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毕业设计论文
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毕业设计 啤酒桶清洗机设计 ,毕业设计论文
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毕业设计（论文） 题 目 : 啤酒桶清洗机设计 nts 1 论 文 摘 要 本设备是专为啤酒桶的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及 CO2 备 压 等 全 部 工 序 。 本 设 备 适 用 桶 的 尺 寸 为 高 度H360 H560，直径 250 500。本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。 由于 可编程控制器 在工业控制方面的应用意义日趋明显，已在机械制造、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛 的应用。它具有功能强大、使用可靠、维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。本文讨论的是 PLC 在实际工业控制系统的应用。 关键词： 管路系统 清洗机 nts II Abstract This equipment designed for cleaning and sterilizing casks. The equipment is automatic. The key processes contain discharging remnants, swilling with water, swilling with disinfectant, swilling with aseptic water and inflating with CO2. The height of cask is 360 560.The diameter is 250 500. The equipment is made of chassis, control unit, electromagnetic valve and piping. The center of manipulative unit is the MITSUBISHI PLC. PLC controls all of the running processes. Applied meaning that programmable logic controller have in its control the aspect in the industry gradually obvious, combine at manufacture， generate electricity, chemical engineering, electr onics etc profession craft the equipments electricity control the aspect got the extensive application. It have the function strong and big, the usage is dependable, maintain the many advantage of simple etc., and already and gradually replaced after the logic control of the electric appliances electric circuit in a lot of places. But what the text discussion is a PLC in the actual industry to control the systems application. nts III Key Words: PLC Piping Cleaning Machine 目 录 论 文 摘 要 . I 关键词： . I ABSTRACT . II KEY WORDS: . III 目 录 . III 前言 . V 第 1 章 机器总 体设计方案 . 6 1.1 清洗机的可行性报告 . . 6 1.2 清洗机的用途特点 . 6 1.2.1 清洗机用途及使用范围 . 6 1.2.2 啤酒桶简介 . 6 1.2.3 清洗特点 . 7 1.3 机 器总体设计方案 . 8 第 2 章 机架的设计 . 10 2.1 焊接简介 . 10 2.1.1 焊缝布置 . 10 2.1.2 焊接方法的选择 . 11 2.1.3 焊接接头 . 11 2.2 不锈钢简介 . 11 2.3 机架的设计 . 14 第 3 章 管路的设 计 . 19 3.1 管路的设计 . 