1、仲愷農業工程學院課程設計報告書電機拖動與運動控制綜合課程設計院 系：自動化學院所 選 題 目：設計類 題目一專 業 班 別：自動化（工業自動化） 143 姓 名：邱勇杰學 號：201421714327提 交 日 期：2017 年9月 6日電機拖動與運動控制課程設計說明書目錄一、目的與要求3（一） 、總體要求和目的3（二） 、具體要求3二、主要任務和內容3（一）、主要任務和內容3（二） 、具體設計步驟4三、設計題目與要求51.設計題目：料車提升電機拖動系統設計52.設計任務及要求53. 設計指導5四、系統結構及工作原理分析61.系統結構組成分析62. 系統工作原理概述6五、電動機的選擇61. 類

2、型的選擇62.提升系統的負載功率63. 確定電動機轉速74. 確定電動機型號7六、電動機的校驗71. 發熱校驗82. 檢驗過載能力83. 校驗啟動能力8七、減速器的選擇91. 總傳動比的計算92. 分配各級傳動比9八、系統原理電路圖及運行分析91. 系統原理電路圖92.相關元件說明：103.運行分析10九、總結11十、參考文獻11十一、附錄11附錄1 Y系列電動機型號大全11附錄2 電機詳細參數12一、目的與要求 （1） 、總體要求和目的1通過本課程設計教學環節，使學生加深對所學課程內容的理解和掌握； 2結合工程問題，培養提高學生查閱文獻、相關資料以及組織素材的能力； 3培養鍛煉學生結合工程問

3、題獨立分析思考和解決問題的能力； 4要求學生能夠運用所學課程的基本理論和設計方法，根據工程問題和實際應用任務的要求，進行方案的總體設計和分析評估； 5.報告原則上要求依據相應工程技術規范進行設計、制圖、分析和撰寫等。設計題目及要求。（2） 、具體要求1.熟悉電動機的運行特性并確定電機及其拖動系統的總體結構；2.了解控制電路中常用的基本控制電器及其原理及選型；3.理解控制電路的基本單元；4.掌握根據要求分析并自行設計控制電路原理圖的方法；5.要求對控制電路進行具體分析說明；6.要求設計的電路正確并能實現功能。二、主要任務和內容（一）、主要任務和內容1.依據要求進行主回路的設計，且拖動電機選擇、比

4、較，計算并選定電機；2.完成控制回路電路原理分析、過程設計、選擇合適的控制器件，特別是對短路、過載、零壓保護等的額定值；3.控制方式選擇及相關計算，轉子回路電阻級數確定計算，轉子控制回路設計與計算；4.依據計算結果，進行硬件回路設計；并驗證設計方案，驗證方法可采用仿真或測試。5.按任務要求完成設計任務，編寫出完整設計說明書，總結設計心得等；說明書中應包含（主電路原理圖、控制電路、保護電路原理圖，印刷電路板圖）。（2） 、具體設計步驟1.根據要求擬定設計任務。 2.根據拖動系統分析設計主電路。在繪制主電路時，可考慮以下幾個方面： 電動機的控制方式，應根據其容量及拖動負載性質考慮其啟動要求，選擇適

5、當的啟動線路。對于容量小（7.5kW以下）、起動負載不大的電動機，可采用直接起動；對于大容量電動機應采用降壓起動。 設計轉向控制。 根據電動機的工作制，決定是否需要設置過載保護或過電流控制措施。 根據拖動負載及工藝要求決定停車時是否需要制動控制，并決定采用何種控制方式。 設置短路保護及其他必要的電氣保護。 考慮其他特殊要求：調速要求、主電路參數測量、信號檢測等。3.根據主電路的控制要求設計控制回路，其設計方法是： 正確選擇控制電路電壓種類及大小。 根據每臺電動機的起動、運行、調速、制動及保護要求依次繪制各控制環節（基本單元控制線路）。 如有必要，設置必要的聯鎖。 設置短路保護以及設計任務書中要

6、求的位置保護（如極限位、越位、相對位置保護）、電壓保護、電流保護和各種物理量保護（溫度、壓力、流量等）。 根據拖動要求，設計特殊要求控制環節，如自動抬刀、變速與自動循環、工藝參數測量等控制。 按需要設置應急操作。 4.根據照明、指示、報警等要求沒計輔助電路。5.總體檢查、修改、補充及完善。主要內容包括如下： 校核各種動作控制是否滿足要求，是否有矛盾或遺漏。 檢查接觸器、繼電器、主令電器的觸點使用是否合理。 檢查聯鎖要求能否實現。 檢查各種保護能否實現。 檢查發生誤操作所引起的后果與防范措施。 6.進行主電路與控制回路參數計算。 7.正確、合理地選擇各電器元件，按規定格式編制元件清單。 8.根據

