电子电工课程设计.doc

电工电子课程设计 异步电动机正反转转换异步电动机星角转换计数显示电路设计学生姓名 王琪琛 学 号 0403110125 系 别 信息与电子系 专业班级 计算机1101班 填写日期 2013.11.2 目录目录2电工部分1一、课程设计的目的及要求1二、设计原理2三、设计内容与步骤3四、设计结果6五、结果分析及心得7电子部分9一 设计任务和要求9二方案原理框图9三 各部分电路设计及元器件选择12四具体电路图14五调试记录与结果15六 心得体会16电工部分一、课程设计的目的及要求实验目的：1. 通过对三相鼠笼式异步电动机点动控制和自锁控制路线的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。2. 通过本次实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点。3. 了解复合按钮、接触器和时间继电器的工作原理及使用方法；4. 加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解；5. 学会分析、排除继电-接触控制线路故障的方法；6. 掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法，提高分析解决实际工程问题的能力。实验要求：7. .实验前认真阅读实验指导书，熟悉实验电路；8. 接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠；9. 操作时要谨慎，不许用手触及各电器元件导电部分及电动机转动部分，以免触电及10. 意外损伤；11. 电观察继电器动作情况时，要注意安全，防止碰触带电部位，严禁带电操作；12. 按要求完成实验操作，做好实验记录，认真做好实验报告和思考题；13. 实验结束，整理好实验工具，保持实验室整洁卫生。二、设计原理1. 点动式控制电路图2. 自锁式控制电路图3. 异步电动机正反转转换实验结果：分别按下SB1 SB SB2进行正反向互换，SB为总的控制开关，起到暂停电路的功能。4. 异步电动机星角转换实验结果： 按下SB1电动机开始转动，计时器从0开始计时，到达设定的时刻，停止计数，电动机继续转动，且转速加快。三、设计内容与步骤1.异步电路的正反转换的设计内容电动机的旋转方向 三相异步电动机的旋转方向是取决于磁场的旋转方向，而磁场的旋转方向又取决于电源的相序，所以电源的相序决定了电动机的旋转方向。任意改变电源的相序时，电动机的旋转方向也会随之改变。电动机正反转控制原理 控制线路 三相异步电动机接触器联锁的正反转控制的电气原理图如图3-4所示。线路中采用了两个接触器，即正转用的接触器KM1和反转用的接触器KM2，它们分别由正转按钮SB1和反转按钮SB2控制。这两个接触器的主触头所接通的电源相序不同，KM1与KM2之间其中对调了两相的相序。控制电路有两条，一条由按钮SB1和KM1线圈等组成的正转控制电路；另一条由按钮SB2和KM2线圈等组成的反转控制电路。 互锁原理 接触器KM1和KM2的主触头决不允许同时闭合，否则造成两相电源短路事故。为了保证一个接触器得电动作时，另一个接触器不能得电动作，以避免电源的相间短路，就在正转控制电路中串接了反转接触器KM2的常闭辅助触头，而在反转控制电路中串接了正转接触器KM1的常闭辅助触头。当接触器KM1得电动作时，串在反转控制电路中的KM1的常闭触头分断，切断了反转控制电路，保证了KM1主触头闭合时，KM2的主触头不能闭合。同样，当接触器KM2得电动作时， KM2的常闭触头分断，切断了正转控制电路，可靠地避免了两相电源短路事故的发生。这种在一个接触器得电动作时，通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁（或互锁）。实现联锁作用的常闭触头称为联锁触头（或互锁触头）。当按下正转启动按钮SB1后，电源相通过停止按钮SB的动断接点、正转启动按钮SB1的动合接点、反转交流接触器KM2的常闭辅助触头、正转交流接触器线圈KM1、热继电器FR的动断接点，使正转接触器KM1带电而动作，其主触头闭合使电动机正向转动运行，并通过接触器KM1的常开辅助触头自保持运行。反转启动过程与上面相似，只是接触器KM2动作后，调换了两根电源线U、W相（即改变电源相序），从而达到反转目的。2.