电气工程及其自动化课程设计指导书

1、Ie可MM啰:悬. HEBEI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY课程设计指导书（电气工程及其自动化专业适用）2006 版电气信息学院编印 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 第1章电力电子学课程设计1 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 第2章电力工程课程设计4 HYPERLINK l bookmark95 o Current Document 第3章电气控制与PLC课程设计8 HYPERLINK l bookmark150 o Cu

2、rrent Document 第4章电机设计课程设计12 HYPERLINK l bookmark185 o Current Document 第5章单片机课程设计15第1章电力电子学课程设计1.1电力电子学课程设计的教学目的及要求本课程设计是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环节之一。本课程设 计的任务是培养学生综合运用电力电子学、模拟电子技术和电机学所 学知识分析、解决工程或科研实际问题的能力。其目的是巩固学生所学知识的同 时，提高学生的专业素质，这对于工科学生贯彻工程思想起到十分重要的作用。在规定时间内通过分析任务书、查阅收集资料，充分发挥主动性与创造性， 在老师的指导下联系实际、掌握

3、正确的方法，理清思路，独立完成课程设计，撰 写设计说明书，其格式和字数应符合规定。根据要求设计出实际可行的电路，并 计算电路中所用元器件的参数，确定其规格型号；课程设计说明书要求整洁、完 备、内容正确、概念清楚、文字通畅，并绘制出相应的电路图，符合规范。1.2设计题目 卷纸机不可逆调速系统的可控直流电源设计。电力机车可控直流电源设计。数控车床可控直流电源设计。1.3设计的任务及主要步骤1.3.1卷纸机不可逆调速系统的可控直流电源设计a）原始数据：P=7.5kW，Ued=220V，Ied=40.8A，nT480r/min，Ra=0.25Q，LM=14mH，入 =1.5。b）设计内容及要求：（参见

4、后面详细要求）。1.3.2电力机车可控直流电源的设计a）原始数据：P=10KW，Ued=220V，Ied=55A，nfOOrn，Ra=0.5Q，LM=3mH，入=L5。b）内容及要求：（参见后面详细要求）。1.3.3数控车床可控直流电源设计a）原始数据：P=7.5KW，%=22四，Ied=41.3A，nTOOOrn，Ra=0.65Q，LM=7mH，入 =1.5。b）内容及要求：（参见后面详细要求）。1.3.4设计任务要求a）设计整流电路主电路。b）设计变压器参数：U1，I1，U2, I2。要求考虑最小控制角amin、电网电压波动、品闸管管压降和变压器漏抗等因 素计算变压器二次相电压值，附主要计

5、算步骤。c）整流元件参数的计算及选择：依据参数计算，正确选择器件型号，并附主要参数。d）触发电路设计及主要参数的计算，同步电压的选择。e）设计保护电路：正确选择电压、过流保护电路，简要说明选择依据；计算保护元件参 数并选择保护元件型号。f）电抗器的参数设计1.3.5设计成果a）设计说明书一份（约5000字）。b）系统原理图一张（2号）。1.4课程设计说明书书写要求目录设计的目的设计的任务及要求具体计算和选择过程主电路的选型整流变压器的设计及计算品闸管的选择触发电路的设计保护电路的设计及计算电抗器的选择计算总结参考文献1.5设计时间安排该课程设计时间为一周，具体安排如表1.1所示。表1.1课程设

6、计时间安排表节次星期一星期二星期三星期四星期五1、2课程设计任务下达 基本内容讲解学生初步设计相关分析计算整理资料答辩修改3、4讨论学生初步设计答疑5、6查阅相关资料答疑电路图绘制撰写说明书答辩修改1.6课程设计考核方法及成绩评定 工作态度：30%图纸质量：10%设计内容及说明书撰写规范性：60%1.7课程设计教材及主要参考资料王兆安，黄俊主编.电力电子技术（第4版）.北京:机械工业出版社，2004 黄俊，王兆安.电力电子变流技术（第3版）.北京:机械工业出版社，1994佟纯厚.电力电子学.南京：东南大学出版社，2000黄俊主编.半导体变流技术试验与习题.北京:机械工业出版社，1989石玉，栗

7、书贤，王文郁编.电力电子技术体力与电路设计指导.北京:机械工业 出版社，2000制定:审核：孙会琴批准：孙晓云第2章电力工程课程设计2.1电力工程课程设计的教学目的及要求本课程设计是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环节之一，其目的是 加深理论知识的理解，掌握电力工程中涉及到的基本工程计算方法，使学生 受到工程实践应用的基本训练。设计内容以中小型变电所电气部分的初步设计为重点，要求学生充分发挥主 动性与创造性，在老师的指导下独立完成课程设计，并撰写格式、符号、字数均 符合规定的课程设计说明书和相应图纸。2.2设计题目某塑料制品厂全厂总配电所及配电系统设计某工厂配电线路及变电所设计某化纤毛纺厂

