两台电动机顺序启动停止控制设计DOC.docx

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两台电动机顺序启动停止控制设计DOC

摘要

本文介绍了基于电力拖动的一种电动机的顺序启动停止的设计方案。

我们运用其原理的思路是：

用两套异步电机M1和M2，顺序启动、停止控制电路是在一个设备启动之后另一个设备才能启动运行的一种控制方法，常用于主、辅设备之间的控制，如上图当辅助设备的接触器KM1启动之后，主要设备的接触器KM2才能启动，主设备KM1不停止，辅助设备KM2也不能停止。

但辅助设备在运行中应某原因停止运行（如FR1动作），主要设备也随之停止运行。

绘制电路图与工作流程图，并进行改进。

因为三相电机的仿真具有很高的难度，在短时间内无法完成，故只使用原理图和电路图进行说明。

关键词：

异步电机M1和M2、常开常闭开关、熔断器、继电器；

第一章绪论

1.1课题意义

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。

在这种情况的要求下，将电动机的转动规律设计清楚显得尤为重要。

电力拖动基础课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性电力拖动系统的软、硬件设计为主。

课程设计的目的和任务：

全面熟练掌握电力拖动的应用，使学生掌握小型电力拖动应用系统设计的步骤，通过设计过程对进一步锻炼和培养学生的动手能力。

1.2系统参数和基本要求

Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。

安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制（S1）。

适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。

Y系列中，Y80~315电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。

Y355电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB5274-91。

Y80~315电动机采用B级绝缘。

Y355电动机采用F级绝缘。

额定电压为380V，额定频率为50Hz。

功率3kW及以下为Y接法；其它功率均为△接法。

电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40℃；最低环境空气温度为-15℃；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25℃。

电动机有一个轴伸，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。

1.3选用的电动机

选用的异步电机是转速3000r/min的电动机，具体如图1.3参考如下：

图1.3常用异步电机实物图

第二章课程设计的原理及选用器材的介绍

2.1熔断器的原理

熔断器也被称为保险丝，IEC127标准将它定义为"熔断体（fuse-link）"。

它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。

熔断器其实就是一种短路保护器，广泛用于配电系统和控制系统，主要进行短路保护或严重过载保护。

熔断器（实物如图2.1）是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。

熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。

熔断器是一种过电流保护器。

熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。

使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。

图2.1熔断器实物图

以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。

具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。

因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。

熔断器主要由熔体、外壳和支座3部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。

2.2继电器

电磁继电器（如图2.2）一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。

这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。

图2.2继电器的结构及原理

2.2.1主要作用

继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。

作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：

1）扩大控制范围：

例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。

2）放大：

例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。

3）综合信号：

例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。

4）自动、遥控、监测：

例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。

2.3常开常闭开关器的选择

按钮开关：

一种短时接通或断开小电流电路的电器，它不直接控制主电路的通断，而在控制电路中发出手动“指令”去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路，故称“主令电器”。

按钮开关的结构以及符号如图2.3

（1）按钮开关的结构

按钮开关的结构：

由按钮帽、复位弹簧、固定触点、可动触点、外壳和支柱连杆等组成。

常开触头（动合触头）：

是指原始状态时（电器未受外力或线圈未通电），固定触点与可动触点处于分开状态的触头。

常开（动合）按钮开关，未按下时，触头是断开的，按下时触头闭合接通；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位断开。

在控制电路中，常开按钮常用来启动电动机，也称启动按钮。

常闭（动断）按钮开关与常开按钮开关相反，末按下时，触头是闭合的，按下时触头断开；当手松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下复位闭合。

