电工课程设计

1、 广东石油化工学院电工电子实验中心题目：三相异步电动机的顺序启动、反接制动的电路设计与计算班级：装控12 学号： 姓名： CLX 指导教师： MQ 时间： 2014.3.3-2014.3.9 电工电子技术课程设计任务书姓名： CLX 班级 ： 装控12 指导老师： MQ 设计课题：三相异步电动机的顺序启动、反接制动的电路设计与计算设计任务与要求根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1、 主轴电动机为直接启动、反接制动。电动机只有一个转向（正转），当需要反向时，由机械的换向装置来实现。2、 为了加工前对刀的需要，主轴电动机应具有点动功能。3、 冷却泵电动机是为零件加工时冷却刀具

2、而设置的，当主轴电动机启动后，方可启动冷却泵电动机。4、 冷却泵电动机为直接启动、自由停车。5、 电路要具有可靠的短路保护和过载保护。6、 计算（1）画出主轴电动机各相绕组的电压，电流的相量图。（2）计算主轴电动机绕组的阻抗。（3）若将主轴电动机的cos提高到0.95，每相绕组应并联多大的电容？（4）该台车床每天工作8h，1个月消费的电能是多少？若每度电按0.5元计算，1个月的电费开支是多少？设计步骤1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、列出

3、标准的元件清单；5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料参考文献1、 唐介 电工学（少学时）第三版2、 李永泉、郑存芳等电工技术课程设计3、 百度百科 目录一、所需电子元件简介4二、电气控制电路设计6三、电气元件的选择10四、电子元件明细表12五、计算14六、心得体会16一、 所需电子元件简介1、 自动空气开关自动空气开关又称自动空气断路器，是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以用于不频繁的启动电动机。自动空气开关具有

4、操作安全使用方便工作可靠安装简单动作后(如短路故障排除后)不需要更换元件（如熔体）等优点。因此，在工业住宅等方面获得广泛应用。2、 交流接触器交流接触器主要有四部分组成:(1) 电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统,包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。工作原理：当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通

5、电源。当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源；交流接触器又可分为电磁式，永磁式和真空式三种。常用的交流接触器CJ10，CJ40，CJ12，CJ20和引进的CJX，3TB，B等系列。3、 热继电器热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护热继电器的过载保护。在电路图中的符号为FR。继电器作为电动机的过载保护元

6、件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。4、 速度继电器速度继电器（转速继电器）又称反接制动继电器。 它的主要结构是由转子、定子及触点三部分组成。速度继电器主要用于三相异步电动机反接制动的控制电路中，它的任务是当三相电源的相序改变以后，产生与实际转子转动方向相反的旋转磁场，从而产生制动力矩。因此，使电动机在制动状态下迅速降低速度。在电机转速接近零时立即发出信号，切断电源使之停车（否则电动机开始反方向起动）。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种。其中，JY1型可在7003600r/min范围内可靠地工作；JFZO1型使用于3001000r/min；JFZO-2型适用于

7、10003600r/min。他们都具有两个常开触点、两个常闭触点，触电额定电压为380V，额定电流为2A。一般速度继电器的转轴在130r/min左右即能动作，在100r/min时触头即能恢复到正常位置。可以通过螺钉的调节来改变速度继电器动作的转速，以适应控制电路的要求。二、电气控制电路设计主电路图控制电路图1、 主轴电动机的启动与点动控制合上空气开关QC后，U1、V1、W1线得电，控制电路电源取自U1、V1、两线，若熔断器FU2完好，380V交流电压加到了1、2号线两端。当启动电动机M1时按下启动控制按钮SB2，则接触器KM1线圈得电，KM1的主触点和辅助触点同时吸合，主触点吸合使主轴电动机启

8、动旋转，辅助触点（3，11）吸合使KM1线圈自锁，这时松开SB2，电动机处于工作状态。上面所描述的为主轴电动机自动工作状态，11号与5号线的开关S处于闭合状态，如果进行点动控制时，将开关S扳到点动的位置（11号与5号线断开），同时按下启动按钮SB2，虽然KM1的主触点和辅助触点都闭合，但由于S的断开不能将KM1线圈自锁，松开按钮SB2时KM1线圈断电。即按下SB2时电动机转动，松开SB2时电动机停止转动。2、 主轴电动机的反接制动控制反接制动就是在制动时要将定子绕组三相电源的任意两相对调，改变定子绕组的旋转磁场方向，产生制动力矩，使转子的转速迅速下降。但还必须保证在转子转速接近于零时，定子绕组

