双速异步电机课程设计.doc

1、 摘要现今建筑越来越高也越来越深，拥有地下商场、地下车库建筑物逐渐增多，通风和火灾消防问题显得越来越突出。在较多的建筑物中，由于受地下空间的限制，在满足风量及风压等参数的条件下，通风和排烟系统的风道和风机大多可以合用，这就使双速风机的应用创造了条件：平时，作为通风机使用，风机以低速运行；一旦发生火灾，立刻切换到高速，作为消防排烟风机使用。这样一机两用，首先可以简化设备，节省投资，更重要的是大大提高了设备的使用效率和可靠性。如在通风机和消防排烟风机完全独立的系统中，消防排烟机平时不用，仅在失火的情况下才投入使用，如果平时由于某种原因存在了故障，很难及时发现并得到检修，失火时可能无法投入使用，这必

2、将造成严重的后果；而如果是采用双速风机的合并系统则不然，它不仅可以在满足使用要求的前提下减少一套设备，而且由于平时作为通风机运行着，出现故障容易被发现并及时得到修理，从而使它始终处于被监控的良好状态，能够在关键时刻发挥作用。双速电机主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外，在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。双速电机作为主要的动力设备，通常用于驱动泵、风机、压缩机和其他传动机械。双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。 根据公式；n=60f/p可知异步电动机的同步转速与磁极对数

3、成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。 此图介绍的是最常见的单绕组双速电动机，转速比等于磁极倍数反比，如2极/4极、4级/8极，从定子绕组接法变为YY接法，磁极对数从2p=2变为2p=1。 所以转速比=1/2关键字：双速 调速 电机目录第1章 绪论31.1 设计背景介绍31.2项目双速异步电动机的设计31.3 技术指标及技术难点41.3.1设备技术指标41.3.2 技术难点41.4 论文的主要内容4第2章 设计过程52.1设计原理52.

4、1.1设计过程中应遵循的原则52.2设计过程52.3细节部分的过程解释62.4元器件选型112.4.1电动机122.4.2断路器122.4.3熔断器132.4.4热继电器132.4.5接触器142.4.6控制按钮142.4.7接线端子152.5工艺图设计过程152.5.1 电气板元件布置图设计152.5.2 电器板元件接线图162.5.3 控制元件面板布置图162.5.4 控制背板接线图172.5.5 接线端子排接线图设计18第3章 操作说明203.1双速异步电动机的操作203.2电路中部分接线的说明213.3 使用过程中的注意事项21总结与体会22参考文献23第1章 绪论1.1 设计背景介绍

5、实际生产中，对机械设备常有多种速度输出的要求，通常采用单速电动机时，需配有机械变速系统以满足变速要求。当设备的结构尺寸受到限制或要求速度连续可调时，常采用多速电动机。各个行业都会用到双速电机，如高层建筑的地下车库（低速用于排除汽车尾气，高速用于火灾的排烟）、某些炉窑的鼓风机（加温、恒温需要不同的送风量）和机械行业的机床主轴变速等。双速电机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。设计一台如下要求的-YY型双速电机。现今建筑越来越高也越来越深，拥有地下商场、地下车库建筑物逐渐增多，通风和火灾消防问题显得越来越突出。在较多的建筑物中，由

6、于受地下空间的限制，在满足风量及风压等参数的条件下，通风和排烟系统的风道和风机大多可以合用，这就使双速风机的应用创造了条件：平时，作为通风机使用，风机以低速运行；一旦发生火灾，立刻切换到高速，作为消防排烟风机使用。这样一机两用，首先可以简化设备，节省投资，更重要的是大大提高了设备的使用效率和可靠性。如在通风机和消防排烟风机完全独立的系统中，消防排烟机平时不用，仅在失火的情况下才投入使用，如果平时由于某种原因存在了故障，很难及时发现并得到检修，失火时可能无法投入使用，这必将造成严重的后果；而如果是采用双速风机的合并系统则不然，它不仅可以在满足使用要求的前提下减少一套设备，而且由于平时作为通风机运

