异步电机电气控制设计.docx
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异步电机电气控制设计
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称:
电机控制
题目:
异步电机电气控制设计
专业班级:
电气工程0801班
学生姓名:
陈邵阳
学号:
200801010115
指导老师:
谢卫才邓秋玲林友杰
审批:
黄绍平
任务书下达日期2011年12月16日星期五
设计完成日期2011年12月30日共2周
设计内容与设计要求
一.设计内容:
1.设计实现Y160L-2(Y225M-6)起动采用星—三角(Y—Δ),停车采用反接电磁制动的电气控制线路,绘制电气原理图,说明设计过程,选择电器元件,列出电器元件明细表,说明工作原理。
2.设计利用PLC实现(1.)电机Y—Δ起动及反接制动,选定PC型号,绘制I/O连接图,编写程序清单,选择电器元件,列出电器元件明细表,说明工作原理。
二、设计要求:
1、思路清晰,给出整体设计和电路图;
2、给出具体设计思路和电路;
3、写出设计报告
主要设计条件
1.提供被控电机型号:
Y160L-2Y225M-6
2.提供控制要求
3.提供调试用实验室
说明书格式
1.课程设计封面
2.任务书
3.说明书目录
4.正文
5.总结与体会
6.参考文献
7.课程设计成绩评分表
进度安排
1.课题内容介绍和查找资料;
2.总体电路设计和分电路设计;
3.写设计报告,打印相关图纸;
4.答辩
参考文献
1、《电机控制》教材
2.《电机学》教材
3.《电器与PLC应用技术》
4.《电气控制技术》
5.《电机拖动与控制》
6.《电工手册》
目录
一.Y160L-2三相异步电动机反接电磁制动控制1
1.1电机的参数1
1.1.1Y系列基本简介1
1.1.2结构简介1
1.2接触器及主要器件的选型2
1.2.1交流接触器的结构特性和工作原理2
1.2.2CJ20系列交流接触器3
1.2.3热继电器选型4
1.3三相异步电动机的ㄚ-△减压起动继电器控制6
1.4三相异步电动机的反接制动继电器控制7
二.Y160L-2三相异步电动机PLC电气控制9
2.1PLC的基本结构与原理9
2.1.1PLC的基本结构9
2.1.2PLC的工作原理10
2.2三相异步电动机ㄚ-△减压起动的PLC控制12
2.3三相异步电动机的反接制动的PLC控制14
三.心得体会17
参考文献18
一.Y160L-2三相异步电动机反接电磁制动控制
1.1电机的参数
1.1.1Y系列基本简介
Y系列是供一般用途的笼型三相异步电动机,它是总结多年生产经验的全国统一设计的系列电动机。
具有效率高、耗电少、性能好、噪声低、振动小、体积小、重量轻、运行可靠、维护方便等优点。
该种三相异步电动机广泛应用于农业和工矿企业驱动对转差率及其它性能无特殊要求的机械,如水泵。
鼓风机、运输机械、农业机械、矿山机械、金属切削机床、搅拌机、碾米机、磨粉机等。
由于电动机具有较好的启动性能,因此,也适用于某些对启动转矩有较高要求的机械,如某些压缩机等。
电动机的绝缘等级采用B级绝缘,该电动机在环境温度不超过+40℃,海拔不超过1000m时,定子绕组用电阻法测量温升不超过80℃。
1.1.2结构简介
Y系列电动机定子铁心嵌完绕组后经浸漆外理成为一个完整的整体,从而保证了绕组及绝缘具有良好的机械性能、电气特性及热稳定性。
电动机的转子采用冷压或热套工艺,将铸铝转子固定在轴上,经校验动平衡而保证电动机振动低到规定的限值内。
电动机接线盒内有较大的空腔,便于接线,出线口有锁紧装置,能适应多种电源线的安装,并可根据需要,在与电动机轴线平行或垂直四个方向任意出线。
电动机的风扇采用键配合,运行可靠,风罩由薄钢板拉伸后冲孔制成,电动机的风罩外形美观,刚性好,能满足外壳防护等级的要求。
型号含义:
Y160L–2
笼型异步电机
中心高(mm)级数(2级电动机)
机座长度代号(S短M中L长)
1.2接触器及主要器件的选型
1.2.1交流接触器的结构特性和工作原理
交流接触器主要有四部分组成:
(1)电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯;
(2)触头系统,包括三副主触头和两个常开、两个常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的;
(3)灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头;
(4)绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。
其工作原理为当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时运行,触点闭合,从而接通电源。
当线圈断电时,吸力消失, 动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,切断电源。
起到远距离的开断和控制作用。
1.2.2CJ20系列交流接触器
适用范围
主要用于交流50Hz、额定电压至690V(个别等级能至1140V)、电流至630A的电力线路中供远距离接通和分断电路以及频繁起动和控制交流电动机,并适宜于与热继电器或电子保护装置组成电磁起动器,以保护电路或交流电动机可能发生的过负荷及断相。
型号及其含义
结构特征
CJ20系列交流接触器为直动式、双断点、立体布置,结构简单紧凑,外形安装尺寸较CJ10、CJ8等系列接触器老产品大大缩小。
