机电传动设计课程
機電傳動設計課程課題名稱普通車床的設計專業機械製造與自動化班級ZJ1004姓名殷超學號102020020438指導老師孫鼎文目錄一系統簡介二系統工作原理及設計(1)電機啟動的工作原理及設計(2)電機調速的工作原理及設計(3)電機制動的工作原理及設計(4)電機控制電路的原理及設計(5)系統的工作原理三系統整體電路圖四原件一覽表五總結系統簡介1、机电传动与控制的目的与意义在现代化生产中,生产机械的先进性和电气自动化程度反映了工业生产发展的水平。现代化机械设备和生产系统已不再是传统的单纯机械系统,而是机电一体化的综合系统,电气传动与控制系统已成为现代化机械的重要组成部分。因此,从广义上讲,机电传动与控制就是要使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化;具体地讲,就是以电动机为原动机驱动生产机械,将电能转换为机械能,实现生产机械的启动、停止及调速,满足各种生产工艺过程的要求,实现生产过程的自动化。因此,机电传动与控制既包含了拖动生产机械的电动机,又包含了控制电动机的一整套控制系统。现代化生产要求有高的生产自动化程度,高的加工效率,大的工艺范围,能加速产品更新换代和开发数字化、自动化、智能化的机电一体化的产品,这无疑对机电传动与控制系统提出了越来越高的要求。而今特别突出的是电子、航空、航天及汽车工业等高新技术工业的发展,都依赖于机械工业制造技术,以及由“重大长厚”型转向“轻小短薄”型的工艺设备的发展。而每一次新技术的出现,都是同新型的加工方法、加工手段和测量控制技术的出现密切相关的。目前,我国正在加速制造技术领域的发展,引进国外先进技术,吸收新技术成果,并正在加快单机自动化、局部生产过程自动化、生产线自动化和全厂综合自动化的步伐。这些都离不开机电传动与控制。随着计算技术、微电子技术、自动控制理论、精密测量技术的发展,随着电机及电器制造业及各种自动化元件的发展,机电传动与控制正在不断创新与发展。目前直流或交流无级调速控制系统代替了结构复杂、笨重的变速箱系统,简化了生产机械的结构,使生产机械向性能优良、运行可靠、质量小、体积小、自动化的方向发展。近20年来各种机电一体化产品,如数控机车、工业机器人、电力机车、静电复印机、电动汽车、计算机磁盘光盘驱动器等都是现代生产机械自动化的成果,可见机电传动与控制在整个生产机械中占有极其重要的地位。为了培养新世纪机电一体化的复合型实用人才,必须掌握机电传动与控制的理论和方法系統工作原理及設計(1)電機啟動的工作原理及設計直接啟動直接启动的优点是所需设备少,启动方式简单,成本低。电动机直接启动的电流是正常运行的5倍左右,理论上来说,只要向电动机提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的5倍以上的,都可以直接启动。这一要求对于小容量的电动机容易实现,所以小容量的电动机绝大部分都是直接启动的,不需要降压启动。对于大容量的电动机来说,一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接启动的条件,另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机,影响电动机的使用寿命,对电网不利,所以大容量的电动机和不能直接启动的电动机都要采用降压启动。直接启动可以用胶木开关、铁壳开关、空气开关(断路器)等实现电动机的近距离操作、点动控制,速度控制、正反转控制等,也可以用限位开关、交流接触器、时间继电器等实现电动机的远距离操作、点动控制、速度控制、正反转控制、自动控制等。