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1、贵州工业职业技术学院毕业设计（论文）题目三速电动机变极调速控制设备的设计专业机电设备维修与管理班级机电1508班学生学号指导老师贵州工业职业技术学院2017年10月前 言随着现代技术的发展和工业生产过程的智能化，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓的自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动按照预定的规律运行1。其中，本次毕业设计涉及的系统就是一个典型的自动控制系统。自动控制技术在社会生产过程中起着举足轻重的作用，无论是在宇宙航行、机器人控制、导弹制导以及核动力等高新技术领域，亦
2、或是在生物、医学、环境、经济管理和其他许多社会生活领域中，都有自动控制技术的应用。特别是在一些基础性的工业过程控制领域，自动控制技术更是凸显了自身的优势。首先，自动控制技术为企业安全的生产过程创造了良好的条件；其次，自动控制技术使得企业的生产过程更加高效、经济和环保。一个良好的生产环境对于企业而言是至关重要的，其原因主要有以下两点：第一，就生产过程而言，安全是第一要素，其包括参与生产人员的人身安全和设备安全。而良好健康的生产环境正是安全的重要保证；第二，就企业而言，如何获得更高的利润是企业能否正常运转的重要保证，一个良好健康的生产环境不仅能够降低企业设备的维护费用和原料损耗，而且还能提升生产效
3、率，进而大幅提升企业利润。因此，如何保证企业生产运行在一个良好健康的环境下，显得十分重要。我们知道，纺织工业是一项重要的国民经济基础行业，其产品涉及到人们生活的诸多方面。然而，目前我国的纺织工业还存在着生产技术落后、技术标准低、人才资源匮乏、信息化程度不高、缺乏品牌经营管理等诸多问题。当然，解决以上问题并非短时期能够完成。企业自身在经营和发展的过程中，能够全方位考虑企业的良性发展，循序渐进地提升自身的技术水平和管理水平，显得十分必要。对于纺织厂的生产车间而言，如何控制温度和相对湿度是车间良性运行的重要保证。车间温湿度的控制涉及自然环境的状态和人为地对温湿度进行补偿两个问题。因此，可以将其定义为
4、一个基于环境状态实时变化的车间温湿度自动补偿问题。温湿度的补偿主要采用控制轴流风机的方法实现。目 录中文摘要I英文摘要II第1章 绪 论11.1 选题背景及意义11.2 电机调速控制系统发展现状11.2.1 直流电动机调速技术21.2.2 交流电动机调速技术31.3 电机调速中的控制技术41.4 论文内容及章节安排4第2章 电机拖动方案的确定52.1 电机拖动原理52.1.1 直流电机拖动原理及特性62.1.2 交流电机拖动原理及特性82.2 电机拖动方案论述122.3 本章小结13第3章 电动机的选型方案论述143.1 电动机选型143.2 本章小结16第4章 电气控制原理图的设计174.1
5、 电气控制原理图设计方法论证174.1.1 经验设计法174.1.2 逻辑设计法设计224.2 本章小结29第5章 电器元件的选择明细305.1 电器元件的选择305.1.1 刀开关305.1.2 熔断器305.1.3 热继电器315.1.4 接触器315.1.5 电流互感器与电流表325.1.6 中间继电器325.1.7 时间继电路325.1.7 按钮335.1.8 指示灯335.1.9 指示灯335.1.10 接线端子345.2 电路元件明细表345.3 本章小结35第6章 电器布置图的设计366.1 电气布置图的设计原则366.1.1低压电器电控设备的布置原则366.1.2 三速电动机电
6、气控制柜的布置396.3 本章小结41第7章 电器接线图的设计427.1 接线图的设计427.2 本章小结49第8章 总结与展望508.1 系统设计总结508.2 三速电动机变极调速的未来展望50致 谢51参考文献52附 录53附录A：国家电气标准的若干规定53一、 电控设备导线的颜色53表A1 依导线颜色标志电路的规定54表A2 依电路选择导线颜色的规定552018届机电设备维修与管理专业毕业设计（论文）中文摘要针对某纺织车间温湿度的保持问题，采用控制轴流风机的方法实现对温湿度的控制。通过建立风机转速、风量以及轴功率之间关系的数学模型，确定了电机的拖动方案。其中，电机选型为YD序列变极三速电
