三相异步电动机能耗制动系统设计说明

1、课程设计说明书作 者：hh学号：jj学 院：kk专 业:pp题 目： 三相异步电动机能耗制动系统设计指导者：hhhh目录1、引言 11.1 课程研究背景 11.2 课程研究的价值 11.3 课程设计的任务 22、三项异步电动机的基本结构和工作原理 22.1 三项异步电动机的基本结构 22.1.1 定子 22.1.2 转子 32.2 三项异步电动机的工作原理 43、三相异步电动机的能耗制动 53.1 能耗制动的原理 53.2 能耗制动的设计 63.2.1 电器元件的选择 63.2.2 计算与校验 63.2.3 能耗制动原理图 73.3 能耗制动的分析 73.3.1 能耗制动特点 9 73.3.2

2、 能耗制动控制线路 8结论 8参考文献： 91、引言1.1 课程研究背景三相异步电动机又称三项感应电动机 ,它的应用非常广泛，几乎涵盖了农业 生产和人类生活的各个领域。随着电气化、自动化技术的发展，三项异步电动 机得到了越来越好的控制。而电气化控制相较其他控制方法而言，更简洁便于操作，所以应用比较广 泛。本课题的控制是采用 PLC 的梯形图编程语言来实现的。梯形图语言是在可 编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、 使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能 也大大超过传统的继电器控制电路。三相异步电动机切断电源后，由于惯性作用，转子需要经

3、过一定时间才能 停止旋转，这往往不能满足有些机械设备的工艺要求，造成运动部件的停机位 置不准确，同时也影响生产效率的提高，因此必须对电动机采取有效的制动措 施。停机制动方法有两大类，即机械制动和电气制动。机械制动是采用机械制 动装置来强迫电机迅速停止，常用的有电磁抱闸制动和电磁离合器制动等。电 气制动是使电动机产生一个与原来转子转动方向相反的制动转矩而使其迅速停 止常用的有反接制动能、耗制动等 2 。长期以来，能耗制动始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样 的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供 安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需

4、要。由于 能耗制动综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超出其出现 时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运 算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量 和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制 10 。1.2 课程研究的价值特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩大了 能耗制动的功能，使其具有很强的的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多 行业，不管是农业还是工业，都有着举足轻重的作用。随着科学技术的发展与不断进步，电气工程与自动化技术正以令人瞩目的 发展快速的改变着我国的工业基础整体面貌。与此同时，该技术的

5、不断发展，对社会的生产方式、人们的生活方式和思 想观念也产生了重大的影响，并在现代化建设中发挥着越来越重要的作用，它正朝着智能化、网络化和集成化的方向发展。1.3课程设计的任务1. 设计能耗制动系统，合理选择实现能耗制动的电气元件2. 根据所选电气元件，设计能耗制动主回路及其控制回路3. 要求三相异步电动机停机后迅速切除电源2、三项异步电动机的基本结构和工作原理2.1三项异步电动机的基本结构7。三项异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子是静止不动的部 分，转子是旋转的部分，在定子与转子之间有一定的空隙，如图4.1所示圈三相异歩电动机的结悔曲2 弹赞片3轴承轎盖9龙子缆组G机座7定子怏芯2

6、.1.1 定子定子由铁芯绕组及机座组成定子铁芯是磁路的一部分，它由0.5毫米的硅钢片叠压而成一个整体固定 于机座上，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。定子铁芯的圆冲有定子 槽，槽中安放线圈如图4.2所示。定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子绕组分为3个部分对称地分布在定子铁芯上，称为三相绕组，分别用AX、BY、CZ表示，其中A、B、C称为首端，X、丫、Z称为末端，三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中 的电流在定子铁芯中产生旋转磁场。机座主要用来固定与支撑定子铁芯。中小心型异步电动机一般采用铸铁机 座。根据不同的冷却方式采用不同的机座。2.1.2转子转子由铁芯和绕组组成。转子铁芯也是电

7、动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而成为一个整体装在转 轴上。转子铁芯的圆冲有转子槽，槽中安放线圈如图 4.2所示。异步电动机转子多采用绕线式和鼠笼式两种形式。因此异步电动机按绕组 形式的不同分为绕线异步电动机和笼型异步电动机两种。绕线电动机和笼形电 动机的转子构造虽然不同，但工作原理是一致的。转子的作用是产生转子电流 及产生电磁转矩。绕线异步电动机转子绕组是由线圈组成，三相绕组对称放入转子铁芯槽。 转子绕组通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用以改善启动性 能与调节转速，如图4.3所示。囲13绕拔式转子蛊组与外接变齟器的连接1滑环转子斑粗2轴驭电刷4-確阻毎定于和转子的硅輛片r定子铁芯