7、行着，出现故障容易被发现并及时得到修理，从而使它始终处于被监控的良好状态，能够在关键时刻发挥作用。由于该风机系统具有通风、消防排烟双重功能，因此其运行及转换功能的可靠、可靠性十分突出，这就要求对它的电气控制系统必须加以重视，下面就此谈一谈自己的体会。我们知道，当改变异步电机的同步转速，就改变了电机的转速。而电动机的同步转速n01/p（p是电机定子绕组的磁极对数）。双速异步电动机的定子绕组从低速运转的接法换接为高速运转的双Y接法，减少了电机定子绕组的磁极对数p从而提高了电机的同步转速n，达到变速的目的。他的缺点是调速不能平滑过度。但由于地下室平时通风与消防排烟只需要两种速度工作状态，所以这类风机

8、及调速方式很适合采用双速异步电动机。双速风机由低速转为高速运行后，同步转速提高一倍，排风量大为增加，此时改为排烟工况运行。1.2项目双速异步电动机的设计异步电动机启动时电流较大，也会造成线路压降，特别是大容量电动机，启动时的大电流可能会对机器和相连的线路、设备造成伤害，而起动引起的线路压降也影响同一线路其它设备的正常运行。一般来说，由公共变压器供电10KW及以上的三相鼠笼式电动机就要进行降压启动。双速异步电动机属于较大功率工作电机，因此在启动的时候就要做到降压启动。1.3 技术指标及技术难点1.3.1设备技术指标1电机为三相异步电动机，额定功率11KW，单向运行；2能单独进行低速或高速持续运转

9、；3高速运行时，先是低速起动，然后经过5s之后转为高速运转；4低速运行时时有点动控制；5高速时有两地控制；6在高速和低速时分别有运行指示灯；7. 有相应的短路、过载保护。1.3.2 技术难点由于设计过程中遇到的各种问题，综合考虑各方面因素，技术难点大致有以下几个方面：1 控制电压按控制要求选择，符合标准等级。在控制线路简单，不需经常操作， 安全性要求不高时，可以直接采用电网电压，即交流380V。2选择器件时，期间之间的兼容性，器件的规格、成本、维修、更换等都需要 认真考虑。3正常情况下，如何做到尽可能减少通电电气数量，以利于节约能源，延长电 气元件寿命，因此再设计电路的时候将正常运转的时候时间

10、继电器。4 合理安排电器触点。避免因电器动作时间有差别，造成“触点竞争”。避免因 操作不当，造成“误动作”。避免因某个元器件损坏，造成“短路”。避免出 现“寄生回路”。1.4 论文的主要内容论文研究主要是针对项目设计中所遇到的各项难点问题进行的，主要包括以下几方面内容：1、为实现顺序启动、降压启动、两地控制的电气控制设计。2、元器件的选择。3、操作的说明第2章 设计过程2.1设计原理2.1.1设计过程中应遵循的原则在电气控制系统的设计过程中，通常应遵循以下几个原则：1 最大限度满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求。生产机械和生产工艺 对电气控制系统的要求是电气设计的依据，这些要求常常以工作循

11、环图、执行元件动作节拍表、检测元件状态表等形式提供。对于有调速要求的场合，还应给出调速技术指标。其他如起动、转向、制动、照明、保护等要求，应根据生产需要充分考虑。2在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济合理，不要盲目追求高指标，造成不必要的高投资。3妥善处理机械与电气关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、结构复杂性、使用和维护等方面协调处理好二者关系。4正确合理地选用电器元件，以实用为原则。选用新型号电器可以提高可靠性，减小体积，尽可能不要选用旧型号电器。5确保电气设备安全性、可靠性高，兼顾设备使用和维护方便。2.2设计过程1低速点动过程详