异步电动机的星角转换的设计内容 1、Y换接起动对于正常运行时定子绕组为三角形连接并有六个出线端子的笼型异步电动机，为了减小起动电流，起动时定子绕组星形连接，降低定子电压，起动后再连接成三角形。这种方法成为Y起动。2、电动机星角接法转换，是根据电动机负载变化情况，用改变绕组接线方式来调整电压，使其与负载近似匹配，从而达到一定的节电效果。当电动机满载时，负载率大于40%，转换角形接法，全电压运行；电动机轻载时，负载率小于40%，转换星形接法，绕组在220V电压下运行。这种方法适用于电动机绕组角接，接线盒有6个接线柱，处于轻载运行或满载-轻载交替运行的电动机。角-星形接法转换只需对电动机一、二次接法略为改动，改法简单，可有效地避免大马拉小车的不经济运行方式。3机电星型接法和角型接法联系和区分 （1）角型接法 机电的角型接法是将各相绕组依次首尾相连，并将每1个相连的点引出，作为三相电的3个相线。三边形接法时机电相电压等于线间电压；线电流等于根号3倍的相电流。 （2）星形接法 机电的星形接法是将各相绕组的一端都接在一点儿上，而它们的另外一端作为引出线，别离为3个相线。星形接时，线间电压是相电压的根号3倍，而线电流等于相电流。 星形接法因为起输出功率小，经常使用于小功率，大扭矩机电，或者功率较大的机电开始走时辰用，这样对呆板损耗较小,正常事情后再换用角型接法。这就是每一每一说到的星角开始工作。一般3KW以下的三相电念头是星型接法，并直接开始工作。3KW以上的三相电念头是用角型接法。 起动时，KM1闭合，此时电机为星型连接。同时计时器开始计时。当计时器到达设定时间，KM1断开，同时KM3闭合，电机由星型起动转变为角型运行。 KM1和KM3分别为星型接法和角型接法的接触开关，当其中一个接通时，电动机是以星型运行，时间继电器KT的线圈得电，时间继电器开始计时。当到达设定时间，电机转为角型运行。四、设计结果 1.点动式控制电路生产中有的机械需要人工点动控制电机,实现点动控制功能，只需将点动按钮串接在交流接触器的线圈中。即点动控制KM1交流接器，从而间接实现电动机的点动控制。如图所示：接下SB1接钮KM1线图通电。KM1主触头闭合。三相异步电动机运转。当松开SB1接钮时，SB1触头断开。KM1线圈断开，电动机失电，电动机停止运转。2.自锁控制电路 自锁控制是电气控制中常用的一种电路，如图所示。启动时合上断路器，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈通电。其常开主触头闭合。电动机接通电源，开始启动。同时接触器KM1的辅助常开触点闭合。使接触器KM1线圈有两条通电路径。这样。当松开接钮SB2后，接触器KM1线圈仍能通过其辅助触点，使其线圈通电并保持吸合状态。这种依靠接触器本身辅助触点使其线圈保持通电的现象，称为自锁。起自锁作用的触点称为自锁触点。要使电动机停止运转，必须按下SB1，接触器KM1线圈电，则其主触头断开，切断电动机三相电源，电动机停车，同时接触器KM1自锁触点断开，控制回路解除自锁，松开停止按钮，控制由路又回到启动前的状态。异步电动机正反转转换 SB1为KM1继电器的启动按钮，SB2为KM2继电器的启动按钮 ，SB3为停止按钮。当按SB1时KM1交流接触器线圈通电，KM1自锁。KM1主触头闭合，电动机通电连续运转。当按SB3时，SB3按钮常闭触点断开，切断KM1的自锁。SB2按钮常开点闭合，点动实现KM1交流接触器的控制，KM2交流接触控制原理同KM1交流接触器相同。KM1、KM2交流接触器可实现电动机的正反转控制。4.异步电动机星角转换本实验给出电动机的Y降压起动线路如图4所示，采用时间设计原则。从主回路看，当接触器KM、KM1主触头闭合，KM2主触头断开时，电动机三相定子绕组作Y连接；而当接触器KM和KM2主触头闭合，KM1主触头断开时，电动机三相定子绕组作连接。因此，所设计的控制线路若能先使KM和KM1得电闭合，后经一定时间的延时，使KM1失电断开，而后使KM2得电闭合，则电动机就能实现降压起动后自动转换到正常工作运转。该线路具有以下特点接触器KM1与KM2通过辅助常闭触点KM1与KM2实现电气互锁，保证接触器KM1与KM2不会同时得电，以防止三相电源的短路事故发生。依靠时间继电器KT进行控制，保证在按下起动按钮SB2后，使接触器KMKM1和时间继电器KT线圈先得电。时间继电器KT的整定时间到后，依靠时间继电器KT的通电延时断开常闭触点先断，KT的通电延时闭合常开触点后闭合的动作次序，保证KM1先断，而后再自动接通KM2也避免了换接时电源可能发生的短路事故。本线路正常运行（形连接）时，接触器KM1及时间继电器KT均处断电状态。