CJ20-10~CJ20-25接触器为不带灭弧罩的三层二段式结构,上段为热固性塑料躯壳固定着辅助触头、主触头及灭弧系统,下段热塑性塑料底座安装电磁系统及缓冲装置,底座上除有使用螺钉固定的安装孔外,下部还装有卡轨安装用的锁扣,可安装于IEC标准规定的35mm宽帽形安装轨上,拆装方便。
CJ20-40及以上的接触器为两层布置正装式结构,主触头和灭弧室在上,电磁系统在下,两只独立的辅助触头组件布置在躯壳两侧。
CJ20-40用胶木躯壳,CJ20-63~CJ20-630用铝底座。
触头灭弧系统:
全系列不同容量等级的接触器采用不同的灭弧结构。
CJ20-40及以上用银基氧化物触头。
电磁系统:
CJ20-40及以下接触器用双E形铁心,迎击式缓冲;CJ20-63及以上用U形铁心,硅橡胶缓冲。
主要技术参数
1.CJ20系列交流接触器符合GB14048.4-2003、eqvIEC60947-4-1标准要求。
2.AC-3电寿命:
CJ20-10、16、25、40为100万次,CJ20-63、100、160为120万次,CJ20-250、400、630为60万次。
3.机械寿命:
CJ20-10、16、25、40、63、100、160为1000万次,CJ20-250、400、630为600万次。
外形及安装尺寸
1.2.3热继电器选型
适用范围:
热继电器主要适用于交流50Hz,主电路额定绝缘电压至660V,电流至160A电力系统中作为三相交流电动机的过载、断相保护。
符合标准:
GB14048.4、JB8627
型号及其含义
结构特征
JR20热继电器的结构采用立体布置式(又称“二层式”)结构。
热继电器为二层式,采用拉簧式跳跃动作机构,可以获得良好的瞬间跳跃特性,除具有过载保护、断相保护、温度补偿以及手动和自动复位功能除外,还具有动作脱扣灵活性、动作脱扣指示以及断开检验按钮等功能装置,热继电器通过专用的导电板可安装在相应电流等级的交流接触器上。
由于设计时充分考虑了CJ20交流接触器各电流等级的相间距离,接线高度及外形尺寸。
因此可与CJ20很方便地配套安装。
可以通过电流调整旋钮调整热继电器的整定电流值。
电流调节旋钮采用“二点定位”固定方式,消除了在旋动电流调节旋钮时所引起的热继电器动作性能多变的弊端。
动作灵活检查机构实现不打开盖板,不通电就可方便地检查热继电器内部的动作情况,动作指示器可清晰地显示出热继电器动作与否。
按动检验按钮,断开常闭触头,即可检查通电后控制回路的动作情况。
当主电路中电动机过载或断相时,热继电器动作,同时动作脱扣指示件弹出显示热继电器已动作。
热继电器可手动复位,也可自动复位,复位后,热继电器即可再次投入工作。
主要技术参数:
1.2.4电器元件选型
交流接触器-------------------------------------CJ20-160
热继电器----------------------------------------JR20-160
时间继电器-------------------------------------JS20-5/01
熔断器-------------------------------------------RL1-200
1.3三相异步电动机的ㄚ-△减压起动继电器控制
星形-三角形减压起动用于定子绕组在正常运行时接为三角形的电动机。
在电动机起动时将定子绕组接成星形,实现减压起动。
正常运转时再换接成三角形接法。
图2.1ㄚ-△减压起动的继电器控制电路图
图2.1中主电路通过三组接触器主触点将电动机的定子绕组接成三角形或星形,即KM1、KM3主触点闭合时,绕组接成星形;KM1、KM2主触点闭合时,接为三角形。
电路的工作过程:
先接通三相电源开关Q。
KM1线圈得电①
①起动:
按下起动按钮SB2
KM3线圈得电
KT线圈得电
②电动机接成星形,减压起动
触点KT断开
KM3线圈失电
③延时一定时间△t
电动机接成三角形
触点KT闭合
KM2线圈得电
与此同时,触点KM2断开
KT线圈失电释放。
停止:
按下SB1
KM1、KM2线圈失电
电动机停止运转。
1.4三相异步电动机的反接制动继电器控制
在生产过程中,有些设备电动机断电后由于惯性作用,停机时间拖得过长,导致生产率降低,还会造成停机位置不准确,工作不安全。
为了缩短辅助工作时间、提高生产率和获得准确的停机位置,必须对电动机采取有效的制动措施。
停机制动有两种类型:
一是电磁铁操纵机械进行制动的电磁机械制动;二是电气制动,即电动机产生一个与转子原来的转动方向相反的转矩来进行制动。
常用的电气制动有反接制动和能耗制动。
反接制动就是通过改变异步电动机定子绕组中三相电源相序,产生一个与转子惯性转动方向相反的反向起动转矩而进行制动停转的。
反接制动的关键在于将电动机三相电源相序进行切换,且当转速接近于零时,能自动将电源断开。
图4.1反接制动继电器控制图
主电路:
接触器KM1用来控制电动机M正常运转,接触器KM2用来改变电动机M的电源相序。
因为电动机反接制动电流很大,所以在制动电路中串接了降压电阻R,以限制反向制动电流。
控制电路:
由两条控制回路组成。
一条是控制M正常运转的回路,另一条是控制M反向制动的回路。
电路的起动过程:
起动:
按下SB2
KM1线圈得电
M开始转动,同时KM1辅助动合触点闭合自锁,KM1辅助动断触点断开,进行互锁。
M处于正常运转,KS的触点闭合,为反接制动做准备。
制动:
按下复合按钮SB1
KM1线圈失电,KM2线圈由于KS的动合触点在转子惯性转动仍闭合自锁,电动机进入反接制动,当电动机转速接近于零时,KS的触点复位断开,KM2线圈失电
制动结束,停机。