7、动机。根据控制系统的功能和设计要求，论述了系统的元件选型方案。最后据温湿度控制要求和电机拖动方案，设计了电气控制设备电气控制原理图。系统最终实现了对轴流风机的控制，从而实现了对车间温湿度的控制。本文对系统结构和工作原理进行了详述，包括系统的硬件设计和软件设计，并对系统是否满足设计要求进行了分析。关键字：纺织工业，三速电动机，变极调速，温湿度控制英文摘要In order to maintain the temperature and humidity of a textile workshop, the control of the axial fan is used to control th
8、e temperature and humidity. Just through the establishment of the fan speed, air volume and shaft power relationship between the mathematical model to determine the motor drag program. Among them, the motor selection for the YD sequence variable pole three-speed motor. According to the function and
9、design requirements of the control system, the component selection scheme of the system is discussed. Finally, according to the temperature and humidity control requirements and motor drag program, designed electrical control equipment, electrical control schematic. The system finally achieved the c
10、ontrol of the axial fan, in order to achieve the control of the plant temperature and humidity. In this paper, the system structure and working principle are described in detail, including the system hardware design and software design, and the system to meet the design requirements were analyzed.Ke
11、y words:Textile industry, Three-speed motor, Variable pole speed, Temperature and humidity control55第1章 绪 论1.1 选题背景及意义目前我国纺织工业存在以下问题，首先，技术装备落后，新产品开发不足。据统计，中国纺织品三大行业（纺织业、服装业、化学纤维制造业）产值占比约分别为61%、28%、11%。除化学纤维生产技术和服装骨干企业的缝纫设备接近国际先进水平以外，纺纱、织造、染整等传统工艺与世界先进水平有较大差距。其次，目前中国的纺织企业还处于低端生产阶段。大约有80%的企业生产中低档产品、6%
12、的企业生产中低档产品，4%的企业生产品质低价格低产品，仅有10%的企业生产高品质产品。再次，高素质人力资源缺乏。行业缺乏品牌运作、资本运筹、国际交往的人才，缺乏国际化经营经验和适应国际竞争的复合型人才。再者，企业信息化程度不高。行业性软件开发力量薄弱，软件产品少，企业管理软件应用比例低，信息化普及率低，电子商务起步慢，多数企业管理方式落后，难以真正建立起小批量、多品种、高品质、快交货的市场快速反应机制。最后，缺乏品牌经营理念。传统家纺多，规模小，产品单一，加工贸易比重仍然很大，应对国际竞争手段不足，处在整合阶段2。因此，如何将现代化的设备技术和经营管理经验引入纺织工业的生产过程和管理方案显得十