9、脱离电源才能达到制动的目的；否则，电动机会反转。能反映转子转速的只有速度继电器，所以反接制动必须使用速度继电器BV来实现。当要使主轴反接制动时，按下停止按钮SB1，因SB1的常闭触点（1,3）断开，KM1线圈失电，电动机M1的定子绕组也失电，但由于惯性，转子仍在旋转。由于转子与速度继电器同轴连接，BV也具有转子的速度，它的常开触点（13,15）处于闭合状态，所以在按下SB1时，SB1的常开触点（1,13）接通，BV的常开触点（13,15）也接通；又由于KM1已断电，KM1的常闭触点（17,21）复位。所以KM2线圈得电，KM2的主触点将三相电源的U1、W1两相对调，从而产生制动力矩，转子的转速

10、迅速下降。当转子的转速下降至BV的复位转速（100r/min）时，BV的常开触点（13,15）断开，KM2线圈失电，定子绕组脱离三相电源，从BV的复位转速到转子停止转动的过程为自由停车。3、 冷却泵电动机的启动与停止控制冷却泵电动机的启动一定要在主轴电动机启动后才能进行，所以在冷却泵电动机的启、停电路中串入KM1的辅助常开触点（1,23）。SB4为启动按钮，SB3为停止按钮，这是直接启动控制电路。4、 需要说明的问题（1） 互锁环节的使用KM1为电动机正常工作用的接触器，KM2为反接制动用接触器。若同时吸合会造成电源相间短路，因此必须进行互锁。在该电路中使用了两种互锁措施：一是触点互锁，利用K

11、M1和KM2的常闭触点（17,21）与（5,7）将它们分别串联在对方线圈的通电回路中；二是按钮互锁，利用SB1和SB2的常闭触点（1,3）与（15,17），同样分别串联在KM1和KM2线圈的通电回路中。两种互锁措施保证了在任何情况下KM1和KM2都不会同时吸合，就消除了造成电源相间短路的可能性。（2） 热继电器触点位置的安放过载保护是利用热继电器KR的常闭触点过载时触点断开电源来实现的。对于主轴电动机要过载时，冷却已经没有任何意义了，所以KR1的常闭触点（2,4）放置在上端，即KR1的常闭触点（2,4）用来断开控制电路的电源，而KR2的常闭触点（4,8）安放在冷却泵电动机的启、停电路上方，这是

12、因为主轴电动机有时不需要冷却，所以它的过载不应影响主轴电动机的启动。5、电气元件实物连接图三、电气元件的选择1、自动空气开关Q自动空气开关Q用于三相电源的引入和两台电动机的短路保护。根据空气开关的选择方法，主要选择额定电压、额定电流和允许分断的极限电流。（1） 额定电流。自动空气开关的额定电流应大于或等于负载允许的工作电流。负载（主轴电动机M1，冷却泵电动机M2之和）长期工作的电流：M1为11.6A，M2为2.52A，它们之和为14.12A。所以选等于或大于14.12A额定电流的空气开关。（2） 额定电压。选额定电压为380V作为三相电源的引入。（3） 电磁脱扣的整定电流。电磁脱扣的整定电流可

13、以保护电动机的短路，它的选择方法为大于负载正常工作的尖峰电流，对于电动机应为主轴电动机M1启动电流的1.7倍。启动电流Ist=(5-7)IN,如果选7倍的话，M1的启动电流：Ist=11.6×7=81.2（A）所以电磁脱扣的整定电流为81.2×1.7=138.04（A）。可整定为140A。5、 热继电器KR1、KR2主轴电动机M1的额定电流为11.6A，应选用JR16B-20型热继电器，热元件电流为16A，整定电流范围为10A16A。额定电流调整为11.6A。冷却泵电动机M2的额定电流为2.52A，应选用JR16B-10型热继电器，热元件电流为10A，整定电流范围为2.0A

