機械畢業(yè)設計20畢業(yè)設計 啤酒桶清洗機設計

畢業(yè)設計（論文） 題 目 : 啤酒桶清洗機設計 1 論 文 摘 要 本設備是專為啤酒桶的清洗、消毒設計的。該設備可以自動完成清洗消毒及 CO2 備 壓 等 全 部 工 序 。 本 設 備 適 用 桶 的 尺 寸 為 高 度H360 H560，直徑 250 500。本機主要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣沖系統(tǒng)和水路系統(tǒng)組成。本機控制單元采用以三菱公司的可編程控制器為核心對機器進行全過程控制。 由于 可編程控制器 在工業(yè)控制方面的應用意義日趨明顯，已在機械制造、發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設備的電氣控制方面得到了廣泛 的應用。它具有功能強大、使用可靠、維修簡單等許多優(yōu)點，并且在很多地方已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。本文討論的是 PLC 在實際工業(yè)控制系統(tǒng)的應用。 關鍵詞： 管路系統(tǒng) 清洗機 II Abstract This equipment designed for cleaning and sterilizing casks. The equipment is automatic. The key processes contain discharging remnants, swilling with water, swilling with disinfectant, swilling with aseptic water and inflating with CO2. The height of cask is 360 560.The diameter is 250 500. The equipment is made of chassis, control unit, electromagnetic valve and piping. The center of manipulative unit is the MITSUBISHI PLC. PLC controls all of the running processes. Applied meaning that programmable logic controller have in its control the aspect in the industry gradually obvious, combine at manufacture， generate electricity, chemical engineering, electr onics etc profession craft the equipments electricity control the aspect got the extensive application. It have the function strong and big, the usage is dependable, maintain the many advantage of simple etc., and already and gradually replaced after the logic control of the electric appliances electric circuit in a lot of places. But what the text discussion is a PLC in the actual industry to control the systems application. III Key Words: PLC Piping Cleaning Machine 目 錄 論 文 摘 要 . I 關鍵詞： . I ABSTRACT . II KEY WORDS: . III 目 錄 . III 前言 . V 第 1 章 機器總 體設計方案 . 