13、分必要。再者，就纺织工业的生产车间而言，如何保证一个安全、稳定的生产环境更是提升企业综合实力和保证可观利润的关键。面对复杂多边的外部环境，车间的温湿度也会随着环境的改变而发生变化，车间温湿度的变化不仅影响生产原料的质量，还影响到工人的精神状态以及机器设备的运行状态。这就是说，维持车间合理的温湿度变化对车间的生产有巨大的影响。通过这次设计，不仅解决了纺织车间的温湿度控制问题，为企业的安全、高效生产提出了可行的解决方案，而且培养了学生综合运用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力。使学生建立正确的设计思路，掌握低压电器组成的电气传动控制设备工程设计的一般程序和方法。1.2 电机调速控制系
14、统发展现状调速电机是利用改变电机的级数、电压、电流、频率等方法改变电机的转速，以使电机达到较高的使用性能的一种电机。由于其优异性能，调速电动机已广泛用于钢铁、电站、电缆、化工、石油、水泥、纺织、印染、造纸、机械等工业部门作恒转矩或递减转矩的负载机械无级调速之用，尤其适宜作流量变化较大的泵和风机类负载托动之用，能够获得良好的节能效果3。能源在我们日常生活中的应用是一个不争的事实，要使能源为我们人类所利用，目前大部分要靠电动机和发电机所实现。而我们在生产过程中，大部分要靠电动机把电能转换为机械能供人类使用。对一些精确控制，调速技术的发展至关重要。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在宽范围内平
15、滑调速，以前在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。目前交流拖动控制系统的应用领域主要有以下三个方面：（1）一般性能调速和节能调速。在过去大量的所谓“不变速交流拖动”中，如果换成交流调速系统，每台风机、水泵平均都可以节约20%30%以上的电能。但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，只需要一般的调速性能。（2）高性能的交流调速系统和伺服系统。由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。20世纪70年代初发明了矢量控制技术，或称磁场定向控制技术,从而使交流电机的调速技术取得了突破性的进展。其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦
16、控制等方法。常应用在电梯的交流调速系统中。（3）特大容量、极高转速的交流调速。直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过106kWr/min，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜4。1.2.1 直流电动机调速技术直流电动机电力拖动在19世纪中叶诞生，在20世纪前半叶，只有20%的高性能可调速拖动系统采用直流电动机。直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦，使转矩与电枢电流成正比。1960年
17、以来，晶闸管整流器的应用，使得直流调速技术得到了飞速对的发展。采用可控晶闸管组成整流器的晶闸管整流器-电动机系统，它们在20世纪60年代起得到了广泛的应用。用全控型电力电子器件可组成直流PWM变换器-电动机系统，现在越来越多地取代了晶闸管-电动机系统5。主要有以下3个方面：（1）转速反馈控制的直流调速系统；（2）转速、电流反馈控制的直流调速系统；（3）可逆控制和弱磁控制的直流调速系统。目前由于交流调速技术的迅速发展，直流调速技术逐渐被淘汰。1.2.2 交流电动机调速技术1880年前只有直流电力拖动，1895年左右，发明了交流电，就有了交流电力拖动，1960年前，高性能可调速拖动都采用直流电机（