五、结果分析及心得 第一天：接到实验报告，自己网上查找关于异步电动机的制作原理及电路图。 第二天：实验室的第一天，把这些实验用设备和仪器简单的熟悉了下，为接下来的实验做准备。因为对于异步电路的理解自己还是建立在理论的基础上，至于自己怎么连接还是没有尝试过。今天，第一步是了解实验室的实验器材都是大功率的电器，我们在实验过程中要注意安全，要正确使用实验器材。第二步是基本线路线路连接，就是异步电路的通路。第三步是连接点动式控制电路的线路连接，第四步是自锁正转控制电路的线路连接。从基本电路到复杂电路的转换,首先应该了解该电路的原理，先连接控制电路，在连接好控制电路的基础上在连接上电动机和保护电路。 第三天：在第一天的基础上，我们今天学习异步电动机正反转换。这是对第一天的实验的一个升华，我们连接好自锁正转控制电路的线路的连接，想到如果我们想让电动机在同一个电路上能够正反转，我们应该怎么连接呢？这个问题就是我们今天试验的主要内容。通过老师的讲解，发现其实原理还是和自锁正转控制电路是一样的，但是一开始自己连接好电路，电动机不会转动。这个问题让我困扰好久，第一天也是如此，有时电动机能够转动起来，但是有时电动机又不能转动起来，这是为什么？后来自己发现原来是电源处出现问题，由于线路比较多，很多线都会混杂在一起，就会有两个或多个线头从一个电源孔连接出来，所以再后来连接时我们都是用不同颜色的连接线，防止自己再犯同样的错误。第二个问题就是我们已经连接好电路，但是由于没有一步步测试，所以刚开始还不能成功，有一路电路的开关是失去效果的，电动机根本不能转动，检查电源处连接出来的线路是没有错误的，那么为什么会错呢？我们要解决这个问题，看到这么多线根本无从下手，所以我们要一个电路一个电路实验，再把它们串联起来。终于成功了。 第四天：我们今天的实验是异步电动机星角转换，采用时间设计原则,依靠时间继电器KT的通电延时断开常闭触点先断，KT的通电延时闭合常开触点后闭合的动作次序，保证KM1先断，而后再自动接通KM2也避免了换接时电源可能发生的短路事故。当老师只是和我们讲电动机的星型和角型的连接，没有完整的连接电路图，我们都很无措，不知道该如何下手，不知道如何连接电路能够使电路自动完成电动机的星型和角型的连接。一个上午的时间我们一直在琢磨如何连接电路，而且发现关于这个电路图也没有读懂，我们由于前两次都是根据老师的思路做实验，这次突然老师只是提了一下重点，其余需要我们自己动手时，我们就开始不知所措啦。这次实验让我觉得看懂电路图是一件很重要的事，做一件事一定要有扎实的基础还要有百分之一百的恒心，就算失败也要坚持静下心找出失败的原因。虽然自己想不出如何设计简单的电路使电动机完成电动机的星型和角型的连接，但起码我通过自己的努力看懂电路图，完成了这次试验。电子部分1 设计任务和要求1. 设计一个24S计时器电路并具有显示功能。2. 设置外部操作开关，控制计时器清零、启动和暂停计时。3. 要求计时器电路递减计时，每隔1S钟，计时器减1。4. 当计时器递减到零时，显示器显示00，并进行报警。二方案原理框图 5. 设计中采用NE555来产生一秒的脉冲信号。秒脉冲发生器产生的信号是电路的时钟脉冲和定时标准，555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。它结构简单，使用灵活，用途广泛，可以组成多种波形发生器多谐振荡器定时延时电路单稳触发电路双稳态触发器报警电路检测电路频率变换电路等。6. 为了给计数器74LS192提供一个时序脉冲信号,使其进行减计数,本设计采用555构成的多谐振荡电路(即脉冲产生电路),其基本电路如下图所示，由555工作特性和其输出周期计算公式可知,其产生的脉冲周期为: T=0.7(R1+2R2)C7. 因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取15k欧姆,R2取68k欧姆。电容取C为10uF、C1为0.1uF,.这样我们得到了比较稳定的脉冲,且其输出周期近似为1秒.8. 计数器选用中规模集成电路74lsl92进行设计较为简便，CD40l92是十进制可编程同步加/减计数器，它采用8421码二十进制编码，并具有直接清零、置数、加/减计数功能。下图分别是74lsl92的管脚排列图和时序波形图。图中CPU、CPD分别是加计数、减计数的时钟脉冲输入端(上升沿有效)。是异步并行置数控制端，（低电平有效），、分别是进位、借位输出端（低电平有效），CR是异步清除端，是并行数据输入端，是输出端。