《自動控制》課程設(shè)計課題：水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)班級：電氣學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院20年10月30日目錄第一章引言 11.1研究背景 11.1.1變頻技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 11.2本設(shè)計研究的主要內(nèi)容 1第二章水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案 32.1變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ) 32.1.1三相異步電動機的調(diào)速原理 32.1.2軟啟動器及其使用 42.2水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的分析說明 62.2.1水泵變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成 62.2.2中水系統(tǒng)的主電路接線圖 7第三章系統(tǒng)硬件的設(shè)計 83.1軟啟動器的選擇 9第四章參數(shù)復(fù)位 10總結(jié) 10參考文獻 11附錄A 12Page1第一章引言1.1研究背景1.1.1變頻技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀近年來電力電子器件的材料開發(fā)和制造工藝水平不斷提高，尤其是高壓大容量絕緣柵雙極型晶體管IGBT、集成門極換向晶閘管IGCT器件的成功開發(fā)，與此同時伴隨著微型計算機控制技術(shù)及電機拖動控制系統(tǒng)理論的發(fā)展，使大功率變頻技術(shù)得以迅速發(fā)展，性能日臻完善。如今我國每年大約60%的發(fā)電量是由電動機消耗掉的，因此如何利用電機調(diào)速技術(shù)進行電機運行方式的改造以節(jié)約電能，受到了國家和業(yè)界人士的重視。在80年代末90年代初以及中期，我國變頻技術(shù)主要依賴于國外產(chǎn)品進口。國外變頻技術(shù)發(fā)展從20世紀80年代后半期開始，尤其以歐洲、美國、日本發(fā)展較早，基于VVVF技術(shù)的變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)也愈來愈成熟。而在我國這十幾年的變頻技術(shù)發(fā)展期間，我們走的是集成化的道路，從先學(xué)習(xí)國外的先進技術(shù)到自主的創(chuàng)新研發(fā)。我國自主研發(fā)變頻器的生產(chǎn)地區(qū)主要集中于南方地區(qū)，且主要集中為低壓變頻器，但多數(shù)國外跨國企業(yè)在我國變頻技術(shù)占有主導(dǎo)地位，不僅是低壓變頻方面，還包括了高壓變頻方面。1.2本設(shè)計研究的主要內(nèi)容本設(shè)計是以電廠綜合水泵房的中水提升泵及工業(yè)補給水泵兩套系統(tǒng)為控制對象，采用變頻技術(shù)，設(shè)計一套某電廠綜合水泵房的恒壓供水系統(tǒng)，現(xiàn)擬對其進行變頻調(diào)速改造。其中3臺中水提升泵配備一臺變頻器，采用一面變頻柜；2臺工業(yè)補給水泵配備一臺變頻器，采用一面變頻柜；在綜合水泵房安裝一套雙電源切換裝置，為兩套變頻調(diào)速系統(tǒng)供電。中水提升泵變頻調(diào)速系統(tǒng)可由現(xiàn)場集控系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運行工況按設(shè)定程序，實現(xiàn)對中水提升泵電動機轉(zhuǎn)速控制。表1.1電動機的參數(shù)表電動機型號Y315S-6額定電壓380V額定功率75KW臺數(shù)3額定電流140A絕緣等級F工業(yè)補給水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)可由現(xiàn)場集控系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運行工況按設(shè)定程序，實現(xiàn)對工業(yè)補給水泵電動機轉(zhuǎn)速控制。表1.2電動機的參數(shù)表電動機型號Y2-200L2-2額定電壓380V額定功率37KW臺數(shù)2額定電流68A絕緣等級F另外一臺工業(yè)補給水泵不參與變頻調(diào)速，只工頻運行。表1.3電動機的參數(shù)表電動機型號Y2-280S-4額定電壓380V額定功率75KW臺數(shù)1額定電流140A絕緣等級F具體要求如下：1、控制方式：中水提升泵采用一控三的方式，工業(yè)補給水泵采用一控二的方式。具體如下：以母管壓力為自動控制依據(jù)，根據(jù)運行情況，設(shè)定母管壓力實現(xiàn)恒壓供水。在用水高峰期，變頻器以較高頻率運行，保證正常的用水壓力。當(dāng)不用水時，變頻器運行在0Hz,水泵電機停車。當(dāng)下次用水時，隨著用水量的增加，管網(wǎng)壓力降低，變頻器開始由低頻啟動，直到運行在滿足用水壓力要求的相應(yīng)頻率下。另外兩臺水泵作為工頻備用泵，當(dāng)變頻水泵達到額定頻率且人不滿足系統(tǒng)用水要求時，自動啟動1臺工頻備用泵。如啟動后系統(tǒng)壓力大于母管壓力時，不立即切除工頻備用泵，而是首先由變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)母管壓力，以避免切除備用泵后系統(tǒng)母管壓力急劇下降造成備用泵頻繁啟動。