1、淮 陰 工 學 院課程設計說明書作 者:成志超學 號：1121106105學 院:機械工程學院專 業(yè):機械電子專業(yè)題 目:三相異步電動機能耗制動系統(tǒng)設計殷永華高榮指導者： 目 錄1 緒論12 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理22.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2 三相異步電動機的工作原理22.3 三相異步電動機制動方式43 三相異步電動機的能耗制動方式43.1 能耗制動的原理43.2 能耗制動的設計43.3 能耗制動的分析4結(jié)論5致謝6參考文獻7附錄8附錄18附錄28緒論異步電動機（亦即為感應電動機）接在頻率為f1的電網(wǎng)上運行時，轉(zhuǎn)速n與電網(wǎng)頻率f1之間不存在同步電動機那樣的恒定的比例關(guān)系。三相異步電

2、動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量變換。所謂能耗制動,就是在電動機脫離交流電源的瞬間,在定子繞組中通以直流電,產(chǎn)生靜止磁場,與轉(zhuǎn)子中感應電流相互作用,產(chǎn)生制動力矩,從而達到使異步電機迅速停轉(zhuǎn)的一種制動方法。關(guān)鍵詞 三相異步電動機；能耗制動；定子繞組；控制線路；接觸器；時間繼電器；異步電機制動力矩；直流電源；基本控制線1 緒論背景三相異步電動機的應用幾乎涵蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活各個領(lǐng)域，在這些應用領(lǐng)域中，三相異步電動機常常運行在惡劣的環(huán)境下，導致產(chǎn)生過流、短路、斷相、絕緣老化等事故。對于應用于大型工業(yè)設備重

3、要場合高壓電動機、大功率電動機來說，一旦發(fā)生故障所造成的損失無法估量。在生產(chǎn)過程，科學研究和其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，電氣控制技術(shù)應用十分廣泛。在機械設備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。本系列的控制是采用梯形編程語言，梯形語言是在可編程控制器中的應用最廣的語言，因為它在繼電器的基礎(chǔ)上加進了許多功能、使用靈活的指令，使邏輯關(guān)系清晰直觀，編程容易，可讀性強，所實現(xiàn)的功能也大大超過傳統(tǒng)的繼電器控制電路?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它是專為在惡劣工作環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制，定時、計數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并采用數(shù)字式、模擬式

4、的輸入和輸出，控制各種的機械或生產(chǎn)過程。長期以來，能耗制動始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供了非?？煽康目刂茟谩Ｋ軌驗樽詣踊刂茟锰峁┌踩煽亢捅容^完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。進入20世紀80年代，由于計算機計數(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，極大的推動了能耗制動技術(shù)的的發(fā)展，使的能耗制動的功能日益增強。能耗制動是一種控制技術(shù)，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。通過輸入/輸出裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信號。由于能耗制動綜合了計算機和自動化技術(shù)，所以它發(fā)展日新月異，大大超出其出現(xiàn)時的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時

5、、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡時代的到來，擴大了能耗制動的功能，使其具有很強的的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)，不管是農(nóng)業(yè)還是工業(yè)，都有著舉足輕重的作用。隨著科學技術(shù)的發(fā)展與不斷進步，電氣工程與自動化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展快速的改變著我國的工業(yè)基礎(chǔ)整體面貌。與此同時，該技術(shù)的不斷發(fā)展，對社會的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設中發(fā)揮著越來越重要的作用，它正朝著智能化、網(wǎng)絡化和集成化的方向發(fā)展。1）學習電氣元件實

6、現(xiàn)能耗制動的控制方法2）掌握電氣元件的主回路和控制回路接線方法3）設計三相異步電動機的能耗制動的主回路和控制回路2三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動機的結(jié)構(gòu)磁路部分定子鐵心（由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，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）；轉(zhuǎn)子鐵心（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，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來放置轉(zhuǎn)子繞組（繞線形的）或鑄鋁的鋁條）。電路部分定子繞組（三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞

7、制。）轉(zhuǎn)子繞組（有繞線形和鼠籠形）。機械部機座、端蓋、軸和軸承等等分。2.2 三相異步電動機的工作原理作電動機運行的三相異步電機，三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電

