电力拖动课程设计.doc

课程设计(论文)题 目 名 称 电动葫芦的起动控制设计 课 程 名 称 电力拖动课程基础 学 生 姓 名 邓玲已 学 号 0941202065 系 、专 业 电气工程系、09自动化 指 导 教 师 王跃球 2011年 12 月 18 日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业09级自动化学生姓名邓玲已学号0941202065题目名称电动葫芦的起动控制设计设计时间2011年12月5日2011年12月19日课程名称电力拖动基础课程编号12120212设计地点电机试验室 一、 课程设计（论文）目的电力拖动基础课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性电力拖动系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握电力拖动的应用，使学生掌握小型电力拖动应用系统设计的步骤，通过设计过程对进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、 已知技术参数和条件笼型电动机的数据：PN=7.5kW，U1N=380V，nN=905r/min，I1N=19.3A，KI=4.4，Kst=3，=0.44。三、 任务和要求1、要求电动葫芦平滑慢加速起动。2、选择电动葫芦适当的起动方式，给出起动控制原理图。3、计算电动葫芦起动的相应参数。注： 1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有电机实验系统6套五、进度安排1、熟悉课程设计题目，查找及收集相关书籍、资料（2天）；2、设计系统的结构原理图（2天）；3、参数计算（3天）；4、撰写课程设计说明书（2天）；5、提交课程设计说明书并进行简要答辩（1天）；六、教研室审批意见 教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 邓玲已 学 号 0941202065 系 电气工程系 专业班级 09级自动化班 题目名称 电动葫芦的起动 课程名称 电力拖动基础 一、学生自我总结本次设计使我进一步了解了对部分电机的使用，以及其特点，通过这次和同伴们一起深入学习体会，更是巩固了上课内容，以前不懂的问题也有些得到了解决方法，主要是这次课程设计和同伴合作的非常好，大家各司其职，面面俱到，也省去了不少时间，同时也认识到自己的一些不足，以后一定引起注意。这次电力拖动的课程设计也让我看到了自己学习上的不足，课堂上的一些知识虽然学会了但是要我独自去解决实际上的问题时还是感到力不从心，知道了自己知识面的短浅，以后在动手能力上要加倍练习。更加勤奋的学习，获得更大的收获。 学生签名： 2011年 12月 18日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘 要电动机的起动电流近似的与定子电压成正比，因此要采用降低定子电压的方法来跟制起动电流，即为降压起动。对于因直接起动冲击电流过大而无法承受的场合，通常采用降压起动，此时，起动转矩下降，起动电流也下降，所以只适合必须减少起动电流，又对起动转矩要求不高的场合。常见的降压起动方法有：定子串电阻降压起动，星型/三角型起动，延边三角起动，软起动及自藕变压器降压起动。三相异步电动及的固有起动性能并不理想，这就好是：实际的起动电流大而要求的起动电流小；实际的起动转矩不大而负载的要求有足够的起动转矩。因此，要求改善异步电动机的起动行能，关键在于设法限制起动电流，增大起动转矩。电动葫芦就是一种鼠笼式的异步电动机，而鼠笼式异步电动机有直接起动和降压起动两种方法。 直接起动时，起动电流可达额定值的4倍。所以，一般直接起动只可用在小容量电动机中使用。当额定的功率大于7.5KW时就要使用降压起动。但是，所谓的小容量也是相对的。如果电网的容量大，就可以容许较大的电动及直接起动。实际工程中使用的电动葫芦都是用降压起动的方法。关键词：异步电动机；电动葫芦；直接起动；降压起动 目 录摘 要I1 电动葫芦的工作原理及特点11.1 异步电机的结构及工作原理11.2 电动葫芦的结构及工作原理12 电动葫芦的起动和控制设计12.1 异步电机的起动方法简介22.2 降压起动控制设计22.2.1 降压起动原理22.2.2 降压控制电路32.2.3 参数计算53 起动和控制设计仿真83.1 仿真原理电路图83.2 仿真结果分析94 结束语10参考文献111 电动葫芦的工作原理及特点1.1 异步电机的结构及工作原理 结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。 