19 3.2 清洗头的设计 . 19 3.2.1.清洗头的受力分析： . 20 3.2.2 弹簧的设计： . 21 3.3 器件选型 . 22 nts IV 3.3.1.选择液压泵，电机： . 22 3.3.2 选择气缸： . 23 3.4 水 箱 . 24 第 4 章 电路的设计 . 28 4.1 电路设计 . 28 4.2 器件介绍 . 28 4.2.1 电机 . 28 4.2.2.固体继电器 . 30 4.2.3 低压断路器 . 33 4.2.4 整流、滤波 . 34 第 5 章 PLC 程序的设计 . 38 5.1 PLC 技术基本原理 . 38 5.1.1 PLC 的发展历程 . 38 5.1.1 PLC 的体系结构 . 39 5.1.3 PLC 的通信联网 . 41 5.1.4 PLC 的工作原理 . 41 5.2 PLC 控制程序设计 . 43 5.2.1 PLC 控制系统的设计基本原则 . 43 5.2.2 PLC 编程步骤 . 43 5.2.3 PLC 提供的编程语言 . 43 5.3 I/O 分配表 . 45 5.4 语句表 . 50 第 6 章 结论 . 53 6.1 关于机器 . 53 6.2 关于设计 . 53 致 谢 . 55 参 考 文 献 . 56 nts V 前言 啤酒桶清洗机使用广泛 ,而本设计采用 PLC 控制。安全可靠易修复。为了对整个设计进行详细的说明，特编写以下章节。书中着重讲了总体设计方案及可行性。全面介绍了所采用的材料及所用到的元件。并且阐述了其工作原理和工作环境。随着科学技术的发展以及具体使用环境的变化，设计和介绍中难免有不足之处，恳请指教。 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 6 第 1 章 机器总体设计方 案 1.1 清洗机的可行性报告 . 随着社会的发展 ,人们生活水平的提高 。人们可以花更多的时间和金钱来改善自己的饮食 .许多场合都将用到啤酒 ,而且这个市场也越来越大 .所以生产啤酒及保鲜的桶也将随之增涨 ,因而对于啤酒桶的清洗也是一次重要工种和很大的市场 .本设备就是在这种情况下萌生的设计 ,既然是将投入应用 ,同样是清洗消毒的设备 ,那就要考虑其性能比 ,这就要求其在保证功能和质量的前提下 .所需费用要有优势 .本设备采用 PLC全程控制 .所用的材料都考虑了使用条件和范围以及所需费用 .其工作过程为排残液 -清 水冲洗 -消 毒液冲洗 -无菌水冲洗 - CO2 备压 .操作简单 ,效率高 ,易于大规模和单个用户使用 . 1.2 清洗机的用途特点 1.2.1 清洗机用途及使用范围 本设备是专为啤酒保鲜容器（包括不锈钢、塑料保鲜桶及扎啤桶）的清洗、消毒设计的。该设备可以自动完成清洗消毒及 CO2 备压等全部工序。本设备为倒置清洗方式适用桶的尺寸为高度 H360 H560，直径 250 500 即容积为5L， 10L， 20L 的标准啤酒桶。 主要结构：本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气冲系统和水路系统组成。 工作原理：本机控制单元采用以三 菱公司的可编程控制器为核心对机器进行全过程控制。主要工作过程为排残液 清水冲洗 消毒液冲洗 无菌水冲洗 CO2 备压。 1.2.2 啤酒桶简介 啤酒桶的结构简图如图 1.4 所示 灌酒时酒液由酒矛（以下简称内圈）注入可减少泡沫的产生以保证酒液内nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 7 CO2 的含量，出酒时可在酒桶顶部安装上置式出酒器由桶内 CO2 备压将酒压出，也可以在酒桶下部安装下置式（水龙头式）的出酒器。由于出酒器接口并不存在清洗困难的问题且出酒器不在本设计研究范围内，所以啤酒桶结构简图中没有画出下置式出酒器的接口位置 . 1.2.3 清洗特点 （ 1）清洗时， 每次清洗液均由内圈注入，由内圈注入可利用清洗液的压力直接冲刷酒桶底部。 （ 2）洗液注满后进行气冲，即内外圈同时充入大量气体使桶内清洗液“沸腾”，用气泡破裂的力量清洗酒桶内壁，排液时内外圈同时排液。为保证酒桶内尽可能不含氧气及不洁净气体，所以气冲时用 CO2。 （ 3）为保证出酒压力和酒液品质，最后应进行 CO2 备压。 内胆壁连接板密封元件垫板 酒矛弹性元件图 1.2.3 酒桶内胆结构简图 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 8 1.3机 器总体设计方案 本机的输出状态为喷嘴射流作业。受酒桶结构限制，清洗其内壁时只能将酒桶 倒置于工作台上以便清洗液全部排空。本机可以清洗不同容积的酒桶，标准容积的酒桶出口结构尺寸也都是一样的，所以在充入液体或气体压力一定的情况下，注满的时间不同。所以通过改变各个控制阀开闭的时间就可以满足清洗不同容积的桶的要求。 本机由一个工人站立操作。由人体工程学可知站姿的操作范围如图 1.5 所示。