由于刚启动的时候转差率为1,也就是转子处于堵转状态,这时候由于转差率太大,也就是说转子导条和定子磁场的相对速度很高,这时候就会在转子导条的两端产生一个比较高的感应电压,由于转子导条处于短路状态,所以肯定会产生一个很大的启动电流,如果结合变压器来考虑的话,那么电动机转子就相当于变压器的负载侧,负载侧短路就相当于原边短路,所以转子的电流变化势必会表现在定子上面,这就会造成定子绕组输入电流达到额定电流的4到7倍,一旦转子转动起来以后,转差率变小,感应到转子上面的电压也会降低,这样转子电流就会降低,转子电流的变化同样也会表现在定子绕组上,这样等电动机启动结束以后其实感应到转子上的电压是比较低的,由于感应到转子的电压比较低,这样转子上面的电流也不会太大,相应的定子上面的电流也就不会太大,一旦加载以后,转差率的改变就会改变转子以及定子的电流使用自偶变压器降压启动采用自耦变压器降压启动,电动机的启动电流及启动转矩与其端电压的平方成比例降低,相同的启动电流的情况下能获得较大的启动转。如启动电压降至额定电压的65,其启动电流为全压启动电流的42,启动转矩为全压启动转矩的42。自耦变压器降压启动的优点是可以直接人工操作控制,也可以用交流接触器自动控制,经久耐用,维护成本低,适合所有的空载、轻载启动异步电动机使用,在生产实践中得到广泛应用。缺点是人工操作要配置比较贵的自偶变压器箱(自偶补偿器箱),自动控制要配置自偶变压器、交流接触器等启动设备和元件。Y降压启动定子绕组为连接的电动机,启动时接成Y,速度接近额定转速时转为运行,采用这种方式启动时,每相定子绕组降低到电源电压的58,启动电流为直接启动时的33,启动转矩为直接启动时的33。启动电流小,启动转矩小。Y降压启动的优点是不需要添置启动设备,有启动开关或交流接触器等控制设备就可以实现,缺点是只能用于连接的电动机,大型异步电机不能重载启动。转子串电阻启动绕线式三相异步电动机,转子绕组通过滑环与电阻连接。外部串接电阻相当于转子绕组的内阻增加了,减小了转子绕组的感应电流。从某个角度讲,电动机又像是一个变压器,二次电流小,相当于变压器一次绕组的电动机励磁绕组电流就相应减小。根据电动机的特性,转子串接电阻会降低电动机的转速,提高转动力矩,有更好的启动性能。在这种启动方式中,由于电阻是常数,将启动电阻分为几级,在启动过程中逐级切除,可以获取较平滑的启动过程。根据上述分析知要想获得更加平稳的启动特性,必须增加启动级数,这就会使设备复杂化。采用了在转子上串频敏变阻器的启动方法,可以使启动更加平稳。频敏变阻器启动原理是电动机定子绕组接通电源电动机开始启动时,由于串接了频敏变阻器,电动机转子转速很低,启动电流很小,故转子频率较高,F2F1,频敏变阻器的铁损很大,随着转速的提升,转子电流频率逐渐降低,电感的阻抗随之减小。这就相当于启动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时,频敏电阻器短接,启动过程结束。转子串电阻或频敏变阻器虽然启动性能好,可以重载启动,由于只适合于价格昂贵、结构复杂的绕线式三相异步电动机,所以只是在启动控制、速度控制要求高的各种升降机、输送机、行车等行业使用。软启动器启动软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置,国外称为SOFTSTARTER。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管交流调压器。运用不同的方法,改变晶闸管的触发角,就可调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中,软起动器的输出是一个平滑的升压过程,直到晶闸管全导通,电机在额定电压下工作软启动器的优点是降低电压启动,启动电流小,适合所有的空载、轻载异步电动机使用。缺点是启动转矩小,不适用于重载启动的大型电机。变频器启动通常,把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电(DC)。然后再把直流电(DC)变换为三相或单相交流电(AC)。变频器同时改变输出频率与电压,也就是改变了电机运行曲线上的N0,使电机运行曲线平行下移。