6 1.1 清洗機的可行性報告 . . 6 1.2 清洗機的用途特點 . 6 1.2.1 清洗機用途及使用范圍 . 6 1.2.2 啤酒桶簡介 . 6 1.2.3 清洗特點 . 7 1.3 機 器總體設計方案 . 8 第 2 章 機架的設計 . 10 2.1 焊接簡介 . 10 2.1.1 焊縫布置 . 10 2.1.2 焊接方法的選擇 . 11 2.1.3 焊接接頭 . 11 2.2 不銹鋼簡介 . 11 2.3 機架的設計 . 14 第 3 章 管路的設 計 . 19 3.1 管路的設計 . 19 3.2 清洗頭的設計 . 19 3.2.1.清洗頭的受力分析： . 20 3.2.2 彈簧的設計： . 21 3.3 器件選型 . 22 IV 3.3.1.選擇液壓泵，電機： . 22 3.3.2 選擇氣缸： . 23 3.4 水 箱 . 24 第 4 章 電路的設計 . 28 4.1 電路設計 . 28 4.2 器件介紹 . 28 4.2.1 電機 . 28 4.2.2.固體繼電器 . 30 4.2.3 低壓斷路器 . 33 4.2.4 整流、濾波 . 34 第 5 章 PLC 程序的設計 . 38 5.1 PLC 技術基本原理 . 38 5.1.1 PLC 的發(fā)展歷程 . 38 5.1.1 PLC 的體系結構 . 39 5.1.3 PLC 的通信聯(lián)網 . 41 5.1.4 PLC 的工作原理 . 41 5.2 PLC 控制程序設計 . 43 5.2.1 PLC 控制系統(tǒng)的設計基本原則 . 43 5.2.2 PLC 編程步驟 . 43 5.2.3 PLC 提供的編程語言 . 43 5.3 I/O 分配表 . 45 5.4 語句表 . 50 第 6 章 結論 . 53 6.1 關于機器 . 53 6.2 關于設計 . 53 致 謝 . 55 參 考 文 獻 . 56 V 前言 啤酒桶清洗機使用廣泛 ,而本設計采用 PLC 控制。安全可靠易修復。為了對整個設計進行詳細的說明，特編寫以下章節(jié)。書中著重講了總體設計方案及可行性。全面介紹了所采用的材料及所用到的元件。并且闡述了其工作原理和工作環(huán)境。隨著科學技術的發(fā)展以及具體使用環(huán)境的變化，設計和介紹中難免有不足之處，懇請指教。 成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 6 第 1 章 機器總體設計方 案 1.1 清洗機的可行性報告 . 隨著社會的發(fā)展 ,人們生活水平的提高 。人們可以花更多的時間和金錢來改善自己的飲食 .許多場合都將用到啤酒 ,而且這個市場也越來越大 .所以生產啤酒及保鮮的桶也將隨之增漲 ,因而對于啤酒桶的清洗也是一次重要工種和很大的市場 .本設備就是在這種情況下萌生的設計 ,既然是將投入應用 ,同樣是清洗消毒的設備 ,那就要考慮其性能比 ,這就要求其在保證功能和質量的前提下 .所需費用要有優(yōu)勢 .本設備采用 PLC全程控制 .所用的材料都考慮了使用條件和范圍以及所需費用 .其工作過程為排殘液 -清 水沖洗 -消 毒液沖洗 -無菌水沖洗 - CO2 備壓 .操作簡單 ,效率高 ,易于大規(guī)模和單個用戶使用 . 1.2 清洗機的用途特點 1.2.1 清洗機用途及使用范圍 本設備是專為啤酒保鮮容器（包括不銹鋼、塑料保鮮桶及扎啤桶）的清洗、消毒設計的。該設備可以自動完成清洗消毒及 CO2 備壓等全部工序。本設備為倒置清洗方式適用桶的尺寸為高度 H360 H560，直徑 250 500 即容積為5L， 10L， 20L 的標準啤酒桶。 主要結構：本機主要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣沖系統(tǒng)和水路系統(tǒng)組成。 工作原理：本機控制單元采用以三 菱公司的可編程控制器為核心對機器進行全過程控制。