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滁州职业技术学院机电系毕业设计

课题：三相异步电动机的正反转控制线路设计设计时间：2015年11月

班级：13制冷班

学号：20131403105

姓名：任玉军

指导教师：孙素军

完成日期：2015 年12 月日

摘要

三相异步电动机是世界上最常见的电动马达。它的流行是因其坚固耐用，结构简单，易保护，尺寸规范并且成本较低。三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。其转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。本实验设计运用三相异步电动机实现正反转控制。与单相异步电动机相比，其运行性能更好，并可节省各种材料。且生产中许多机械设备往往要求运动部件能向正反两个方向运动。如机床工作台的前进与后退起重机的上升与下降等, 这些生产机械要求电动机能实现正反转控制。改变通入电动机定子绕组的三相电源相序, 即把接入电动机的三相电源进线中的任意两根对调, 电动机即可反转。

关键词：电动马达；定子；转子；正反转。

目录

第一章绪论 (1)

第二章异步电动机的结构和原理分析 (1)

第一节异步电动机的结构简介 (1)

2.1 .1 三相异步电动机的构造 (1)

第二节异步电动机的工作原理分析 (3)

2.2.1 三相异步电动机的滚动原理 (3)

第三章正反转控制线路设计 (4)

第一节主电路和控制电路的组成和器件的作用 (4)

3.1.1 正反转的控制原理……………………………………………………

第四章器件选择………………………………………………………………………

第一节交流接触器…………………………………………………………

4.1.1交流接触器的结构与参数……………………………………………………….

4.1.2交流接触器的选用原则………………………………………………………….

第二节熔断器…………………………………………………………………….

4.2.1熔体的额定电流可按以下方法选择………………………………………

4.2.2熔断器的选择原则……………………………………………………………………

第三节热继电器………………………………………………………………………….. 4.3.1热继电器的选择……………………………………………………………………….

第四节按钮………………………………………………………………………………..

4.4.1常见按钮的型号及外形………………………………………………………….

4.4.2按钮的结构与符号及选择……………………………………………………..

第五节器件的选择与计算……………………………………………….

4.5.1选择本次设计的器件 (12)

第五章布置图接线图的绘制 (12)

第一节画出布置图…………………………………………………

5.1.1 电器元件布置图的绘制原则 (12)

5.1.2 绘制布置图。 (12)

第二节画出接线图 (13)

5.2.1了接线图的绘制要求……………………………………………………………….13.

5.2.2绘制接线图 (14)

结束语 (15)

谢辞 (16)

参考文献 (17)

第一章绪论

生产机械往往要求运动部件可以实现正反两个方向的起动，这就要求拖动电动机能作正、反向旋转。由电机原理可知，改变电动机三相电源的相序，就能改变电动机的转向。如机床工作台的前进与后退起重机的上升与下降等, 这些生产机械要求电动机能实现正反转控制。改变通入电动机定子绕组的三相电源相序, 即把接入电动机的三相电源进线中的任意两根对调, 电动机即可反转。

