電力拖動課程設(shè)計(jì)---電動葫蘆的起動控制設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　　題 目 名 稱 電動葫蘆的起動控制設(shè)計(jì) </p><p>　　課 程 名 稱 電力拖動課程基礎(chǔ) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p&g

2、t;<p>　　學(xué) 號 </p><p>　　系 、專 業(yè) 電氣工程系、09自動化 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　2011年 12 月 18 日</p><

3、;p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　注： 1．此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；</p><p>　　2．此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。</p><p>　　指導(dǎo)教師（簽字）： 學(xué)生（簽字）：</p><p><b>　　

4、摘 要</b></p><p>　　電動機(jī)的起動電流近似的與定子電壓成正比，因此要采用降低定子電壓的方法來跟制起動電流，即為降壓起動。對于因直接起動沖擊電流過大而無法承受的場合，通常采用降壓起動，此時(shí)，起動轉(zhuǎn)矩下降，起動電流也下降，所以只適合必須減少起動電流，又對起動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。常見的降壓起動方法有：定子串電阻降壓起動，星型/三角型起動，延邊三角起動，軟起動及自藕變壓器降壓起動。</p&

5、gt;<p>　　三相異步電動及的固有起動性能并不理想，這就好是：實(shí)際的起動電流大而要求的起動電流小；實(shí)際的起動轉(zhuǎn)矩不大而負(fù)載的要求有足夠的起動轉(zhuǎn)矩。因此，要求改善異步電動機(jī)的起動行能，關(guān)鍵在于設(shè)法限制起動電流，增大起動轉(zhuǎn)矩。電動葫蘆就是一種鼠籠式的異步電動機(jī)，而鼠籠式異步電動機(jī)有直接起動和降壓起動兩種方法。</p><p>　　直接起動時(shí)，起動電流可達(dá)額定值的4倍。所以，一般直接起動只可用在小容量

6、電動機(jī)中使用。當(dāng)額定的功率大于7.5KW時(shí)就要使用降壓起動。但是，所謂的小容量也是相對的。如果電網(wǎng)的容量大，就可以容許較大的電動及直接起動。實(shí)際工程中使用的電動葫蘆都是用降壓起動的方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：異步電動機(jī)；電動葫蘆；直接起動；降壓起動 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　

7、摘 要I</b></p><p>　　1 電動葫蘆的工作原理及特點(diǎn)1</p><p>　　1.1 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理1</p><p>　　1.2 電動葫蘆的結(jié)構(gòu)及工作原理1</p><p>　　2 電動葫蘆的起動和控制設(shè)計(jì)1</p><p>　　2.1

8、 異步電機(jī)的起動方法簡介2</p><p>　　2.2 降壓起動控制設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.2.1 降壓起動原理2</p><p>　　2.2.2 降壓控制電路3</p><p>　　2.2.3 參數(shù)計(jì)算5</p><p>　　3 起動和控制設(shè)計(jì)仿真8</p&g

9、t;<p>　　3.1 仿真原理電路圖8</p><p>　　3.2 仿真結(jié)果分析9</p><p>　　4 結(jié)束語10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p>　　1 電動葫蘆的工作原理及特點(diǎn)</p><p>　　1.1

10、異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　三相異步電動機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。 </p><p><b>　　1．定子部分 </b></p><p>　　

11、定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。</p><p><b>　　（1）外殼</b></p><p>　　三相電動機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護(hù)和固定三相電動機(jī)的定子繞組。 </p><p><b>　?。?）定子鐵心</b></p><p>　　異

12、步電動機(jī)定子鐵心是電動機(jī)磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。 </p><p><b>　?。?）定子繞組</b></p><p>　　定子繞組是三相電動機(jī)的電路部分，三相電動機(jī)有三相繞組，通入三相對

13、稱電流時(shí)，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個(gè)出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端分別標(biāo)為U2, V2, W2 。這六個(gè)