主要工作過程為排殘液 清水沖洗 消毒液沖洗 無菌水沖洗 CO2 備壓。 1.2.2 啤酒桶簡介 啤酒桶的結構簡圖如圖 1.4 所示 灌酒時酒液由酒矛（以下簡稱內圈）注入可減少泡沫的產生以保證酒液內成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 7 CO2 的含量，出酒時可在酒桶頂部安裝上置式出酒器由桶內 CO2 備壓將酒壓出，也可以在酒桶下部安裝下置式（水龍頭式）的出酒器。由于出酒器接口并不存在清洗困難的問題且出酒器不在本設計研究范圍內，所以啤酒桶結構簡圖中沒有畫出下置式出酒器的接口位置 . 1.2.3 清洗特點 （ 1）清洗時， 每次清洗液均由內圈注入，由內圈注入可利用清洗液的壓力直接沖刷酒桶底部。 （ 2）洗液注滿后進行氣沖，即內外圈同時充入大量氣體使桶內清洗液“沸騰”，用氣泡破裂的力量清洗酒桶內壁，排液時內外圈同時排液。為保證酒桶內盡可能不含氧氣及不潔凈氣體，所以氣沖時用 CO2。 （ 3）為保證出酒壓力和酒液品質，最后應進行 CO2 備壓。 內膽壁連接板密封元件墊板 酒矛彈性元件圖 1.2.3 酒桶內膽結構簡圖 成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 8 1.3機 器總體設計方案 本機的輸出狀態(tài)為噴嘴射流作業(yè)。受酒桶結構限制，清洗其內壁時只能將酒桶 倒置于工作臺上以便清洗液全部排空。本機可以清洗不同容積的酒桶，標準容積的酒桶出口結構尺寸也都是一樣的，所以在充入液體或氣體壓力一定的情況下，注滿的時間不同。所以通過改變各個控制閥開閉的時間就可以滿足清洗不同容積的桶的要求。 本機由一個工人站立操作。由人體工程學可知站姿的操作范圍如圖 1.5 所示。整個操作過程是：將酒桶搬起倒置于工作臺上，按啟動開關機器自動運行，整個清洗完成后再將酒桶搬下。本機擬一次同時清洗兩只酒桶，這樣既可以提高工作效率，也不致使工人一次搬運過多酒桶而產生疲勞感。 由于本機的輸出狀態(tài)為噴嘴射 流作業(yè)，這就要求控制系統(tǒng)要對流體進行有效控制?，F在一般都采用 PLC 進行控制。 本機擬用氣動元件對主管路進行控制而 PLC 則對各氣動元件進行控制。這樣做是考慮到機器的工作環(huán)境。應用本機的單位是各啤酒廠?！敖Y露”是啤酒廠車間內的環(huán)境特點，因此必須考慮電氣元件的防潮。如果直接用電磁閥控制主管路，則難于對電磁閥進行保護。 氣控方式對環(huán)境要求小，工作壽命長，價格低，維護簡單，可高速動作，操縱距離長，且本機所要求的控制壓力低，所以氣控方式適合本機要求。 本機主要由機架、電氣控制箱、電磁閥、氣動元件、氣路系統(tǒng)和水路系統(tǒng)。工 人在操作時應較輕松地將酒桶搬至工作臺和操作各個開關，應清楚的看到操作面板的工作進程顯示，應清楚的看到各儀表示數和個氣控閥的工作狀態(tài)。所以本機結構初步安排為總高 2000mm，工作臺高度 800mm。各氣控閥布置在工作臺下方。操作面板高度為 1400mm（工作臺高度 +酒桶最大高度 560）。各電磁閥、電控元件安裝在電氣控制箱內。用氣缸對酒桶夾緊，氣缸布置在酒桶頂端控制箱兩側。水箱、消毒液箱布置在工作臺下方，氣控閥后方。 由于對無菌水的保存使用有特殊要求所以無菌水箱由用戶自備，其電機和無菌水泵在現場布置安裝。本機只安裝 清水和消毒液用電機，但本機控制單元扔對無菌水用電機進行控制。 本機的清水壓力，消毒液壓力，無菌水壓力均為 0.3MPa，氣沖壓力為0.3MPa，二氧化碳備壓壓力為 0.5MPa。消毒液配方由用戶自定。 成都電子機械高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 9 本機工作能力為 30 100 桶 /小時。 圖 1.3 站姿操作范圍 成都電子機械高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 10 第 2 章 機架的設計 機架是一個多功能構件，是整機的基礎，要求有足夠的靜動剛度，熱變形對精度的影響盡可能小，原始精度和尺寸的穩(wěn)定性要好，外型美觀，運輸安裝方便。