當(dāng)變頻泵調(diào)整為某一合適的頻率時，切除備用泵，改為變頻調(diào)節(jié)。當(dāng)啟動1臺工頻備用泵仍不滿足系統(tǒng)用水要求是在啟動另外一臺工頻備用泵，以滿足系統(tǒng)用水要求。為了保證水系的安全用水，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計變頻器故障旁路功能。即在變頻器檢修或故障情況下系統(tǒng)具有工頻供水功能，使供水系統(tǒng)更加安全，更加可靠。系統(tǒng)采用的變頻器，可實現(xiàn)PID控制，能無沖擊的再啟動瞬停后正在旋轉(zhuǎn)的電動機。2、變頻柜功能變頻柜控制方式分為：手動操作、自動運行兩種。具體功能描述如下：操作方式選擇功能系統(tǒng)的操作方式由設(shè)置在變頻控制柜上的轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇。第二章水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)2.1.1三相異步電動機的調(diào)速原理水泵電機多采用三相異步電動機，而其轉(zhuǎn)速公式為：(2.1)式中：f表示電源頻率，p表示電動機極對數(shù)，s表示轉(zhuǎn)差率。從上式可知，三相異步電動機的調(diào)速方法有：(l)改變轉(zhuǎn)差率(2)改變電機極對數(shù)(3)改變頻率改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，異步電動機運行時，從定子傳給轉(zhuǎn)子的電磁功率一部分轉(zhuǎn)化為有效功率被負載消耗掉，另一部分就是轉(zhuǎn)差功率。而轉(zhuǎn)差功率等于轉(zhuǎn)差率與電磁功率的乘積。又因為電磁功率等于轉(zhuǎn)矩乘以角速度，所以若負載不變則電磁功率等于常數(shù)。那么負載不變時轉(zhuǎn)差功率正比于轉(zhuǎn)差率，改變轉(zhuǎn)差功率就可以改變轉(zhuǎn)差率，從而改變電機的轉(zhuǎn)速。有兩種改變轉(zhuǎn)差功率的辦法，一是把全部的轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)化成熱能消耗掉，但這種調(diào)速在轉(zhuǎn)速越低時效率也越低，如降低定子電壓、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻、電磁轉(zhuǎn)差離合器的調(diào)速都屬于該方式；二是除小部分能量消耗在轉(zhuǎn)子電阻上外，其余大部分反饋給電網(wǎng)或被充分利用。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗，且成本高而影響它的推廣價值。改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速時轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器。改變頻率調(diào)速，由公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機運行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進了變頻技術(shù)的發(fā)展。2.1.2軟啟動器及其使用傳統(tǒng)的三相異步電動機啟動線路較簡單，不許外加啟動裝置，但其啟動電流沖擊較大，啟動轉(zhuǎn)矩較小且不可調(diào)節(jié)。電動機停機時采用控制接觸器的觸點斷開，切掉電源，從而使其自由停車，這樣會造成電網(wǎng)的劇烈波動。對于啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩要求較高的場合，可選用軟啟動器。其主要特點具有軟起動和軟停車功能，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)，另外還有電動機過載保護等功能。1.軟啟動器的工作原理如圖2.1所示為軟啟動器內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)示意圖。它主要由三相交流調(diào)壓電路和控制電路構(gòu)成。其基本原理是利用晶閘管的移相控制原理，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來改變其輸出電壓，達到通過調(diào)壓來控制啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的目的。控制電路按預(yù)定的啟動方式，通過檢測主電路的反饋電流，控制其輸出電壓，可以實現(xiàn)不同的啟動特性。最后軟啟動器輸出全壓，電動機全壓運行。由于軟啟動器內(nèi)部會對電流實時檢測，因此它具有對電動機及其自身的熱保護、限制轉(zhuǎn)矩電流的沖擊、三相電源的不平衡等功能。圖2.1軟啟動器原理示意圖2.軟啟動器的控制功能異步電動機在軟起動過程中，軟啟動器通過控制加在電動機上的電壓來控制電動機的啟動電流和轉(zhuǎn)矩，啟動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。一般軟啟動器可以通過改變參數(shù)設(shè)定得到不同的啟動特性，以滿足不同的負載特性要求。(1)斜坡升壓啟動方式斜坡升壓啟動特性曲線如圖2.2所示。此種啟動方式一般可設(shè)定啟動初始電壓U和啟動時間t。這種啟動方式斷開電流反饋，屬開環(huán)控制方式。在電動機啟動過程中，電壓線性逐漸增加，在設(shè)定的時間內(nèi)達到額定電壓。這種啟動方式主要用于一臺軟啟動器并接多臺電機或電動機功率遠低于軟啟動器額定值的應(yīng)用場合。