18、20%），不变速拖动系统则采用交流电机（80%），1930年开始，交流调速系统的多种方案出现，并获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌6。直到20世纪6070年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现；大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生。一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。同步电机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电机调速系统只能是转差功率不变型（恒等于0）的，而同步电机转子极对数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异步电机那样的多种调速方法。在同步电机的变压变频调速方法中，从频率控
19、制的方式来看，可分为他控变频调速和自控变频调速两类。（1）自控变频调速利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相，类似于直流电机中电刷和换向器的作用，因此有时又称作无换向器电机调速，或无刷直流电机调速。(2)开关磁阻电机是一种特殊形式的同步电机，有其独特的比较简单的调速方法，在小容量交流电机调速系统中很有发展前途7。交流调速技术已经发展了好多年，有以下几种发展趋势：（1）新的控制策略异步电动机是一个多变量、强耦合、时变的非线性系统，瞬时转矩的控制困难，使它的动态性能很长时间内不如直流电机。矢量控制技术开创了交流电机高性能控制的新时代，但矢量控制对电机参数的依赖很大，使之也有不尽人意之处，
20、磁链跟踪型 PWM控制逆变器及与之相关的转矩直接控制正受到广泛关注。基于现代控制理论的滑模结构控制、自适应控制等均已引入电机控制，又如把模糊控制、人工神经网络控制、专家系统等无需精确数学模型的智能控制技术应用于变频调速中也得到了广泛的研究。（2）新型变流装置和变流技术随着电力电子元器件的不断发展，调速系统用的变流装置正朝向高电压、大容量、小型化、高频化的方向发展，中高电压(10kV)、大容量(10MW)的变频器已得到了应用，变流主元件的开发频率越来越高，装置的体积越来越小，为提高开关频率、降低开关损耗，软开关技术已经开始得到实际应用。变流装置对电网的谐波问题已引起高度的重视，把不控整流桥改成P
21、WM双向整流桥已成为当前的热门课题。（3）全数字化控制随着微机运算速度的提高和存储器的大容量化，全数字化控制已成为调速系统的主流方向，各类单片机和数字信号处理器(DSP)在调速系统得到了较为普遍的应用。全数字化控制技术及集成化技术还在飞速发展，年年都有新的芯片诞生，这不仅提高了系统的性能和可靠性，降低了成本，还使控制器向着小型化、智能化的方向发展8。（4）模拟与计算机辅助设计技术电机模拟器、负载模拟器以及各种CAD软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。1.3 电机调速中的控制技术交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象，随着交流电动机调速理论的突破和调
22、速装置性能的完善，电动机的调速从直流发电机-电动机组调速、晶闸管可控整流器直流调压调速逐步发展到交流电动机变频调速，变频调速又由VVVF控制的PWM变频调速发展到矢量控制、直接转矩控制变频调速。现代控制理论中的控制方法，实现方法简便，在电机调速领域中，具有更广阔的应用前景。由目前国内外的研究成果可以看出，电机传动的控制逐步向多元化、智能化和多种方法综合应用的方向发展9。1.4 论文内容及章节安排本文的研究重点是如何将变极调速技术应用到三速电动机，从而控制电动机的转速，最终实现纺织车间的温湿度控制。文章首先系统地论述了电机调速控制系统的原理以及方法，从数学层面分析了系统的可行性和实用性。另外，本
23、文还对目前可行的点击调速方法进行了综述。本文章节安排为：第一章绪论介绍了电机调速控制系统的原理以及方法，并对相关的技术进行了简要的介绍；第二章论述了电机拖动方案；第三章主要对系统的核心器件电动机的选型进行了详细的介绍。第四章为电气控制原理图的设计；第五章主要内容是电器元件的选择，并给出了详细的电气元器件明细；第六章是电器布置图的设计；第七章是电器接线图的设计。第2章 电机拖动方案的确定2.1 电机拖动原理在诸如石油化工、轻工、纺织等工业部门，广泛使用者电力拖动系统。所谓电力拖动系统是一种电气传动系统，即以电动机为动力驱动控制对象（工作机构）作机械运动的整套装置。如果对象时生产机械，有一定的功率