1定子部分 定子是用来产生旋转磁场的。（1）外壳 三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。 （2）定子铁心 异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。 （3）定子绕组 定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1, V1, W1 ，末端分别标为U2, V2, W2 。这六个出线端在接线盒里的排列，可以接成星形或三角形。 2转子部分（1）转子铁心 是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。（2）转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。 与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能。 工作原理 异步电机的定子铁芯槽内，嵌有相差120电角度的三相绕组。三相交流电每相也相差120电角度。当绕组接通三相电源时，就在绕组中产生一个旋转磁场，以n1的转速旋转，并以全速切割转子，此电势形成电流，产生磁场，与定子的磁场作用开始旋转、加速。电动机的转速永远低于旋转磁场的同步转速，使转子和旋转磁场间有相对运动，从而保证转子的闭合导体切割磁力线，感生电流，产生转矩。转速的差异是异步电机运转的必要条件。在额定情况下，转子转速一般比同步转速低2-5%。电机定子中的三相绕组在通过三相电源后，产生一个旋转的磁场，此磁场掠过转子绕组，在转子绕组中感应除电流，此电流产生的磁场将被定子旋转磁场带动并转动，从而带动转子一起转动了。1.2 电动葫芦的结构及工作原理结构电动葫芦是一种轻小型起重设备，具有体积小，自重轻，操作简单，使用方便等特点，用于工矿企业，仓储码头等场所。起重量一般为 0.180吨，起升高度为330米。由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成，分为钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。环链电动葫芦分为进口和国产两种；钢丝绳电动葫芦分CD1型、MD1型；微型电动葫芦、卷扬机、多功能提升机。 起重量：0.25t-60t 起升高度：3m-30m 工作级别：M3 运行速度：20(30)m/min 起升速度：8m/min 电动葫芦的组成部分有：电机、传动机构、卷筒和链轮。以电机和卷筒相互位置不同大致可分为四种类型。图1.2电动葫芦结构图(1)电机轴线垂直于卷筒轴线的电动葫芦采用蜗轮传动装置, 宽度方面尺寸大, 结构笨重, 机械效率低, 加工较困难。 (2)电动机轴线平行于卷筒轴线的电动葫芦，其优点为高度与长度尺寸小。其缺点为宽度尺寸大, 分组性, 制造与装配复杂。轨道转弯半径大。 (3)电机装在卷筒里面的电动葫芦，其优点为长度尺寸小, 结构紧凑。其主要缺点为电机散热条件差, 分组性差,检查、安装、维护电机不便, 供电装置复杂。 (4)电机装在卷筒外面的电动葫芦，其优点为分组性好、通用化程度高、改变起升高度容易、安装检修方便。其缺点为:长度尺寸大。工作原理电动葫芦分为环链电动葫芦和钢丝绳电动葫芦，对于类型不同的电动葫芦产品，其工作原理也会有所差异。电动葫芦工作原理如下：先启动起升电动机，把重物起升到适当的高度，再启动运行电动机把重物运到指定的位置，运行小车在单工字钢梁的下缘行走。行走时采用一个电动机驱动运行小车两边的车轮。由于行走速度比较小，因此运行小车一般不设制动机构。运行小车在行走时，为防止重物下降，在起升机构上设置了一个电磁制动器。制动是依靠弹簧的压力把内、外盘压紧，原理与摩擦离合器相似，松开时利用电磁铁通电以后吸住外盘而使内、外盘松开。电磁制动器的电路与起升电机的电路并联，因此只要起升电机一启动，电磁制动器松开，使重物上、下升降自如；当电动机关闭时，则电磁制动器也断电，电磁吸引力消失，在弹簧的压力作用下，内外盘紧紧压住，起到制动的作用。 