(2)轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動方式轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制特性曲線如圖2.3所示。此種啟動方式一般可設(shè)定啟動初始力矩T。啟動階段力矩限幅T，力矩斜坡上升時間t和啟動電流限幅I。這種啟動方式引入電流反饋，通過計算間接得到負載轉(zhuǎn)矩，屬閉環(huán)控制方式。由于控制目標為轉(zhuǎn)矩，因此軟啟動器輸出電壓為非線性上升。圖2.3同時給出啟動過程中轉(zhuǎn)矩T、電壓U、電流I和電動機轉(zhuǎn)速n的曲線，其中轉(zhuǎn)速曲線為恒加速度上升。在電動機啟動過程中，保持恒定的轉(zhuǎn)矩使電動機轉(zhuǎn)速以恒定加速度上升，實現(xiàn)平穩(wěn)啟動。在電動機啟動的初始階段，啟動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，當(dāng)轉(zhuǎn)矩達到預(yù)先所設(shè)定的限幅值后保持恒定，直至啟動完畢。在啟動過程中，轉(zhuǎn)矩上升的速率可以根據(jù)電動機負載情況調(diào)整設(shè)定。斜坡陡，轉(zhuǎn)矩上升速率大，即加速度上升速率大，啟動時間短。當(dāng)負載較輕或空載啟動時，所需啟動轉(zhuǎn)矩較低，可使斜坡緩和一些。由于在啟動過程中，控制目標為電動機轉(zhuǎn)矩，即電動機的加速度，既使電網(wǎng)電壓發(fā)生波動或負載發(fā)生波動，通過控制電路自動通過增大或減小啟動器的輸出電壓，也可以維持轉(zhuǎn)矩設(shè)定值不變，保持啟動的恒加速度。此種控制方式可以使電動機以最佳的啟動加速度、以最快的時間完成平穩(wěn)的啟動，是應(yīng)用最多的啟動方式。隨著軟啟動器控制技術(shù)的發(fā)展，目前它大多采用轉(zhuǎn)矩控制方式，也有采用電流控制方式，即電流斜坡控制及恒流升壓啟動方式。此種方式間接控制電動機電流來達到控制轉(zhuǎn)矩目的，與轉(zhuǎn)矩控制方式相比啟動效果略差，但控制相對簡單。圖2.2斜坡升壓啟動方式圖2.3轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動方式(3)電壓提升脈沖啟動方式電壓提升脈沖啟動特性曲線如圖2.4所示。此種啟動方式一般可設(shè)定電壓提升脈沖限幅U。升壓脈沖寬度一般為5個電源周波，即100ms。在啟動開始階段，晶閘管在極短時間內(nèi)按設(shè)定升壓幅值啟動，可得到較大的啟動轉(zhuǎn)矩，此階段結(jié)束后，轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制啟動。該啟動方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合。2.2水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的分析說明2.2.1水泵變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)因其控制性能穩(wěn)定、可靠性能強，節(jié)能效果好等特點，被廣泛地應(yīng)用于高層建筑、安全消防、污水處理、工廠和電廠水泵房中。水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)能適用生活用水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點:(1)系統(tǒng)的控制對象是管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其它一些過程控制量(如：溫度、流量、液位等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有延遲性。(2)管網(wǎng)中因為有管道內(nèi)部的摩擦阻力、水錘效應(yīng)等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵電機旋轉(zhuǎn)速度的變化與管道內(nèi)水壓的變化成正的比例關(guān)系，所以水泵變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。(3)水泵變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有廣泛的通用性，然而面向種類繁多的供水系統(tǒng)，不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚程等方面又存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有工頻泵的加入減少，而工頻泵的控制(包括工頻泵的停止和運行)是時時發(fā)生的，同時工頻泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)，使其不確定性增加。因此我們可以認為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是具有變化性的。2.2.2系統(tǒng)的主電路接線圖其相應(yīng)的圖形見圖2.4中水提升泵系統(tǒng)主回路接線圖(一控三)，圖2.4中水提升泵系統(tǒng)主回路接線圖(一控三)電機有兩種工作情況：在工頻電下運行和在變頻電下運行。KM1、KM3、KM5分別為電動機M1、M2、M3變頻運行時接通電源的控制接觸器，KM2、KM4、KM6、KM7、KM8、KM9分別為電動機M1、M2、M3工頻運行時接通電源的控制接觸器。