24、转换（电能变为机械能）要求，习惯上称之为电力拖动系统10。该系统通常包括三个主要环节：电动机、控制设备和机械传动机构。一个典型的拖动系统结构图如图2.1所示。图2.1 典型的拖动系统结构图电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。无论是何种类型的电机，其基本原理都可表述为电磁效应产生的力的作用。其内部结构可简单描述为图2.2所示。图2.2 电机内部结构简图2.1.1 直流电机拖动原理及特性（1）电力拖动系统的运动方程式运动方程式电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩
25、。根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：2-1其中为系统的惯性转矩。图2.3 直流电机运动系统图运动方程的实用形式：2-2系统旋转运动的三种状态：1）当或时，系统处于静止或恒转速运行状态，即处于稳态。2）当或时，系统处于加速运行状态，即处于动态。3）当或时，系统处于减速运行状态，即处于动态。常把或称为动负载转矩，把称为静负载转矩。运动方程式中转矩正、负号的规定首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：1）电磁转矩与转速的正方向相同时为正，相反时为负。2）负载转矩与转速的正方向相同时为负，相反时为正。3）惯性转矩的大小和正负号由和的代数和决定。（2
26、）负载的转矩特性负载的转矩特性，就是负载的机械特性，简称负载特性。恒转矩负载特性恒转矩负载特性是指生产机械的负载转矩与转速无关的特性。分反抗性恒转矩负载和位能性恒转矩负载两种。1）反抗性恒转矩负载图2.4 反抗性恒转矩负载2）反抗性恒转矩负载图2.5 位能性恒转矩负载恒功率负载特性恒功率负载特点是：负载转矩与转速的乘积为一常数，即与成反比，特性曲线为一条双曲线。图2.6 恒功率负载负载泵与风机类负载特性负载的转矩基本上与转速的平方成正比。负载特性为一条抛物线。图2.7 泵与风机类负载负载2.1.2 交流电机拖动原理及特性直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴
27、于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。直到20世纪6070年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。这时，直流电机具有电刷和换相器因而必须经常检查维修、换向火花使直流电机的应用环境受到限制、以及换向能力限
28、制了直流电机的容量和速度等缺点日益突出起来，用交流可调拖动取代直流可调拖动的呼声越来越强烈，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向。三相异步电动机的机械特性（1）机械特性方程三相异步电动机的机械特性是指在一定条件下，电动机的转速与转矩之间的关系，即：2-32-4（2）临界转差率和最大转距机械特性方程为一个二次方程，当s为某一数值时，电磁转矩有一最大值Tm。由数学知识可知，令dT/ds=0，即可求得此时的转差率，用sm表示，即：2-5求得对应时的电磁转矩，即最大电磁转矩值：2-6临界转差率和最大转距的特点：当电源的频率及电机的参数不变时，最大电磁转矩Tm与定子绕组电压U1的平方成
29、正比。最大电磁转矩Tm和临界转差率sm都与定子电阻及定、转子漏抗有关。最大电磁转矩Tm和转子回路中的电阻无关，而临界转差sm率则与成正比。（3）固有机械特性方程固有机械特性方程异步电动机的固有机械特性是指在额定电压和额定频率下，按规定方式接线，定、转子外接电阻为零时，电磁转矩T与转差率s的关系，即T=f(s)曲线。固有机械特性曲线图2-8 固有机械特性曲线固有机械特性曲线的特点。曲线形状分析：1）AB段。因s较大，且异步电动机中，近似为双曲线。随着s的减小，T反而增大。2）BO段。因s很小，近似为直线。随着s的减小，T亦减小。曲线的几个特殊点的分析：1）起动点A2）同步点O3）临界点B4）额定