常闭按钮常用于控制电动机停车，也称停车按钮。

复合按钮开关：

将常开与常闭按钮开关组合为一体的按钮开关，即具有常闭触头和常开触头。

未按下时，常闭触头是闭合的，常开触头是断开的。

按下按钮时，常闭触头首先断开，常开触头后闭合；当松开后，按钮开关在复位弹簧的作用下，首先将常开触头断开，继而将常闭触头闭合。

复合按钮用于联锁控制电路中。

（2）按钮开关的安装和使用

1）将按钮安装在面板上时，应布置整齐，排列合理，可根据电动机启动的先后次序，从上到下或从左到右排列：

2）按钮的安装固定应牢固，接线应可靠。

应用红色按钮表示停止，绿色或黑色表示启动或通电，不要搞错。

3）由于按钮触头间距离较小，如有油污等容易发生短路故障，因此应保持触头的清洁。

4）安装按钮的按钮板和按钮盒必须是金属的，并设法使它们与机床总接地母线相连接，对于悬挂式按钮必须设有专用接地线，不得借用金属管作为地线。

5）按钮用于高温场合时，易使塑料变形老化而导致松动，引起接线螺钉间相碰短路，可在接线螺钉处加套绝缘塑料管来防止短路。

6）带指示灯的按钮因灯泡发热，长期使用易使塑料灯罩变形，应降低灯泡电压，延长使用寿命。

7）“停止”按钮必须是红色；“急停”按钮必须是红色蘑菇头式；“启动”按钮必须有防护挡圈，防护挡圈应高于按钮头，以防意外触动使电气设备误动作。

图2.3按钮开关的结构以及符号

第三章工作原理

顺序启动、顺序停止控制线路KM1、KM2分别控制电动机M1、M2。

KM1的一个辅助常开触点与M2的启动按钮SB4串联，另一个辅助常开触点与M2的停止按钮SB2并联。

只有在KM1得电吸合后，M2才能启动。

停止时，只有KM1先断电，KM2才能断电，即先停M1，再停M2。

3.1工作过程：

1、合上开关QF使线路的电源引入。

2、按辅助设备控制按钮SB3，接触器KM1线圈得电吸合，主触点闭合辅助设备运行，并且KM1辅助常开触点闭合实现自锁。

3、按主设备控制按钮SB4，接触器KM2线圈得电吸合，主触点闭合主电机开始运行，并且KM2的辅助常开触点闭合实现自锁。

4、KM1的另一个辅助常开触点将SB2短接，使SB1失去控制作用，无法先停止辅助设备KM2。

5、停止时只有先按SB1按钮，使KM1线圈失电辅助触点复位（触点断开），SB2按钮才起作用。

6、主电机的过流保护由FR2热继电器来完成。

7、辅助设备的过流保护由FR1热继电器来完成，但FR1动作后控制电路全断电，主、辅设备全停止运行。

系统总电路如图3.1所示：

图3.1系统接线图

3.2控制电路设计

控制电路采用如下设计，如图3.2。

按辅助设备控制按钮SB3，接触器KM1线圈得电吸合，主触点闭合辅助设备运行，并且KM1辅助常开触点闭合实现自锁。

按主设备控制按钮SB4，接触器KM2线圈得电吸合，主触点闭合主电机开始运行，并且KM2的辅助常开触点闭合实现自锁。

KM1的另一个辅助常开触点将SB2短接，使SB2失去控制作用，无法先停止辅助设备KM2。

停止时只有先按SB1按钮，使KM1线圈失电辅助触点复位（触点断开），SB2按钮才起作用。

主电机的过流保护由FR2热继电器来完成。

辅助设备的过流保护由FR1热继电器来完成，但FR1动作后控制电路全断电，主、辅设备全停止运行。

图3.2控制电路图

3.3保护方法

（1）电动机的过载保护由FR1和FR2分别完成。

（2）FR2保护电动机M2，但FR1动作保护后，M2电动机也必须停止工。

课程设计的心得体会

电力拖动作为我们的主要专业课之一，虽然在大三开学初我对这门课并没有什么兴趣，觉得那些程序枯燥乏味，但在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的努力中对电力拖动的兴趣也在逐渐增加。

        这次电力拖动课程设计我们历时两个星期，在我们班里算是比较晚完成的吧，但经过这两个星期的实践和体验下来，我们又怎么会去在乎那个先后问题呢。

因为对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。

现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能!

        两个星期前我们两个还在为到底选那个课题而发生分歧，最后还是在老师的耐心分析和指导下完成了课题的选定，但是随之而来的问题却远比我们想想的要困难的多。

没想到这项看起来不需要多少技术的工作却是非常需要耐心和精力在两个星期后的今天我已明白课程设计对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结，虽然我们这次花去的时间比别人多，但我相信我们得到的也会更多!

参考文献

[1]魏炳贵.《电力拖动基础》.机械工业出版社，2010.

[2]陈伯时.《自动控制系统》.机械工业出版社，1981.

[3]熊永前.《电机学》.华中科技大学出版社，2010.

[4]杨长能.《电力拖动基础》.重庆大学出版社，1989.