整个操作过程是：将酒桶搬起倒置于工作台上，按启动开关机器自动运行，整个清洗完成后再将酒桶搬下。本机拟一次同时清洗两只酒桶，这样既可以提高工作效率，也不致使工人一次搬运过多酒桶而产生疲劳感。 由于本机的输出状态为喷嘴射 流作业，这就要求控制系统要对流体进行有效控制。现在一般都采用 PLC 进行控制。 本机拟用气动元件对主管路进行控制而 PLC 则对各气动元件进行控制。这样做是考虑到机器的工作环境。应用本机的单位是各啤酒厂。“结露”是啤酒厂车间内的环境特点，因此必须考虑电气元件的防潮。如果直接用电磁阀控制主管路，则难于对电磁阀进行保护。 气控方式对环境要求小，工作寿命长，价格低，维护简单，可高速动作，操纵距离长，且本机所要求的控制压力低，所以气控方式适合本机要求。 本机主要由机架、电气控制箱、电磁阀、气动元件、气路系统和水路系统。工 人在操作时应较轻松地将酒桶搬至工作台和操作各个开关，应清楚的看到操作面板的工作进程显示，应清楚的看到各仪表示数和个气控阀的工作状态。所以本机结构初步安排为总高 2000mm，工作台高度 800mm。各气控阀布置在工作台下方。操作面板高度为 1400mm（工作台高度 +酒桶最大高度 560）。各电磁阀、电控元件安装在电气控制箱内。用气缸对酒桶夹紧，气缸布置在酒桶顶端控制箱两侧。水箱、消毒液箱布置在工作台下方，气控阀后方。 由于对无菌水的保存使用有特殊要求所以无菌水箱由用户自备，其电机和无菌水泵在现场布置安装。本机只安装 清水和消毒液用电机，但本机控制单元扔对无菌水用电机进行控制。 本机的清水压力，消毒液压力，无菌水压力均为 0.3MPa，气冲压力为0.3MPa，二氧化碳备压压力为 0.5MPa。消毒液配方由用户自定。 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 9 本机工作能力为 30 100 桶 /小时。 图 1.3 站姿操作范围 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 10 第 2 章 机架的设计 机架是一个多功能构件，是整机的基础，要求有足够的静动刚度，热变形对精度的影响尽可能小，原始精度和尺寸的稳定性要好，外型美观，运输安装方便。在这些要求当中，强度和刚 度是机架的基本技术指标。在许多情况下，刚度尤为重要。本机为单件小批量生产，可用焊接机架。焊接机架与铸造机架相比具有强度高、刚性好、重量轻、生产周期短、施工简便的特点 .本机管道内流体具有氧化性、腐蚀性，所以机架、管道等有可能与液体相接触的部分选不锈钢 1Cr18Ni9Ti。 2.1 焊接简介 焊接是指利用加热或热加压，或两者并用的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合的一种加工方法。它是现代工业生产中用来制造各种金属结构和机械零件的一种主要工艺方法。 焊接结构工艺设计焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对 焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面内容：焊缝布置、焊接方法选择和焊接接头设计等。 2.1.1 焊缝布置 焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则： （ 1）焊缝应尽量处于平焊位置各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易保证焊接质量。 （ 2）焊缝要布置在便于施焊的位置焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。埋 弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。 （ 3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形接头处的硬化组织，影响加工质量，焊缝布置应避开机加工表面。 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 11 2.1.2 焊接方法的选择 各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最适宜的焊接方法。选择焊接方法时应依据下列原则 ： (1)焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求 选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要 求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。