14、3.0A。额定电流调整为2.52A。6、 熔断器FU1、FU2FU2是对主轴电动机M1、冷却泵电动机M2这两台电动机进行保护的熔断器。熔体电流为：IKR11.6×7+2.522.5=33.49(A)选用RL1-15型螺旋式熔断器，配用35A的熔断体。FU1选用RL1-15型熔断器，配用最小等级的2A熔断体。7、 交流接触器KM1、KM2、KM3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：IKMPN×103KUN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

15、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：IKM5.5×1031.4×380=10.34（A）控制回路电源为380V，需要三对主触点，两对辅助常开触点，一对辅助常闭触点，所以选用CJ10-20型交流接触器，电磁线圈电压为380V。同理可得KM2应选CJ10-20型交流接触器，KM3应选CJ10-10型交流接触器。四、电子元件明细表符号名称型号规格数量M1异步电动机YB2S-45.5KW 380V 1440r/min1M2冷却泵电动机Y801-20.75KW 380V2830r/min1Q自动开关DZ10-2503极380V 20A1K

16、R1热继电器JR16B-20额定电流16A整定电流11.6A1KR2热继电器JR16B-10额定电流10A整定电流2.52A1FU1熔断器RL1-15500V 熔体35A1FU2熔断器RL1-15500V 熔体2A1KM1交流接触器CJ10-2020A 线圈电压380V1KM2交流接触器CJ10-2020A 线圈电压380V1KM3交流接触器CJ10-10线圈电压380V1BV速度继电器JY11SB1 SB2 SB3控制按钮LY103S摇头开关M201五、计算（1）画出主轴电动机各相绕组的电压、电流的相量图。主轴电动机M1采用三角形联结，联结电路如下图所示每相负载的首端都依次与另一相负载的末端

17、连接在一起，形成闭合回路。然后，将三个连接点分别接到三相电源的三根相线上，此为三相三线制。如图所示可知，在图示参考方向下，线电压与相电压的关系式为：U12=U1U23=U2U31=U3线电压的有效值等于相电压的有效值，即：UL=UP线电流与相电流的关系式为：IL1=I1-I3IL2=I2-I1IL3=I3-I2根据上面的相量图，用几何方法由相量图可求得线电流的有效值等于相电流有效值的3倍，即：IL=3IP在相位上，线电压与对应的相电压相位相同，线电流滞后相相电流30°。（2）计算主轴电动机绕组的阻抗。因为主轴电动机M1采用三角形联结，所以UP=UL=UNIP=IN3|Z|=UPIP代

18、入数值可解得绕组阻值为56.67欧。（3） 若将主轴电动机的cos提高到0.95，每相绕组应并联多大的电容？解：通过经验公式求C。并联电容公式：C=P2fU2(tanL-tan)P为有功功率，F为交流电流频率，U为电容两端电压，L为未并联电容时的功率因素角，为提高后的功率因素角。未并联电容时，主轴电动机的功率因数L=cosL=0.84，故L=arccos0.84=32.86°并联电容后，主轴电动机的功率因数L=cosL=0.95，此时L=arccos0.95=18.19°代入数值解得C=38.4F（4）该台车床每天工作8h，1个月消费的电能是多少？若每度电按0.5元计算，1

19、个月的电费开支是多少？解：该车床在额定状态下的总功率P=P1+P2=5.5+0.75=6.25（kw）每小时消耗的电能为6.25kw.h每月按30天计，所以一个月消耗的电能为6.25×8×30=1500（kw.h）电费总开支为1500×0.5=750（元）六、心得体会通过这次为期一周的电工电子课程设计，同学们都从中收获了很多知识，懂得了很多以前不知道的东西，下面就分享一下我个人的收获了吧！俗话说“万事开头难”，真的是一点也没错，经过一上午的认真分析，选择，最终才确定了这次课程设计的课题三相异步电动机的顺序启动、反接制动的电路设计与计算或许大家会很奇怪，为什么不选家庭照明电路设计呢？原因其实也挺