具體為：接觸器KM1閉合時，KM3、KM5均為斷開，電動機M1變頻運行。當(dāng)壓力檢測值低于壓力給定值時，變頻器的輸出繼電器閉合進而控制接觸器KM2閉合，使得電動機M2工頻軟啟動開始，軟啟動結(jié)束后接觸器KM8閉合且KM4斷開，使得電動機M2全壓工頻運行。如啟動后系統(tǒng)壓力大于母管壓力時，不立即切除工頻備用泵，而是首先由變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)母管壓力，以避免切除備用泵后系統(tǒng)母管壓力急劇下降造成備用泵頻繁啟動。當(dāng)變頻泵調(diào)整為某一合適的頻率時，切除備用泵，改為變頻調(diào)節(jié)。當(dāng)啟動1臺工頻備用泵仍不滿足系統(tǒng)用水要求是再啟動另外一臺工頻備用泵，以滿足系統(tǒng)用水要求。第二臺工頻泵的起動原理與第一臺工頻泵的啟動原理相同。同時變頻器要求在電動機M1、M2、M3中定時循環(huán)切換，且一周切換一次。第三章系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1變頻器的選型根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)選用西門子MM430系列變頻器，具體型號選擇為：140A，75KW電機變頻器選擇①電源電壓3AC400V功率90KW調(diào)制脈沖頻率4KHZ145A，輸入電壓范圍3AC(380~480)V±10%（內(nèi)置A級濾波器）訂貨號6SE6430-2AD38-8FA0高：1150mm，寬：350mm，深：320mm。68A，37KW電機變頻器選擇②電源電壓3AC400V功率45KW調(diào)制脈沖頻率4KHZ75A，輸入電壓范圍3AC(380~480)V±10%（內(nèi)置A級濾波器）訂貨號6SE6430-2AD34-5EA0高：650mm，寬：275mm，深：245mm。2、外部端子相關(guān)參數(shù)的設(shè)置外接模擬給定信號的參數(shù)設(shè)置為了從電壓模擬輸入切換到電流模擬輸入，僅僅修改參數(shù)P0756是不夠的。更確切地說，要求端子板上的DIP開關(guān)也必須設(shè)定為正確的位置。DIP開關(guān)的設(shè)定值如下:-OFF=電壓輸入(10V)-ON=電流輸入(20mA)DIP開關(guān)的安裝位置與模擬輸入的對應(yīng)關(guān)系如下:-左面的DIP開關(guān)(DIP1)=模擬輸入1，對應(yīng)的DIP開關(guān)設(shè)置為OFF-右面的DIP開關(guān)(DIP2)=模擬輸入2，對應(yīng)的DIP開關(guān)設(shè)置為ON模擬I/O（P0004=8）對應(yīng)的模擬輸入通道1和模擬輸入通道2的參數(shù)表見表3.1表3.1模擬I/O（P0004=8）對應(yīng)的參數(shù)表參數(shù)號說明設(shè)定值功能P0756[0]ADC的類型1帶監(jiān)控的單極性電壓輸入(0~+10V)P0757[0]標定ADC的x1值[V]0電壓0V對應(yīng)0HzP0758[0]標定ADC的y1值0P0759[0]標定ADC的x2值[V]10電壓10V對應(yīng)50HzP0760[0]標定ADC的y2值100P0761[0]ADC死區(qū)的寬度[V]0死區(qū)的寬度P0756[1]ADC的類型3帶監(jiān)控的單極性電壓輸入(0~20mA)參數(shù)號說明設(shè)定值功能P0757[1]標定ADC的x1值[mA]4電壓4mA對應(yīng)0HzP0758[1]標定ADC的y1值0P0759[1]標定ADC的x2值[mA]10電壓20mA對應(yīng)50HzP0760[1]標定ADC的y2值100P0761[1]ADC死區(qū)的寬度[mA]4死區(qū)的寬度3.2軟啟動器的選擇目前國內(nèi)外軟啟動器產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展很快，產(chǎn)品的型號很多，比較有代表性的有ABB公司的PSA、PSD和PS—DH型；法國TE公司的Altistart46、Altistart48型；德國西O門子公司的3RW22型；英國CT公司的SX型等。本設(shè)計選擇了施耐德Altistart46型軟啟動器。Altistart46型軟啟動器有應(yīng)用于標準負載和重型負載兩種類型，額定電流從17~l200A共21種額定值，電機功率4~800kW。其主要特點是：具有斜坡升壓啟動、轉(zhuǎn)矩控制啟動、啟動電流限制啟動、電壓提升脈沖啟動三種啟動方式；具有轉(zhuǎn)矩控制軟停車、制動停車、自由停車三種停車方式；具有對電動機和軟啟動器本身的熱保護、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊、三相電源不平衡、缺相、斷相和電動機運行中過流等保護功能并提供故障輸出信號；具有實時檢測并顯示如電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)的功能，并提供模擬輸出信號；提供本地端子控制接口和遠程控制RS—485通信接口。通過人機對話操作盤或通過PC機與通信接口連接，可顯示和修改系統(tǒng)配置、參數(shù)。其主要參數(shù)設(shè)置范圍如下。啟動電流可調(diào)節(jié)范圍：額定值的2—5倍之間；啟動轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)范圍：額定值的0．15—1．