8、動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。當向三相定子繞組中通過入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導體開始時是靜止的，故轉(zhuǎn)子導體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。由于轉(zhuǎn)子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。通過上述分析可以總結(jié)出電動機工作原理為：當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度

9、），通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。分類：單層與雙層單層繞組就是在每個定子槽內(nèi)只嵌置一個線圈有效邊的繞組，因而它的線圈總數(shù)只有電機總槽數(shù)的一半。單層繞組的優(yōu)點是繞組線圈數(shù)少工藝比較簡單；沒有層間絕緣故槽的利用率提高；單層結(jié)構(gòu)不會發(fā)生相間擊穿故障等。缺點則是繞組產(chǎn)生的電磁波形不夠理想，電機的鐵損和噪音都較大且起動性能也稍差，故單層繞組一般只用于小容量異步電動機中。 單層繞組按照其線圈

10、的形狀和端接部分排列布置的不同，可分為鏈式繞組、交叉鏈式繞組、同心式繞組和交叉式同心繞組等幾種繞組形式。單層同心繞組和交叉同心式繞組的優(yōu)點為繞組的繞線、嵌線較為簡單，缺點則為線圈端部過長耗用導線過多?，F(xiàn)除偶有用在小容量2極、4極電動機中以外，目前已很少采用這種繞組形式。2.3 三相異步電動機制動方式三相異步電動機制動的方式有：1） 能耗制動 能耗制動方法是將正常運行的電動機突然從電源上切斷，并將電動機定子繞組任意兩相出線端接到直流電源上則直流電源將在定子內(nèi)形戚固定磁場轉(zhuǎn)子靠慣性旋轉(zhuǎn)并切割此固定磁場，在轉(zhuǎn)子繞組中感生電動勢和轉(zhuǎn)子電流，此電流與固定磁場相互作用便產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這個電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動

11、方向相反。達到制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)子動能消耗在轉(zhuǎn)子電阻內(nèi)，這個過程就是電動機能耗制動過程。2） 反接制動倒拉反接制動。起重機在吊物時，如果重物鞍重電動機不但吊不起來重物反而使電動機轉(zhuǎn)速降低甚至轉(zhuǎn)速為零或倒轉(zhuǎn)邊就是倒拉反接制動狀態(tài)。電動機拖動重物上升電動機是處于電動運行狀態(tài)。電源反接制動。為了使正常運行的電動機快速停車或反轉(zhuǎn)其要改接三相電源的相序即可也就是將電動機弓f出的三相引出線任意調(diào)換兩個引出線位置再接到電源上則使電動機定子旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)子電動勢和電流反向流動而產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的自動轉(zhuǎn)矩。3） 回饋制動回饋制動也叫再生發(fā)電制動。起重機下放重物時的回饋制動原理圖如圖3所示。當起重機下放重物時。如果重物

12、很重，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過電動機的同步轉(zhuǎn)速時(即s120r/min-KS+SB1KM1+KM1+KM2+M+（串R反接制動）N 120r/min-KS+ SB1+SB1KM1+KM1+SB1+KM2+(自鎖)M+（串R反接制動）N40r/min-KS- KM2 M-c)手動控制的簡單能耗制動線路，要停車時按下SB1按鈕，到制動結(jié)束放開按鈕（KM2無自鎖）。（復合按鈕手動控制） d)自動控制，簡化操作。（時間繼電器自動控制切除直流電源） e)圖中直流電源中串接可調(diào)電阻RP，調(diào)節(jié)制動電流大小。 結(jié)論（1）能耗制動是一種應用廣泛的電氣制動方法。該線路的設計思想是在電動機要停車時切除三相電源的同時，將直流電源

13、接入定子繞組，利用轉(zhuǎn)子感應電流與靜止磁場的作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，從而達到制動的目的。 （2）由于將直流電源接入定子的兩相繞組，繞組中流過直流電流，產(chǎn)生了一個靜止不動的直流磁場。此時電動機的轉(zhuǎn)子由于慣性作用仍按原來的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導體切割直流磁通，產(chǎn)生感生電流。 （3）在靜止磁場和感生電流相互作用下，產(chǎn)生一個阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的制動力矩，因此電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。當轉(zhuǎn)速降至零時，轉(zhuǎn)子導體與磁場之間無相對運動，感生電流消失，制動力矩變?yōu)榱悖妱訖C停轉(zhuǎn)，再將直流電源切除，制動結(jié)束。這種制動方法，實質(zhì)上是把轉(zhuǎn)子原來儲存的機械能，轉(zhuǎn)變成電能，又消耗在轉(zhuǎn)子的制動上，所以稱做能耗制動。心得本次課程設計報告，總體上不存在