12、解： 首先将电源开关QF合上是电力系统得电，然后用手按下SB1按钮，这时时间继电器KT1（通电延时动作延时5S）、接触器KM1得电，这时主电路KM1主触点闭合，电动机串入电阻降压启动，5S后KT1动作，使得KM1断电、KM2得电，这时主电路中主触点KM1断开KM2闭合，电机将会低速正常运转。 （如图1.1）2低速持续运转 将转换开关SA搬到低速档位，这时与上面低速点动基本一致，就是使控制电路持续得电，动作过程是一致的，电机将低速持续运转。如图（1.2）3高速持续运转 首先将转换开关搬到高速档位，这时通电延时时间及电器KT2（设定动作时间为10S）得电，瞬时触电KT2动作闭合，这时低速启动部分得

13、电，基本和步骤1低速点动动作一致， 完成低速启动，十秒钟之后，319和321间的KT2动作断开低速启动控制电路部分的线路，321和323间的KT2动作闭合，使得接触器KM3、KM4得电，使得主电路中主触点KM3、KM4闭合，电机高速持续运转。同时辅助触点KM3自锁，并且长闭触电将时间继电器KT2断电隔离电路从而节约电能并延长KT2寿命。 4 高速异地控制电路 按下高速异地启动按钮SB3，时间继电器KT2得电同时3317与319间瞬时触点KT2闭合自锁，这时重复步骤3高速持续运转的启动过程。5. 辅助电路 辅助电路中只有几个指示灯，因此为了节约成本没有必要购置变压器，每个指示灯串联一个电阻分压即

14、可。 当电机在低速持续运转活着低速点动运行的时候，KM2线圈必然得电这时HL1低速指示灯必然会亮起。 当电机在高速持续运转状态的时候KM3必然将持续得电，从而使得HL2高速指示灯亮起。如图2-5.2.3细节部分的过程解释1. 通过电气互锁的作用，每次启动要么是低速启动要么是高速启动，从而防止故障的发生以致烧毁电机。为了实现互锁的功能将KM2、KM3的常闭辅助触点分别与对方的接触器线圈串联起来，无论是接通高速启动还是低速启动只有一条回路闭合得电是电机在相应的状体下运行。2. 因为电机有低速和高速两种运行状态（当然也有低速和高速状态下的分类点动和异地启动在此指示灯就和总状态公用指示灯），低速的时候

15、设置为黄色，高速的时候指示灯选择红色，电源指示灯选择为绿色。3. 总停按钮的添加。待电机不需要运行，进行检修时，按下总停按钮SB，控制回路断电，电机停止转动。 经过认真思考、推敲，最终一个完整的电路图（见图2-5）草图就绘制出来了。然后再根据具体要求，进行相关元器件的选取。 图2-1：低速点动控制电路 图2-2：低速持续运转控制电路 图2-3：高速持续运转控制电路 图2-4：高速异地持续运转控制电路 图2-5：辅助电路 2.4元器件选型元器件的选择主要是对主电路及控制回路中必要的元器件进行选择，见下表：表2-1 主电路及控制电路所需的主要器件序号代号名称规格型号数量备注1M电动机Y160M1-

16、2111KW，21.8A2FR1-FR2热继电器JR16-60/32电流调整范围20.0-26.0-32.0A3FU1-FU3熔断器RT14-633额定电压380V，额定电流50A，分断能力100KA2QF低压断路器DZX10-100/331脱口额定电流80A，极对数35R1-R3电阻1812-3.9RJ33.9欧6R4-R9电阻R6两两电阻串联成一组，1/2W水泥电阻，阻值15千欧/个7KT时间继电器JSK4-22220.1-30S,延时1.1，瞬动触点2.2,5A8SB1点动按钮LA1919SB2起动按钮LA19-11D110SB3停止按钮LA19-11D111KM1、KM2、KM4接触器