8、徒钢片2-定予疑组 转子铁茜硅钢片4转子烧组笼型异步电动机转子绕组是在转子铁芯槽里插入铜条，再将全部同条两端 焊在两个同端环上组成，如图4.4所示。小型鼠笼式转子绕组多用铝离心浇铸 而成，转子铁芯如图4.5所示。團L3NZcs(b)1 s2.2三项异步电动机的工作原理三项异步电动机的工作原理，基于定子旋转磁场（定子绕组三项电流所产生 的合成磁场）和转子电流（转子绕组的电流）的相互作用。如图4.13（a）所示。当电动机的三相定子绕组（各相差 120度电角度），通入三相对称交流电 后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生 感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在

9、定子旋转磁场作用下将产 生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转 方向与旋转磁场方向相同。如图 4.13（ b）所示。（fl）绕组 W外形图也】3三相异步电动机接绘图和工作原理图（a）定子绕组导电源的接线图（时工作原理图4.5转子铁芯亂笼式转子3、三相异步电动机的能耗制动3.1能耗制动的原理异步电动机能耗制动的电路原理图一般如图 4.45 （a）所示。进行能耗制 动时，首先将定子绕组从三相交流电源断开（KM1断开），接着立即将一低压 直流电源接入定子绕组（KM2闭合）。直流电流通过定子绕组后，在电动机部 建立一个固定不变的磁场，由于转子在运动系统储存的机械能作用下继

10、续旋 转，转子导体就会产生感应电动势和电流，该电流与恒定磁场相互作用产生作 用方向与转子实际旋转方向相反的制动转矩。在它的作用下，电动机转速迅速 下降，此时运动系统储存的机械能被电动机转换成电能后消耗在转子电路的电 阻中。能耗制动时的机械特性如图 4.45（ b）所示。制动时系统运行点从特性曲 线1的a点平移至特性曲线2的b点，在制动转矩和负载转矩的共同作用下， 沿特性曲线2迅速减速。直到n等于0为止，当n等于0时，T等于0。所 以，能耗制动能准确停车，不像电源反接制动那样，如不及时切断电源会使电 动机反转，不过当电动机停止后不应再接通直流电源，因为那样将会烧坏电子 绕组8。另外，制动的后阶段

11、随着转速的降低能耗制动转矩也很快减小，所以 制动较平稳，但制动效果比电源反接制动差。可以用改变定子励磁电流If或转子电路串接附加电阻绕线异步电动机的大小来调节制动转矩，从而调节制动的 强弱，由于制动时间很短，所以通过定子的直流电流If可以大于电动机的电子额定电流，一般取If= （23） Iin(b)图4.45能耗制动时电路原理團和机械特性（”电路原理图（小机械特性3.2能耗制动的设计3.2.1电器元件的选择1.三相异步电动机2.接触器FR3.热继电器FU4.开关SB5.时间继电器KT6.滑动变阻器R7.整流装置8.变压装置9.继电器KM10.二极管11.热敏电阻PTC设计要求电动机自选，其主要

12、参数为:型号gkWLVV満载时丁 石»? (r min)/n/A貂1Y132S G396012. B/7.20, 752,02.03.2.2计算与校验能耗制动的强弱与通入直流电的大小和电动机转速有关系。在同样转速下，直流越大制动作用越强，一般直流电为电动机空载电流的 3-4倍。电机的 空载电流按不同磁极有所不同的，空载电流与额定电流之比有一定的关系：2极：2030% 6极：3550% 4极：3045% 8极：3560%所以先根据电机磁极数和额定电流计算出空载电流I,然后算出电机两相之间的电阻R，根据欧姆定律，即可计算出直流电压：U=3IR。知道了电机两相电阻，和直流电压，可以根据自己

13、的需要来选择限流电阻了，想要直流电流为， 则=U/ (R+)，和U,R已知，就可以计算出了。已知技术参数和条件，根据电机数据可得：P=60f/n0=3，确定电机是6极的。额定定子线电流为=12.8A，所以取空载电流I=X40%=5.12A。制动时的直 流电流为3I=15.36A。再算电机定子相电阻。由=(-)/Ns=0.04, R=0.95/,所以可 以算出R=0.65 Q。再确定经整流后的电压。因为采用的是桥式整流，任意两相 电流电压=220V，整流电路输出电压平均值 U=0.9=198V。制动时的电流由上 面可知为15.36A。所以选的可调电阻最小=(U/3I)-R=12.24 Q。故可调

