电机及拖动课程设计报告-工作台往返循环电机拖动系统设计

1、-. z.电机与拖动课程设计说明书工作台往返循环电机拖动系统设计学生*支昊学生*学院名称信电工程学院专业名称电气工程及其自动化指导教师韩成春2014年1月8日-. z.摘要中型企业普通采用了先进的自动化系统对生产过程进展控制，但绝大局部小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进展控制。因此，自动化在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在*些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用自动化系统实现工作台自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简单、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理

2、解和掌握。在本次设计中，通过对工作台自动往返循环系统原理分析，理解工作台的运行过程和其中的制约关系。然后预选出电动机，对电动机的校验最终确定电动机的机型。再对工作台的制约关系，设计电路的主控电路和控制电路，最终完成课程设计。关键词自动化；工作台；往返循环控制-. z.目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc377123233摘要 PAGEREF _Toc377123233 h IHYPERLINK l _Toc3771232341 绪论 PAGEREF _Toc377123234 h 1HYPERLINK l _Toc3771232351.1设计背景 PAGER

3、EF _Toc377123235 h 1HYPERLINK l _Toc3771232371.2设计任务及要求 PAGEREF _Toc377123237 h 1HYPERLINK l _Toc3771232411.3设计指导 PAGEREF _Toc377123241 h 1HYPERLINK l _Toc3771232432 工作台往返循环电机拖动系统原理分析 PAGEREF _Toc377123243 h 2HYPERLINK l _Toc3771232442.1拖动系统的机械运动示意图 PAGEREF _Toc377123244 h 2HYPERLINK l _Toc377123246

4、2.2拖动系统的工作原理 PAGEREF _Toc377123246 h 2HYPERLINK l _Toc3771232513 电动机的选择 PAGEREF _Toc377123251 h 3HYPERLINK l _Toc3771232523.1负载转矩的测量 PAGEREF _Toc377123252 h 3HYPERLINK l _Toc3771232533.2电动机类型的选择 PAGEREF _Toc377123253 h 3HYPERLINK l _Toc3771232543.3电动机电压和转速的选择 PAGEREF _Toc377123254 h 3HYPERLINK l _To

5、c3771232553.4电动机工作制的选择 PAGEREF _Toc377123255 h 4HYPERLINK l _Toc3771232563.5电动机型号的选择 PAGEREF _Toc377123256 h 4HYPERLINK l _Toc3771232574电动机的校验 PAGEREF _Toc377123257 h 6HYPERLINK l _Toc3771232584.1电动机的发热校验 PAGEREF _Toc377123258 h 6HYPERLINK l _Toc3771232604.2电动机的起动校验 PAGEREF _Toc377123260 h 7HYPERLIN

6、K l _Toc3771232614.3电动机的过载校验 PAGEREF _Toc377123261 h 7HYPERLINK l _Toc3771232624.4电动机的长期运行校验 PAGEREF _Toc377123262 h 7HYPERLINK l _Toc3771232665 系统电路图的设计 PAGEREF _Toc377123266 h 8HYPERLINK l _Toc3771232675.1主电路的设计 PAGEREF _Toc377123267 h 8HYPERLINK l _Toc377123268主电路设计分析 PAGEREF _Toc377123268 h 8HYP

7、ERLINK l _Toc377123269主电路电路图 PAGEREF _Toc377123269 h 8HYPERLINK l _Toc3771232705.2控制电路设计 PAGEREF _Toc377123270 h 9HYPERLINK l _Toc377123271控制电路设计分析 PAGEREF _Toc377123271 h 9HYPERLINK l _Toc377123272控制电路电路图 PAGEREF _Toc377123272 h 9HYPERLINK l _Toc377123273结论 PAGEREF _Toc377123273 h 11HYPERLINK l _To

8、c377123274参考文献 PAGEREF _Toc377123274 h 12-. z.1 绪论设计背景随着计算机技术、无线技术、现场总线技术、工业以太网技术、IT技术、机器人技术，传感器技术以及平安技术等科学技术的不断开展与创新，工厂自动化开展到了新阶段，不断增加的功能集成提升了所有驱动技术中集散的智能化，保证这些设备在初次连接时能得到恰如其分的使用，并在系统中充分地发挥各自的优势。工作台往返循环电机拖动系统在现在工业中常用于机床、物流分拣等领域，此系统的应用大大提高了工业运作的效率，节省了大量的人力物力，实现了工业生产的现代化。1.2设计任务及要求1设计一个电气原件的工作台自动往返循环