14、出線端在接線盒里的排列，可以接成星形或三角形。 2．轉(zhuǎn)子部分</p><p><b>　　（1）轉(zhuǎn)子鐵心</b></p><p>　　是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機(jī)磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。</p><p><b>　　（2）轉(zhuǎn)子繞組</b></p&g

15、t;<p>　　異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)與籠形異步電動機(jī)。 與定子繞組一樣也是一個(gè)三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機(jī)的運(yùn)行性能。 </p><p><b>　　工作原理 </b></p><p&

16、gt;　　異步電機(jī)的定子鐵芯槽內(nèi)，嵌有相差120°電角度的三相繞組。三相交流電每相也相差120°電角度。當(dāng)繞組接通三相電源時(shí)，就在繞組中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并以全速切割轉(zhuǎn)子，此電勢形成電流，產(chǎn)生磁場，與定子的磁場作用開始旋轉(zhuǎn)、加速。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場間有相對運(yùn)動，從而保證轉(zhuǎn)子的閉合導(dǎo)體切割磁力線，感生電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速的差異是異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。在額定情況下

17、，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般比同步轉(zhuǎn)速低2-5%。電機(jī)定子中的三相繞組在通過三相電源后，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場，此磁場掠過轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)除電流，此電流產(chǎn)生的磁場將被定子旋轉(zhuǎn)磁場帶動并轉(zhuǎn)動，從而帶動轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動了。</p><p>　　1.2 電動葫蘆的結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　電動葫蘆是一種輕小型

18、起重設(shè)備，具有體積小，自重輕，操作簡單，使用方便等特點(diǎn)，用于工礦企業(yè)，倉儲碼頭等場所。起重量一般為 0.1～80噸，起升高度為3～30米。由電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和卷筒或鏈輪組成，分為鋼絲繩電動葫蘆和環(huán)鏈電動葫蘆兩種。環(huán)鏈電動葫蘆分為進(jìn)口和國產(chǎn)兩種；鋼絲繩電動葫蘆分CD1型、MD1型；微型電動葫蘆、卷揚(yáng)機(jī)、多功能提升機(jī)。 </p><p>　　起重量：0.25t-60t </p><p>　　起

19、升高度：3m-30m </p><p><b>　　工作級別：M3 </b></p><p>　　運(yùn)行速度：20(30)m/min </p><p>　　起升速度：8m/min</p><p>　　電動葫蘆的組成部分有：電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、卷筒和鏈輪。以電機(jī)和卷筒相互位置不同大致可分為四種類型。</p><

20、;p>　　圖1.2電動葫蘆結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　(1)電機(jī)軸線垂直于卷筒軸線的電動葫蘆采用蝸輪傳動裝置, 寬度方面尺寸大, 結(jié)構(gòu)笨重, 機(jī)械效率低, 加工較困難。 </p><p>　　(2)電動機(jī)軸線平行于卷筒軸線的電動葫蘆，其優(yōu)點(diǎn)為高度與長度尺寸小。其缺點(diǎn)為寬度尺寸大, 分組性, 制造與裝配復(fù)雜。軌道轉(zhuǎn)彎半徑大。 </p><p>　　(3)電機(jī)裝在

21、卷筒里面的電動葫蘆，其優(yōu)點(diǎn)為長度尺寸小, 結(jié)構(gòu)緊湊。其主要缺點(diǎn)為電機(jī)散熱條件差, 分組性差,檢查、安裝、維護(hù)電機(jī)不便, 供電裝置復(fù)雜。 </p><p>　　(4)電機(jī)裝在卷筒外面的電動葫蘆，其優(yōu)點(diǎn)為分組性好、通用化程度高、改變起升高度容易、安裝檢修方便。其缺點(diǎn)為:長度尺寸大。</p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　

