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1、电工学课程设计报告题目：专业班级学号：姓名指导教师设计日期三相异步电动机的顺序启动、统一停止的电路设计与计算设计报告一、设计目的作用通过对机床电气回路的设计，掌握简单控制电机电路的设计方法。能够理 解并掌握控制电机正反转的原理，并使用 CAD 绘图软件绘制相应的电气原理图， 在电气回路设计中，通过对整个系统的分析，加深对电机控制电路的逻辑控制相 关知识的理解及应用。二、设计要求设计一个三相异步电动机的顺序启动、统一停止的电路，性能要求如下：（1） 设计该机床的电气原理图并标注接线号。（2）绘制电气元件目录表，写明序号、名称、型号、文字符号、用途、数 量。（3）计算主电机的三项阻抗。三、设计的具
2、体实现1、系统概述设计思路根据控制要求，要实现三台电动机的顺序控制，每台电动机还可以独自启动 和停止，其中主轴电动机是直接启动，自由停车，它能正、反转，并且正反转都 可以点动。并且主轴电机要求能耗制动，这里可以通过继电器机器辅助节电来实 现主轴电机的正反转，并搭配时间继电器来实现主轴电机的能耗制动，为了能能 实现点动，主轴电机的正反转回路均设置有四个按键以此来实现电机的正反转点 动，主轴电机的过载保护通过一组热继电器来实现。进给电机也同样为直接启动，自由停车，它可以正反转，但不需要点动，并 且进给电机是只有主轴电机启动之后才能运行，否则主轴电动机没工作，而进给 电机单独工作就会导致主轴上安装的
3、刀具因为没有切削力而被损毁。进给电机的 正反转的设计和主轴电机采用的同样的方法，但是这里存在一个顺序控制的问 题，要求主轴电机启动后，进给电机才能工作，因此，这里有解决方案可以在主电路中加入顺序控制，也可以在控制电路中加入顺序控制，本设计采用的方案是 在主电路和控制电路中均加入了一个闭锁的辅助节点，只有当主轴电机工作是， 按下进给电机的相应的启动按钮，进给电机才能运行。冷却泵的电气设计相对简单一些，冷却泵电动机启动采用直接启动，能自由 停车。但同时也必须在主轴电动机启动后方可启动，因为主轴不工作时冷却没有 任何意义的，这里同样通过在主电路和控制电路中加入了一个继电器辅助节点来 实现冷却泵的顺序
4、启停。信号回路和控制回路电源取自主电源其中的两项，通过一个降压变压器将 380V 的交流电转化为 220V 的交流电来供给电机信号回路，信号回路设置了三 个信号灯分别来显示三个电机的运行情况，照明回路采用的36V的行灯电压， 电源同样是通过一个降压变压器将电压降至36V，而控制回路是直接采用的交流 380V的电源参与控制，取自主电路三相交流中的两相，控制回路中的短路保护 通过电路中的熔断器来实现。2、 单元电路设计与分析电气控制线路的工作原理图该机床共用3台异步电动机拖动，它们分别是主轴电动机M3、进给电动机 M2和冷却泵电动机Ml。机床的电路如图1.1所示，该电气原理图包括主电路、 控制电路
5、和照明电路三部分。其电气控制线路的工作原理图如下：交觥源鋼泵电掘主轴电机主械讎赧主电机正、贱、讎制动榊进给帥正、反觥制鋼融般制电眾傩号1 123456789101112131415图 1.1 机床总电气控制原理图主动电路分析三相交流电源由开关QS引入，电压等级为交流380V,熔断器FU作主电路 的短路保护。电机主电路的控制原理图如下图1.2所示。图1. 2电机主回路原理图主轴电动机M 1的正反转由接触器KM1和KM2的动合主触点控制，制动 时，采用能耗制动，由KM7控制，热继电器FR3作M3的长期保护。该机床主 轴电机有一下性能特点：1、启动方式为直接启动，由于主轴电机起动时因是空载起动，时间
6、较短， 故采用直接起动。2、制动方式采用的能耗制动，通过接触器KM7和时间继电器KT 一起达到 能耗制动的目的。3、主轴电机可以通过接触器 KM1、 KM2 来改变接入三相电源的相序，从 而达到电机的正反转功能。进给电动机M2的正、反转由KM3和KM4控制，用热继电器FR2作长期过 载保护，通过接触器KM6实现顺序控制，当主轴电机M1启动后，KM6相应的 继电器带点，KM6节点闭合，进给电机启动。冷却泵电动机M3单方向旋转，起动和停止由接触器KM5控制，同样是通过 接触器KM6实现冷泵电机的顺序启动，即只有当主轴电机Ml启动后，按下按 键SB9冷却泵电机才能启动。并通过独立按键SB10热继电器
7、FR3作长期过载 保护。控制电路分析控制电路电源由两部分组成，分别是交流2 2 0 V和3 6V，其中交流220V的电源主要用于信号回路和电机控制回路供电，图3 6V的交流电主要用于机床的照明，其控制回路的原理图如下图 1.3所示：图 1.3 电机控制回路原理图1 .主轴电机Ml的控制主轴电机的启停控制电路如图1.4所示，控制电路10区所在线路为主轴电 机的正转，按下SB1键，继电器KM1带点，主轴电机正转，同时KM1的辅助 接触器闭合，电机正转自保持，直到按下SB2,该回路断线，主轴电机停止转动, 同样的按下SB3键，主轴电机反转，并通过KM 2的辅助接触器自保持，直到按 下 SB4 键，电