17、B25-30-2310A12SA选择开关13HL1-HL3指示灯XD136.3V14X接线端子排TD30-4015KM3接触器CJ20-25125A2.4.1电动机为了合理选择电动机的种类，应同时两个方面的问题：一是电动机的性能，例如机械特性，起动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求。因此，根据具体要求，综合以上各因素，应选择Y系列小型三相笼型异步电动机，指标先进、噪声低、振动小、防护性能好、安全可靠、维护方便、外形美观、启动转矩大、机械特性硬，即选择Y160M1-2型号的电动机一台。型 号额定功率 额定电流 转速 效率 功率因数 堵转转矩堵转

18、电流最大转矩噪声振动速度 重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skgY160M1-21121.8293087.20.882.07.02.382872.81152.4.2断路器又称自动空气开关，除了断开电路的作用外，还具有电流过载、欠 压、短路保护的作用。断路器类型有：框架式、塑料外壳式、限流式、手动操作式、电动操作式。选择依据是：极数、额定电流、电压类型、电压等级、分断能力、动作频繁程度等。.DZ20系列塑料外壳式断路器，其额定绝缘电压为交流500V，频率为50Hz或60Hz，额定工作电压为交流380V及以下或直流额定电压220V及以下，其额定电流

19、至1250A。一般作为配电用，额定电流为200A及以下。根据脱扣器的额定电流等，通过认真选取，最终选择了型号为DZX10-100/33的低压断路器。 其相关参数如下表：壳架等级额定电流Imm（A）AC100额定绝缘电压AC500额定工作电压AC380额定极限短路分断能力Icu（kA） 80额定运行短路分断能力Ics（kA） 50脱扣器额定电流（A）32断路器额定电流In（A）16100寿命操作频率（次/小时）120电寿命（次）4000机械寿命（次）4000连接铜导线最大截面积（mm2）352.4.3熔断器熔断器（Fuse）主要用于短路保护。熔断器结构上主要由熔断器座、熔断体（熔体）组成熔断器分

20、 插入式、螺旋式、填料封闭管式 等等。选择依据是：形式、熔体额定电流（I FU）。对电流较为平稳的负载（如照明、信号、热电电路等），熔体额定电流就取线路的额定电流。对具有冲击电流的负载（如电动机），熔体额定电流可按下式计取：单台电机： I FU = 1.5 2.5 I e （2-1）式中I Nmax 功率最大电机的额定电流 I e 除去功率最大电机之外，其余电机额定电流之和轻载、起动时间短 取 1.5 ；重载、起动时间长、起停频繁则取 2.5。由于控制回路电流较小，基本位于几安左右，当控制电路整体组合在一起的时候最大电流为KM3、M4、KT2三个并联，这时最大电流差不错也就5A,电机的额定电流

21、也只有21.8A,所以选择型号为RT14-63的熔断器，其熔体额定电流为50A，额定电压为380V。足以满足符合的要求。2.4.4热继电器热继电器（Thermal over-load Relay）主要用于电机过载保护。热继电器分两相式、三相式、三相带缺相保护式 三种形式选择依据是：形式、额定电流。热继电器热元件的整定电流可调， 范围约为 0.8 1.2 I FR（热继电器的额定电流）热继电器热元件的整定电流一般按0.95 1.05 I e（电动机的额定电流）选用，对过载能力较差的电机可选得更小些。通过选取FR1、FR2，得型号为JR16-60/3，其电流调整范围为20.0-26.0-32.0A

22、，额定电压为380V，且为16平方毫米多股铜芯橡皮软线，因为电动机的额定电流为21.8A，所以选择调整电流为22A的热继电器（整定电流中间幅值约为电动机额定电流），相关参数如表2-5所示：表2-5 JRS4-18321d热继电器的相关参数额定电流IPR（A）额定电压UN（V）刻度电流调整范围连接导线规格2238020.026.032.016mm2多股软线2.4.5接触器接触器（Contactor）分直流接触器、交流接触器两大类选择依据是：主触头数、辅助触头数目、额定电流（I KM）、线圈控制电压的类型、等级等。对于电动机负载，可按下面的经验公式计算接触器的额定电流： I KM = Pe / （