0倍之間；加速力矩斜坡時間可調(diào)節(jié)范圍：l一60s；減速力矩斜坡可調(diào)節(jié)范圍：1—60s；制動轉(zhuǎn)矩可調(diào)節(jié)范圍：額定值0—100％；電壓提升脈沖幅值可調(diào)節(jié)范圍：額定電壓的50％一100％；電動機運行時過流跳閘值可調(diào)節(jié)范圍：額定值的50％一300％；根據(jù)軟啟動器的額定電流具體75KW的電機選擇型號為ATS-46C17N，其額定電流為160A，37KW的電機選擇型號為ATS-46D75N，其額定電流為68A。第四章參數(shù)復(fù)位參數(shù)復(fù)位是指將變頻器的參數(shù)恢復(fù)到出廠值。在變頻器初次調(diào)試或者參數(shù)混亂時，需要進行此操作，以便將變頻器的參數(shù)恢復(fù)到默認狀態(tài)。在參數(shù)復(fù)位以后需要進行快速調(diào)試，應(yīng)根據(jù)電動機及其負載的特性要求和變頻器的控制方式等信息進行必要的參數(shù)設(shè)置。然后變壓變頻裝置就可以驅(qū)動三相交流異步電動機運行了。總結(jié)本設(shè)計基于對某電廠綜合水泵房水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)改造要求，利用變頻器的PID控制功能和變壓變頻調(diào)速功能及軟啟動器的控制功能，來實現(xiàn)水泵房的恒壓供水、多泵循環(huán)、變頻器故障旁路功能、電機轉(zhuǎn)速捕捉再起動功能；利用軟啟動器的控制功能及其相關(guān)的電氣控制線路來實現(xiàn)單臺電機的軟啟動，變頻泵的定時循環(huán)運行，單臺電機的啟動與停止及其運行狀態(tài)顯示。本文主要的工作如下：1.設(shè)計了中水提升泵系統(tǒng)和工業(yè)補給水泵系統(tǒng)的主電路與控制電路。2.選擇合適的變頻器及相關(guān)電器元件，選擇合適的電線及傳感器。3.設(shè)計雙電源電路，選擇相應(yīng)的電器。4.設(shè)置變頻器相關(guān)功能的參數(shù)。5.利用AutoCAD繪制電路圖。通過這次設(shè)計讓我不僅僅學(xué)到了變頻調(diào)速技術(shù)和軟啟動技術(shù)，還讓我知道了養(yǎng)成注意細節(jié)的習(xí)慣非常重要。我也發(fā)現(xiàn)了我平時學(xué)習(xí)習(xí)慣不太好，不能光看課本知識，還要去理論聯(lián)系實際去多思考其中的原理。我還發(fā)現(xiàn)我的知識面還很窄，還有很多未知的領(lǐng)域等著我去探索。細節(jié)是我們一生都要學(xué)習(xí)的功課，每個事物都是由細節(jié)構(gòu)成的，只有明白了細小的部分，才可能綜合起來真正的認識它。最后我首先要感謝楊老師這學(xué)期以來對我的悉心指導(dǎo)，她不但讓我學(xué)會了曾不知道的知識，而且使我發(fā)現(xiàn)自己讀書不夠認真、缺乏思考。參考文獻自控原理與系統(tǒng)；電力電子技術(shù)；變頻調(diào)速應(yīng)用實踐張燕賓編。附錄AA.1變頻器（P0004=2）參數(shù)號說明設(shè)定值功能P0201功率組件的標號7MICROMASTER430P0210電源電壓380變頻器的供電電壓P0290變頻器的過載保護0降低輸出頻率P0291[2]變頻器的保護1使能相電壓丟失的檢測P0292變頻器的過載報警信號15變頻器過溫時跳閘溫度與發(fā)出報警信息的溫度門限值之間的溫度差P1800脈寬調(diào)制頻率4P1802調(diào)制方式2空間矢量調(diào)制P1820輸出相序反向0相序正向P1911自動測定（識別）的相數(shù)3選擇要自動檢測的電動機相數(shù)表A.2電動機數(shù)據(jù)（P0004=3）參數(shù)號說明設(shè)定值功能中水提升泵系統(tǒng)工業(yè)補給水泵系統(tǒng)P0304電動機的額定電壓380380P0305電動機的額定電流14068P0307電動機的額定功率7537P0308電動機的額定功率因數(shù)0.90.89P0309電動機的額定效率92.890.5P0310電動機的額定頻率5050P0311電動機的額定速度9802950P0340電動機參數(shù)的計算4只計算控制器的設(shè)定數(shù)據(jù)P0335電動機的冷卻2自冷和內(nèi)置風(fēng)機冷卻,設(shè)定值的范圍：0.0-99.0%P0640電動機的過載因子150電動機過載電流的限定值,設(shè)定值的范圍：10.0-400.0%P1910選擇電動機數(shù)據(jù)的自動檢測方式1所有參數(shù)都帶參數(shù)修改的自動檢測表A.3工藝過程的應(yīng)用對象（P0004=5）機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書題目：撥叉-2零件機械加工工藝過程設(shè)計及加工M6螺紋孔夾具設(shè)計系名機械工程系專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)號姓名指導(dǎo)教師20年9月26日設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：撥叉零件批量生產(chǎn)機械加工工藝過程設(shè)計及鉆孔攻螺紋夾具設(shè)計設(shè)計內(nèi)容與要求：1．制定撥叉零件機械加工工藝規(guī)程，編制機械加工工藝過程卡片，選擇所用機床、夾具、刀具、量具、輔具；2．對所制定的工藝進行必要的分析論證和計算；3．確定毛坯制造方法及主要表面的總余量；4．確定主要工序的工序尺寸、公差和技術(shù)要求；5．對兩道工序進行工序設(shè)計，編制機械加工工序卡片，畫出的工序簡圖，選擇切削用量，計算時間定額；6．設(shè)計鉆孔攻螺紋夾具，繪制夾具裝配圖，進行必要的計算（如夾具元件結(jié)構(gòu)尺寸計算，切削力、夾緊力、定位誤差、導(dǎo)向誤差計算等）；7．