7、完善后的設計草圖，按GB/T 6988電氣制圖標準繪制電氣原理線路圖，并按GB/T 5094-1985電氣技術中的項目代號要求標注器件的項目代號，按GB 4884-1985絕緣導線的標記的要求對線路進行統一編號。三、設計題目與要求1.設計題目：料車提升電機拖動系統設計 拖動對象為一料車提升系統。下圖所示，料車在軌道下部裝料，裝完料后提升至上部料倉卸載。裝料時間為3分鐘，卸載時間不計，提升及下放速度最大值不超過0.4米/秒，料倉距軌道底部15米，料車自重40公斤，每次裝料100公斤，企業每天分三班工作，每班提升25次，提升為接班后即開始至提升25次結束。系統提升使用鋼絲繩，鋼絲繩輪的直徑為0.4

8、米。工作現場只有三相四線制380v交流電源，電網最大電壓波動5%，通風良好，環境干燥，現場無防爆要求。2.設計任務及要求 要求電機拖動系統能夠可靠工作，電機溫升在允許范圍內。 設三個手動操作按鈕控制電機運轉，即提升、下放、停止。 系統應能實現在提升到軌道頂部和下放到底部時自動停止。3. 設計指導 為簡化設計，提升系統鋼絲繩重量及摩擦阻力均可不計。設計時要先算出負載轉矩，可根據提升速度、電機速度選擇減速機。選擇電機時要先確定電機類型，確定電機容量，然后還要考慮是否需要校驗起動轉矩、電機溫升等。 電氣控制系統要設計為能夠實現自鎖功能。 對料車提升到軌道頂部和下放到底部時自動停止問題，建議選擇行程開

9、關，通過行程開關的常開或常閉觸點來設計控制電路。四、系統結構及工作原理分析1.系統結構組成分析 此系統的主要是由電動機、減速器、鋼絲繩輪、兩組定滑輪等組成。2. 系統工作原理概述 該系統由電動機提供原動力，經減速器減速拖動鋼絲繩來提升或下放料車。料車到達最高點和最低點觸碰行程開關自動關斷。當提升料車時，按下提升按鈕，電動機開始運轉，帶動傳動裝置運轉，通過減速器將電動機的高轉速降為低轉速，再通過皮帶傳遞給鋼絲繩輪，然后鋼絲繩輪開始轉動，再通過定滑輪將料車提升，當料車到達頂部時，觸碰到行程開關，電動機停止運轉，料車停止上升。當卸料完成后，按下放按鈕，電動機反轉，原理跟上升時相同，到達地面時，觸碰到

10、行程開關，電動機停止轉動，料車停止下放。五、電動機的選擇1. 類型的選擇 選擇哪種類型的電動機，一方面要根據生產機械對電動機的機械特性、起動性能、調速性能、制動方法和過載能力等方面的要求，對各種類型的電動機進行分析比較；另一方面在滿足上述要求的前提下，還要從節省初期投資，減少運行費用等經濟方面進行綜合分析，最后將電動機的類型確定下來。在對起動、調速等性能沒有特殊要求的情況下，優先選用三相籠型異步電動機。根據工作要求選用Y系列封閉扇冷式三相異步電動機，電源電壓380V。三相異步電動機具有結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，啟動性能好等優點。2.提升系統的負載功率 由于此提升系統是雙向周期運動

11、，而且兩次運動的負載是不同的，所以得求周期變動負載：（假設重力加速度g=10） 上升時的負載功率：下降時的負載功率：則平均功率：預選電動機額定功率：上式中系數（1.11.6）是考慮在負載變動引起的瞬態過程中，電流對發熱的影響。因為電機的銅損耗與電流的平方成正比，其影響應予以考慮。負載變動大，該系數要選大些。所以電機的額定功率應為：3. 確定電動機轉速計算鋼絲繩輪工作轉速：由推薦的傳動比合理范圍，V帶輪的傳動比范圍：24，二級圓柱齒輪減速器的傳動比的一般范圍：840，則總傳動比的范圍為:，故電機的可選轉速為：4. 確定電動機型號根據以上計算在這個范圍內電動機的同步轉速有500r/min，600r

