低压电器课设三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动设计说明书.docx

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低压电器课设三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动设计说明书

HarbinInstituteofTechnology

课程设计说明书（论文）

课程名称：

低压电器课程设计

设计题目：

三相异步电动机自耦变压器减

压启动能耗制动控制的设计

院系：

电气工程系

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间：

2016.01.11-2016.01.15

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学课程设计任务书

姓名：

院（系）：

电气工程系

专业：

电气工程及其自动化班号：

任务起至日期：

2016年1月11日至2016年1月15日

课程设计题目：

三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动的设计

已知技术参数和设计要求：

根据具有自耦变压器减压启动和能耗制动功能的三相异步电动机的工作过程采用电器工作流程图法自行设计三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动电器控制线路，要求主电路有短路保护和热保护。

电器的线圈额定电压均为交流380V。

电器工作流程图法的设计步骤为：

1．绘制电器工作流程图；

2．写线圈电器的导通逻辑表达式；

3．绘制电器控制线路图；

4．通过模拟实验校核电器控制线路的正确性。

设计内容中应包括详细的设计过程、文字说明和总结。

工作量：

1．选择电气传动方案和控制方式；

2．确定电动机的类型及其技术参数；

3．设计电器控制原理框图，确定各部分之间的关系，拟定技术指标与要求；

4．设计并绘制电器控制原理图，计算主要技术参数；

5．选择电器元件，制定元器件目录清单；

6．编写设计说明书和使用说明书，包括操作顺序说明、维修说明及调整方法。

工作计划安排：

2016.01.11-2016.01.12：

查阅文献，制定设计方案，设计电器控制原理框图；

2016.01.13-2016.01.15：

设计电器控制原理图，选择电器元件，编写设计说明书。

同组设计者及分工：

指导教师签字___________________

年月日

教研室主任意见：

教研室主任签字___________________

年月日

*注：

此任务书由课程设计指导教师填写

三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动设计

摘要:

三相异步电动机在启动时常采用降压启动方式，在制动时经常采用能耗制动，本设计就三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动进行设计，并通过模拟实验校核控制线路的正确性。

关键词：

三相异步电动机，降压启动，能耗制动，电气控制线路图

1．任务分析

根据具有自耦变压器减压启动和能耗制动功能的三相异步电动机的工作过程，采用电器工作流程图法，设计三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动电器控制线路，要求主电路有短路保护和热保护。

电器的线圈额定电压均为交流380V。

电器工作流程图法的设计步骤为：

1．绘制电器工作流程图：

电器工作流程图的绘制是按照电器工作次序从左到右进行的。

首先在左侧列出控制中需要的全部电器，如按钮、接触器、继电器等，每个电器占一行。

然后按照电器工作的时间顺序从左到右依次画出各电器的状态框，每个电器的状态框与左侧相同电器画在同一行上，并且框内写入相应电器的文字符号。

2．写线圈电器的导通逻辑表达式：

导通逻辑表达式是由电器工作流程图得到的公式，是从电器工作流程图过渡到控制电路图的桥梁。

导通逻辑表达式的一般形式为:

将每个电器的实际起动条件和释放条件代入导通逻辑表达式的一般形式，就得到该电器的基本逻辑表达式。

3．绘制电器控制线路图：

绘制电器控制线路图，即是将逻辑表达式等号左边的一个文字符号画成线圈，右边的一行文字符号画成按要求连接的触点。

设计完后还需进行简化，使连线和触点数尽量少。

4．通过模拟实验校核电器控制线路的正确性：

设计内容中应包括详细的设计过程、文字说明和总结。

2．三相异步电动机自耦变压器减压启动

异步电动机是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。

异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。

异步电动机拖动系统在启动过程中要求：

一是要有足够大的启动转矩，使拖动系统具有较大的加速转矩，尽快达到正常运行状态；二是要求启动电流不能太大，以免引起电源电压下降，影响其它电气设备的正常工作。

若电动机直接启动，启动电流可达电机额定电流的4～7倍，这将对电网造成很大的冲击，直接影响电网中其它用电设备的正常工作，也会影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。

所以一般来说10KW以上的电动机采用减压启动。

三相异步电动机自耦变压器减压启动原理图如图1所示，三相电经过自耦变压器降压，等待启动过程完成后，切断变压器，直接接三相电，可以减小启动电流。

在自耦变压器减压启动的控制线路中，限制电动机启动电流是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。