在這些要求當中，強度和剛 度是機架的基本技術指標。在許多情況下，剛度尤為重要。本機為單件小批量生產，可用焊接機架。焊接機架與鑄造機架相比具有強度高、剛性好、重量輕、生產周期短、施工簡便的特點 .本機管道內流體具有氧化性、腐蝕性，所以機架、管道等有可能與液體相接觸的部分選不銹鋼 1Cr18Ni9Ti。 2.1 焊接簡介 焊接是指利用加熱或熱加壓，或兩者并用的方法，使分離的金屬零件形成原子間的結合的一種加工方法。它是現代工業(yè)生產中用來制造各種金屬結構和機械零件的一種主要工藝方法。 焊接結構工藝設計焊接結構件種類各式各樣，在其材料確定以后，對 焊接結構件進行工藝設計主要包括三方面內容：焊縫布置、焊接方法選擇和焊接接頭設計等。 2.1.1 焊縫布置 焊縫布置是否合理，直接影響結構件的焊接質量和生產率。因此，設計焊縫位置時應考慮下列原則： （ 1）焊縫應盡量處于平焊位置各種位置的焊縫，其操作難度不同。以焊條電弧焊焊縫為例，其中平焊操作最方便，易于保證焊接質量，是焊縫位置設計中的首選方案，立焊、橫焊位置次之，仰焊位置施焊難度最大，不易保證焊接質量。 （ 2）焊縫要布置在便于施焊的位置焊條電弧焊時，焊條要能伸到焊縫位置。點焊、縫焊時，電極要能伸到待焊位置。埋 弧焊時，要考慮焊縫所處的位置能否存放焊劑。設計時若忽略了這些問題，無法施焊。 （ 3）焊縫布置要有利于減少焊接應力與變形接頭處的硬化組織，影響加工質量，焊縫布置應避開機加工表面。 成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 11 2.1.2 焊接方法的選擇 各種焊接方法都有其各自特點及適用范圍，選擇焊接方法時要根據焊件的結構形狀及材質、焊接質量要求、生產批量和現場設備等，在綜合分析焊件質量、經濟性和工藝可能性之后，確定最適宜的焊接方法。選擇焊接方法時應依據下列原則 ： (1)焊接接頭使用性能及質量要符合結構技術要求 選擇焊接方法時既要考慮焊件能否達到力學性能要 求，又要考慮接頭質量能否符合技術要求。如點焊、縫焊都適于薄板輕型結構焊接，縫焊才能焊出有密封要求的焊縫。焊接低碳鋼薄板，若要求焊接變形小時，應選用 CO2 焊或點（縫）焊，而不宜選用氣焊。 (2)提高生產率，降低成本 如果是位于不同空間位置的短曲焊縫，單件或小批量生產，采用焊條電弧焊為好。氬弧焊幾乎可以焊接各種的金屬及合金，但成本較高，所以主要用于焊接鋁、鎂、鈦合金結構及不銹鋼等重要焊接結構。 (3)焊接現場設備條件及工藝可能性 選擇焊接方法時，要考慮現場是否具有相應的焊接設備，野外施工有沒有電源等。 此外， 要考慮擬定的焊接工藝能否實現。 2.1.3 焊接接頭 設計焊接接頭設計包括焊接接頭形式設計和坡口形式設計。設計接頭形式主要考慮焊件的結構形狀和板厚、接頭使用性能要求等因素。設計坡口形式主要考慮焊縫能否焊透、坡口加工難易程度、生產率、焊條消耗量、焊后變形大小等因素。焊接接頭形式設計焊接接頭按其結合形式分為對接接頭、蓋板接頭、搭接接頭、 T 形接頭、十字形接頭、角接接頭和卷邊接頭等。 2.2不銹鋼簡介 不銹鋼是指在大氣、酸、堿或其它化學侵蝕介質中能抵抗氧化和腐蝕的高合金鋼。不銹鋼與高合金耐熱鋼都屬于高合金鋼，而 且都含有大量鉻元素。有許多不銹鋼既能滿足不銹鋼耐化學介質腐蝕性能的要求，也能滿足耐熱鋼成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 12 熱強性和熱穩(wěn)定性的要求，因此也可列入耐熱鋼范疇，例如，、鋼等。本機架選用，屬奧氏體鋼。 奧氏體鋼有兩類：一類是高鉻鎳鋼，例如型鋼、型鋼等，另一類是高鉻錳氮鋼。奧氏體鋼在加熱和冷卻過程中一般不發(fā)生組織轉變，僅有碳化物的溶解和析出，在室溫下主要為奧氏體組織。其中，型鋼主要用作不銹鋼，其在氧化性、中性及弱氧化性介質中的耐蝕性勝過高鉻不銹鋼， 室溫及低溫韌性也是鐵素體鋼不能比擬的；型鋼主要用作熱穩(wěn)定鋼。