14、很大的問題，一定程度上能夠解決問題，但還是存在不少自己不能單獨解決的問題。經(jīng)過這次的測試技術(shù)實驗,我個人得到了不少的收獲,一方面加深了我對課本理論的認識,另一方面也提高了實驗操作能力?，F(xiàn)在我總結(jié)了以下的體會和經(jīng)驗。這次的課程設計跟我們以前做的實驗不同，因為我覺得這次我是真真正正的自己親自去完成。所以是我覺得這次實驗最寶貴，最深刻的。就是實驗的過程全是我們學生自己動手來完成的，這樣，我們就必須要弄懂實驗的原理。在這里我深深體會到哲學上理論對實踐的指導作用：弄懂實驗原理，而且體會到了實驗的操作能力是靠自己親自動手，親自開動腦筋，親自去請教別人才能得到提高的。我們做實驗絕對不能人云亦云，要有自己的看

15、法，這樣我們就要有充分的準備，若是做了也不知道是個什么實驗，那么做了也是白做。實驗總是與課本知識相關(guān)的，比如回轉(zhuǎn)機構(gòu)實驗，是利用頻率特性分析振動的，就必須回顧課本的知識，知道實驗時將要測量什么物理量，寫報告時怎么處理這些物理量。我們做實驗不要一成不變和墨守成規(guī)，應該有改良創(chuàng)新的精神。實際上，在弄懂了實驗原理的基礎(chǔ)上，我們的時間是充分的，做實驗應該是游刃有余的，如果說創(chuàng)新對于我們來說是件難事，那改良總是有可能的。比如說，在做電橋?qū)嶒炛?，我們可以通過返回旋動，測量回程誤差。 在實驗的過程中我們要培養(yǎng)自己的獨立分析問題，和解決問題的能力。培養(yǎng)這種能力的前題是你對每次實驗的態(tài)度。如果你在實驗這方面很隨

16、便，抱著等老師教你怎么做，拿同學的報告去抄，盡管你的成績會很高，但對將來工作是不利的。比如在做回轉(zhuǎn)機構(gòu)實驗中，經(jīng)老師檢查，我們的時域圖波形不太合要求，我首先是改變振動的加速度，發(fā)現(xiàn)不行，再改變采樣頻率及采樣點數(shù)，發(fā)現(xiàn)有所改善，然后不斷提高逼近，最后解決問題，興奮異常。在寫實驗報告，對于思考題，有很多不懂，于是去問老師，老師的啟發(fā)了我，其實答案早就擺在報告中的公式，電路圖中，自己要學會思考。在做測試技術(shù)的實驗前,我以為不會難做,就像以前做物理實驗一樣,做完實驗,然后兩下子就將實驗報告做完.直到做完測試實驗時,我才知道其實并不容易做,但學到的知識與難度成正比,使我受益匪淺.在做實驗前,一定要將課本

17、上的知識吃透,因為這是做實驗的基礎(chǔ),否則,在老師講解時就會聽不懂,這將使你在做實驗時的難度加大,浪費做實驗的寶貴時間.比如做應變片的實驗,你要清楚電橋的各種接法,如果你不清楚,在做實驗時才去摸索,這將使你極大地浪費時間,使你事倍功半.做實驗時,一定要親力親為,務必要將每個步驟,每個細節(jié)弄清楚,弄明白,實驗后,還要復習,思考,這樣,你的印象才深刻,記得才牢固,否則,過后不久你就會忘得一干二凈,這還不如不做.做實驗時,老師還會根據(jù)自己的親身體會,將一些課本上沒有的知識教給我們,拓寬我們的眼界,使我們認識到這門課程在生活中的應用是那么的廣泛.通過這次測試技術(shù)的實驗,使我學到了不少實用的知識,更重要的是,做實驗的過程,思考問題的方法,這與做其他的實驗是通用的,