如点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用 CO2 焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊。 (2)提高生产率，降低成本 如果是位于不同空间位置的短曲焊缝，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。 (3)焊接现场设备条件及工艺可能性 选择焊接方法时，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。 此外， 要考虑拟定的焊接工艺能否实现。 2.1.3 焊接接头 设计焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。焊接接头形式设计焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、 T 形接头、十字形接头、角接接头和卷边接头等。 2.2不锈钢简介 不锈钢是指在大气、酸、碱或其它化学侵蚀介质中能抵抗氧化和腐蚀的高合金钢。不锈钢与高合金耐热钢都属于高合金钢，而 且都含有大量铬元素。有许多不锈钢既能满足不锈钢耐化学介质腐蚀性能的要求，也能满足耐热钢nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 12 热强性和热稳定性的要求，因此也可列入耐热钢范畴，例如，、钢等。本机架选用，属奥氏体钢。 奥氏体钢有两类：一类是高铬镍钢，例如型钢、型钢等，另一类是高铬锰氮钢。奥氏体钢在加热和冷却过程中一般不发生组织转变，仅有碳化物的溶解和析出，在室温下主要为奥氏体组织。其中，型钢主要用作不锈钢，其在氧化性、中性及弱氧化性介质中的耐蚀性胜过高铬不锈钢， 室温及低温韧性也是铁素体钢不能比拟的；型钢主要用作热稳定钢。如果高铬镍钢提高含碳量，也可用作热强钢。而高铬锰氮钢则主要用作不锈钢。 奥氏体钢的焊接性比马氏体钢和铁素体钢都好。但是，当焊接工艺制定不当时也会出现一些问题。主要问题如下： 焊缝和近缝区均可能产生热裂纹。最常见的是在焊缝金属中产生结晶裂纹，有时在近缝区也会产生液化裂纹。钢中的含镍量越高，产生热裂纹的倾向越大，因此，型奥氏体钢比型奥氏体钢热裂纹倾向大。 焊接接头有可能产生两种腐 蚀问题： （）晶间腐蚀 焊接接头有三个部位有可能产生晶间腐蚀：焊缝晶间腐蚀；敏化区腐蚀；近缝区刀状腐蚀（见图）。这三种晶间腐蚀不会在同一接头上同时出现。其中，焊缝晶间腐蚀发生在采用单纯的型焊接材料焊接型钢以后，焊缝又经受了加热的情况下，或多层焊时前层焊缝受到后层焊缝加热的区域；敏化区腐蚀发生在不含稳定化元素（如 、等）而又不是超低碳的型钢的热影响区中加热温度达到 的区域；近缝区刀状腐蚀只发生在含有 、等稳定化元素的奥氏体钢接头的近缝区。 （）应力腐蚀 由于奥氏体钢的导热系数小、线膨胀系数大，在焊接不均匀加热的情况下，接头处很容易产生较大的焊接残余拉伸应力，因而在与钢材匹配的介质共同作用下容易产生应力腐蚀。例如，、等对奥氏体钢并无腐蚀作用，但对有焊接残余拉伸应力的接头却有腐蚀开裂作用。有资料表明，焊接接头过热区对应力腐蚀开裂最为敏感。 奥氏体钢在生产中用途很广，可以用在耐蚀、耐热、耐低温等各种工作nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 13 条件下，但在不同的工作条件下对焊接接头性能的要求不同。如果 用作工作在室温或以下的不锈钢，主要要求其具有耐蚀性；如果用作热强钢，则要求其在高温下有足够强度的同时，有足够的塑性和韧性；如果作为低温钢，则主要要求接头有良好的低温韧性。但是，如果焊接工艺制定不当，则可能产生高温脆化问题和低温脆化问题。 （）高温脆化 高温下进行短时拉伸试验和持久强度试验表明，当奥氏体钢焊缝中含有较多铁素体化元素或较多的相时，都会发生显著的脆化现象。一般认为与铁素体化元素促使析出相和由相能直接转变成 相有关。铁素体越多，影响越严重，因此要求长期工作在高温的焊缝中所含 的相数量应当小于。 （）低温脆化 试验表明，奥氏体钢焊缝中一次铁素体相不仅能引起高温脆化，而且也能引起低温脆化，相数量越多，低温脆化越严重。因此，为了满足低温韧性的要求，最好不采用双相组织，而应取得单相奥氏体组织。实际上即使采用单相奥氏体组织，其低温韧性也低于经固溶处理的母材。 一般来说，奥氏体钢预热是没有益处的，因为焊前预热能促进碳化物的析出和引起焊件变形。但是，当焊件刚性极大的情况下，为了避免裂纹产生，有时不得不进行焊前预热。焊接奥氏体钢原则上不进行焊后热处理，只有在接头发生了脆化或需 要提高其耐蚀性时才进行焊后热处理。热处理方式主要有两种：固溶处理和稳定化处理。其中：固溶处理用于对耐蚀性要求很高，且焊接时析出了碳化物和脆性相（如相）的焊件。其方法是将焊件均匀地加热到，保温，使析出相重新溶入奥氏体，然后快速冷却。原则上只能整体加热，不能局部加热。稳定化处理是将焊件加热到，一般保温后空冷。