如果高鉻鎳鋼提高含碳量，也可用作熱強鋼。而高鉻錳氮鋼則主要用作不銹鋼。 奧氏體鋼的焊接性比馬氏體鋼和鐵素體鋼都好。但是，當焊接工藝制定不當時也會出現一些問題。主要問題如下： 焊縫和近縫區(qū)均可能產生熱裂紋。最常見的是在焊縫金屬中產生結晶裂紋，有時在近縫區(qū)也會產生液化裂紋。鋼中的含鎳量越高，產生熱裂紋的傾向越大，因此，型奧氏體鋼比型奧氏體鋼熱裂紋傾向大。 焊接接頭有可能產生兩種腐 蝕問題： （）晶間腐蝕 焊接接頭有三個部位有可能產生晶間腐蝕：焊縫晶間腐蝕；敏化區(qū)腐蝕；近縫區(qū)刀狀腐蝕（見圖）。這三種晶間腐蝕不會在同一接頭上同時出現。其中，焊縫晶間腐蝕發(fā)生在采用單純的型焊接材料焊接型鋼以后，焊縫又經受了加熱的情況下，或多層焊時前層焊縫受到后層焊縫加熱的區(qū)域；敏化區(qū)腐蝕發(fā)生在不含穩(wěn)定化元素（如 、等）而又不是超低碳的型鋼的熱影響區(qū)中加熱溫度達到 的區(qū)域；近縫區(qū)刀狀腐蝕只發(fā)生在含有 、等穩(wěn)定化元素的奧氏體鋼接頭的近縫區(qū)。 （）應力腐蝕 由于奧氏體鋼的導熱系數小、線膨脹系數大，在焊接不均勻加熱的情況下，接頭處很容易產生較大的焊接殘余拉伸應力，因而在與鋼材匹配的介質共同作用下容易產生應力腐蝕。例如，、等對奧氏體鋼并無腐蝕作用，但對有焊接殘余拉伸應力的接頭卻有腐蝕開裂作用。有資料表明，焊接接頭過熱區(qū)對應力腐蝕開裂最為敏感。 奧氏體鋼在生產中用途很廣，可以用在耐蝕、耐熱、耐低溫等各種工作成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 13 條件下，但在不同的工作條件下對焊接接頭性能的要求不同。如果 用作工作在室溫或以下的不銹鋼，主要要求其具有耐蝕性；如果用作熱強鋼，則要求其在高溫下有足夠強度的同時，有足夠的塑性和韌性；如果作為低溫鋼，則主要要求接頭有良好的低溫韌性。但是，如果焊接工藝制定不當，則可能產生高溫脆化問題和低溫脆化問題。 （）高溫脆化 高溫下進行短時拉伸試驗和持久強度試驗表明，當奧氏體鋼焊縫中含有較多鐵素體化元素或較多的相時，都會發(fā)生顯著的脆化現象。一般認為與鐵素體化元素促使析出相和由相能直接轉變成 相有關。鐵素體越多，影響越嚴重，因此要求長期工作在高溫的焊縫中所含 的相數量應當小于。 （）低溫脆化 試驗表明，奧氏體鋼焊縫中一次鐵素體相不僅能引起高溫脆化，而且也能引起低溫脆化，相數量越多，低溫脆化越嚴重。因此，為了滿足低溫韌性的要求，最好不采用雙相組織，而應取得單相奧氏體組織。實際上即使采用單相奧氏體組織，其低溫韌性也低于經固溶處理的母材。 一般來說，奧氏體鋼預熱是沒有益處的，因為焊前預熱能促進碳化物的析出和引起焊件變形。但是，當焊件剛性極大的情況下，為了避免裂紋產生，有時不得不進行焊前預熱。焊接奧氏體鋼原則上不進行焊后熱處理，只有在接頭發(fā)生了脆化或需 要提高其耐蝕性時才進行焊后熱處理。熱處理方式主要有兩種：固溶處理和穩(wěn)定化處理。其中：固溶處理用于對耐蝕性要求很高，且焊接時析出了碳化物和脆性相（如相）的焊件。其方法是將焊件均勻地加熱到，保溫，使析出相重新溶入奧氏體，然后快速冷卻。原則上只能整體加熱，不能局部加熱。穩(wěn)定化處理是將焊件加熱到，一般保溫后空冷。這樣可以加快鉻在奧氏體中的擴散速度，使鉻能向晶界遷移，從而消除晶界處由于析出鉻的碳化物而產生的貧鉻現象，使金屬耐晶間腐蝕的能力提高。這種方法同時也能起到降低 焊接殘余應力的作用。 的化學成分（質量分數， %）： C 0.12， Si 1.00， Mn 2.00， P 0.035， S 0.030 Ni 8.00 11.00， Cr 17.00 19.00， Ti 5（ C%-0.02） 0.80 成都電子機械高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 14 2.3 機架的設計 機架的設計見圖 2.3。 