30、点C（4）人为机械特性方程人为机械特性就是人为地改变电源参数或电机参数而得到的机械特性。三相异步电动机的人为机械特性主要有以下两种：降低定子电压的人为机械特性；图2-9 降低定子电压的人为机械特性转子串电阻的人为机械特性。图2-10 转子串电阻的人为机械特性2.2 电机拖动方案论述从设计任务书中内容可知，要求我们设计的控制设备的控制对象为纺织车间的轴流风机，其全年的送风量是不均匀的，可划分为三个时间段，即夏季、春秋季和冬季。由风机的特性可知，当风机转速从变到时，风量Q和轴功率P的变化关系式如下：2-72-8从已知技术数据，春秋季的风景为夏季的66，冬季的风量为夏季风量的50，我们知道拖动风机的
31、电动机需要调速控制。由于经设计达到夏季风量所需电动机功率为11.6kw，转速为1457rmin，亦即我们所选电动机的最大功率和转速只要满足大于等116kw和1457rmin，控制设备能实现对该电动机实行调速即可满足设计的技术要求。对电动机实行调速控制的方案比较多：有调压调速、电磁调速电动机调速、串级调速、变频调速和变极对数调速等。前几种调速方案都可实现对电动机的无级调速，但实现调速的控制设备和控制方案都比较复杂，经济投入较大。只有变极对数调速为有级调速，控制设备相对较简单，经济投入较少。而根据设计的技术数据，纺织车间全年要求的风量变化并不要求连续，只分为三段，在每一段内的风量我们可视作不变(因
32、风量略有变化引起的温、湿度变化是不会超出允许的温、湿度要求范围的)，这样由式2-9可知，拖动风机的电动机转速实际上全年中只要有三个变化点即可满足要求，只需有级调速控制。因此，我们可采用变极对数调速的控制方案。2.3 本章小结本章论述了电机拖动的基本原理，首先介绍了交直流电机的拖动原理和两者之间的差异，接着依据本系统的设计要求论述了电机的拖动方案。第3章 电动机的选型方案论述3.1 电动机选型由2.2节确定的拖动方案可知，我们选用变极三速电动机可实现对风机的控制。在纺织车间内空气中含有棉絮等杂物，这就要求电动机密封性要好，而车间内电动机般在地面平装，因而我们可选用电动机的外壳防护等级为IP44，
33、结构和安装型式为IMB3。设风机在夏季、春秋季和冬季的风量分别为Ql、Q2、Q3，转速分别为n1、n2、n3，轴功串分别为P1、P2、P3。由已知条件即得：Q2：Ql0.66，Q3：Ql0.50，Pl11.6kw，P21457rmin。3-13-23-33-43-53-63-73-8从以上计算可知风机夏季、春秋季、冬季二个调速点要求的转速分别为1457rmin、962rmin、729rmin，要求的功率分别为11.6kw、3.3kW、1.5kwi根据上述情况和车间内有交流380V，50Hz的二相电源，我们选用YD系列变极三速异步电动机来拖动风机。该电动机的有关参数如下：型号为YD180L864
34、电动机有三种极对数变化，分别为8极、6极、4极。对应于三种极对数864的额定功率为7KW/9KW/12KW，满载电流为20.2A20.6A24.1A，满载转速为740r/min980r/min1470r/min。绕组接法为YYY。电动机绕组接线图如图3.1所示。图3.1 YD系列变极三速电动机绕组接线图要满足对风机的控制要求，即夏季采用4极运转，春秋季采用6极运转，冬季采用8极运转，我们分别定义为高速、中速和低速运转状态。这样功率和转速均能满足风机的工作要求，并有裕量。3.2 本章小结本章主要在2.2节的基础上，针对具体的电机拖动方案，结合目前市场上常用的电机类型和系统的设计要求，论述了电动机
35、的选型方案，最终确定了用于本系统的电动机类型。第4章 电气控制原理图的设计4.1 电气控制原理图设计方法论证电气控制原理图的设计方法较多，在此我们采用两种方法来设计。4.1.1 经验设计法因风机起动属于轻载起动，可对电动机采用全压起动控制电路。由于风机和电动机有三种运行速度，故需有三只控制按钮分别发出指令来控制电动机三种速度运行。考虑到控制柜要有短路、过载等保护，在原理图的主回路中设置三只热继电器和三只熔断器，结合三速电动机绕组接线图设计出图4-1所示电路。图4-1 三速电动机电气控制原理图草图之一该控制图能实现电动机低、中、高三种速度的控制，不管原来电动机的运行状态如何、只耍按动按钮SB1、
