形时的启动电流等于接成三角形启动时电流的1/3，而接成星形时的启动转矩所以及Y连接降压启动时的启动转矩只有星形连接启动时的1/3。 这种启动方法的优点是设备简单、经济、启动电流小；由于这种方
6、法应用广泛，我国规定4kM及以上的三相异步电动机，其定子额定电压为380V，连接方法为三角形。当电源线电压为380V时，就可以采用这种方法进行启动。用PLC实现电动机的Y-降压启动。PLC的可靠性高，逻辑功能高，体积小，可在线修改控制程序，具有远程通信联网的功能，易于与计算机接口，能对模拟量进行控制，具备高速计数器和位控等高性能模块等，已经日益取代由大量中间继电器，时间继电器，计数继电器等传统继电接触控制系统，在生产实际中已经得到越来越广泛的应用，因此，在本方案中，利用PLC来进行Y-降压启动。2.1.2转速监测和显示的设计依据本方案中，转速的监测和显示用集成化数字转速仪，利用霍尔传感器对电机
7、输出轴的转速信号进行采集，信号放大，调整，最终用数码管进行显示。2.2总体方案的确定本课程设计大致分为两个部分，即启动控制和转速显示，相应得我设计的方案也由两大部分成，其结构框图如示： 电动机转速显示霍儿传感器三相异步电动机PLC控制的电动机的启动第3章电气原理设计3.1概述本方案的电气系统由三相鼠笼式异步电动机的主电路，Y-降压启动控制电路，转速测量和显示电路三部分组成，其中，主电路由电动机，熔断器，热继电器，交流接触器等组成；Y-降压启动控制电路由PLC，控制按钮等组成；集成化数字转速仪组成转速测量回路，具体见电气原理图。3.2电气系统的参数计算3.2.1电动机的选择由题目要求电动机为中大
8、功率，选用Y系列电动机，其具体的技术指标如下：型号额定功率/kM满载时堵转电流/额定电流堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩外形尺寸（长*宽*高）/mm*mm*mm电流/A转速/rpm效率/%功率因数Y225M-44584.7148091.50.876.51.82.2815*356*2253.2.2启动电流的计算：由于交流异步电动机的起动电流可以达到额定电流的5-7倍，而采用Y-降压启动的方法启动时，异步电动机的起动电流时正常启动电流的1/3，因此采用Y-降压启动可以使鼠笼式交流电机的起动电流达到额定电流的( 5-7）/3倍，大大降低了启动电流的大小，Y225M-4电机的满载电流是I=84.7
9、，所以采用Y-降压启动时的起动电流为I（141.1-197.6)A。3.3电气系统设计3.3.1主电路设计3.3.1.1刀开关/断路器型号的选择刀开关又名闸刀，一般用于不需要经常切断与闭合的交流低压的电路，在额定电压下，其工作电流不能超过额定电流，因此，我们选择三级刀开关，其通过电流为200A的HS系列。3.3.1.2熔断器型号的选择 熔断器在电路中起保护作用，当线路发生短路故障时，能自动迅速熔断，切断电源回路，从而保护线路和电气设备。熔断器尚可用做过载保护，但用做过载保护的可靠性不高，熔断器的保护特性必须与被保护设备的过载特性有良好的配合。熔断器的选择原则是保证设备正常工作是不熔断，只有当出
10、现过大电流和短路时才熔断。降压启动的笼式异步电动机所用熔断器的熔体额定电流，可选为电机额定电流的1. 5至2倍，故熔体的额定电流为127.05A。 故选用RT0系列有填料管式刀型熔断器，次系列熔断器有具刀型触头的熔断体和楔形结构组成。当熔断体内的熔体熔断后，其端盖上 的熔断指示器即弹出，由于熔断器型号与交流接触器相配合，故所选型号为RT0-200，熔体熔断电流为200A。3.3.1.3热继电器型号的选择电动机在实际运行中若过载不大，时间较短，只要电动机绕组不超过容许温升，这种过载是容许的。但当长时间过载，绕组超过容许的温升时，将会加剧绝缘的 熔化，缩短电动机的使用年限 ，严重时将电动机烧毁。因