22、電動葫蘆分為環(huán)鏈電動葫蘆和鋼絲繩電動葫蘆，對于類型不同的電動葫蘆產(chǎn)品，其工作原理也會有所差異。</p><p>　　電動葫蘆工作原理如下：先啟動起升電動機(jī)，把重物起升到適當(dāng)?shù)母叨?，再啟動運(yùn)行電動機(jī)把重物運(yùn)到指定的位置，運(yùn)行小車在單工字鋼梁的下緣行走。行走時(shí)采用一個(gè)電動機(jī)驅(qū)動運(yùn)行小車兩邊的車輪。由于行走速度比較小，因此運(yùn)行小車一般不設(shè)制動機(jī)構(gòu)。運(yùn)行小車在行走時(shí)，為防止重物下降，在起升機(jī)構(gòu)上設(shè)置了一個(gè)電磁制動器。制動

23、是依靠彈簧的壓力把內(nèi)、外盤壓緊，原理與摩擦離合器相似，松開時(shí)利用電磁鐵通電以后吸住外盤而使內(nèi)、外盤松開。電磁制動器的電路與起升電機(jī)的電路并聯(lián)，因此只要起升電機(jī)一啟動，電磁制動器松開，使重物上、下升降自如；當(dāng)電動機(jī)關(guān)閉時(shí)，則電磁制動器也斷電，電磁吸引力消失，在彈簧的壓力作用下，內(nèi)外盤緊緊壓住，起到制動的作用。 </p><p>　　2 電動葫蘆的起動控制設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1

24、異步電動機(jī)的起動方法簡介</p><p>　　1、直接啟動    直接啟動的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備少，啟動方式簡單，成本低。電動機(jī)直接啟動的電流是正常運(yùn)行的5倍左右，理論上來說，只要向電動機(jī)提供電源的線路和變壓器容量大于電動機(jī)容量的5倍以上的，都可以直接啟動。這一要求對于小容量的電動機(jī)容易實(shí)現(xiàn)，所以小容量的電動機(jī)絕大部分都是直接啟動的，不需要降壓啟動。對于大容量的電動機(jī)來說，一方面是提供電源的線路和

25、變壓器容量很難滿足電動機(jī)直接啟動的條件，另一方面強(qiáng)大的啟動電流沖擊電網(wǎng)和電動機(jī)，影響電動機(jī)的使用壽命，對電網(wǎng)不利，所以大容量的電動機(jī)和不能直接啟動的電動機(jī)都要采用降壓啟動。    直接啟動可以用膠木開關(guān)、鐵殼開關(guān)、空氣開關(guān)（斷路器）等實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的近距離操作、點(diǎn)動控制，速度控制、正反轉(zhuǎn)控制等，也可以用限位開關(guān)、交流接觸器、時(shí)間繼電器等實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的遠(yuǎn)距離操作、點(diǎn)動控制、速度控制、正反轉(zhuǎn)控制、自動控制等。2、用自偶變壓

26、器降壓啟動    采用自耦變壓器降壓啟動，電動機(jī)的啟動電流及啟動轉(zhuǎn)矩與其端電壓的平方成比例降低，相同的啟動電流的情況下能獲得較大的啟動轉(zhuǎn)。如啟動電壓降至額定電壓的65％，其啟動電流為全壓啟動電流的42％，啟動轉(zhuǎn)矩為全壓啟動轉(zhuǎn)矩的</p><p>　　2.2.1 降壓起動原理</p><p>　　降壓起動是指起動時(shí)，在電動機(jī)定子繞組上串聯(lián)電阻(電抗)，起動電流在電阻上

27、產(chǎn)生電壓降，使實(shí)際加到電動機(jī)定子繞組中的電壓低于額定電壓，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定值后，再將串聯(lián)電阻(電抗)短接，使電動機(jī)在額定電壓下運(yùn)行。</p><p>　　2.2.2 降壓起動之電路及控制電路</p><p>　　圖2.1 降壓起動控制線路</p><p><b>　　線路動作原理：</b></p><p>　　S

28、B2± KM1+自 M+（串R降壓起動）</p><p>　　KT+ △t KM2+ M+（全壓運(yùn)行） KM1－（互鎖） KT</p><p>　　由上分析可見，按下起動按鈕SB2后，電動機(jī)M先串電阻R降壓起動，經(jīng)一定延時(shí)（由時(shí)間繼電器KT確定）后，全壓運(yùn)行。且在全壓運(yùn)行期間，時(shí)間繼電器KT和接觸器KM1線圈均斷電，不僅節(jié)省