8、机停止运行。图1. 4主轴电机正反转和能耗制动原理图通常交流异步电动机的定子绕组在脱离电源后，由于机械惯性的作用，转子 需要一段时间才能完全停止，而生产中一般都要求机床能迅速停车和准确定位， 因此，当按下停止按键SB3和SB4,主轴电机可能无法迅速停车，因此在制动 回路中采用能耗制动控制线路进行电气制动。其工作原理是电动机切断交流电源 后，立即在电动机定子绕组的任意两相中通入直流电，使定子中产生一个恒定的 静止磁场，惯性运转的电动机转子切割磁力线，在转子绕组中产生感生电流，可 用右手定则判断其方向。该感生电流又受到静止磁场的作用，从而产生电磁转矩， 可用左手定则判断其方向正好与电动机原转向相反
9、，使电动机受制动而迅速停 转。具有制动准确、平稳，且能量消耗较小等优点。缺点是需附加直流电源装置、 制动力较弱，低速时制动力矩小。本次设计所取的直流电装置如上图中7区所示, 是通过变压器TC1降压后通过一个整流桥VC,将交流电转化为直流电，然后加 在主轴电机的其中两相上，只有当主轴电机 M1 停止运行后， KM6 常闭节点接 通，此时，时间继电器KT通电，KM7继电器通电，然后KM7接触器节点闭合, 电机进入能耗制动状态，当时间继电器KT整定的时间到达后，KT辅助常开节 点断开， KM7 继电器失电，此时能耗制动回路失电，电机停机完成。2.进给电机M2、和冷却泵M3的控制 进给运动和冷却的动作
10、均要求在主轴启动后方可进行。其控制的原理图如下 图 1.5 所示：图 1.5 进给电机和冷却泵控制原理图如图1.5所示，13区和 14是控制进给电机正反转的区域，通过继电器 KM4、KM4及其辅助接触器实现，当按下SB5 (SB7)后KM3 (KM4)继电器得电， KM3 (KM4)的辅助常开节点闭合，进给电机正(反)转，并且自保持，FU9 和 FU10 用于控制电路的短路保护。对于电机的正反转控制主要是通过换相来实现，其中有两种解决方案，一种 是同过转向开关开控制，一种是通过接触器来控制，本次设计采用的是第二种方 案，因为考虑到进给电动机M2的正反转频繁，用接触器KM3和KM4进行换 向。主
11、要元件的选型该设计中涉及的交流接触器采用 CJ10 系列的接触器，这里涉及到常用接触器的命名规则，以常用的交流接触器为例说明： CJ10-20C-表示接触器J-表示交流10-表示设计序号20-表示主触头额定工作电流交流接触器的选择，最重要的是主触点额定电流的选择，它采用经验计算公 式为：二 84.5t P X103INKM K X UN式中：K为经验常数，一般取11.4；轻载启动时为1,重载启动时为1.4。PN为电动机的额定功率；UN为电动机的额定电压；ikm为接触器主触点的额定 电流。根据上述公式，K取重载启动1.4，则接触器KM1的主触点额定电流为:IKM控制回路电源为380V,需要三对主
12、触点，两对辅助常开触点，一对辅助常 闭触点，所以选用CJ10-100型交流接触器，电磁线圈电压为380V。同理可得 KM2 至 KM8 交流接触器。本设计中采用了多组热继电器，热继电器的命名规则，以常用的热继电器为例说明：JR10-10J-继电器电器“继”的拼音R- “热”的拼音10- 设计序号10-额定电流同时应注意被保护电动机的额定电流，设定热继电器保护电流在 105的电动机 的额定电流，由此可计算出三台电机的过载保护的过载电流分别为： 88.4A 、7.6A、 2.64A。通过对比计算该设计所选用的全部元件见附录所示：四、总结（三号宋体）（设计过程中遇到的问题及解决办法，课程设计过程体会
13、，对课程设计内容、 方式、要求等各方面的建议）XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXX （小四号宋体）五、附录代号名称型号、规格数量用途M1主轴电动机Y225-4/ 45KW 1480r/min1推动刀具主运 动M2给进电动机Y100L2-4/3KW1430r/min1拖动工作台给 进M3冷却泵电动 机JY801-2/.125KW28300r/min1拖动冷却泵KM1 、KM2交流接触器CJ10-100线圈电压380V2M1
14、正转及反转KM3 、KM4交流接触器CJ10-10线圈电压380V2M2正转及反转KM5交流接触器CJ10-5线圈电压380V1M3的启停KM6交流接触器CJ10-100线圈电压380V1M1启动信号KM7交流接触器CJ10-20线圈电压220V1能耗制动KM8交流接触器CJ10-10线圈电压380V1M2启动信号FR1热继电器JR10-100 88.4A1M1过载保护FR2热继电器JR10-107.6A1M2过载保护FR3热继电器JR10-102.64A1M3过载保护T2变压器BK-150150VA380V/220V/36V1信号、照明电路 电源T1制动变压器BK-50 150VA 380V/220V1提供能耗制动电压SB1、SB2按钮LA2 5A2主轴电机正转 启停SB3、SB4按钮LA2 5A2主轴电机反转 启停SB5、SB6按钮LA2 5A2进给电机正转 启停SB7、SB8按钮LA2 5A2进给电机反转 启停SB9 、SB10按钮LA2 5A2冷却泵电机启 停SB11按钮LA2 5A1照明开关R电阻ZB2 1.45W X215.4A1限制制动电流FU熔断器RL1-60 熔体 100A3电源总短路保 护FU1 FU11熔断器11主回路控制、回 路短路保护EL照明灯36V 40W1低压照明电器元件一览表六、参考文献