23、K Ue） （2-3）式中Pe 电机的额定功率Ue 电机的额定线电压K 经验系数 ， 取1 1.4 在该项目中电机为11KW，电压为380V，选取K为1.2，则经计算的 I KM 约为25A,并且考虑到KM1、KM2、KM4的辅助触点常闭常开都少于两个，所以我们选择KM1、KM2、KM4为CJ20-25系列交流接触器。其额定工作电流为25A，额定电压为380V，触点组合为两常开两常闭。约定发热电流为10A. 因为KM3辅助触点的要求所以我们选择了B25-30-23接触器，其额定电压为380V，额定工作电流为25A，辅助触点为两常开三常闭，约定发热电流为10A。2.4.6控制按钮控制按钮（Pus

24、h-button）：是一种结构简单，应用广泛的主令电器，在控制回路中用于远距离手动控制各种电磁机构，也可以用来转换各种信号线路与电气连锁线路等。是一种用来短时接通/断开小电流控制电路的主令电器选择依据是：触点对数、动作要求、结构形式、颜色、是否自带指示灯等；电压等级、通流能力（1 8 A）。. SA ：转换开关， 有0档、1档和2档。1档接低速持续运转和2档接高速持续 运转。SB1：点动按钮，LA19。SB2：启动按钮，LA19-11D。SB3：停止按钮，LA19-11D。指示灯选择型号为XD1，额定工作电压6.3V，电容式圆球形，工作电流0.05A，功耗0.3W，红色作为电源指示灯，红色为电

25、机低速运转指示灯，蓝色为电机高速运转指示灯。2.4.7接线端子控制回路的电压为380V，所以选择额定电压为380V的接线端子。246系列PCF接线端子-斜面接线端子接线端子，适用于额定电压为380V的电力传动控制屏、台、柜、机床电气控制、信号和各种自动化装置中导线连接之用。其结构特征为：每一排有十二对端子，在同一基座上，组装后可以方便取下其中任何一节单独的接线端子，而不影响相邻的接线端子，具有装卸方便，安装稳固等优点。246系列PCF接线端子-斜面普通型接线端子的额定电压380V，额定工作电流20A，足以满足该控制电路的要求。2.5工艺图设计过程1.首先根据控制要求和电气设备的结构，确定电器元

26、件的总体配置及电气板与控制面板上反安装的电器元件。 本设计中，在电器箱外部，分布在生产线上的电器元件有熔断器、接触器、热继电器等。控制面板上安装的电器元件有电源开关、控制按钮指示灯等。 分别对原理线路图的主电路及控制电路进行编号。分局电器元件的分布与原理图编号，绘制电气设备的安装接线图。2.5.1 电气板元件布置图设计 根据操作方便、美观、均匀、对称等原则，绘制控制元件布置图，进出线采用接线端子板过桥接线。本次电气元件布置图如下：2.5.1 电器板元件布置 2.5.2 电器板元件接线图 根据操作方便、美观、均匀、对称等原则，绘制控制元件布置图，进出线采用接线端子板过桥接线。本次电气元件布置图如

27、下： 2.5.3 控制元件面板布置图 2.5.4 控制背板接线图控制面板接线图应该与控制面板布置图元件位置相反，结合元件尺寸，设计图如下：2.5.5 接线端子排接线图设计 第3章 操作说明3.1双速异步电动机的操作 图3-1对照图3-1，对控制电路以及主电路的操作运行如下：（动作原理已在前面介绍）1、闭合低压断路器（又叫自动空气开关），主电路供电；闭合SA，对控制回路供电。2、如上图3-1所示 按下SB1低速点动。 将转换开关SA调到低速档位电机低速持续运转。 将SA调到高速档位电机将会是高速持续运转。按下开关SB3电机将为异地高速启动。3、 当电动机M和控制电路遇到过载、短路等故障停止运行时