8、全厂总配电所及配电系统设计2.3设计的任务及主要步骤2.3.1设计依据a）某塑料制品厂全厂总配电所及配电系统设计1）负荷情况：本厂生产车间大部分为三班工作制，少部分车间为单班制或 两班制，年最大负荷利用小时数为5000小时，属三类负荷。全厂共设五个车间 变电所，各车间（380V侧）的负荷统计情况如表2.1所示：表2.1各车间负荷计算表序号P30(kW)go (kvar)S30 (kVA)% (A)变压器台数和容量182010802X278010582X33074101X42733761X52382841X2）供用电协议：i）电源：从电业部门某110/10kV地区变电所取得一回10kV架空线路引

9、入本厂，地区变电所距离工厂约2.5km。ii）电力系统的短路数据:地区变电所10kV母线在系统最大运行方式和最小 运行方式下的短路容量分别为Skmax=200MVA和Skmin=175MVA，系统馈电出线 定时限过流保护装置的整定时间为2s,要求工厂总配变电所不大于1.5s。iii）要求本厂的功率因数不小于0.9。3）厂的自然条件：当地最热月平均最高气温为30C； 土壤0.8m深处一年中 最热月平均气温为20C；年雷暴日为31天；土壤性质以砂质粘土为主。b）某工厂配电线路及变电所设计1）负荷情况：全厂绝大部分用电设备属长期连续负荷，要求不间断供电， 主要车间及辅助设施均为一类负荷。本厂为三班工

10、作制，全年工作小时数为8760 小时，年最大负荷利用小时数6000小时。全厂共设五个车间变电所，各车间（380V 侧）的负荷统计情况如表2.2所示：表2.2各车间负荷计算表序号P30 (kW)go (kvar)S30(kVA)(A)变压器台数和容量14505852X26507802X38484502X45404722X55604102X2）供用电协议：i）电源：工作电源由距其东侧5km处的A变电站接一回35kV架空线路供电，A变电站装有两台SF9-8000/110型的变压器，电压比为110/38.5kV，变电 站110kV母线的短路容量为1800MVA。最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运

11、行考虑；最小运行方式：按A变电站两台变压器分列运行考虑。备用电源由距该厂东北侧7km的B变电站接一回架空线路供电，系统要求 只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电，应满足全厂一类负荷的需要。ii）系统馈电出线定时限过流保护装置的整定时间为2s，要求工厂总降压变 电所不大于1.5s。iii）要求本厂的功率因数不小于0.9。3）厂的自然条件：当地最热月平均最高气温为30C； 土壤0.8m深处一年中 最热月平均气温为20C；年雷暴日为30天；土壤性质以砂质粘土为主。c）某化纤毛纺厂全厂总配电所及配电系统设计1）负荷情况：本厂多数车间为三班工作制，少数车间为单班制或两班制， 年最大负荷利用小时数为5

12、600小时，大部分属二类负荷。全厂共设三个车间变 电所，各车间（380V侧）的负荷统计情况如表2.3所示：表2.3各车间负荷计算表序号P30 (kW)go (kvar)S30 (5、(A)变压器台数和容量18275762X27605582X32341751X2）供用电协议：i）电源：从电业部门某35/10kV地区变电所取得两回10kV架空线路引入本厂，地区变电所距离工厂约2km。ii）电力系统的短路数据:地区变电所10kV母线在系统最大运行方式和最小 运行方式下的短路容量分别为Skmax=250MVA和Skmin=160MVA，系统馈电出线 定时限过流保护装置的整定时间为2s，要求工厂总配变电

13、所不大于1.5s。iii）要求本厂的功率因数不小于0.9。3）厂的自然条件：当地最热月平均最高气温为30C； 土壤0.8m深处一年中 最热月平均气温为20C；年雷暴日为30天；土壤性质以砂质粘土为主。2.3.2设计内容及要求确定车间变电所变压器的台数和容量；变（配）电所主接线图设计；导线截面选择（只选择其中一条线路）；确定短路计算点，计算三相短路电流；部分高压电气设备选择与校验；车间变电所继电保护配置与整定计算（只做一个车间变电所的整定计 算）；防雷接地设计计算（选做）。2.3.3设计成果a）设计说明书一份（约5000字）：包括设计任务所要求的各项设计计算过程、 结果和表格，要求内容正确、整洁