第二章异步电动机的结构和原理分析

第一节异步电动机的结构简介

三相异步电动机

实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。

在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。

对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法；（5）应用场合和如何正确使用。

2.1 .1 三相异步电动机的构造

三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图2-1所示。

图2-1 三相电动机的结构示意图

1）．定子

三相异步电动机的定子由三部分组成：

2）．转子

三相异步电动机的转子由三部分组成：

鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。

为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。

第二节异步电动机的工作原理分析

2.2.1 三相异步电动机的转动原理

1）．基本原理

为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图2-2所示。

图2-2 三相异步电动机工作原理

(1)．演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。

(2)．现象解释：当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。

转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。

(3)．结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。

第三章正反转控制线路设计

第一节主电路和控制电路的组成和器件的作用

（a）主电路（b）控制电路

（a）主电路：组成及作用

组合开关QS：起电源隔离。

熔断器FU1：起主电路短路保护。

交流按触器KM1主触头：起通、断电动机正转电源。

交流按触器KM2主触头：起通、断电动机反转电源。

热继电器热元件FR：起电动机过载保护。

(b)控制电路：组成及作用

熔断器FU2：起控制电路短路保护。

热继电器常闭触头：起电动机过载时切断控制电源的作用。

交流按触器KM1线圈、自锁触头：起控制电动机正转的作用。

交流按触器KM2线圈、自锁触头：起控制电动机正转的作用。

KM1、KM2联锁触头：起电动机正、反转联锁的作用。

按钮SB1：控制电动机停止。

按钮SB2：控制电动机正转。

按钮SB3：控制电动机反转。

注意：接触器KM1和KM2的主触头绝不允许同时闭合，否则将造成两相电源（L1相和L3相）短路事故

3.1.1 正反转的控制原理：

正转分析：辅助常闭触点断开（互锁）

按下SB1→KM1主触点闭合---------→

辅助常开触点闭合（自锁）

→电动机正转→按下SB3→电动机停止

反转分析：辅助常闭触点断开（互锁）

按下SB2→KM2主触点闭合---------→

辅助常开触点闭合（自锁）

→电动机反转→按下SB3→电动机停止

第四章器件选择

第一节交流接触器

交流接触器是利用电磁吸力及弹簧反作用力的配合动作，从而使触点闭合与断开的一种电磁开关，是控制电器的一种，主要用于通断电器设备电源，适用于频繁地接通和断开主电路及大容量控制电路的电器。具有低电压释级保护功能、控制容量大、距离远，并在接通断开设备电源时避免人身伤害等优点，交流接触器的选用对动力设备和电力线路正常运行非常重要。

4.4.1交流接触器的结构与参数

一般使用中要求交流接触器设置结构紧奏，使用方便，动静触头的磁吹装置良好，灭弧效果好，最好达到零飞弧，温升小。按照灭弧方式分为空气式和真空式，按照操动方式分电磁式、气动式和电磁气动式，按接触器额定电压参数分高压和低压。

1、交流接触器的主要参数：

1）、额定电压Un

在规定条件下，保证接触器主触头正常工作的电压值。通常最大工作电压即为额定绝缘电压。低压一般为380V、500V、660V、1140V等。

2）、额定电流In

由电器主触头的工作条件（额定工作电压、使用类别、额定工作制和操作频率）所决定的电流值。在380V时，额定工作电流可近似等于控制功率的2倍。

3）、约定发热条件

在规定条件下试验时，电流在8h工作制下，各部温升不超过极限值时所承载的最大电流。

4）、功作值

功作值是接触器的接通电压和释放电压。要求加85%额定电压时其衔铁应能完全可靠地吸合。

5）、接通与分断能力。

6）、电气寿命与机械寿命。

7）、操作频率。

4.1.2 交流接触器的选用原则

接触器作为通断负载电源的设备，接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行，除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外，被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。选用原则如下：

1）、交流接触器的电压等级要和负载相同，选用的接触器类型要和负载相适应。

2)、负载的计算电流要符合接触器的容量等级，即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。接触器的接通电流大于负载的启动电流，分断电流大于负载运行时分断需要电流，负载的计算电流要考虑实际工作环境和工况，对于启动时间长的负载，半小时峰值电流不能超过约定发热电流。

3）、按短时的动、热稳定校验。线路的三相短路电流不应超过接触允许的动、热稳定电流，当使用接触器断开短路电流时，还应校验接触器的分断能力。

4）、接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。要考虑接在接触器控制回路的线路长度，一般推荐的操作电压值，接触器要能够在85～110%的额定电压值下工作。如果线路过长，由于电压降太大，接触器线圈对合闸指令有可能不起反映；由于线路电容太大，可能对跳闸指令不起使用。

5）、根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。如果操作频率超过规定值，额定电流应该加大一倍。