29、電能，而且增加了電器的使用壽命。</p><p>　　2.2.3 降壓啟動參數(shù)計(jì)算</p><p>　　一、定子串電阻降壓起動</p><p>　　設(shè)全壓啟動時(shí)的啟動電流和起動轉(zhuǎn)矩分別為和；串入或后，定子上所承受的電壓減小為，對應(yīng)的啟動電流和起動轉(zhuǎn)矩為和。設(shè)a為啟動電流和起動轉(zhuǎn)矩之比，則有：</p><p>　　式中，和分別為定子額定電壓和相

30、電壓。</p><p>　　又起動轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，所以</p><p>　　起動電阻計(jì)算公式為 </p><p>　　若是串電抗，則電抗計(jì)算公式為</p><p>　　由此可知，降壓后，啟動電流降到全壓似的1/a,起動轉(zhuǎn)矩降到全壓時(shí)的1/，所以這種啟動方法只適用于輕載啟動。</p><p>　　二、星形

31、-三角形降壓起動</p><p>　　對于正常運(yùn)行時(shí)電動機(jī)額定電壓等于電源線電壓，定子繞組為三角形連接方式的三相交流異步電動機(jī)，可以采用星形—三角形降壓起動。它是指起動時(shí)，將電動機(jī)定子繞組接成星形，待電動機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到一定值后，再換成三角形連接。</p><p>　　三角（D）形起動時(shí)有：</p><p>　　相電壓 </p>

32、;<p>　　相電流 </p><p><b>　　起動轉(zhuǎn)矩 </b></p><p>　　電抗為 </p><p>　　電阻為 </p><p>　　式中 為起動時(shí)的功率因數(shù)。</p><p>　　星（Y）

33、形減壓起動時(shí)：</p><p>　　相電壓 </p><p>　　相電流 </p><p><b>　　起動轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　由于起動電流正比于電壓，所以</p><p>　　又因 ， &

34、lt;/p><p>　　所以 </p><p>　　電抗為 </p><p>　　電阻為 </p><p>　　這樣，電動機(jī)起動時(shí)每相繞組的工作電壓為正常時(shí)繞組電壓的1/，起動電流為三角形直接起動時(shí)的1/3。這種啟動方法操作方便，起動

35、設(shè)備簡單，應(yīng)用較為廣泛。</p><p>　　3 電動葫蘆起動控制系統(tǒng)仿真</p><p>　　3.1 仿真原理圖設(shè)計(jì)</p><p>　　電動葫蘆的電氣控制原理圖，如圖3.1所示，由主電路和控制電路兩部分組成。</p><p>　　主電路有兩臺電動機(jī)M1、M2。其中M1是提升電動機(jī)，用接觸器KM1、KM2控制它的正反轉(zhuǎn)，用于提起和放下重

36、物；M2是移動電動機(jī)，用KM3、KM4控制它的正反轉(zhuǎn)，用于使電動葫蘆前后移動。YB是三相斷電型電磁制動器，由制動電磁鐵和閘瓦制動器兩部分組成。當(dāng)制動電磁鐵線圈通電后，它的閘瓦與閘輪分開，電動機(jī)可以轉(zhuǎn)動；當(dāng)制動電磁鐵線圈斷電后，在彈簧的作用下，使閘瓦與閘輪壓緊，實(shí)現(xiàn)電動葫蘆的停車制動。熔斷器FU用于整個(gè)電路的短路保護(hù)。</p><p>　　圖3.1電氣控制線路圖</p><p>　　3