自耦变压器又称启动补偿器，自耦变压器的初级和电源相接，次级与电动机相联。

自耦变压器的次级一般有3个抽头，可得到3种数值不等的电压。

使用时可根据启动电流和启动转矩的要求灵活选择。

电动机启动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器的二次电压，一旦启动完毕，自耦变压器便被切除，电动机直接接至电源，即得到自耦变压器的一次电压，电动机进入全压运行。

图1三相异步电动机自耦变压器减压启动原理图

自耦变压器降压启动时，闭合开关QF，在启动时先闭合KM1，同时启动延时继电器KT，常闭延时断开继电器切断KM1，同时常开延时闭合继电器接通KM2。

绘制降压启动电器工作流程图如图2所示。

图2自耦变压器降压启动电器工作流程图

根据电器工作流程图可得接触器KM2、时间继电器KT、接触器KM1的逻辑表达式。

考虑到运行自锁的要求，可使用延时继电器KT的辅助触点，逻辑表达式应修改如下：

由此可得降压启动的控制线路图如图3

图3自耦变压器降压启动的控制线路图

下面结合接线图具体分析降压启动的过程。

首先合上刀开关QK，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈和时间继电器KT线圈同时通电。

由于KM1线圈通电，KM1主触点和辅助触点闭合，电动机定子串自耦变压器减压启动。

时间继电器KT线圈通电后，经过延时t（s）后KT延时常闭触头断开，KM1线圈断电，从而KM1主触头断开，自耦变压器从线路中切除。

同时KT常开延时闭合触头闭合，KM2线圈通电，KM2线圈主触头闭合，电动机投入全压正常运行。

在自耦变压器降压启动中，启动电流与启动转矩的比值按变比平方倍降低。

自耦变压器之所以被称为启动补偿器是因为在获得同样启动转矩的情况下，采用自耦变压器降压启动从电网获得的电流比采用电阻减压要小得多，对电网电流冲击小，功率损耗小。

其缺点是自耦变压器价格较贵，结构较复杂，体积较庞大，且不允许频繁操作。

3．三相异步电动机能耗制动

三相异步电机从切断电源到完全停止旋转，由于惯性关系，总要经过一段时间，这往往不能适应某些生产机械工艺的要求。

三相异步电机制动方法分为两大类：

机械制动和电气制动。

机械制动是机械装置来强迫电机迅速停机；电气制动是在异步电机接到停机命令时，同时产生一个与原来转向相反的制动转矩，迫使电动机转速迅速下降。

电气制动控制方法包括反接制动和能耗制动。

根据设计要求，本文通过能耗制动方式设计三相异步电动机制动控制线路。

能耗制动是一种应用广泛的电气制动方法。

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。

能耗制动可以用时间继电器进行控制，也可以用速度继电器进行控制。

三相异步电动机能耗制动原理图如图4所示：

图4三相异步电动机能耗制动原理图

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成固定磁场，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。

对能耗制动控制线路有如下要求：

供给定子绕组的交、直流电源之间应可靠联锁，大容量电动机的能耗制动电路应与控制电路的短路保护装置分开。

在电动机正常运行时，不允许能耗制动电路中的变压器长期处于空载运行状态。

能耗制动的工作过程如下：

按启动按钮SB2，主接触器线圈KM1通电，接通主电路，电动机开始工作。

需要电动机停转时，按下停止按钮SB1，使主接触器线圈断电，断开主电路，同时能耗制动接触器KM2和时间继电器KT动作。

经过预定的延时Δt后，电动机停转，此后让能耗制动接触器KM2和时间继电器KT释放，断开能耗制动电路。

按照上述过程，能耗制动电器工作流程图如图5所示：

图5能耗制动电器工作流程图

对应的的逻辑表达式为：

由此可得能耗制动的控制线路图如图6

图6能耗制动控制线路图

下面结合图6对三相异步电动机能耗制动进行分析。

合上刀开关QK，按下启动按钮SB2，则接触器KM1线圈通电，接触器KM1主触头闭合，电动机全压启动。

电动机工作一段时间后，制动时，按下复合按钮SB1，则KM1线圈断电，电动机与交流电源断开。

KM2线圈通电，KM2线圈主触头闭合，电动机两相定子绕组通入直流电，开始能耗制动。

时间继电器KT线圈通电，经过延时t（s）后，KT常闭触头断开，KM2断电，电动机切断了直流电，电动机能耗制动结束，同时KT断电。

4．三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动

通过对三相异步电动机自耦变压器减压启动和能耗制动的分块分析，可以设计出三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动的综合控制线路。