機架危險部分的校核 : 在機架的結構中，主要受力部分為臺面橫梁，該橫梁承受的靜載為酒桶及桶內液體的重力和氣缸對酒桶的夾緊力，承受的沖擊為安放酒桶時酒桶對清洗頭的沖擊。當臺面橫梁失效時，工作臺面要替代橫梁承受上述力。此外臺面 還要承受其他外力，如工人扶住臺面時，臺面要承受人的壓力。所以，要對上述兩部件進行分析。根據設計，兩部件均可視為懸臂梁。 對橫梁分析如下： 梁的撓曲線方程為： )3(6 2 lxEIFx 其撓度為： mEIFlB 4711 33 10*04.110*3.6*10*2*3 34.0*10003 其轉角為： 4711 22 10*6.410*3.6*10*2*2 34.0*10002 EIFlB rad 受力圖 F=1KN x A l B 剪力圖 Fs x 成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 15 -F 彎矩圖 M x -Fl 圖 3.1 梁的分析 梁的剪力為： Fs(x)=-F=-1000N 0m n 時 ,F=2)(1KlnfA,將 A=42d ,K=AI =0.25d 代入得 d 0.01m 由上述三種情況討論得知只要氣杠桿徑大于 10mm 即可滿足使用要求 （）耗氣量的計算： 對單作用氣缸有 Qv=Ln4D200)( p pps =0.4*1*4*0.052 *1.0 1.05.0 =0.00471m3 =4.71L （）活塞桿的運動速度 全部行程要求 4s 完成，即 v=0.1m/s。 綜合上述幾方面條件可選氣缸型號為 50*400 3.4 水 箱 機器工作時要消耗大量的水，需要隨時補充。為方便水的補給，減輕勞動強度，減少操作步驟，水箱上部進水設有機械式銅浮球閥，下部放水設有手動球閥。 水箱容積為 700*500*900，單位 mm。 水箱內設過濾網，過濾網用不銹鋼網自制。 成都電子機械高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 25 器件選型列表 名稱 型號 數量 兩位兩通電磁閥 OK61- 25 10 兩位兩通手動閥 D1VL22-10 1 三位四通電磁閥 K35HD-10 1 三位四通手動閥 D1VL35-10 1 兩位兩通氣控閥 不銹鋼角座閥 25 9 減壓閥 395-10 2 氣缸 IGQ50*400 2 泵 YB 型定量葉片泵 3 溢流閥 EUR25 3 壓力繼電器 HED 2 壓力表 指針式 2 浮球閥 GD-53/4 2 球閥 ZJ-23/4 2 軟管 聚氨酯 5 10m 聚氨酯 8 2m 硬管，接頭按裝配圖執(zhí)行 成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 26 圖 3.1 管路設計圖 成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 27 圖 3.2.2 清洗頭工作示意圖 成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 28 第 4 章 電路的設計 4.1電路設計 電路圖見圖 4.1，圖 4.2。 超壓顯示： 當管路內壓力達到 0.65MPa 時，壓力繼電器動作，電路全部切斷，這時可由扣式電池供電使超壓指示燈亮。電路如圖 4.3 所示。 KP1 KP2 +3V 0 圖 4.3 超壓顯示電路 電氣控制柜用不銹鋼板焊接，要求密封良好，防止“結露”現象對電路工作造成影響 4.2器件介紹 4.2.1 電機 單相異步電動機就是指用單相交流電源的異步電動機。由于只需要單相電源供電，使用方便，因此被廣泛應用于工業(yè)和人民生活的各個方面，如電風扇、電冰箱、洗衣機、空調設備、電動工具和醫(yī)療器械中都使用單相 異步電動機作為原動機。與同容量的三相異步電動機相比較，單相異步電動機的體積較大、運行性能較差、效率和功率因數稍低，因此一般只做成小容量的。我國現有產品功率從幾瓦到幾百瓦。單相異步電動機具有結構簡單、成本低廉、噪聲小等優(yōu)點。 （ 1）單相異步電動機的運行原理 單相異步電動機的運行原理和三相異步電機基本相同，但有其自身的特點。