设计三相异步电动机的能耗制动控制系统

1、淮 阴 工 学 院课程设计说明书作 者:成志超学 号：1121106105学 院:机械工程学院专 业:机械电子专业题 目:三相异步电动机能耗制动系统设计殷永华高荣指导者： 目 录1 绪论12 三相异步电动机的结构和工作原理22.1 三相异步电动机的结构22.2 三相异步电动机的工作原理22.3 三相异步电动机制动方式43 三相异步电动机的能耗制动方式43.1 能耗制动的原理43.2 能耗制动的设计43.3 能耗制动的分析4结论5致谢6参考文献7附录8附录18附录28绪论异步电动机（亦即为感应电动机）接在频率为f1的电网上运行时，转速n与电网频率f1之间不存在同步电动机那样的恒定的比例关系。三相

2、异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。所谓能耗制动,就是在电动机脱离交流电源的瞬间,在定子绕组中通以直流电,产生静止磁场,与转子中感应电流相互作用,产生制动力矩,从而达到使异步电机迅速停转的一种制动方法。关键词 三相异步电动机；能耗制动；定子绕组；控制线路；接触器；时间继电器；异步电机制动力矩；直流电源；基本控制线1 绪论1.1课程研究背景三相异步电动机的应用几乎涵盖了农业生产和人类生活各个领域，在这些应用领域中，三相异步电动机常常运行在恶劣的环境下，导致产生过流、短路、断相、绝缘老化等事故。对于

3、应用于大型工业设备重要场合高压电动机、大功率电动机来说，一旦发生故障所造成的损失无法估量。在生产过程，科学研究和其他产业领域中，电气控制技术应用十分广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。本系列的控制是采用梯形编程语言，梯形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。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工作环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，

4、并采用数字式、模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。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要。进入20世纪80年代，由于计算机计数和微电子技术的迅速发展，极大的推动了能耗制动技术的的发展，使的能耗制动的功能日益增强。能耗制动是一种控制技术，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。通过输入/输出装置发出控制信号和接受输入信号。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

5、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。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

6、化和集成化的方向发展。1.3课程设计的任务1）学习电气元件实现能耗制动的控制方法2）掌握电气元件的主回路和控制回路接线方法3）设计三相异步电动机的能耗制动的主回路和控制回路2三相异步电动机的结构和工作原理2.1三相异步电动机的结构磁路部分定子铁心（由0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，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）；转子铁心（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，一方面用来放置转子绕组（绕线形的）或铸铝的铝条）。电路部分定子绕组（三相绕组由三个彼此独立的绕组组

7、成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。）转子绕组（有绕线形和鼠笼形）。机械部机座、端盖、轴和轴承等等分。2.2 三相异步电动机的工作原理作电动机运行的三相异步电机，三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了

8、三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总

9、结出电动机工作原理为：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。分类：单层与双层单层绕组就是在每个定子槽内只嵌置一个线圈有效边的绕组，因而它的线圈总数只有电机总槽数的一半。单层绕组的优点是绕组线圈数少工艺比较简单；没有层间绝缘故槽的利用率提高；单层结构不会发生相间击穿故障等。缺点则是绕组产生的电磁波形不够理想，电机的铁损和噪音都较大且起动性能也

10、稍差，故单层绕组一般只用于小容量异步电动机中。 单层绕组按照其线圈的形状和端接部分排列布置的不同，可分为链式绕组、交叉链式绕组、同心式绕组和交叉式同心绕组等几种绕组形式。单层同心绕组和交叉同心式绕组的优点为绕组的绕线、嵌线较为简单，缺点则为线圈端部过长耗用导线过多。现除偶有用在小容量2极、4极电动机中以外，目前已很少采用这种绕组形式。2.3 三相异步电动机制动方式三相异步电动机制动的方式有：1） 能耗制动 能耗制动方法是将正常运行的电动机突然从电源上切断，并将电动机定子绕组任意两相出线端接到直流电源上则直流电源将在定子内形戚固定磁场转子靠惯性旋转并切割此固定磁场，在转子绕组中感生电动势和转子电

11、流，此电流与固定磁场相互作用便产生电磁转矩，这个电磁转矩与转子转动方向相反。达到制动状态，转子动能消耗在转子电阻内，这个过程就是电动机能耗制动过程。2） 反接制动倒拉反接制动。起重机在吊物时，如果重物鞍重电动机不但吊不起来重物反而使电动机转速降低甚至转速为零或倒转边就是倒拉反接制动状态。电动机拖动重物上升电动机是处于电动运行状态。电源反接制动。为了使正常运行的电动机快速停车或反转其要改接三相电源的相序即可也就是将电动机弓f出的三相引出线任意调换两个引出线位置再接到电源上则使电动机定子旋转磁场反转使转子电动势和电流反向流动而产生与转向相反的自动转矩。3） 回馈制动回馈制动也叫再生发电制动。起重机

12、下放重物时的回馈制动原理图如图3所示。当起重机下放重物时。如果重物很重，转子转速超过电动机的同步转速时(即s< 0)，则转子绕组感应电动势和电流的方向改变，这时电磁转矩方向也改变，并与转子转向方向相反起到制动作用，限制重物下降的速度。3三相异步电动机的能耗制动方式3.1能耗制动的原理切断电动机的三相交流电源后，立即在定子绕组中通入一个直流电源，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。