将能耗制动中的直接启动方式改为降压启动方式即可完成设计。

电气控制线路如图7所示：

图7三相异步电动机自耦变压器减压启动能耗制动控制线路图

现在从电动机降压启动到能耗制动的步骤进行详细分析。

启动时先合上电源开关QK，然后按下启动按钮SB2，接触器KM1、KM2与时间继电器KT1的线圈因得电而同时吸合并自锁，接触器KM1、KM2的主触头闭合，电动机定子绕组经自耦变压器接至电源减压启动。

当时间继电器KT1到达延时值时，其常闭触头断开，使接触器KM1因线圈断电而释放，KM1主触头断开；与此同时，时间继电器KT1延时闭合的常开触头闭合，使接触器KM3因线圈得电而吸合并自锁，KM3主触头闭合，电动机进入全压正常运行，而此时接触器KM3的常闭辅助触头也同时断开，使接触器KM2与时间继电器KT1因线圈断电而释放，KM2主触头断开，将自耦变压器从电网上切除。

电机进入正常运行状态。

制动时按下停止按钮SB1，首先使接触器KM3因线圈断电而释放，KM3的主触头断开，电动机断电，做惯性运转。

与此同时，接触器KM4与时间继电器KT2因线圈得电而吸合，并通过KM4的动合辅助触头与时间继电器KT2瞬时闭合的常开触头自锁，KM4的主触头闭合，电动机通入直流电流，进入能耗制动状态。

当到达延时时间后，时间继电器KT2的延时断开的常闭触头断开，使KM4与KT2因线圈断电而释放，KM4的主触头断开，切断电动机的直流电源，能耗制动结束。

短路保护：

短路时，通过熔断器FU的熔体熔断切开主电路。

过载保护：

通过热继电器FR实现。

由于热继电器的热惯性比较大，即使热元件流过几倍额定电流的电流，热继电器也不会动作。

因此在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器经得起电动机启动电流的冲击而不会动作。

只有在电动机长期过载下FR才动作，断开控制电路，接触器KM失电，切断电动机主电路，电动机停转，实现过载保护。

使用说明：

开机时，首先闭合开关QK，按下按键SB2，电机自动启动；制动时按下按键SB1，电机自动进行能耗制动，制动完毕后断开开关QK。

5．电器元件的选取

首先选取核心器件电动机，选取JZ2—22—6型7.5kW三相异步电动机，其额定电压UN=380V，电流I0

=7.8A，R15°=0.896Ω，IN=19.5A。

由电动机的工作参数可以选取HK系列开启式负荷开关QK，基本技术参数为额定电压380V，额定电流30A，极数3，机械寿命10000次，电气寿命2000次。

熔断器FU1选取RC1A-30型瓷插式熔断器，额定电流30A，熔体材料铜丝。

热继电器选取JR20—10型，热元件号14R。

接触器KM3选取CJ10系列交流接触器，型号为CJ10—20，额定电压380V，额定电流20A，可控制电动机最大功率10KW。

启动按钮SB2选用LA系列控制按钮，型号为LA19—11D。

接触器KM1选取CJ10—5型交流接触器，额定电压380V，额定电流5A。

接触器KM2选取CJ10—10型交流接触器，额定电流10A。

熔断器FU2选取RC1A-10型瓷插式熔断器，额定电流10A，熔体材料铅锡合金丝。

熔断器FU3选取RC1A-30型瓷插式熔断器，额定电310A，熔体材料铜丝。

时间继电器KT1和KT2均选用JS7—A系列时间继电器，型号为JS7—2A。

总结

通过这次课设掌握了电器工作流程图法设计电气控制电路，学会了不同功能模块如何拟合到一起形成新的控制线路。

另外针对最终总电路也可以进行优化，降压启动和能耗制动用了两个时间继电器KT1和KT2，使得线路有些复杂，可以将两个时间继电器合为一个，在降压启动和能耗制动中设定两个不同的时间参数完成启动和制动。

参考文献：

1.闫和平，宋方军.常用低压电器与控制技术：

机械工业出版社

2.王仁湘.常用低压电器原理：

机械工业出版社