因此变频器可以使电机以较小的启动电流,获得较大的启动转矩,即变频器可以启动重载负荷。变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能,价格贵但性能良好,内部结构复杂但使用简单,所以不只是用于启动电动机,而是广泛的应用到各个领域,各种功率、各种用途等都有应用。变频器可以改变初始输出频率,比如从0HZ开始输出频率,逐渐提升至150HZ,从而使启动电流减小,但是变频电机无法重载启动電機調速的工作原理及設計调速的方法不外乎通过3种途径改变电压电流频率调速控制的方式也就是通过负反馈来调整大的来说分为开环,半闭环控制和闭环控制开环就是设定参数后不会有任何修正的半闭环比如你用调电压的方式来调速,那么通过传感器检测电压是否调整到位,并给以负反馈闭环则是无论你用什么方式改变转速,都通过传感器检测转速提供负反馈,作用于调速的要素闭环控制最为精确逻辑控制方式最基本的与门或门非门,以及组合逻辑关系至于你所说的继电器只是执行元件,PLC是程序的载体只要逻辑关系清晰,可以通过最基本的电气元件如继电器组成逻辑控制电路甚至最基本的气动液压元件也可组成逻辑控制气路油路各大气动液压元件公司也推出了专用的逻辑阀当然,通过PLC或电脑可完成复杂的逻辑控制交流电动机的调速方法可分为改变同步转速调速和不改变同步转速调速两大类。改变同步转速调速主要有变频调速和改变磁极对数调速两种。不改变同步转速调速又称为改变转差率调速,主要是改变电源电压调速和采用转差离合器调速等。对于绕线式异步电动机,可以采用转子回路串联电阻的调速(较耗能)和串极调速等。直流电动机的调速可反为电枢绕组降压调速、电枢回路串联电阻调速和弱磁调速(减少励磁电流的调速)等三种。同步电动机的调速则主要采用变频调速。電機制動的工作原理及設計电机的制动方法200801132222三相异步电动机切除电源后依惯性总要转动一段时间才能停下来。而生产中起重机的吊钩或卷扬机的吊蓝要求准确定位;万能铣床的主轴要求能迅速停下来。这些都需要对拖动的电动机进行制动,其方法有两大类机械制动和电力制动。1机械制动采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器。1电磁抱闸断电制动控制电路电磁抱闸断电制动控制电路如图1所示。合上电源开关QS和开关K,电动机接通电源,同时电磁抱闸线圈YB得电,衔铁吸合,克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开,电动机正常运转。断开开关电动机失电,同时电磁抱闸线圈YB也失电,衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开,并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮,电动机被制动而停转。图中开关K可采用倒顺开关、主令控制器、交流接触器等控制电动机的正反转,满足控制要求。倒顺开关接线示意图如图2所示。这种制动方法在起重机械上广泛应用,如行车、卷扬机、电动葫芦大多采用电磁离合器制动等。其优点是能准确定位,可防止电动机突然断电时重物自行坠落而造成事故。2电磁抱闸通电制动控制电路电磁抱闸断电制动其闸瓦紧紧抱住闸轮,若想手动调整工作是很困难的。因此,对电动机制动后仍想调整工件的相对位置的机床设备就不能采用断电制动,而应采用通电制动控制,其电路如图3所示。当电动机得电运转时,电磁抱闸线圈无法得电,闸瓦与闸轮分开无制动作用;当电动机需停转按下停止按钮SB2时,复合按钮SB2的常闭触头先断开切断KM1线圈,KM1主、辅触头恢复无电状态,结束正常运行并为KM2线圈得电作好准备,经过一定的行程SB2的常开触头接通KM2线圈,其主触头闭合电磁抱闸的线圈得电,使闸瓦紧紧抱住闸轮制动;当电动机处于停转常态时,电磁抱闸线圈也无电,闸瓦与闸轮分开,这样操作人员可扳动主轴调整工件或对刀等。