14、、完备、概念清楚、文字通畅。b）设计图纸：变（配）电所主接线图和变压器保护原理图（或展开图）各一张 （尽量采用AutoCAD或Protel绘图）。2.4课程设计时间安排该课程设计时间为一周，具体安排如表2.4所示。表2.4课程设计时间安排表星期一星期二星期三星期四星期五上午布置设计任务书，对 基本内容进行讲解； 将学生分成若干组， 每组一个设计题目学生自己设计学生自己设计整理资料撰写说明书下午查阅相关资料辅导答疑辅导答疑撰写说明书画图2.5课程设计的考核方法及成绩评定工作态度占30%；方案合理性占30%；说明书撰写规范性和书面表达能力 占 40%。2.6课程设计教材及主要参考资料孙丽华主编.电

15、力工程基础.北京：机械工业出版社，2006刘介才主编.工厂供电简明设计手册.北京：机械工业出版社，1993段建元编.工厂配电线路及变电所设计计算.北京：机械工业出版社，1982刘介才主编.工厂供电设计指导.北京：机械工业出版社，1999苏文成主编.工厂供电.北京：机械工业出版社，19992.7相关标准撰写本课程设计说明书时所用到的图形与文字符号应符合国家相关标准，可 参考电力工程基础教材。制定：孙丽华审核：孙会琴批准：孙晓云第3章电气控制与PLC课程设计3.1电气控制与PLC课程设计的教学目的及要求培养学生正确地应用PLC解决工业控制，工业检测等领域具体问题的能力；学生 通过所做课题，熟悉PL

16、C应用系统的软、硬件设计的工作方法，工作内容，工作步骤； 对学生进行基本技能训练，例如组成系统，编程，调试，绘图等，使学生理论联系实际， 提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。3.2设计题目自动门PLC控制装置 饮料罐装生产流水线的PLC控制全自动洗衣机PLC控制3.3设计的任务及主要步骤3.3.1自动门PLC控制装置a）内容要求：课程设计论文内容要正确，概念要清楚；完成设计要求所规定的内容；附有原理图 及程序流程图，以及程序清单；文字要通顺,书写要工整。b）设计要求：自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开 关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1（

17、使直流电动机正转）、关门执行机 构KM2 （使直流电动机反转）等部件组成。控制要求如下：1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1 动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被起动， 电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应 立即停止关门，并自动进入开门程序。4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开 关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，再自动进入

18、关门过程，以保证人员安全通 过。c）工作要求：1）硬件设计2）软件设计3）画出系统原理图3.3.2饮料罐装生产流水线的PLC控制a）内容要求：课程设计论文内容要正确，概念要清楚；完成设计要求所规定的内容；附有原理图 及程序流程图，以及程序清单；文字要通顺，书写要工整。b）设计要求：控制要求如下：1）系统通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一 直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料 后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。2）当瓶子定位在罐装设备下时，停顿1秒，罐装设备开始工作，罐装过程为5秒 钟，罐装

19、过程应有报警显示，5秒后停止并不再显示报警。3）用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，必 须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过99999999瓶。4）可以手动对计数值清零（复位）。c）工作要求：1）硬件设计2）软件设计3）画出系统原理图3.3.3全自动洗衣机PLC控制a）洗涤动作流程图如图1.1所示：b）动作要求如下：1）2）洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。洗涤正转、反转由洗涤电机驱动波盘正、反转来实现。排水电磁阀吸合，洗涤电机正转进行甩十3）脱水时，由脱水电磁离合器合上、4）洗涤完成由蜂鸣器报警。5）停止按钮用来手动结束洗涤过程。c）所用器件如下

20、：启动按钮：SB1高水位限位检测：ST1电动机正转接触器：KM1脱水电磁阀：YC排水电磁阀：YV2操作面板上设有启动按钮和停止按钮。停止按钮：SB2低水位限位检测：ST2电动机反转接触器：KM2进水电磁阀：YV1蜂鸣器：HAd）工作要求:1）硬件设计2）软件设计3）画出系统原理图目录设计的目的设计的任务及技术指标硬件电路设计硬件电路的各个部件的选择系统的硬件电路原理图程序设计程序流程图程序清单实验总结参考文献3.5设计时间安排该课程设计时间为一周，具体安排如表3.1所示。表3.1课程设计时间安排表星期一星期二星期三星期四星期五上午布置设计任务书，对基本内 容进行讲解；将学生分成若 干组，每组一

21、个设计题目学生自己设计学生自己设计整理资料撰写说明书下午查阅相关资料辅导答疑辅导答疑撰写说明书画图3.6课程设计考核方法及成绩评定工作态度占30%；方案合理性占30%；说明书撰写规范性和书面表达能力占40%。3.7课程设计教材及主要参考资料陈立定，吴玉香,苏开才.电气控制与可编程控制器.第一版.广州:华南理工大学出 版社,2001胡学林，林宏等.电气控制与PLC.北京:冶金工业出版社,1997廖常初.S7-200基础教程.北京：机械工业出版社，2006阮友德.电气控制与PLC实训教程北京：人民邮电出版社，2006廖常初.可编程控制器应用技术.重庆：重庆大学出版社，1993制定:审核：孙会琴批准