6）、短路保护元件参数应该和接触参数配合选用。选用时可参见样本手册，样本手册一般给出的是接触器和熔断器的配合表。

接触器和空气断路器的配合要根据空气断路器的过载系数和短路保护电源系数来决定。接触器的约定发热电流应小于空气断路器的过载电流，接触器的接通、断开电流应小于断路器的短路保护电流，这样断路器才能保护接触器。实际中接触器在一个电压等级下定发热电流和额定工作电流比值在1～1.38之间，而断路器的反时限过载系数参

数比较多，不同类型断路器不一样，所以两者间配合很难有一个标准，不能形成配合表，

需要实际核算。

7）、接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标、规范，要考虑维修和走线距离。

第二节熔断器

3.2.3 熔断器的选择

主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器。

熔体的额定电流可按以下方法选择：

1）保护无起动过程的平稳负载如照明线路、电阻、电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流。

2）保护单台长期工作的电机熔体电流可按最大起动电流选取，也可按下式选取：

IRN ≥ (1.5～2.5)IN

式中IRN--熔体额定电流；IN--电动机额定电流。如果电动机频繁起动，式中系数可适当加大至3～3.5，具体应根据实际情况而定。

3）保护多台长期工作的电机（供电干线）

IRN ≥ (1.5～2.5)IN max+ΣIN

IN max-容量最大单台电机的额定电流。ΣIN其余.电动机额定电流之和。

（3）熔断器的级间配合为防止发生越级熔断、扩大事故范围，上、下级(即供电干、支线)线路的熔断器间应有良好配合。选用时，应使上级(供电干线)熔断器的熔体额定电流比下级(供电支线)的大1～2个级差。

常用的熔断器有管式熔断器R1系列、螺旋式熔断器RLl系列、填料封闭式熔断器RT0系列及快速熔断器RSO、RS3系列等。

3.2.2 熔断器的选择原则

１）根据使用条件确定熔断器的类型。

２）选择熔断器的规格时，应首先选定熔体的规格，然后再根据熔体去选择熔断器的规格。

３）熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性有良好的配合。

４）在配电系统中，各级熔断器应相互匹配，一般上一级熔体的额定电流要比下一级熔体的额定电流大２～３倍。

５）对于保护电动机的熔断器，应注意电动机起动电流的影响，熔断器一般只作为电动机的短路保护，过载保护应采用热继电器。

６）熔断器的额定电流应不小于熔体的额定电流；额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。

第三节热继电器

4.3.1 热继电器的选择

热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。

1）、原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响(不动作)。

2）、当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于0.95~1.05倍的电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。

3）、当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。

4）、对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器或热敏电阻来保护。

第四节按钮

4.4.1常见按钮的型号及外形

按钮是一种用来短时间接通或断开小电流电路的手动主令电器。由于按钮的触头允许通过电流较小，一般不超过5A，因此一般情况下，不作直接控制主电路的通断，而是在控制电路中发出指令或信号去控制接触器、继电器等电器，再由它们去控制主电路的通断、功能转换或电气连锁。常见的按钮，如图4.4所示。

4.4.2按钮的结构与符号及选择

按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触点和外壳等组成。通常被做成复合触点，即具有动触点和静触点。根据使用要求、安装形式、操作方式不同，按钮的种类很多。根据触点结构不同，按钮可分为停止按钮(常闭按钮)、启动按钮(常开按钮)及复合按钮(常闭、

常开组合为一组按钮)，它们的结构与符号，如表4．3所示。

表4．3按钮的结构与符号

选用按钮时，主要考虑：

1)根据使用场合选择控制按钮的种类。

2)根据用途选择合适的形式。

3)根据控制回路的需要确定按钮数。

4)按工作状态指示和工作情况要求选择按钮和指示灯的颜色。

第五节正反转设计元器件的选择与计算

1）电动机：型号为112M-4的三相笼型异步电动机，额定功率为4KW，额定电压为380V，额定电流为8.8A，启动电流为额定电流的6倍，该电动机正常工作时不需要频繁启动。（课题条件）