36、SB2、SB4按钮中的任意一只，电动机将工作在某种转速上。例如电动机原为停止状态，我们按动按钮SB4，接触器KM4、KM3先后吸合，使电动机工作在高速状态。再按按钮SB2，接触器KM4、KM3同时释放，接着接触器KM1吸合，电动机由高速直接进入低速运行。这样，使电动机在转换状态时的转速变化较大，不利于电动机的使用。同时风机的风量变化也将不符合设计技术要求，设计技术要求中风量控制要求在三种速度之间的转换能逐段进行。即起动时先进入低速运行，再进入中速，最后进入高速运行，不允许中速或高速直接起动。在高速远行转入低速运行时，先由高速变化到中速，再转入低速运行；从低速切换到高速也一样。即要求在三种速度之
37、间转换。不能越级直接切换，满足风机风量控制的技术要求。根据此前提，重新设计出的三速电动机电气控制原理图如图4-2所示。图4.2 三速电动机电气控制原理图草图之二在此图中接触器KMl吸合，三相电源进入电动机的U1、V1、W1端子，电动机工作在低速状态。接触器KM2吸合，三相电源进入电动机的U2、V2、W2端子，电动机工作在中速状态。接触器KM4、KM3吸合，三相电源进入电动机U3、V3、W3端子，电动机工作在高速状态。低中高三种工作状态分别由按钮SB2、SB3、SB4来控制。为避免电源同时接入Ul、V1、W1、U2、V2、W2及U3、V3、W3三者之中的任意二处，在接触器KM1、KM2及KM4线
38、圈回路中接入了机械互锁和电气互锁。为实现在电动机起动时只能低速起动，不允许中速或高速直接起动，在线路中设置了中间继电器KA1，并将KA1的二对常开触点分别串入接触器KM3和KM4的线圈回路，使得起动时若不按SB2按钮，接触器KM1没有吸合过，则中间继电器KA1不可能吸合，其二对常开触点均处于断开状态，即使按下SB3或SB4按钮，接触器KM2或KM4均不会吸合。亦即电动机不会直接起动到中速或高速状态。而一旦从低速起动后，中间继电器KA1通过其自锁触点长期吸合，将不影响低、中、高三种速度间的转换。图中电动机一旦起动后，低速与中速间的相互切换只要按动SB2或SB3按钮即可实现。中速与高速之间的切换同
39、样只要按动SB3或SB4按钮便能实现。但电动机如工作在低速状态，若按动高速SB4按钮，电动机将不能直接进入高速状态，而是先进入中速运行，然后才自动转入高速状态稳定运行。电动机原工作在高速状态，按低速运行按钮SB2情况也相同，要经过中速远行状态才能最后进入低速运行，保证三级速度的切换能逐级进行。为保证实现这样的切换程序，设置了中间继电器KA2KA5和时间继电器KT1KT4。其中中间继电器KA3、KA4和时间继电器KT1、KT2保证电动机在低速运行状态时转入高速运行状态的平稳过渡。而KA2、KA5、KT3、KT4的控制功能正好相反。现以电动机在低速远行时要切换到高速运行为例来说明线路的设计思路与工
40、作原理。电动机运行在低速状态，接触器KM1吸合，其常开触点KM1-3闭合使中间继电器KA3吸合，KA3一对常闭触点串在接触器KM4线圈回路中，保证使得按下高速按钮SB4时，虽其常开触点SB4-1闭合，但接触器KM4线圈因KA3的常闭触点断开而不能得电吸合。只有等接触器KM2吸合，其常闭触点KM2-4使中间继电器KA3失电释放，KA3串在KM4线圈回路中的常闭触点回复后，KM4才能吸合，进而使KM3吸合而使电动机转入高速运行。即实现了低速运行时必须经过中速状态才能最后进入高速运行的目的(注意接触器KM2吸合即使电动机工作在中速状态)。具体工作原理如下所述。电动机在低速运行时，接触器KM1吸合，中
41、间继电器KA3吸台。当按动高速按钮SB4后，其常闭触点SB4-1使KM2线圈失电释放，同时其常开触点SB4-2使时间继电器KT1线圈得电吸合。由于KT1为一断电延时继电器，其延时常开触点马上闭合使中间继电器KA4线圈得电吸合，KA4的常开触点KA41使接触器KM2线圈得电吸合(此时因为按钮SB4按动一下已复位，其常闭触点SR42巳闭合)，电动机进入中速运行。串在KM2自保线路中的KA4常闭触点与常开触点KA41共同构成了接触器KM2的点动控制，以便实现从中速到高速的自动切换。KM2吸合后，其常闭触点KM24断开，使中间继电器KA3释放，KA3串在KM4线圈回路中的常闭触点复位，为KM4线圈的得