9. 74lsl92的功能表如表所示，74lSl92的工作原理是：当=l，CR=0时，若时钟脉冲加入到CPU端，且CPD=1，则计数器在预置数的基础上完成加计数跳变脉冲；当加计数到9时，端发出进位下跳变脉冲。若时钟脉冲加入到CPD端，且CPU=1，则计数器在预置数的基础上完成减计数功能，当减计数到0时, 端发出借位下跳变脉冲。10. 由74lSl92构成的二十四进制递减计数器如图所示，其预置数为N=(0010 0100)8421BCD=(24)l0。它的计数原理是：只有当低位端发出借位脉冲时，高位计数器才作减计数。当高、低位计数器处于全零，且CPD为0时，置数端=0，计数器完成并行置数，在CPD端的输入时钟脉冲作用下，计数器再次进入下一循环减计数。CPUCPDCR操作00置数110加计数110减计数1清零1. 七段共阴数码显示管 2.码驱动器（74LS48） 4. 74ls192 5.74ls48BCD-七段译码器/驱动器引脚图 6.74ls10三输入与非门引脚图 7.74LS00引脚图及功能图： 7.555定时器引脚图 11. 电路的工作原理是：由时钟脉冲产生电路产生标准1HZ计时信号，用预置初始值的递减计数器对1HZ的时钟信号进行计数，每1s计数器减1，显示器上显示剩余的时间，每当减到0时，定时时间到，报警电路工作，输出报警信号。对于定时器的启动、暂停/连续计时功能可以控制电路来完成。12. 计数器进行加计数时，其计数脉冲从CPu输入；进行减计数时，计数脉冲从CPd输入。另外是异步清除端（高电平有效），D3D0是并行数据输入端，LD是异步并行置数控制端（低电平有效），是加计数进位输出端，当加计数到最大计数值时，发出一个低电平信号(平时为高电平)；为减计数结尾输出端，当减计数到零时，发出一个低电平信号（平时为高电平），和负脉冲宽度等于时钟脉冲低电平宽度。3 各部分电路设计及元器件选择1.控制电路设计 在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系，控制电路要完成以下三个功能： 当启动开关闭合时，计数器完成置数功能，译码显示电路显示24字样；当启动开关断开时，计数器开始计数。 当暂停/连续开关拨在暂停位置上时，计数器停止计数，处在保持状态；当暂停/连续开关拨在连续时，计数器连续累计计数。 外部操作开关都应采取去抖动措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。根据上面的功能要求，设计的控制电路如总体电路图。其中，置数控制电路，接74ls192的预置数控制端，当开关S1合上时，=0,对74ls192进行置数；当开关S1断开时，=1，74ls192处于计数工作状态，从而实现功能的要求。时钟脉冲信号CP的控制电路，控制CP的放行与禁止。当定时时间未到时，74ls192的借位输出信号=1，则CP信号受“暂停/连续”开关S2的控制，当S2处于“暂停”位置时，门G3输出0，门G2关闭，封锁CP信号，计数器暂停计数；当S2处于“连续”位置时，门G3输出1，门G2打开，放行CP信号，计数器在CP作用下，继续累计计数。当定时时间到时， =0，门G2关闭，封锁CP信号，计数器保持零状态不变。从而实现率功能、的要求。注意，是脉冲信号，在CPD为低电平时，输出的低电平保持不变。脉冲发生器是定时标准，但本设计对此信号要求并不太高，可采用555集成电路或由TTL与非门组成的多谢振荡器构成。译码显示电路用CC4511BC和共阴极七段LED显示器组成。 总电路图是选用74ls192设计的可预置计数初值递减计数器。二十四进制递减计数器的预置数为N=（0010 0100）8421BCD=（24）D。电路采用串行进位方式级联，其计数原理是：当=1,CR=0,且CPU=1时，在CPD时钟脉冲上升沿的作用下，计数器在预置数24的基础进行递减计数。每当各位计数器减计数到0时，其BO1发出一个负脉冲作十位计数器减计数的时钟信号，使十位计数器减1计数。当高、低位计数器处于全0，同时在CPD=0期间，高位计数器LD2=0,计数器重新进行异步置数，之后高位计数器LD2=1，计数器在CPD时钟脉冲作用下，进行下一轮减计数。2.器件选择：共阴极七段显示器 2片；74LS48 2片；74LS192 2片；74LS10 1片；74LS00 1片；NE555 1片；发光二极管 1个；电阻、电容若干等；四具体电路图总体电路图五调试记录与结果先按照总图将元器件焊接到电路板上