机械制动主要采用电磁抱闸、电磁离合器制动,两者都是利用电磁线圈通电后产生磁场,使静铁芯产生足够大的吸力吸合衔铁或动铁芯电磁离合器的动铁芯被吸合,动、静摩擦片分开,克服弹簧的拉力而满足工作现场的要求。电磁抱闸是靠闸瓦的摩擦片制动闸轮电磁离合器是利用动、静摩擦片之间足够大的摩擦力使电动机断电后立即制动。2电力制动电动机在切断电源的同时给电动机一个和实际转向相反的电磁力矩制动力矩使电动迅速停止的方法。最常用的方法有反接制动和能耗制动。1反接制动。在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序,使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。反接制动的实质使电动机欲反转而制动,因此当电动机的转速接近零时,应立即切断反接转制动电源,否则电动机会反转。实际控制中采用速度继电器来自动切除制动电源。反接制动控制电路如图4所示。其主电路和正反转电路相同。由于反接制动时转子与旋转磁场的相对转速较高,约为启动时的2倍,致使定子、转子中的电流会很大,大约是额定值的10倍。因此反接制动电路增加了限流电阻R。KM1为运转接触器,KM2为反接制动接触器,KV为速度继电器,其与电动机联轴,当电动机的转速上升到约为100转分的动作值时KV常开触头闭合为制动作好准备。反接制动分析停车时按下停止按钮SB2,复合按钮SB2的常闭先断开切断KM1线圈,KM1主、辅触头恢复无电状态,结束正常运行并为反接制动作好准备,后接通KM2线圈KV常开触头在正常运转时已经闭合,其主触头闭合,电动机改变相序进入反接制动状态,辅助触头闭合自锁持续制动,当电动机的转速下降到设定的释放值时,KV触头释放,切断KM2线圈,反接制动结束。一般地,速度继电器的释放值调整到90转分左右,如释放值调整得太大,反接制动不充分;调整得太小,又不能及时断开电源而造成短时反转现象。反接制动制动力强,制动迅速,控制电路简单,设备投资少,但制动准确性差,制动过程中冲击力强烈,易损坏传动部件。因此适用于L0KW以下小容量的电动机制动要求迅速、系统惯性大,不经常启动与制动的设备,如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。2能耗制动。电动机切断交流电源的同时给定子绕组的任意二相加一直流电源,以产生静止磁场,依靠转子的惯性转动切割该静止磁场产生制动力矩的方法。原理分析电动机切断电源后,转子仍沿原方向惯性转动,如图5设为顺时针方向,这时给定子绕组通入直流电,产生一恒定的静止磁场,转子切割该磁场产生感生电流,用右手定则判断其方向如图示。该感生电流又受到磁场的作用产生电磁转矩,由左手定则知其方向正好与电动机的转向相反而使电动机受到制动迅速停转。可逆运行能耗制动的控制电路如图6所示。KV1、KV2分别为速度继电器KV的正、反转动作触头,接触器KM1、KM2、KM3之间互锁,防止交流电源、直流制动电源短路。停车时按下停止按钮SB3,复合按钮SB3的常闭先断开切断正常运行接触器KM1或KM2线圈,后接通KM3线圈,KM3主、辅触头闭合,交流电流经变压器T,全波整流器VC通入V、W相绕组直流电,产生恒定磁场进行制动。RP调节直流电流的大小,从而调节制动强度。能耗制动平稳、准确,能量消耗小,但需附加直流电源装置,设备投资较高,制动力较弱,在低速时制动力矩小。主要用于容量较大的电动机制动或制动频繁的场合及制动准确、平稳的设备,如磨床、立式铣床等的控制,但不适合用于紧急制动停车。能耗制动还可用时间继电器代替速度继电器进行制动控制。电动机的制动方法较多,还有如电容制动、再生发电制动等,但实际应用主要是上述四种方法,其各有特点和使用场合。(4)電機控制電路的原理及設計總結認識幾個基本控制電路然後融合起來組成一張完整的車床控制電路