二.Y160L-2三相异步电动机PLC电气控制
2.1PLC的基本结构与原理
2.1.1PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为:
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b.中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
现场输入接口电路:
由光耦合电路和微机的输入接口电路,作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
现场输出接口电路:
由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块。
2.1.2PLC的工作原理
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
(一)输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。
(二)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。
在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话,输入过程影像寄存器的值不会被更新,程序直接从I/O模块取值,输出过程影像寄存器会被立即更新,这跟立即输入有些区别。
(三)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。
这时,才是PLC的真正输出。
2.2三相异步电动机ㄚ-△减压起动的PLC控制
星形-三角形减压起动用于定子绕组在正常运行时接为三角形的电动机。
在电动机起动时将定子绕组接成星形,实现减压起动。
正常运转时再换接成三角形接法。
有电工基础知识可知,星形连接时起动电流仅为三角形连接时的1/√3,相应的起动转矩也是三角形连接时的1/3。
输入输出
停止按钮SB1:
X0KM1:
Y0
起动按钮SB2:
X1KM2:
Y1
接触器△FR:
X2KM3:
Y2
接触器ㄚ
图2.2三相异步电动机减压起动的I/O接线图
图2.3减压起动梯形图
对应的指令如下表:
表1.1三相异步电动机的ㄚ-△减压起动的指令语句表
步序
指令数据
步序
指令数据
0
LDX001
10
MPP
1
ORY000
11
OUTT0K50
2
ANIX000
12
LDT0
3
ANIX002
13
ORY001
4
OUTY000
14
ANIY000
5
LDY000
15
ANIY002
6
ANIY001
16
ANIX002
7
MPS
17
OUTY001
8
ANIT0
18
END
9
OUTY002
2.3三相异步电动机的反接制动的PLC控制
输入输出
SB1:
X0KM1:
Y1
SB2:
X1KM2:
Y2
FR:
X2
KS:
X3
图4.2输入输出接线图
图4.3反接制动梯形图
对应的指令如下表:
表4.1三相异步电动机的反接制动的指令语句表
步序
指令数据
步序
指令数据
0
LDIX000
7
LDX000
1
LDX001
8
ORY002
2
ORY001
9
ANIY001
3
ANB
10
ANDX003
4
ANIY002
11
ANIX002
5
ANIX002
12
OUTY002
6
OUTY001
13
三.心得体会
两周的课程设计已经结束了,在这两周内它不仅可以检验我们所学的专业知识是否扎实,又可培养我们思考问题和解决问题的能力。
从发下任务书开始,我们就做好了克服设计当中的种种不可预计的困难思想准备,提前查阅了电机控制设计方面的知识,拿到任务书我们的目标更加明确,针对性查阅了相关文献和阅读了书本上的设计方法,初步定下了课设的详细进度安排。
忙碌的两周课设时间,我们过得很充实,不仅收获了知识,更是明白了做人的道理和团队合作的精神。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,着是我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”,通过这次课程设计,我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.
通过这次Y160L-2型号电机控制设计,本人在多方面都有所提高。
在设计中,综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识。
课设培养和提高学生独立工作能力,巩固与扩充了我们专业知识和电机控制设计等课程所学的内容,掌握电机控制设计设计的方法和步骤,了解了电机的基本结构,提高了计算能力,绘图能力,熟悉了规范和标准,同时各科相关的课程都有了全面的复习,独立思考的能力也有了提高。
在此感谢指导老师对我们细心和耐心的指导!
老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪!
参考文献
1、《电机控制》贺益康,许大中著浙江大学出版社
2.《电机学》戈宝军,梁艳萍,温嘉斌中国电力出版社
3.《电器与PLC应用技术》何学俊,张军著中国电力出版社
4.《电气控制技术》李建兴编机械工业出版社
5.《电机拖动与控制》王进野,张纪良 编天津大学出版社
6.《电工手册》何利民 编中国建筑工业出版社
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