28、，FU和FR将动作使电机和控制电路中的元器件停止供供电，从而保护电机和控制电路中的元器件，以达到防止烧坏和损毁的作用。3.2电路中部分接线的说明1、电动机的接地：为了保证工作人员的安全，将电动机的金属外壳用导线接地，即保安接地。2、电路中涉及的接地装置均接在PE线上，PE线是用来保障人身安全、防止发生触电事故用的接地线。3.3 使用过程中的注意事项1. 热继电器安装场所应无爆炸危险、无腐蚀性气体，并应注意防潮、防尘、防冲击和震动。2当热继电器与其它电器装在一起时，应装在电器下方且远离其它电器50mm以上，以免受其它电器发热的影响，使用中应定期去除尘污。3.保持电器元件安装环境干燥，温度在-15

29、+40中间最适宜保持元件寿命长久。4.定期清理搅动泵上的附着物，避免因负载转矩增加造成电动机功率损耗增加。总结与体会本次双速异步电动机的课程设计在吴桢芬老师的指导下让我收获颇丰，主要收获是对CAD运用的掌握和电气控制的电路设计。首先说一下CAD的心得与体会： 上一个暑假我们的课程设计任务是机械设计制图，纯手绘之，当时感觉绘图好繁琐，而且错一点就要改啊改，用橡皮擦俩擦去的，弄得图纸看上去脏兮兮的，当时还有点小埋怨要是用电脑绘图多少啊，可是自已又不会使用，终于在这个短后课程设计中，学院吴帧芬手把手将会我们怎么使用CAD制图，当老师用电脑给我们演示的时候感觉CAD太强大了，而且感觉绘图也好方便，在当

30、老师正在绘制的时候我就有种冲动想马上自己也感觉学会学塾应用这套软件，当吴老师给我演示完CAD的各种功能之后我们就开始自己演习使用了，看来我们毕竟还是眼高手低，老师演示的时候感觉挺简单的，但是当自己亲手操作的时候发现也并没有想象的那么简单，这再次给我一次教训：以后做什么事情都不要眼高手低，什么时候都相当然，应该虚心、精心去学习没一点知识，还有在后来有疑问之后都向吴老师咨询，在老师耐心的讲解下我逐渐对CAD有了初步了解再到最后能熟练应用CAD了。电气控制的设计心得与体会 在完成这次双速电动机控制的设计之后让我感觉真正在设计一个自动化生产线的时候要想投入到实际生产中要比书本上的知识复杂的多，因为在设

31、计现实生活中真实应用的自动化产品的时候你要考虑到现实中的方方面面，必须你想要的某种元器件现实中没有这时你就要选择相关能实现你想要的功能的元器件来代替。 本次课程设计为根据设计任务书中设备的工艺要求设计电气控制线路，计算并选择电器元件。本文以一台Y160M1-2电动机的设计为例，所设计的电路能够达到要求并能实现双速投切的功能。通过认真的设计，可知道以下几个问题需要特别注意：1设置必要的短路、过载保护，防止故障进一步扩大。2设置必要的手动控制线路，方便设备调试和维修。3设置必要的指示灯，随时反映系统运行状态，及时发现故障。参考文献1 吴桢芬编著电机与电气控制2李发海，王岩编著电机与拖动基础（第3版），清华大学出版社，20053吴晓君，杨向明编电气控制与可编程控制器应用，中国建材出版社，20044王仁祥编著常用低压电器原理及其控制技术，机械工业出版社，20015工厂常用电器设备手册（第2版），中国电力出版社，19986正泰电器产品选型手册7天水213厂低压电器产品选型手册8袁仁光，张伟武编著电动机控制电路选用与258实例，机械工业出版社， 20059 汤蕴璆，史乃编著电机学（第2版），机械工业出版社，200523