这样可以加快铬在奥氏体中的扩散速度，使铬能向晶界迁移，从而消除晶界处由于析出铬的碳化物而产生的贫铬现象，使金属耐晶间腐蚀的能力提高。这种方法同时也能起到降低 焊接残余应力的作用。 的化学成分（质量分数， %）： C 0.12， Si 1.00， Mn 2.00， P 0.035， S 0.030 Ni 8.00 11.00， Cr 17.00 19.00， Ti 5（ C%-0.02） 0.80 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 14 2.3 机架的设计 机架的设计见图 2.3。 机架危险部分的校核 : 在机架的结构中，主要受力部分为台面横梁，该横梁承受的静载为酒桶及桶内液体的重力和气缸对酒桶的夹紧力，承受的冲击为安放酒桶时酒桶对清洗头的冲击。当台面横梁失效时，工作台面要替代横梁承受上述力。此外台面 还要承受其他外力，如工人扶住台面时，台面要承受人的压力。所以，要对上述两部件进行分析。根据设计，两部件均可视为悬臂梁。 对横梁分析如下： 梁的挠曲线方程为： )3(6 2 lxEIFx 其挠度为： mEIFlB 4711 33 10*04.110*3.6*10*2*3 34.0*1 0 0 03 其转角为： 4711 22 10*6.410*3.6*10*2*2 34.0*10002 EIFlB rad 受力图 F=1KN x A l B 剪力图 Fs x nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 15 -F 弯矩图 M x -Fl 图 3.1 梁的分析 梁的剪力为： Fs(x)=-F=-1000N 0m n 时 ,F=2)(1KlnfA,将 A=42d ,K=AI =0.25d 代入得 d 0.01m 由上述三种情况讨论得知只要气杠杆径大于 10mm 即可满足使用要求 （）耗气量的计算： 对单作用气缸有 Qv=Ln4D200)( p pps =0.4*1*4*0.052 *1.0 1.05.0 =0.00471m3 =4.71L （）活塞杆的运动速度 全部行程要求 4s 完成，即 v=0.1m/s。 综合上述几方面条件可选气缸型号为 50*400 3.4 水 箱 机器工作时要消耗大量的水，需要随时补充。为方便水的补给，减轻劳动强度，减少操作步骤，水箱上部进水设有机械式铜浮球阀，下部放水设有手动球阀。 水箱容积为 700*500*900，单位 mm。 水箱内设过滤网，过滤网用不锈钢网自制。 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 25 器件选型列表 名称 型号 数量 两位两通电磁阀 OK61- 25 10 两位两通手动阀 D1VL22-10 1 三位四通电磁阀 K35HD-10 1 三位四通手动阀 D1VL35-10 1 两位两通气控阀 不锈钢角座阀 25 9 减压阀 395-10 2 气缸 IGQ50*400 2 泵 YB 型定量叶片泵 3 溢流阀 EUR25 3 压力继电器 HED 2 压力表 指针式 2 浮球阀 GD-53/4 2 球阀 ZJ-23/4 2 软管 聚氨酯 5 10m 聚氨酯 8 2m 硬管，接头按装配图执行 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 26 图 3.1 管路设计图 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 27 图 3.2.2 清洗头工作示意图 nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 28 第 4 章 电路的设计 4.1电路设计 电路图见图 4.1，图 4.2。 超压显示： 当管路内压力达到 0.65MPa 时，压力继电器动作，电路全部切断，这时可由扣式电池供电使超压指示灯亮。电路如图 4.3 所示。 KP1 KP2 +3V 0 图 4.3 超压显示电路 电气控制柜用不锈钢板焊接，要求密封良好，防止“结露”现象对电路工作造成影响 4.2器件介绍 4.2.1 电机 单相异步电动机就是指用单相交流电源的异步电动机。由于只需要单相电源供电，使用方便，因此被广泛应用于工业和人民生活的各个方面，如电风扇、电冰箱、洗衣机、空调设备、电动工具和医疗器械中都使用单相 异步电动机作为原动机。与同容量的三相异步电动机相比较，单相异步电动机的体积较大、运行性能较差、效率和功率因数稍低，因此一般只做成小容量的。我国现有产品功率从几瓦到几百瓦。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小等优点。 （ 1）单相异步电动机的运行原理 单相异步电动机的运行原理和三相异步电机基本相同，但有其自身的特点。从结构上看，单相异步电动机与三相笼型异步电动机相似。