2 电动葫芦的起动控制设计2.1 异步电动机的起动方法简介1、直接启动 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。2、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。 3、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。2.2 降压起动控制设计2.2.1 降压起动原理 降压起动是指起动时，在电动机定子绕组上串联电阻(电抗)，起动电流在电阻上产生电压降，使实际加到电动机定子绕组中的电压低于额定电压，待电动机转速上升到一定值后，再将串联电阻(电抗)短接，使电动机在额定电压下运行。2.2.2 降压起动之电路及控制电路图2.1 降压起动控制线路线路动作原理：SB2 KM1+自 M+（串R降压起动）KT+ t KM2+ M+（全压运行） KM1（互锁） KT由上分析可见，按下起动按钮SB2后，电动机M先串电阻R降压起动，经一定延时（由时间继电器KT确定）后，全压运行。且在全压运行期间，时间继电器KT和接触器KM1线圈均断电，不仅节省电能，而且增加了电器的使用寿命。2.2.3 降压启动参数计算一、定子串电阻降压起动设全压启动时的启动电流和起动转矩分别为和；串入或后，定子上所承受的电压减小为，对应的启动电流和起动转矩为和。设a为启动电流和起动转矩之比，则有： 式中，和分别为定子额定电压和相电压。又起动转矩与定子电压的平方成正比，所以起动电阻计算公式为 若是串电抗，则电抗计算公式为 由此可知，降压后，启动电流降到全压似的1/a,起动转矩降到全压时的1/，所以这种启动方法只适用于轻载启动。二、星形-三角形降压起动对于正常运行时电动机额定电压等于电源线电压，定子绕组为三角形连接方式的三相交流异步电动机，可以采用星形三角形降压起动。它是指起动时，将电动机定子绕组接成星形，待电动机的转速上升到一定值后，再换成三角形连接。三角（D）形起动时有：相电压 相电流 起动转矩 电抗为 电阻为 式中 为起动时的功率因数。星（Y）形减压起动时：相电压 相电流 起动转矩由于起动电流正比于电压，所以 又因 ， 所以 电抗为 电阻为 这样，电动机起动时每相绕组的工作电压为正常时绕组电压的1/，起动电流为三角形直接起动时的1/3。这种启动方法操作方便，起动设备简单，应用较为广泛。3 电动葫芦起动控制系统仿真3.1 仿真原理图设计电动葫芦的电气控制原理图，如图3.1所示，由主电路和控制电路两部分组成。主电路有两台电动机M1、M2。其中M1是提升电动机，用接触器KM1、KM2控制它的正反转，用于提起和放下重物；M2是移动电动机，用KM3、KM4控制它的正反转，用于使电动葫芦前后移动。YB是三相断电型电磁制动器，由制动电磁铁和闸瓦制动器两部分组成。当制动电磁铁线圈通电后，它的闸瓦与闸轮分开，电动机可以转动；当制动电磁铁线圈断电后，在弹簧的作用下，使闸瓦与闸轮压紧，实现电动葫芦的停车制动。熔断器FU用于整个电路的短路保护。 图3.1电气控制线路图3.2 仿真结果分析SB1是电动葫芦提升重物的点动控制按钮，SB2是电动葫芦放下重物的点动控制按钮，SB3是电动葫芦向前移动的点动控制按钮，SB4是电动葫芦向后移动的点动控制按钮。 SQ1SQ3为限位行程开关，当电动葫芦提升物体上升到极限位置时，行程开关SQ1被压下；电动葫芦前后移动到极限位置时，对应的行程开关SQ2或SQ3被压下，用于电动葫芦的安全保护。 工作时，合上电源开关QS，按下按钮SB1，接触器KM1的得电通路为：L1QSFUSB1常开触点（已闭合）SB2常闭触点SQ1常闭触点KM2常闭触点KM1线圈FUQSL2，电动机M1正转，提起重物，松开按钮SB1，由于没有采用自锁措施，接触器KM1失电，M1制动停车，停止提升；如果按下按钮SB2，则接触器KM2得电，电动机M1反转，物体被放下，松开按钮SB2，KM1失电，M1制动停车，物体停止向下运动。如果在提升物体过程中，物体被提至极限位置而没有及时松开按钮SB1时，行程开关SQ1被压下，SQ1常闭触点断开，KM1失电，物体不再被提升，实现了电动葫芦的上限保护。 如果要使电动葫芦前后移动，则按下按钮SB3或SB4，接触器KM3或KM4得电，便可以实现电动葫芦的前后移动。SQ2和SQ3为电动葫芦前后移动的限位行程