13、 3.2能耗制动的设计实训目的1、 掌握三相异步电动机时间原则能耗制动工作原理及方法。2、 熟悉三相异步电动机时间原理能耗制动接线及调试方法，学会排除故障方法，了解能耗制动效果。实训仪器和设备1、 二极管 4个 2、三相异步电动机 1台3、熔断器 7个 4、交流接触器 2个5、热继电器 1个 6、按钮 2个7、滑线变阻器 1个 8、万用表 1快9、直流电源 1个 10、接线端子板 1组11、电工工具 1套 12、导线 若干实训线路及原理1、继电接触器控制大量应用于对电动机的启动、停止、正反转、调速、制动等控制。从而使生产机械按规定的要求动作；同时，也能对电动机和生产机械进行保护。2、能耗制动是

14、把处于电动运行状态的电动机定子绕组从三相交流电源上切除，迅速将其接入直流电源，通入直流电流，流过电动机定子绕组的直流电流在电动机气隙中产生一个静止的恒定磁场，而转子因惯性继续按原方向旋转，转子导体切割恒定磁场产生感应电动势和感应电流，转子感应电流与恒定磁场相互作用产生电磁力与电磁转矩，该电磁转矩起制动作用，使电动机转速迅速下降。3、下图是能耗制动的的电气原理图实训内容和步骤1、实验板上找到交流接触器等低压元器件，了解其结构及动作原理。2、先主电路后控制电路连接好后，调整滑线变阻器R的值，以改变电动机两绕组间的直流电压的大小。经教师检查通过后以待通电实验。3、在实验过程中若出现异常现象，切断电源

15、，记录下故障现象，分析并排除故障，然后在通电实验。3.3能耗制动的分析能耗制动特点：1）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。2）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。3）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。4）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

16、轴定位等等。能耗制动控制线路切断电动机的三相交流电源后，立即在定子绕组中通入一个直流电源，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。 针对于上图：a)SB2+KM1+(自锁) M+（正转）N >120r/min-KS+SB1KM1+KM1+KM2+M+（串R反接制动）N <40r/min-KS- KM2 M-b)SB2+KM1+(自锁) M+（正转）N >120r/min-

17、KS+ SB1+SB1KM1+KM1+SB1+KM2+(自锁)M+（串R反接制动）N<40r/min-KS- KM2 M-c)手动控制的简单能耗制动线路，要停车时按下SB1按钮，到制动结束放开按钮（KM2无自锁）。（复合按钮手动控制） d)自动控制，简化操作。（时间继电器自动控制切除直流电源） e)图中直流电源中串接可调电阻RP，调节制动电流大小。 结论（1）能耗制动是一种应用广泛的电气制动方法。该线路的设计思想是在电动机要停车时切除三相电源的同时，将直流电源接入定子绕组，利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动转矩，从而达到制动的目的。 （2）由于将直流电源接入定子的两相绕组，绕组中流

18、过直流电流，产生了一个静止不动的直流磁场。此时电动机的转子由于惯性作用仍按原来的方向旋转，转子导体切割直流磁通，产生感生电流。 （3）在静止磁场和感生电流相互作用下，产生一个阻碍转子转动的制动力矩，因此电动机转速迅速下降。当转速降至零时，转子导体与磁场之间无相对运动，感生电流消失，制动力矩变为零，电动机停转，再将直流电源切除，制动结束。这种制动方法，实质上是把转子原来储存的机械能，转变成电能，又消耗在转子的制动上，所以称做能耗制动。心得本次课程设计报告，总体上不存在很大的问题，一定程度上能够解决问题，但还是存在不少自己不能单独解决的问题。经过这次的测试技术实验,我个人得到了不少的收获,一方面加

19、深了我对课本理论的认识,另一方面也提高了实验操作能力。现在我总结了以下的体会和经验。这次的课程设计跟我们以前做的实验不同，因为我觉得这次我是真真正正的自己亲自去完成。所以是我觉得这次实验最宝贵，最深刻的。就是实验的过程全是我们学生自己动手来完成的，这样，我们就必须要弄懂实验的原理。在这里我深深体会到哲学上理论对实践的指导作用：弄懂实验原理，而且体会到了实验的操作能力是靠自己亲自动手，亲自开动脑筋，亲自去请教别人才能得到提高的。我们做实验绝对不能人云亦云，要有自己的看法，这样我们就要有充分的准备，若是做了也不知道是个什么实验，那么做了也是白做。实验总是与课本知识相关的，比如回转机构实验，是利用频

20、率特性分析振动的，就必须回顾课本的知识，知道实验时将要测量什么物理量，写报告时怎么处理这些物理量。我们做实验不要一成不变和墨守成规，应该有改良创新的精神。实际上，在弄懂了实验原理的基础上，我们的时间是充分的，做实验应该是游刃有余的，如果说创新对于我们来说是件难事，那改良总是有可能的。比如说，在做电桥实验中，我们可以通过返回旋动，测量回程误差。 在实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。培养这种能力的前题是你对每次实验的态度。如果你在实验这方面很随便，抱着等老师教你怎么做，拿同学的报告去抄，尽管你的成绩会很高，但对将来工作是不利的。比如在做回转机构实验中，经老师检查，我们的时域图波形不太合要求，我首先是改变振动的加速度，发现不行，再改变采样频率及采样点数，发现有所改善，然后不断提高逼近，最后解决问题，兴奋异常。在写实验报告，对于思考题，有很多不懂，于是去问老师，老师的启发了我，其实答案早就摆在报告中的公式，电路图中，自己要学会思考。在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就