12、/min，750r/min，1000r/min，1500r/min，3000r/min。綜合考慮電動機和傳動裝置的情況，同時也要降低電動機的重量和成本，最終可確定同步轉速為1500r/min，根據所需的額定功率及同步轉速確定電動機的型號為Y80M2-4，滿載轉速1390r/min。其主要參數：額定功率： 0.75kW； 額定電流： 2A； 滿載轉速： 1390r/min； 效率： 74.5%； 功率因數COS： 0.76； 堵轉轉矩/額定轉矩：2.3； 堵轉電流/額定電流：6.0； 最大轉矩/額定轉矩：2.3； 振動速度： 1.8mm/s； 重量： 17kg六、電動機的校驗1. 發熱校驗 首先

13、是進行發熱校驗，檢查電動機溫升是否會超過其額定溫升。由于本系統所用的電動機和不變，而且轉速n基本不變，故可以選用等效功率法。 由于n不變，負載功率與負載轉矩成正比，這時的等效負載功率為：又因為所以，發熱校驗合格。2. 檢驗過載能力由于此系統的負載是變化的，所以得求出最大負載時的負載轉矩，由題目可知，當上升時負載最大，所以所要求的負載轉矩為：由于剛上升時不可能達到滿載轉速，取n=800r/min又而因為，所以過載能力校驗合格。3. 校驗啟動能力校驗啟動能力就是要求所選電動機的起動轉矩大于啟動時的負載轉矩的（1.11.2）倍，即。而且還要考慮起動電流是否會超過要求，但如果采用直接起動（容量小時可采

14、用），起動電流的影響可不考慮。由題：起動轉矩：起動轉矩即上升時的轉矩：由于因為此系統所用的電動機額定功率為0.75kW，遠小于7.5kW，所以可以采用直接起動，因此不用考慮起動電流的影響。所以起動能力校驗合格。七、減速器的選擇1. 總傳動比的計算已知電動機的滿載轉速為1390r/min，鋼絲繩輪的工作轉速19.11r/min。所以總傳動比為=1390/19.11=72.74。2. 分配各級傳動比根據機械設計指導書，取V帶的傳動比=3，則減速器的傳動比i為:取兩級圓柱齒輪減速器高速級的傳動比:則低速級的傳動比為:八、系統原理電路圖及運行分析1. 系統原理電路圖此料車提升系統的原理圖與電動機正反轉

15、原理圖相似，如圖所示2.相關元件說明： QS - 刀開關 KM1 - 正轉用接觸器 KM2 - 反轉用接觸器 FU - 主電路熔斷器 FR - 熱繼電器 M - 三相異步電動機 SB1 - 正轉按鈕 SB2 - 反轉按鈕 SB3 - 停止按鈕 SQ1-1-上升行程開關 SQ2-1-下降行程開關刀開關是帶有動觸頭（閘刀），并通過它與底座上的靜觸頭（刀夾座）相楔合（或分離），以接通（或分斷）電路的一種開關。刀開關又稱閘刀開關或隔離開關，它是手控電器中最簡單而使用又較廣泛的一種低壓電器。刀開關通常由絕緣底板、動觸刀、靜觸座、滅弧裝置和操作機構組成。刀開關按照極數可以分為單極刀開關、雙極刀開關和三極刀

16、開關；按照轉換方式可以分為單投式刀開關、雙投式刀開關；按操作方式可分為手柄直接操作式和杠桿式刀開關。接觸器(Contactor)是指工業電中利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器，由電磁系統、觸頭系統和滅弧裝置組成。可用作控制工廠設備電熱器工作母機和各樣電力機組等電力負載，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護作用。其原理是當接觸器的電磁線圈通電后，會產生很強的磁場，使靜鐵心產生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動觸頭動作：常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯動的。當線圈斷電時，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復原：常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。 利用金屬導

17、體作為熔體串聯于電路中，當過載或短路電流通過熔體時，因其自身發熱而熔斷，從而分斷電路的一種電器。熔斷器結構簡單，使用方便，廣泛用于電力系統、各種電工設備和家用電器中作為保護器件。熔斷器（fuse）是指當電流超過規定值時，以本身產生的熱量使熔體熔斷，斷開電路的一種電器。熔斷器是根據電流超過規定值一段時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于高低壓配電系統和控制系統以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。 熱繼電器的工作原理是電流入熱元件的電流產生熱量，使有不同膨脹系數的雙金屬片發生形變，當形變達到一定距離