對高宇帥同學(xué)的設(shè)計進行校對；8．編寫設(shè)計說明書。車間設(shè)備（與設(shè)計有關(guān)的設(shè)備）：普通車床C6125，CM6125，C6132，C6140；數(shù)控車床CK6125，CK6132，CK6140；立式銑床X51K，X52K；臥式銑床X61W，X62W；工具銑床X8120；立式鉆床Z525；臺式鉆床Z4115；外圓磨床MG1416，MG1432；內(nèi)圓磨床MG2110，MG2120；平面磨床M7120；臥式鏜床T6150；鋸床G605；插床B5025；拉床L6106設(shè)計小組：組長：成員：指導(dǎo)教師簽字年月日成績：工作態(tài)度（滿分20）設(shè)計質(zhì)量（滿分60）答辯（滿分10）校對質(zhì)量（滿分10）總評摘要本次機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計的任務(wù)之一是針對生產(chǎn)實際中的一個零件——撥叉-2，制訂其機械加工工藝規(guī)程。該零件的工藝工程中包括了銑平面、鉆孔、攻絲等工序，以切削理論為基礎(chǔ)、制造工藝為主線、兼顧工藝裝備知識的機械制造技術(shù)基本設(shè)計；運用機械制造技術(shù)的基本知識、基本理論和基本技能，分析和解決實際工程問題，以機械制造工藝及工藝裝備為內(nèi)容進行設(shè)計，在確定其毛坯制造工藝的基礎(chǔ)上，編制其機械加工工藝規(guī)程，并對加工M6螺紋孔這一工序進行機床專用夾具設(shè)計。關(guān)鍵詞：機械制造；車床撥叉；工藝規(guī)程；鉆孔；攻絲；專用夾具PAGE1目錄第一章零件圖分析 11.1零件的功用 11.2零件的工藝分析 1第二章確定毛坯 32.1選擇毛坯 32.2確定毛坯尺寸公量和機械加工余量 3第三章制定零件工藝規(guī)程 43.1定位基準的選擇 43.2擬定工藝路線 43.3加工設(shè)備及工藝裝備的選用 73.4加工余量和工序尺寸的確定 83.5時間定額的計算 9第四章夾具設(shè)計 114.1夾具設(shè)計分析 114.2定位基準的選擇 114.3切削力的計算 114.3夾緊力的計算 124.4定位誤差分析 134.6夾具設(shè)計及操作 13第五章實訓(xùn)總結(jié) 14參考文獻 15天津大學(xué)仁愛學(xué)院機械工程系2010級課程設(shè)計PAGE5第一章零件圖分析1.1零件的功用1.2零件的工藝分析該撥叉結(jié)構(gòu)簡單，屬典型的叉桿類零件。為實現(xiàn)換檔、變速的功能，其叉軸孔與變速叉軸有配合要求。叉腳兩端面在工作中需承受沖擊載荷，為增強其耐磨性，該表面要求高頻淬火處理；且保證R25圓弧面圓跳動度為0.1.為保證撥叉在叉軸上有準確的位置，改換檔位準確。螺紋孔的尺寸為。撥叉頭兩端面和叉腳兩端面均要求切削加工，并在軸向方向上均高于相鄰表面，這樣既減少了加工面積，又提高了換檔時叉腳端面的接觸剛度；mm孔的端面均為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度；另外，該零件除主要工作表面，其余表面加工精度均較低，不需要高精度機床加工，通過銑削、鉆床、攻絲的粗加工就可以達到加工要求；采用較經(jīng)濟的方法保質(zhì)保量地加工出來。由此可見，該零件的工藝性較好。零件的生產(chǎn)類型是中批量生產(chǎn)。圖1-1零件圖第二章確定毛坯2.1選擇毛坯由于該撥叉在工作過程中要承受沖擊載荷，為增強撥叉的強度和沖擊韌度，毛坯選用鍛件。該撥叉的輪廓尺寸不大，且生產(chǎn)類型屬中批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率和鍛件精度，宜采用鑄件方法制造毛坯。2.2確定毛坯尺寸公量和機械加工余量1．公差等級由撥叉的功用和技術(shù)要求，確定該零件的公差等級為普通級。2．零件表面粗糙度由零件圖可知，該撥叉各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6μm。根據(jù)上述諸因素，可查《機械制造設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2.13確定該鍛件的尺寸公差和機械加工余量，所得結(jié)果列于表2.1中。表2.1撥叉機械加工余量及鍛造毛坯尺寸公差加工表面零件尺寸/mm機械加工余量/mm撥叉頭左右端面1.5～2（取2）撥叉角內(nèi)表面1.5～2（取1.5）撥叉角兩端面121.5～2（取2）撥叉頭孔2.0第三章制定零件工藝規(guī)程3.1定位基準的選擇定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。1．精基準的選擇叉軸孔mm的軸線是撥叉腳兩端面設(shè)計基準，撥叉頭左端面是撥叉軸向方向上尺寸的設(shè)計基準。選用叉軸孔mm的軸線和撥叉頭左端面作精基準定位加工撥叉腳兩端面，實現(xiàn)了設(shè)計基準和工藝基準的重合，保證了被加工表面的垂直度要求。另外，由于撥叉件剛性較差，受力易產(chǎn)生彎曲變形，選用撥叉頭左端面作精基準，夾緊力作用在撥叉頭的右端面上，可避免在機械加工中產(chǎn)生夾緊變形，夾緊穩(wěn)定可靠。2．粗基準的選擇選擇變速叉軸孔mm的外圓面和撥叉頭右端面作粗基準。采用mm外圓面定位加工內(nèi)孔可保證孔的壁厚均勻；采用撥叉頭右端面作粗基準加工左端面，可以為后續(xù)工序準備好精基準。3.2擬定工藝路線工藝路線的擬訂是制訂工藝規(guī)程的總體布局，包括：確定加工方法，劃分加工階段，決定工序的集中與分散，加工順序的安排，以及安排熱處理、檢驗及其他輔助工序(去毛刺、倒角等)。