11、此，应采用热继电器进行电动机的过载保护和断相保护，但本设计没有断相保护，则我们选择（电动机的额定电流(A)）为84.7A,型号为JR 10 84.7/3。3.3.1.4交流继电器型号的选择接触器是在外界信号下能够自动的接通或断开带有负载的主电路的自动控制电器，它是利用电磁力来使开关打开火闭合的电器。适用于频繁操作，远距离控制强电流电路，并且有低压释放的性能。工作可靠，寿命长和体积小等优点。他是继电器接触器控制系统中最重要常用元件之一。它的工作原理是：当按下按钮时，线圈通电，静铁心被磁化，并把驱动铁心吸上带动转轴使触头闭合从而接通电路，当放开按钮时，过程与上述相反。根据要求选择：CJ10100型
12、号。线圈的选择：电压：AC：220V，50HZ；线圈消耗功率：（VA/W）；启动：3578/790；吸持：250/118，满足设计要求。3.3.1.5主电路设计说明电机选择鼠笼式异步电动机，借380V的三相交流电。保护装置为断路器，热继电器，电动机采用Y-降压启动，交流接触器KM的主触点用于实现主电路的接通和关断；交流接触器KM1的主触点用于电动机星形连接的接通与关断；交流接触器KM2的主触点用于控制电动机的三角形连接的接通与关断。3.3.2 Y-降压启动控制电路设计3.3.2.1PLC型号的选择PLC (可编程逻辑控制器)是一种以微处理为核心用作数字控制的专用计算机，由于PLC诸多功能上的优
13、点，本次课程设计选择PLC为主要的控制环节控制电动机在启动过程中进行Y-换接，PLC型号选择三菱公司的F-40M型，具有24点输入，16点输出，性价比较高。PLC电源电压选择220V交流电源，输入输出端均选用220V交流电源。3.3.2.2控制按钮型号的选择控制按钮简称按钮，是一种结构简单，使用广泛的手动安全电器。在控制电路中作远距离手动控制电磁式电器用，也可以用来转换各种信号电路和电气连锁电路等。其工作原理是：当按下按钮时，先断开常闭触电，而后接通长开触电，按钮释放后，在复位弹簧的作用下触电复位。控制按钮用于输入外界信号，LA10系列控制按钮适用于交流50HZ，电压380V，直流220V的电
14、路中。次系列虽为老产品，但因结构坚固，经久耐用，故仍在普通使用。结合设计需要采用LA101H型号。3.3.2.3电气原理图功能说明Y-降压启动是异步电动机常用的起动控制线路之一。其主电路、PLC外部接线和控制电路如电气原理图所示，图中，SB1为启动按钮，SB2为停止按钮，KM为电源接触器，KM1为Y形连接接触器，KM2为三角形连接接触器。其具体的起动过程如下：按下启动按钮SB1，动合触点400闭合，输出继电器430接通并自保，电源接触器KM闭合给电动机供电，定时器450开始计时，同时中间继电器100接通，主控条件得到满足，且触点450，432闭合，输出继电器431接通，Y型连接接触器KM1闭合
15、，电动机被接成Y形开始启动。当定时器450延时10s时间到后，其动断触点打开，使431断开，切断Y型连接接触器KM1，电动机断电（此时电动机已启动到某一转速并由于惯性继续转动）。同时，动断触点431闭合，定时器451开始计时，经2s延时后，动合触点451闭合，接通输出继电器432，使三角形连接接触器KM2闭合，电动机接成三角形后继续继续起动到额定转速后进入正常运行。动断触点432使定时器450和451复位，定时器450和451只在启动过程中提供Y-变换所需的延时时间，正常工作后不起作用。按下停止按钮SB2，动断触点401打开，使输出继电器430断开，切断电源接触器KM，电动机断电停止，同时只能中间继电器100断开，主控条件不满足，切断三角形连接接触器KM2，恢复断电常态。3.3.3电机转速测量及显示电路的设计