9、控制线路2工作台循环工作电机应可靠起动、运转、停顿3工作台往返工作既可实现手动也可满足自动1.3设计指导查阅资料理解工作台的往返循环工作的原理及构造。为简化设计过程，工作台驱动电机可自行选择，但选择电机后需要进展校验如类型、容量、起动能力、过载能力、温升及工作制等，对题目未知的参数可根据类似产品的说明书或电气工程手册查询。2 工作台往返循环电机拖动系统原理分析2.1 拖动系统的机械运动示意图工作台往返循环电机拖动系统是由电动机通过齿轮带开工作台在规定的区域内左右平移，并能实现手动和自动控制的一个系统。具体模型如图2-1所示。图2-12.2 拖动系统的工作原理当工作台挡板停在行程开关SQ1和SQ

10、2之间任意位置时，可以通过启动开关使电动机带开工作台运行。例如按下开关SB1，电动机正转，带开工作台向左进。或按下开关SB2,电动机反转，带开工作台右进。当工作台到达终点左往行程开关SQ1时候，需通过控制，使电动机停转；同时通过开关键变化，使电动机反转，拖开工作台向右移动；并未下次正转做准备。当电机反转拖开工作台向右移动到一定位置时，挡块2碰到行程开关SQ2，通过控制，使电动机停转；同时通过开关键变化，使电动机再次开场正转。如此反复循环，使工作台在预定行程内自动反复往返运动。3 电动机的选择3.1 负载转矩的测量因为工作台实现的是平移运动，根据平移作用力折算的等效负载转矩公式式3.1 式3.1

11、式中：表示等效负载转矩表示平移作用力表示工作台移动速度表示传动效率表示电动机角速度表示电动机的转速假设电动机的重力 QUOTE ，移动速度，工作台与导轨之间的摩擦系数，电动机的转速n=1390r/min，传动效率。则平移作用力等效负载转矩3.2 电动机类型的选择选择哪种类型的电动机，一方面要根据生产机械对电动机的机械特性、起动特性性能、调速特性、制动方法和过载能力等方面的要求，对各种类型的电动机进展分析比拟；另一方面在满足上述要求的前提下，还要从节省初期投资，减少运行费用等经济方面进展综合分析，最后将电动机的类型确定下来。在对起动、调速等性能没有特殊要求的情况下，优先选用三相笼型异步电动机。3

12、.3电动机电压和转速的选择因为电动机的功率比拟小，所以选用380V三相笼型异步电动机。对于额定功率一样的电动机额定转速高，电动机的重量轻、体积小、价格低、效率和功率因数对三相异步电动机而言比拟高。假设生产机械的转速比拟低，电动机的额定转速比拟高，则传动机构复杂、传动效率降低，增加了传动机构的本钱和维修费用。因此，综合分析电动机和生产机械两方面的各种因素最终确定电动机的额定转速为。3.4电动机工作制的选择因为电动机一旦起动就处于连续工作状态，当电动机电源反接时，电动机转轴不能实现立即反转，存在一小段时间的反转制动，然后又继续工作，如此循环往复，是周期工作制，所以选用包括电制动的连续周期工作制S7

13、工作制。3.5电动机型号的选择Y系列电动机是全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机。Y系列电机具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准。采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为IC411。Y系列电机，额定电压为380V，额定频率为50Hz，3kW及以下为Y接法，4kW以上为接法。Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行平安可靠。Y80315电动机符合Y系列IP44三相异步电动机技术条件/T9616-1999。Y355电动机符合Y系列IP44三相异步电动机技术条件5274-91。Y80315电动机采用B级绝缘。Y355电

14、动机采用F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kW及以下为Y接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。表3-1电动机型号及相关参数型号额定功率额定电流转速效率功率因数堵转转矩堵转电流最大转矩噪声振动速度重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skg同步转速 1500r/min 4级Y80M1-40.551.5139073.00.762.46.02.356671.817Y80M2-40.