從結構上看，單相異步電動機與三相籠型異步電動機相似。其轉子也為普通籠型轉子，差別僅在于定子繞組。其定子繞組為一單相工作繞組，但通常為起動的需要。定子上除了工作繞組外，還設有起動繞組。它的作用 是產成都電子機械高等專科學校畢業(yè)設計（論文） 29 生起動轉矩，一般只在起動時接入。當轉速達到 70%-80%的同步轉速時，由離心開關將其從電源自動切除，所以正常工作時只有工作繞組在電源上運行。但也有一些電容分相或電阻分相電動機，在運行時將起動繞組接于電源上。這實質上相當一臺兩相電動機，但由于它接在單相電源上，故仍稱為單相異步電動機。根據定子兩個繞組在定子上的分布以及供電情況的不同，可以產生不同的起動特性和運行特性。單相異步電動機可分為分相電動機和罩極電動機兩大類型。 單相異步電動機的優(yōu)點主要是使用單相交流電，但是單相異步電動機的 啟動轉矩等于零，不能自 行啟動。為了使單相異步電動機能夠產生起動轉矩，關鍵是如何在起動時在電動機內部形成一個旋轉磁場。根據獲得旋轉磁場方式的不同，單相異步電動機可分為分相電動機和罩極電動機兩大類型。 在分析交流繞組磁動勢時曾得出一個結論：只要在空間不同相的繞組中通入時間上不同相的電流，就能產生一旋轉磁場。這樣，起動的必要條件是要求兩相繞組中通入相位不同的兩相電流。如何把工作繞組與起動繞組中通入的單相交流電電流相位分開，即所謂的 “分相”，就變成了單相異步電動機的十分重要的問題。分相起動單相異步電動機就是根據這一原理設計的。分相起動 單相異步電動機包括單相電阻分相起動異步電動機、單相電容分相起動異步電動機、單相電容運轉異步電動機、單相電容起動與運轉異步電動機。 （ 2）單相電容分相起動異步電動機 單相電容分相起動異步電動機定子上有兩個繞組：一個為工作繞組，另一個為起動繞組，兩繞組在空間相差 90 度。在起動繞組回路中串接起動電容 C，作電流分相用，并通過離心開關或繼電器觸點 S 與工作繞組并聯(lián)在同一單相電源上。電容器的作用是使起動繞組回路的阻抗呈容性，從而使起動繞組在起動時的電流超前電源電壓 U 一個相位角。由于工作繞組的阻抗是感性的，它的起動電流 I 滯后電源電壓 U 一個相位角。若適當選擇電容 C，使流過起動繞組的電流 I 超前工作繞組起動電流 90 度相位角，這就相當于在電動機起動時，時間相位上互差 90 度的兩相電流流入在空間相差 90 度的兩相繞組中，這樣可使電動機在起動時產生一個接近圓形的旋轉磁動勢，并在該磁場作用下產生較大的電磁轉矩使電動機轉動。 與電阻分相單相異步電動機比較，電容分相電動機的優(yōu)點是： 1 如果電容器的電容量配得合適，能夠作到使起動時起動繞組電流差不多比工作繞組電流超前 90 度電角度。 2 起動繞組的容抗可以抵消感抗使總的電抗值小些，所以起動繞組的匝數不像電 阻分相時受到限制，可以多些，從而可以增大起動成都電子機械高等?？茖W校畢業(yè)設計（論文） 30 繞組的磁動勢。以上兩點都可使得電動機在起動時能產生一個接近圓形的旋轉磁動勢，得到較大的起動轉矩。 3 由于啟動繞組電流和工作繞組電流接近90 度電角度，合成的線電流比較小，所以電容分相起動的單相異步電動機的起動電流較小，起動轉矩卻比較大。這種電動機的起動繞組是按短時工作設計的，在起動繞組回路中也串接了一個起動開關，所以當電動機轉速 達75%-80%同步轉速時，起動開關動作，起動繞組和起動電容器 C 就在離心開關S 的作用下自動退出工作，使起動繞組脫離電源。這時電動機就在工作繞組 單獨作用下運行。在轉子轉速上升的過程中，起動繞組電流加大，電容器的端電壓會升高，起動開關及時動作可以降低對電容器耐壓的要求。電容分相起動單相異步電動機改變轉子轉向的方法同電阻分相起動單相異步電動機 一樣。 （ 3）單相異步電動機的選擇 當電動機輸出功率大于 250W 時，最好采用電容起動和運轉電動機，也可選用電容起動或電阻起動電動機。具體選擇哪一種？可從價格和起動性能方面權衡利弊來選用。對于大于 550W 的電動機，可選用電容起動電動機。因為在大功率范圍內電阻起動電動機的起