因此，擬訂工藝路線是制訂工藝規(guī)程的關(guān)鍵性一步，必須在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，提出工藝方案，并加以分析比較，最終確定一個最經(jīng)濟合理的方案。1．表面加工方法的確定根據(jù)零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查《機械制造設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2.25平面加工法案的經(jīng)濟精度和表面粗糙度；查《機械制造設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2.24孔加工法案的經(jīng)濟精度和表面粗糙度，確定撥叉零件各表面的加工方法，如表3.1所示。表3.1撥叉零件各表面加工方案加工表面尺寸及偏差表面粗糙度加工方案備注撥叉角兩端面mmRa3.2μm粗銑—半精銑撥叉頭孔mmRa1.6μm鉆—擴—粗—精鉸螺紋孔M6鉆—絲錐攻內(nèi)螺紋撥叉頭左端面mmRa3.2μm粗銑—半精銑撥叉頭右端面30mmRa3.2μm粗銑—半精銑撥叉角內(nèi)表面mmRa3.2μm粗銑—半精銑2．加工階段的劃分該撥叉加工質(zhì)量要求較低，可將加工階段劃分成粗加工和半精加工兩個階段。在粗加工階段，首先將精基準(撥叉頭左端面和叉軸孔)準備好，使后續(xù)工序都可采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求；然后粗銑撥叉頭右端面、撥叉腳內(nèi)表面、撥叉腳兩端面的粗銑。在半精加工階段，完成撥叉腳兩端面的半精銑加工和螺紋孔的鉆孔絲錐攻絲3．工序順序的安排(1)機械加工工序遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準——撥叉頭左端面和叉軸孔mm；遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原則，先加工主要表面——撥叉頭左端面和叉軸孔mm和撥叉腳兩端面，后加工次要表面——螺紋孔；遵循“先面后孔”原則，先加工撥叉頭端面，再加工叉軸孔mm孔；加工螺紋孔M8。由此初擬撥叉機械加工工序安排如表3.2所示。表3.2撥叉機械加工工序安排（初擬）工序號工序內(nèi)容簡要說明10粗銑撥叉頭兩端面“先基準后其他”20半精銑撥叉頭左端面（主要表面）“先基準后其他”、“先面后孔”、“先主后次”30擴、鉸φ24孔（主要表面）“先面后孔”、“先主后次”40粗銑撥叉腳兩端面（主要表面）“先粗后精”50鉆、攻絲M8孔（次要表面）“先面后孔”（精加工開始）60半精銑拔叉頭右端面“先粗后精”70半精銑撥叉腳兩端面“先粗后精”80磨削撥叉腳兩端面“先粗后精”(2)熱處理工序鑄造成型后切邊，進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)硬度為241～285HBS，并進行酸洗、噴丸處理。噴丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脫碳而對機械加工帶來的不利影響。叉腳兩端面在精加工之前進行局部高頻淬火，提高其耐磨性和在工作中承受沖擊載荷的能力。在表3.2中工序70和工序80之間增加熱處理工序，即：撥叉腳兩端面局部淬火。(3)輔助工序粗加工撥叉腳兩端面和熱處理后，應(yīng)安排校直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。綜上所述，該撥叉工序的安排順序為：基準加工——主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——熱處理。5．確定工藝路線在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上，擬定撥叉的工藝路線如表3.3所示。表3.3撥叉機械加工工藝路線（修改后）工序號工序名稱工序內(nèi)容設(shè)備01粗銑粗銑左端面；立式銑床02粗銑粗銑右端面；立式銑床03粗車，精車車外圓車床04半精銑半精銑撥叉頭左端面立式銑床05鉆孔鉆、擴、粗絞、精絞φ16孔立式鉆床06粗銑粗銑撥叉腳兩端面立式銑床07半精銑半精銑撥叉腳兩端面臥式雙面銑床08半精銑半精銑撥叉頭右端面立式銑床09鉆孔、攻絲鉆、攻絲M6螺紋孔立式銑床10車床鉆、擴、粗絞、精絞φ50孔立式鉆床11切斷從中間切斷臥式銑床12半精銑半精銑撥叉腳并保證尺寸立式銑床13去毛刺鉗工臺14熱處理撥叉腳兩端面局部淬火淬火機15校正撥叉腳鉗工臺16銑削銑削撥叉腳兩端面立式銑床17終檢3.3加工設(shè)備及工藝裝備的選用機床和工藝裝備的選擇應(yīng)在滿足零件加工工藝的需要和可靠地保證零件加工質(zhì)量的前提下，與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)節(jié)拍相適應(yīng)，并應(yīng)優(yōu)先考慮采用標準化的工藝裝備和充分利用現(xiàn)有條件，以降低生產(chǎn)準備費用。撥叉的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，可以選用高效的專用設(shè)備和組合機床，也可選用通用設(shè)備，所選用的夾具均為專用夾具。各工序加工設(shè)備及工藝裝備的選用如表3.4所示。