18、時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現電動機的過載保護。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優點在生產中得到了廣泛應用。電動機在實際運行中，如拖動生產機械進行工作過程中，若機械出現不正常的情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉速下降、繞組中的電流將增大，使電動機的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超過允許 溫升，這種過載是允許的。但若過載時間長，過載電流大，電動機繞組的溫升就會超過允許值，使電動機繞組老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至會使電動機繞組燒毀。所以，這種過載是電動機不能承受的。熱繼電器就是利用

19、電流的熱效應原理，在出現電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。作電動機運行的三相異步電機。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），通入三相對稱 交流電后，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割 轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。按鈕，是一種常用的控制電器元件，常用來接通或斷開控制電路（其中電流很小），從而達到控制電動機或其他電氣設備運行目的的一種開關。也稱為按鍵，是一種電閘(或稱開關）

20、，用來控制機械或程式的某些功能。一般而言，紅色按鈕是用來使某一功能停止，而綠色按鈕，則通可開始某一項功能。 行程開關又稱限位開關，是一種常用的小電流主令電器，是位置開關的一種，由操作頭、觸點系統和外殼組成。按其結構可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。行程開關是利用生產機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常這類開關被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。3.運行分析首先閉合QS，由于在左支路中SB2為常閉開關，所以剛開始時左支路SB2閉合，右支路SB2斷開，閉合SB1，左支路導通，KM1帶

21、電，線圈閉合，此時的SB1已經斷開，可是KM1已經閉合，啟動了自保功能，左支路依然導通，電動機正轉，料車上升，上升到頂部時，觸碰到行程開關SQ1-1，導致左支路斷開，KM1不帶電，線圈斷開，電動機停止運轉。再閉合SB2，右支路導通，KM2帶電，線圈閉合，同理電路啟動自保功能，電動機反轉，料車下放。如果想系統停止工作，按下停止按鈕SB3。由于此電路圖的設計是正反轉互鎖，所以不會存在正轉的同時也要反轉，即左右支路不會同時導通。同時正轉按鈕SB1和反轉按鈕SB2實現了自鎖功能。九、總結電機拖動與運動控制課程設計是本次課程學習的一個重要環節，通過大四上學期這一周的課程設計使我從各個方面都得到了鍛煉和提

22、高，對電機拖動和運動控制系統的各個相關零部件有機的結合在一起有了更深刻的認識，并且可以通過查找相應的電工手冊找到自己需要的工具和此工具的性能特點。 由于時間的緊迫，實際操作動手能力的低弱，再加上自己的理論知識不夠牢固，遇到很多問題都需要查找書籍與借助網絡，雖然自己很努力的做到最好，但這次的課程設計還是存在許多問題。例如大部分公式都需要查找和借鑒才能寫上去，有時候模模糊糊知道在哪本書上有這公式，但一翻發現錯了，是在另外一本書上。所以我覺得學會制作屬于自己的知識目錄很重要，這樣學過的東西即使忘了也不重要，只需要用時能通過目錄查找到并最終使用得當即可，因為人的腦容量是有限的，應該用來做更有意義的思考

23、。對于大學學過的許多專業知識，如果是需要考試或者考取證件，那就要背上以應付過關，雖然這樣的做法有利有弊，但中國社會即如此，入門首先看證件。所以我們若需要變的更好，就需要在兩者之間找到自己處理得過來的平衡。 然而有很多苦惱的是：有些知識點自己沒有系統的整理和消化，很多需要重新看書才能理解得過來，雖然最終達到了目的，但這樣還是嚴重的影響了自己的設計速度和降低了自己課程設計的質量，在邊計算邊畫圖邊改正的過程中發現自己走了很多的彎路。所以團隊學習很重要，在分工合作中共同進步，共同分享資源與發現可能存在的錯誤。一個好的團隊能有益于團隊中的每一個人的發展，個人英雄主義在團隊中是不可取的，團隊最終會弱化個人

24、的作用，在隊員間取長補短，團隊是實現每個隊員的大同化。 古人云：勤能補拙，所以在設計的過程中，不但需要多動腦，還需要勤奮的計算與思考。這不但能讓我熟能生巧，說不定會有意想不到的靈感誕生！最后，此次課程設計培養了我綜合應用電機拖動與運動控制這門課程及其他課程的理論知識和生產實際知識解決工程實際問題的能力。通過這次設計，我想會對我以后獨立設計打下一個良好的基礎，知道自己的短處，才能去彌補。為了能更好更快的達成目標，在以后的設計中避免很多不必要的工作，為了有能力設計出結構更緊湊、傳動更穩定、更精確的設備，就需要各種各樣的設計經驗。十、參考文獻1 陳伯時著，電力拖動自動控制系統第四版，北京：機械工業出