37、.2 仿真結(jié)果分析</p><p>　　SB1是電動葫蘆提升重物的點(diǎn)動控制按鈕，SB2是電動葫蘆放下重物的點(diǎn)動控制按鈕，SB3是電動葫蘆向前移動的點(diǎn)動控制按鈕，SB4是電動葫蘆向后移動的點(diǎn)動控制按鈕。 SQ1～SQ3為限位行程開關(guān)，當(dāng)電動葫蘆提升物體上升到極限位置時(shí)，行程開關(guān)SQ1被壓下；電動葫蘆前后移動到極限位置時(shí)，對應(yīng)的行程開關(guān)SQ2或SQ3被壓下，用于電動葫蘆的安全保護(hù)。 工作時(shí)，合上電源開關(guān)QS，

38、按下按鈕SB1，接觸器KM1的得電通路為：L1→QS→FU→SB1常開觸點(diǎn)（已閉合）→SB2常閉觸點(diǎn)→SQ1常閉觸點(diǎn)→KM2常閉觸點(diǎn)→KM1線圈→→FU→QS→L2，電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)，提起重物，松開按鈕SB1，由于沒有采用自鎖措施，接觸器KM1失電，M1制動停車，停止提升；如果按下按鈕SB2，則接觸器KM2得電，電動機(jī)M1反轉(zhuǎn)，物體被放下，松開按鈕SB2，KM1失電，M1制動停車，物體停止向下運(yùn)動。</p><p>

39、;　　如果在提升物體過程中，物體被提至極限位置而沒有及時(shí)松開按鈕SB1時(shí)，行程開關(guān)SQ1被壓下，SQ1常閉觸點(diǎn)斷開，KM1失電，物體不再被提升，實(shí)現(xiàn)了電動葫蘆的上限保護(hù)。 如果要使電動葫蘆前后移動，則按下按鈕SB3或SB4，接觸器KM3或KM4得電，便可以實(shí)現(xiàn)電動葫蘆的前后移動。SQ2和SQ3為電動葫蘆前后移動的限位行程開關(guān)。 SB1～SB4為復(fù)合按鈕，與接觸器KM1～KM4的常閉觸點(diǎn)共同構(gòu)成控制電路的機(jī)械—電氣聯(lián)鎖，用以防止接

40、觸器KM1和KM2、KM3和KM4同時(shí)通電，從而避免主電路短路事故的發(fā)生。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　電拖課程設(shè)計(jì)到這里可以說是要結(jié)束了，也是這門課程的告一段落?；厥准韧约哼@一學(xué)期學(xué)習(xí)電拖的過程，能在眾多的學(xué)富五車，才華橫溢的老師的教導(dǎo)下學(xué)習(xí)實(shí)在是榮幸之極。在這一學(xué)期里， 我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺，這除了自身的努力之外，與

41、老師，同學(xué)的幫助和支持是分不開的。</p><p>　　論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。老師的諄諄教導(dǎo)，同學(xué)的出謀劃策及家長的支持是我完成好這篇論文的動力源泉。在此，我要特別感謝xx老師。從論文的選題，文獻(xiàn)的采集，框架的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的布局到最后的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標(biāo)題到標(biāo)點(diǎn)，他都費(fèi)盡心血。沒有王老師的辛勤栽培，孜孜教導(dǎo)，就沒有我論文的順利完成。</p><p>　　感謝自動化的各

42、位同學(xué)，與他們的交流使我受益頗多，最后要感謝我的家人以及我的朋友們多我的理解支持鼓勵(lì)和幫助，正是因?yàn)橛辛怂麄?，我所做的一切才更有意義；也正是因?yàn)橛辛怂麄?，我才有了追求進(jìn)步的勇氣和信心</p><p>　　時(shí)間的倉促及自身專業(yè)水平不足，整篇論文還有很多的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤沒有發(fā)現(xiàn)，懇請老師和同學(xué)能夠多多指正，感激不盡。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p&

43、gt;<p>　　[1]饒振剛.行星齒輪傳動設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002年.</p><p>　　[2]起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊編寫組編. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社，1997年.</p><p>　　[3]嚴(yán)大考，鄭蘭霞.起重機(jī)械.鄭州大學(xué)出版社，2003年.</p><p>　　[4]馬從謙.漸開線傳動齒輪設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，1987年.<