42、电作好准备。在中间继电器KA4吸合其常开触点KA41使KM2吸合的同时，另一对常开触点KA42使时间继电器KT2线圈得电吸合自保并开始延时。注意在通电延时时间继电器KT2开始计时时，断电延时时间继电器KT1也同时在进行计时。因为按钮SB4的常开触点SB42是合一下马上断开的。当时间继电器KT2延时到后，其延时常开触点闭合，使接触器KM4线圈只要接触器KM2常闭触点KM2-2回复即可吸合。当KT1延时到后，其延时常开触点断开使KA4线圈失电，KA4释放，KA4的常开触点KA4-1和常闭触点保证KM2线圈失电释放，使KM2-2复位，这样KM4得电吸合，其常开触点又使接触器KM3吸合，KM3常闭触点
43、KM3-3又使KT2失电释放，电动机白动进入高速状态稳定运行。从而实现低速运行经中速自动切换到高速的控制日的。通过分析，值得注意的是时间继电器KT1的延时时间要比KT2略长。如相反，当KT1延时一到，其延时常开触点断开使KA4释放，从而使KM2释放。促此时KT2的延时常开触点仍未闭合，使KM4能吸合，电动机将失电停机。等到KT2延时到后才又使KM4吸合，进而KM3吸合，电动机转入高速运转。这样在中速自动切换到高速过程中会出现电动机的短暂失电，不利于控制。同理，时间继电器KT3的延时时间也要比KT4略长些。当电动机工作在高速状态，按动低速按钮SB2后的工作原理与上述类似，只不过此时工作的电器换成
44、了KA2、KA5、KT3、KT4而巳，读者可自行分析。图4.2中，各按钮、接触器用到的触点数都较多，我们在选择元器件时要选有相应常开、常闭触点数的类型以满足要求，否则需用中间继电器来扩大触点数目。图4.2已能按设计要求实现对电动机的调速控制，但还不完善。因设计技术要求中还要有低、中、高速运转状态的指示，发生故障时的指示，以及电动机定子电流的指示。为此我们设置HL1、HL2、HL3、HL8故障指示灯，HL4一HL7工作状态指示灯。其中HL4为工作电源指示灯，HL5一HL7分别为低、中、高速运转状态指示灯，以便能通过某一指示灯的发亮清楚知道电动机的工作情况。而HL1一HL3分别指示低、中、高速时电
45、动机的过载故障，HL8指示主回路的短路故障现象、定子电流指示在主回路中设置一交流电流表和电流互感器来共同实现。标上各电器接线端子标志后，三速电动机的电气控制原理图已设计完毕，如图4.2所示。其中中间继电器KA6一KA8是为了扩大接触器KM1、KM3、KM2的辅助触点数而设置。因适合该功率电动机控制的各种类型接触器中辅助触点最多为2常开常闭。一般电器接线端子的标志规定见表4.1表4.1 一般低压电器接线端子的标志在图4.3中还标记上了电器的项目代号，项目代号的具体含义与有关内容可参阅国家标形GB509485电气技术中的项目代号)。由于该控制设备不很复杂，所以我们没有设置高层代号与位置代号，而只设
46、种类代号，种类代号的前缀符号为“一”。4.1.2 逻辑设计法设计前述实例我们在设计三速电动机电气控制原理图时采用的是经验设计法，下面我们再用逻辑设计法来设计三速电动机电气控制原理图。由前面的分析可知电动机在正常情况下共有四种状态，即停止、低速、中速、高速运转状态，并且由SB1、SB2、SB3、SB4四只按钮来分别控制。其中KM1吸合，电动机工作在低速运转状态，KM2吸合为中速运转。KM3、KM4吸合为高速运转。现在，我们计划仍然由SB1SB4、KM1 KM4来共同完成对电动机四种工作状态的控制(主回路如图4.2)，则逻辑设计法设计的过程如下所述：图4.3 三速电动机电气控制原理图1、工作循环图
47、根据前述，为满足对纺织车间全年的温、湿度控制要求，对电动机的控制我们可确定如下工作程序：图4.4 系统功能框图2、作执行几件动作节拍表及主令元件状态表根据执行元件对应的电动机工作状态和电动机工作程序，我们作出如表2的工作状态表(表中执行元件我们没有标上KM4，是因为KM4、KM3的动作状态相同,可把他们理解成只双线圈接触器KM3)。3、设置中间记忆元件 程序特征码。表24中各程序的特征码如下：“0”程序特征码：0000“1”程序特征码：1000；0000“2”程序特征码：0100；0000“3”程序特征码：0010；0000“4”程序特征码：0100；0000“5”程序特征码：1000；0000 确定待相区分组。表2的待相区分组有以下15组：A组：0、1程序重复特征码0000E组：0、2程序重复特征码0000C组：0、3程序重复特征码0000D组：0、4程序重复特征码0000E组：0、5程序重