其转子也为普通笼型转子，差别仅在于定子绕组。其定子绕组为一单相工作绕组，但通常为起动的需要。定子上除了工作绕组外，还设有起动绕组。它的作用 是产nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 29 生起动转矩，一般只在起动时接入。当转速达到 70%-80%的同步转速时，由离心开关将其从电源自动切除，所以正常工作时只有工作绕组在电源上运行。但也有一些电容分相或电阻分相电动机，在运行时将起动绕组接于电源上。这实质上相当一台两相电动机，但由于它接在单相电源上，故仍称为单相异步电动机。根据定子两个绕组在定子上的分布以及供电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行特性。单相异步电动机可分为分相电动机和罩极电动机两大类型。 单相异步电动机的优点主要是使用单相交流电，但是单相异步电动机的 启动转矩等于零，不能自 行启动。为了使单相异步电动机能够产生起动转矩，关键是如何在起动时在电动机内部形成一个旋转磁场。根据获得旋转磁场方式的不同，单相异步电动机可分为分相电动机和罩极电动机两大类型。 在分析交流绕组磁动势时曾得出一个结论：只要在空间不同相的绕组中通入时间上不同相的电流，就能产生一旋转磁场。这样，起动的必要条件是要求两相绕组中通入相位不同的两相电流。如何把工作绕组与起动绕组中通入的单相交流电电流相位分开，即所谓的 “分相”，就变成了单相异步电动机的十分重要的问题。分相起动单相异步电动机就是根据这一原理设计的。分相起动 单相异步电动机包括单相电阻分相起动异步电动机、单相电容分相起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动与运转异步电动机。 （ 2）单相电容分相起动异步电动机 单相电容分相起动异步电动机定子上有两个绕组：一个为工作绕组，另一个为起动绕组，两绕组在空间相差 90 度。在起动绕组回路中串接起动电容 C，作电流分相用，并通过离心开关或继电器触点 S 与工作绕组并联在同一单相电源上。电容器的作用是使起动绕组回路的阻抗呈容性，从而使起动绕组在起动时的电流超前电源电压 U 一个相位角。由于工作绕组的阻抗是感性的，它的起动电流 I 滞后电源电压 U 一个相位角。若适当选择电容 C，使流过起动绕组的电流 I 超前工作绕组起动电流 90 度相位角，这就相当于在电动机起动时，时间相位上互差 90 度的两相电流流入在空间相差 90 度的两相绕组中，这样可使电动机在起动时产生一个接近圆形的旋转磁动势，并在该磁场作用下产生较大的电磁转矩使电动机转动。 与电阻分相单相异步电动机比较，电容分相电动机的优点是： 1 如果电容器的电容量配得合适，能够作到使起动时起动绕组电流差不多比工作绕组电流超前 90 度电角度。 2 起动绕组的容抗可以抵消感抗使总的电抗值小些，所以起动绕组的匝数不像电 阻分相时受到限制，可以多些，从而可以增大起动nts成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文） 30 绕组的磁动势。以上两点都可使得电动机在起动时能产生一个接近圆形的旋转磁动势，得到较大的起动转矩。 3 由于启动绕组电流和工作绕组电流接近90 度电角度，合成的线电流比较小，所以电容分相起动的单相异步电动机的起动电流较小，起动转矩却比较大。这种电动机的起动绕组是按短时工作设计的，在起动绕组回路中也串接了一个起动开关，所以当电动机转速 达75%-80%同步转速时，起动开关动作，起动绕组和起动电容器 C 就在离心开关S 的作用下自动退出工作，使起动绕组脱离电源。这时电动机就在工作绕组 单独作用下运行。在转子转速上升的过程中，起动绕组电流加大，电容器的端电压会升高，起动开关及时动作可以降低对电容器耐压的要求。电容分相起动单相异步电动机改变转子转向的方法同电阻分相起动单相异步电动机 一样。 （ 3）单相异步电动机的选择 当电动机输出功率大于 250W 时，最好采用电容起动和运转电动机，也可选用电容起动或电阻起动电动机。具体选择哪一种？可从价格和起动性能方面权衡利弊来选用。对于大于 550W 的电动机，可选用电容起动电动机。因为在大功率范围内电阻起动电动机的起动电流太大。 4.2.2.固体继电器 固体继 电器（亦称固态继电器）英文名称为 Solid State Relay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相 SSR 为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。 （ 1） SSR 优缺点及使用场合 固体继电器具有如下主要特点： A.控制功率小只需输入很小的工作电流， SSR 便能正常工作，并能方便地与 TTL、 DTL、
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