22、：孙晓云第4章电机设计课程设计4.1电机设计课程设计的教学目的及要求本课程设计是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环节之一，其目的是加深理 论知识的理解，掌握电机设计中涉及到的基本工程计算方法，并能对中小型电机的电磁 部分进行独立设计，同时，也使学生受到工程实践应用的基本训练。设计内容以中小型三相感应电动机电磁部分的设计为重点，要求学生充分发挥主动 性与创造性，在老师的指导下独立完成课程设计，并撰写格式、符号、字数均符合规定 的课程设计说明书和相应图纸。4.2课程设计题目 Y2系列三相感应电动机设计高效节能电动机设计变频调速电动机设计4.3课程设计内容及主要步骤a）设计依据1） Y2系列三相

23、感应电动机i）技术性能指标：Y2系列三相感应电动机的各项技术性能指标如表4.1所示：表4.1 Y2系列三相感应电动机的技术性能指标序号PN（kW）额定效率额定功率因数启动转矩倍数最大转矩倍数17.5211315ii）其他有关技术要求: 电源电压为380V、电源频率为50Hz、起动电流倍数小于6.5。防护等级为IP54、绝缘等级为B。工作制为S1。2）高效节能电动机i）技术性能指标：高效节能电动机的各项技术性能指标如表4.2所示:ii）其他技术要求：（同上）。表4.2高效节能电动机的技术性能指标序号PN（kW）额定效率额定功率因数启动转矩倍数最大转矩倍数142537.54115153）变频调速电

24、动机i）技术性能指标：变频调速电动机的各项技术性能指标如表4.3所示:表4.3变频调速电动机技术性能指标序号PN（kW）额定效率额定功率因数启动转矩倍数最大转矩倍数17.5211315418.5522ii）其他技术要求:电源电压为380V、电源频率为150Hz、起动电流倍数均为6.5。防护等级为IP44、绝缘等级为B。工作制为S1。b）设计内容及要求确定电动机的主要尺寸；设计定、转子铁心及定、转子绕组；进行磁路计算和参数计算；计算电动机的工作性能；计算电动机的起动性能；绘制定、转子冲片图；绘制定子绕组展开图。c）设计成果1）设计说明书一份（约5000字）：包括设计任务所要求的各项设计计算过程、

25、结果和 表格，要求内容正确、整洁、完备、概念清楚、文字通畅。2）设计图纸：定、转子冲片图和定子绕组展开图各一张（尽量采用AutoCAD或Protel绘 图）。4.4课程设计时间安排该课程设计时间为一周，具体安排如表4.4所示。表4.4 课程设计时间安排表星期一星期二星期三星期四星期五上午布置设计任务书，对基本内 容进行讲解；将学生分成若 干组，每组一个设计题目学生自己设计学生自己设计整理资料撰写说明书下午查阅相关资料辅导答疑辅导答疑撰写说明书画图4.5课程设计的考核方法及成绩评定工作态度占30%；方案合理性占30%；说明书撰写规范性和书面表达能力占40%。4.6课程设计教材及主要参考资料陈世坤

26、主编.电机设计.北京：机械工业出版社，2002唐蕴缪主编.电机学.北京：机械工业出版社，2005季杏法主编.小型三相异步电动机技术手册.北京：机械工业出版社，1997上海电器科学研究所编.中小型电机设计手册.北京：机械工业出版社，1997王朝阳主编.中小微型交流电动机绕组布线和接线图册.北京：水利电力出版 社，19954.7相关标准撰写本课程设计说明书时所用到的图形与文字符号应符合国家相关标准，可参考 最新电工手册。制定：*审核：孙会琴批准：孙晓云第5章单片机课程设计5.1单片机课程设计的教学目的及要求训练正确地应用单片机，培养解决工业控制，工业检测等领域具体问题的能力；学 生通过所做课题，熟悉单片机应用系统的软、硬件设计的工作方法、工作内容、工作步 骤；对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、绘图等，培养学生理论联 系实际能务，提高学生动手能力和分析问题，解决问题的能力。5.2课程设计题目冷库温度数据采集系统粮库环境参数测试系统烟厂生产车间自动监测系统5.3设计的任务及主要步骤5.3.1冷库温度数据采集系统a）内容要求：课程设计论文内容要正确，概念要清楚；完成设计要求所规定的内容；附 有原理图及程序流程图，以