25、版社，2011 2 陳建明等，電氣控制與PLC應用第三版，北京：電子工業出版社，20143 楊天明著，電機與拖動，中國林業出版社出版社，2008 4 何此昴著，變壓器與電感器設計方法及應用實例，人民郵電出版社，2011 5 趙敏、劉麗主著，電氣控制與自動控制系統，西南交通大學出版社，2006 6 楊文煥著，電機與拖動基礎，西安電子科技大學出版社，2008 7 姚舜才著，電機學與電力拖動技術M，國防工業出版社，2006 8 許志軍著，電氣自動化控制技術實訓教程M，電子科技大學出版社，2008 9 劉行川著，簡明電工手冊M，福建科學技術出版社，2003 十一、附錄附錄1 Y系列電動機型號大全 Y系

26、列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。安裝尺寸和功率等級符合IEC標準，外殼防護等級為IP44，冷卻方法為IC411，連續工作制（S1）。適用于驅動無特殊要求的機械設備，如機床、泵、風機、壓縮機、攪拌機、運輸機械、農業機械、食品機械等。 Y系列電動機效率高、節能、堵轉轉矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。Y80315電動機符合Y系列（IP44）三相異步電動機技術條件JB/T9616-1999。Y355電動機符合Y系列（IP44）三相異步電動機技術條件JB5274-91。Y80315電動機采用B級絕緣。Y355電動機采用F級絕緣。額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。功率3k

27、W及以下為Y接法；其它功率均為接法。電動機運行地點的海拔不超過1000m；環境空氣溫度隨季節變化，但不超過40；最低環境空氣溫度為-15；最濕月月平均最高相對濕度為90%；同時該月月平均最低溫度不高于25。 電動機有一個軸伸，按用戶需要，可制成雙軸伸，第二軸伸亦能傳遞額定功率，但只能用聯軸器傳動。 按用戶需要，還可供應其他功率、電壓、頻率、濕熱帶型（TH）、防護等級等電動機。附錄2 電機詳細參數型號額定功率kW額定電流A轉速r/min效率%功率因數cos堵轉轉矩/額定轉矩（倍）堵轉電流/額定電流（倍）最大轉矩/額定轉矩（倍）振動速度mm/s重量kg同步轉速 3000r/min 2級Y80M1-

28、20.751.8283075.00.842.26.52.31.817Y80M2-21.12.5283077.00.862.27.02.31.818Y90S-21.53.4284078.20.852.27.02.31.822Y90L-22.24.8284080.50.862.27.02.31.825Y100L-236.4288082.00.872.27.02.31.834Y112M-248.2289085.50.872.27.02.31.845Y132S1-25.511.1290085.50.882.07.02.31.867Y132S2-27.515290086.20.882.07.02.31.

29、872Y160M1-21121.8293087.20.882.07.02.32.8115Y160M2-21529.4293088.20.882.07.02.32.8125Y160L-218.535.5293089.00.892.07.02.22.8145Y180M-22242.2294089.00.892.07.02.22.8173Y200L1-23056.9295090.00.892.07.02.22.8232Y200L2-23769.8295090.50.892.07.02.22.8250Y225M-24584297091.50.892.07.02.22.8312Y250M-2551032

30、97091.50.892.07.02.24.5387Y280S-275139297092.00.892.07.02.24.5515Y280M-290166297092.50.892.07.02.24.5566Y315S-2110203298092.50.891.86.82.24.5922Y315M-2132242298093.00.891.86.82.24.51010Y315L1-2160292298093.50.891.86.82.24.51085Y355L2-2200365298093.50.891.86.82.24.51220Y355M1-2220399298094.20.891.26.

31、92.24.51710Y355M2-2250447298594.50.901.27.02.24.51750Y355L1-2280499298594.70.901.27.12.24.51900Y355L2-2315560298595.00.901.27.12.24.52105同步轉速 1500r/min 4級Y80M1-40.551.5139073.00.762.46.02.31.817Y80M2-40.752139074.50.762.36.02.31.817Y90S-41.12.7140078.00.782.36.52.31.825Y90L-41.53.7140079.00.792.36.52.31.826Y10