表3.4加工設(shè)備及工藝裝備工序號工序內(nèi)容設(shè)備工藝裝備01粗銑左端面；立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標卡尺02粗銑右端面；立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標卡尺03半精銑撥叉頭左端面立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標卡尺04鉆、擴、粗絞、精絞φ16孔立式鉆床麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀、卡尺、塞規(guī)05粗銑撥叉腳兩端面立式銑床三面刃銑刀、游標卡尺06半精銑撥叉腳兩端面臥式雙面銑床三面刃銑刀、游標卡尺07半精銑撥叉頭右端面立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標卡尺08鉆、攻絲M6螺紋孔立式鉆床Z525復(fù)合鉆頭、絲錐、卡尺、塞規(guī)09鉆、擴、粗絞、精絞φ50孔立式鉆床麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀、卡尺、塞規(guī)10從中間切斷臥式銑床鋸片銑刀，游標卡尺11半精銑撥叉腳并保證尺寸立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標卡尺12去毛刺鉗工臺平銼13撥叉腳兩端面局部淬火淬火機14校正撥叉腳鉗工臺手錘15銑削撥叉腳兩端面立式銑床高速鋼套式面銑刀、游標卡尺16終檢塞規(guī)、百分表、卡尺等3.4加工余量和工序尺寸的確定1、工序04鉆、攻絲M6螺紋孔由于M6螺距為0.2mm，則先鉆孔余量為Z鉆=5.8mm。由《機械制造設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》攻螺紋前鉆孔用麻花鉆直徑為5.8mm。4、工序04鉆、攻絲M6螺紋孔(1)鉆5.8孔工步由工件材料為QT400-18、孔mm、高速鋼鉆頭，查《機械制造設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表5.19高速鋼麻花鉆鉆銷碳鋼的切削用量得，切削速度Vc=20m/min，進給量=0..20mm／r。取=7mm。則（r/min）由本工序采用Z525型立式鉆床，取轉(zhuǎn)速=960r／min，故實際切削速度（m／min）(2)攻螺紋由于螺紋螺距為1mm則進給量為f=1mm/r，查《機械制造設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》組合機床上加工螺紋的切削速度v=3--8m/min，取v=5m/min所以該工位主軸轉(zhuǎn)速由本工序采用Z525型立式鉆床，取轉(zhuǎn)速n=272r／min，故實際切削速則（m／min）3.5時間定額的計算1．基本時間的計算(1)工序04——鉆、攻絲M6螺紋孔1)鉆孔工步查《機械制造設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表5.39可知該工步mm；＝１mm；=7mm；則該工序的基本時間min=3.72s2)攻絲查《機械制造設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》表5.39可知該工步=7mm，==2mm，mm；則該工序的基本時間min=2.65s2．輔助時間的計算輔助時間與基本時間之間的關(guān)系為=(0.15～0.2)，取=0.15則各工序的輔助時間分別為：工序04鉆孔工步的輔助時間：=0.15×3.72s=0.56s；攻絲工步的輔助時間：=0.15×2.65s=0.4s；3．其他時間的計算除了作業(yè)時間(基本時間與輔助時間之和)以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間和準備與終結(jié)時間。由于撥叉的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，分攤到每個工件上的準備與終結(jié)時間甚微，可忽略不計；布置工作地時間是作業(yè)時間的2％～7％，休息與生理需要時間是作業(yè)時間的2％～4％，均取為3％，則各工序的其他時間(+)可按關(guān)系式(3％+3％)×(+)計算，它們分別為：工序04鉆孔工步的其他時間：+=6％×(3.72s+0.56s)=0.26s；攻絲工步的其他時間：+=6％×(2.65s+0.4s)=0.18s；4．單件時間的計算工序04的單件時間為兩個工步單件時間的和，其中鉆孔工步：=3.72s+0.56s+0.26s=4.54；攻絲工步：=2.65s+0.4s+0.18s=3.23s；因此，工序04的單件時間=+=4.54s+3.23s=7.77s。第四章夾具設(shè)計4.1夾具設(shè)計分析1.為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需設(shè)計專用夾具決定設(shè)計車Φ50孔，本夾具將用于CA6140車床，刀具為硬質(zhì)合金刀，對工件進行加工。2．工序尺寸和技術(shù)要求加工撥叉圓弧面，B面的尺寸為mm，表面粗糙度Ra6.3μm。4.2定位基準的選擇出于定位簡單和快速的考慮，選擇兩個孔Ф16和端面為基準定位，一個加圓柱銷進行定位，另一個加菱形銷進行定位，使工件完全定位，所限制的自由度：大平面（3）+Φ16孔(2)+Φ16孔（1）4.3切削力的計算刀具：硬質(zhì)合金刀齒數(shù)Z=50又由《切削手冊》表3.28中的公式：其中：Z=50所以F=63.5N水平分力：垂直分力；4.3夾緊力的計算又在計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。安全系數(shù)其中K1為基本安全系數(shù)1.5K2為加工性質(zhì)系數(shù)1.2K3刀具鈍化系數(shù)1.2K4為切削特點系數(shù)（斷續(xù)切削）1.2所以F′=KFH=69.9x1.5x1.2x1.2x1.2=181.2N為了克服水平方向的力，實際的夾緊力為N（f1+f2）=KFH其中f1為螺母與螺桿間的摩擦系數(shù)f2為