14、阻12.24 Qo因为异步电动机制动直流电流为15.36A，故桥式电路中所选二极管流过的电流为0.5 X 15.36=7.68A,其所能承受的电压为X 198=225.8V。二极管应选承 受的最大电流大于7.68A,最大电压大于226V。交流继电器和时间继电器应该 是能受的最大电压大于130V。直流电压为：U=3IR=9.984V。根据经验，取定时器(1.5-2s) /kw，所以定时器取TON,T37,设置参数453.2.3能耗制动原理图能耗制动原理图如下：由于延时继电器在延时所设置的时间后便自动断开主触点，所以不用担心 电机转速为零时依然接入直流电源的问题。3.3能耗制动的分析3.3.1能耗

15、制动特点9制动作用的强弱与直流电流的大小和电动机转速有关，在同样的转速下电 流越大制动作用越强。一般取直流电流为电动机空载电流的34倍，过大会使定子过热。电动机能耗制动时，制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小，故 制动平稳且能量消耗小，但是制动力较弱，特别是低速时尤为突出；另外控制 系统需附加直流电源装置。一般在重型机床中常与电磁抱闸配合使用，先能耗 制动，待转速降至一定值时，再令抱闸动作，可有效实现准确、快速停车。能 耗制动一般用于制动要求平稳准确、电动机容量大和起制动频繁的场合，如磨 床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等等。332能耗制动控制线路切断电动机的三相交流电源后，立即在定子绕组入一

16、个直流电源，以产生 一个恒定的磁场，而因惯性旋转的转子绕组则切割磁力线产生感应电流，继而 产生与惯性转动方向相反的电磁转矩，对转子起到制动作用。当电动机转速降 至零时，再切除直流电源。这种消耗转子的机械能，并将其转化成电能，从而 产生制动力的制动方法，称为能耗制动法 。启动控制：按下SB2KM1线圈得电t 制动控制：需停时间一 I” '(SB2常开触点，丙合-KT线圈得电延时rKMl主触点新开-电动机脱离交滤电源学(KM2常辅助触点断幵-互锁-'KM1辅常闭触点闭合-KM2线圈得电-IKM2主触点闭合电动机定子绕组通入直流电里.(KM2常幵触点闭合t与KT常幵触点实现麻合目锁K

17、T延时断开常闭触点断开 KM2线圈断电tt(KM2主触点断开-能耗制动结束-电幼机自由停车至雾t 1KM2辅助常幵触点断幵-KT絃圈断电结论本次课程设计主意为：设计一个三相异步电动机能耗制动的主电路和控制 电路。一开始我以为这个课程设计很容易完成，因为这学期刚学的PLC书上有这个讲解，现成的控制电路图和主电路，需要的图我都可以在书上找到然后用 手机软件扫描下来，粘贴到 word。所以我就放心大胆地去做了。后来重新看 课程设计的要求才知道，不仅是要设计系统，还要针对某一具体电动机选定滑 动变阻器阻值产生某一具体直流电流来产生反转转矩，这就牵扯到一系列的计 算。好在后来查到了有关资料，算出了相应的

18、参数，成功解决了问题。再来还 需设定具体的时间继电器的定时时间，保证在电机完全停止或停止之前时间继 电器开始工作，断开主触点的开关。虽然要求说的是：电动机在速度为零的时 候迅速切断电源，本来我是想用速度继电器来完成这个任务的，但查阅资料后 发现没有哪种速度继电器能满足这个要求，所以只能通过设定时间继电器，在 电机停止转动之前断开主触点，切断电源。在网上查了资料后发现，根据经验 来说 ,能耗制动大概是 (1.5-2s)/kw 9 ,所以我选择通电延时的时间继电器，定时 4.5 秒。因为断开电源越早越好，所以定时时间宜短不宜长，就取 1.5s/kw ，电 动机额定功率 3kw ，定时 4.5 秒就应该断开了。还有就是主电路要过流保护，这个对我来说比较生疏，而过载保护过热保 护是比较熟悉的。之后查阅资料之后发现在主电路中串联PTC 热敏电阻 1就能完成过热保护了。这些问题也就得到了解决。参考文献：1 广鸿,过荣霞等 .小型三相异步电动机保护电路的设计 D.: 坦克学院实验中心 ,20022 黎觉钢 . 三相异步电动机的制动控制简述 J. ISSN： 1673-8918,2011,(13):190-1913 罗