15、752139074.50.762.36.02.356671.817Y90S-41.12.7140078.00.782.36.52.361671.825Y90L-41.53.7140079.00.792.36.52.362671.826额定转矩的计算公式式3.2式中：表示额定转矩表示额定功率表示额定转速根据电动机的详细参数计算得：表3-2不同型号对应的额定转矩型号额定转矩Y80M1-43.78Y80M2-45.16Y90S-47.51Y90L-410.24因为负载转矩 QUOTE ，所以选择Y80M2-4型号电动机。4电动机的校验4.1电动机的发热校验图4-1假设工作台匀速运动，由动能定理式41

16、式中 表示电动机启动的时间；表示电动机的额定功率；表示电动机的功率因数； 表示工作台的质量；表示工作台的平移速度。可求得恒定负载运行时，假设恒定负载运行,由等效功率校验法，等效功率由于，所以发热校验合格。4.2电动机的起动校验根据查表得Y80M2-4型电动机的起动转矩倍数、起动电流倍数起动转矩为起动转矩大于起动时的负载转矩的1.11.2倍，起动转矩满足起动条件。起动电流为起动电流小于电路保护的额定电流，起动电流满足起动条件4.3电动机的过载校验根据查表得Y80M2-4型电动机的最大转矩倍数电动机的最大转矩大于电动机的负载转矩，过载转矩符合过载要求。4.4电动机的长期运行校验因为,所以此电动机可

17、以长期运行。5 系统电路图的设计5.1主电路的设计主电路设计分析因为任务要求电动机能实现正反转，所以电动机主电路必须由两个开关来控制两个主电路的通断，且两个电路不能同时接通，另外主电路中应该存在熔断器和热继电器来保护电路，由于两个电路实现电动机的转向不同，所以两个电路连接电动机的相序不同。另外电动机的额定功率比拟小，所以采用Y接法5.1.2主电路电路图图5-1 系统主电路图图中：L1、L2、L3表示三相380V交流电源QS表示电路电源开关FU1表示主电路熔断器KM1表示电动机正转电路开关KM2表示电动机反转电路开关FR表示热继电器当KM1闭合时电动机正转，当KM2闭合时电动机反转。5.2控制电

18、路设计5.2.1控制电路设计分析设计任务要求，当工作台挡铁1从右向左触碰到限位开关SQ1时，电动机从正接变为反接，工作台减速至零，挡铁1停在限位开关SQ1和超限开关SQ3之间，并开场从左向右运动，当挡铁2从左向右触碰到限位开关SQ2时，电动机从反接变为正接，工作台减速至零，挡铁2停在限位开关SQ2和超限开关SQ4之间，并开场从右向左运动。假设限位开关SQ1或SQ2失效时，工作台会继续向左或向右运动然后挡铁1或挡铁2会触碰到超限开关SQ3或超限开关SQ4，此时需要电机停顿转动排除故障或者让超限开关自行进展校正代替限位开关实现控制功能，人为停顿系统停顿，并排除故障。本系统选择的是后者。除此之外控制

19、回路应有自己的线路保护，并当主回路温度过高时可以自动使系统停顿运行，当启动开关按下时，线路应该有自锁电路使通过电磁继电器线圈的电流保持。停顿按钮应该保持常闭，当按下时整个控制回路应该失电。电路要能实现手动和自动控制。5.2.2控制电路电路图图5-2工作台往返循环电机拖动系统电路图图中：FU2表示控制回路熔断器 SB3表示停顿自恢复按钮 SB1表示正转自恢复按钮 SB2表示反转自恢复按钮 KM1、KM2表示电磁继电器线圈 SQ1-1、SQ-1表示限位开关常闭 SQ1-2、SQ2-2表示限位开关常开 SQ3-1、SQ4-1表示超限开关常闭 SQ3-2、SQ4-2表示超限开关常开 FR表示热继电器

20、按下电源开关QS，主电路和控制电路得电，此时按下正转开关SB1，电流经SQ1-1、SQ3-1、KM2辅助常闭开关、KM1电磁线圈，使继电器KM1闭合，则主电路通，电机M正转，KM1辅助常开开关闭合，和SQ1-1、SQ3-1、KM2辅助常闭开关、KM1线圈构成自锁电路，当工作台挡铁1从右向左碰到SQ1时，SQ1-1由闭合变成断开，线圈KM1没有电流通过，继电器KM1断开；同时SQ1-2闭合，电流经过SQ2-1、SQ4-1、KM1辅助常闭开关、KM2线圈，使继电器KM2闭合，KM2辅助常开开关闭合和SQ2-1、SQ4-1、KM1辅助常闭开关、KM2线圈构成自锁回路，同时主电路另一条电路通道导通，由于电源三相U、V、W中的U相和W相位置互换，电动机反转制动，然后反向旋转，带开工作台从左向右运动。当工作台挡铁2从左向右碰到SQ2时，SQ2-1断开、继电器KM2断开、SQ2-2闭合、继电器KM1闭合，电机正转制动，并带开工作台从右向左运动，如此循环往复。假设SQ1或者SQ2失去作用，工作台继续运动，此时SQ3或SQ4将代替SQ1、SQ2