2）按钮:目前使用比较多的为LA系列，在此选用LA10-3H型号按钮，额定

电压380V，额定电流5A。

3）组合开关：目前常用HZ系列，在此选用HZ10-25型号，额定电流25A。4）熔断器：由公式I FU＝(1.5～2.5)I N =13.2~22A

熔断器额定电流一般为I FU2倍，即：I FU1=26.4~44A 故I FU1

选用RL1-60/25型号，额定电压500V，额定电流60A，熔体额定电流25A：

I FU2控制线路中常选用RL1-15/2型号，额定电压500V，额定电流15A，熔体额定电流2A。

5）热继电器：由公式I FU＝ (0.95～1.05) I N =19~21 A

故选JR16－20／30热元件20A的热继电器。热元件整定值等于电动机额定电流，整定8.8A。

6）交流接触器：

x4103=10.5A~7.5A

由公式计算：I mc=

1

4.1

~

x380

故选用CJ10-10型号，额定电压380V，额定电流10A。

7）接线端子：常用选择JX2-1015型号，额定电压380V，额定电流10A。

4.5.1选择本次设计的器件

第五章布置图接线图的绘制

第一节布置图

5.1 电器元件布置图的绘制原则：

1)绘制电器元件布置图时，机床的轮廓线用细实线或点划线表示，电器元件均用粗实线绘制出简单的外形轮廓。

2)绘制电器元件布置图时，电动机要和被拖动的机械装置画在一起;行程开关应画在获取信息的地方;操作手柄应画在便于操作的地方。

3)绘制电器元件布置图时，各电器元件之间，上、下、左、右应保持一定的间距，并且应考虑器件的发热和散热因素，应便于布线、接线和检修。

5.2 .1 绘制布置图

第二节接线图

5.1.1接线图的绘制要求:

1）电源开关、熔断器、交流接触器、热继电器、时间继电器等画在配电板内部，电动机、按钮画在配电板外部。

2）安装在配电板上的元件布置应根据配线合理，操作方便，确保电气间隙不能太小，重的元件放在下部，发热元件放在上部等原则进行，元件所占面积安实际尺寸以统

5.2.2 绘制接线图

结束语

经过一段时间的调查、资料搜集和论文撰写，本论文的课题已经圆满完成。在此期间，得到了老师和同学们的支持与帮助。

在写论文的这段时间里，我学到了很多平时学不到的知识。专业与非专业知识的综合、理论与实践的集合，让我对知识有了更深层次的理解，对人生也是一种感悟，为以后走向工作岗位奠定了基础。

谢辞

论文完成之际，首先感谢我的指导老师孙素军，她的严谨的治学作风和对科学严谨的工作态度，以及和蔼的性格都给了我极大的鼓舞。在论文的每个阶段，老师都给予了我亲切的教诲和鼓励。老师严谨求是的治学态度、诲人不倦的美德以及博学的学术修养使我终生受益。感谢学院所有关心和帮助过我的老师，你们的教诲使我终身难忘。

最后向所有曾给予过我帮助和关心的师长、亲人、朋友表示感谢!

参考文献

[1] 王兆晶.《维修电工（中级）》,机械工业出版社.2009

[2] 张桂香.《电气控制与PLC应用》.化学工业出版社.2003

[3] 台方.《可编程控制器应用教程》.中国水利出版社.2001

[4]何伟. 《电气控制实训》.高等教育出版社，2002

[5]周祖得、陈幼平. 《机电一体化控制技术与系统》.华中科技大学出版社.2003

[6]补家武、左静、袁勇、吴来杰. 《机电一体化技术与系统设计》. 中国地质大学出版社.2001

[7]李成华、杨世凤、袁洪印. 《v机电一体化技术》. 中国农业大学出版社.2001

[8]李运华等. 《机电控制》. 北京航空航天大学出版社.2003

[9]朱平、将庆斌. 《电器控制实训》.机械工业出版社.2002