電拖課程設(shè)計---繞線型三相異步電串電阻啟動

1、<p>　　1. 三相繞線型異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　三相異步電動機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)式相同的他們都由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子這兩大基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成。此外在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙下圖表示繞線式三項異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　圖1 三相異步電機(jī)</b></p><p><b&

2、gt;　　1.1定子部分</b></p><p>　　三相異步電動機(jī)定子部分由定子鐵芯，定子繞組和機(jī)座構(gòu)成。</p><p>　　定子鐵芯：導(dǎo)磁和嵌放定子三相繞組：一般有0.5mm硅鋼片沖制涂漆（使片與片間絕緣，減少旋轉(zhuǎn)磁場在定子鐵芯中引起的鐵芯損耗）疊壓而成；內(nèi)院均勻開槽；槽形有半閉口，半開口槽以及開口槽三種。</p><p>　　定子繞組：絕緣導(dǎo)線繞

3、制線圈，由若干線圈按一定規(guī)律連接成三相對稱繞組交流電機(jī)的定子繞組。其主要作用使通以電流，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢以實現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。</p><p>　　機(jī)座：一般采用鋼板和鑄鐵焊接而成。起支撐和固定作用。</p><p>　　圖1-1 常見的定子 </p><p><b>　　1.2轉(zhuǎn)子部分</b></p><

4、;p>　　轉(zhuǎn)子鐵芯：一般由0.5mm的硅鋼片疊成。起導(dǎo)磁作用和定子鐵芯以及氣隙共同構(gòu)成電機(jī)的整個磁路。</p><p>　　轉(zhuǎn)子繞組：分為鼠籠型和繞線型，本文主要討論的是繞線型。其構(gòu)成用絕緣導(dǎo)線鑲嵌到轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)，且連接成星形的三項對稱繞組，然后把三個端線分別接到轉(zhuǎn)子軸上的三個集電環(huán)，再把電流通過電刷引出。</p><p>　　氣隙：異步電動機(jī)的定，轉(zhuǎn)子之間一定有氣隙。氣隙大小影響異步

5、電機(jī)的運(yùn)行性能。具體表現(xiàn)在，氣隙大則磁阻大，產(chǎn)生相同大小的旋轉(zhuǎn)磁場，需要較大的勵磁電流，而勵磁電流幾乎是無功功率，使得功率因數(shù)變壞，但氣隙過小的話將引起裝配困難和運(yùn)行不可靠，一般來說異步電動機(jī)氣隙為0.3-1.5mm</p><p><b>　　圖1-2常見的轉(zhuǎn)子</b></p><p>　　2. 三相繞線型異步電動機(jī)工作原理</p><p>

6、<b>　　2.1基本工作原理</b></p><p>　　同三相異步電機(jī)工作原理類似，繞線型異步電機(jī)，接入三相交流電源時，三相定子繞組流過三相對稱電源產(chǎn)生的三相磁動勢并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運(yùn)動，根據(jù)電磁定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載時，便向外輸出機(jī)械能。轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場之間的轉(zhuǎn)速差的存在時異步電動機(jī)轉(zhuǎn)動的

7、必要條件，轉(zhuǎn)速差率s的衡量</p><p>　　圖2-1基本工作原理圖 </p><p><b>　　2.2旋轉(zhuǎn)磁場</b></p><p>　　設(shè)將定子三相繞組聯(lián)成星型接法，三相繞組的首端U1，V1，W1分別與交流電的相線a,b,c相連接。為方便討論，選定交流電在正半周時，電流從繞組的首端流入，從末端流出，反之，在負(fù)半周時，電流的流

8、向相反。電流流向相反。定子繞組在三相交流電不同相位時合成旋轉(zhuǎn)磁場。定子三項對稱繞組中通以頻率為f1的三相對稱電流便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速由下式確定。</p><p><b>　　n0=60f1/p</b></p><p>　　式中，p為磁極對數(shù)。n0又稱同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向由三相電流通入三相繞組的相序決定。改變電流相序，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向就會發(fā)生改變。</

9、p><p>　　3. 繞線型異步電動機(jī)的啟動基本要求</p><p>　　討論三相異步電動機(jī)的串電阻啟動，我們就得先知道，什么是啟動，啟動有哪些指標(biāo)。具體指的是，電動機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動起來。直到穩(wěn)定運(yùn)行。對于任何一臺電動機(jī)。在啟動時，都有以下的兩個基本要求。</p><p><b>　　3.1啟動轉(zhuǎn)矩</b></p><p&g

10、t;　　繞線型異步電機(jī)要想正常啟動必須要足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩（當(dāng)U1=,f1=fn,n=0時的電磁轉(zhuǎn)矩稱為啟動轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩）。具體是因，啟動狀態(tài)時，電機(jī)剛剛接通電源，轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時的工作狀態(tài)。工作點在特性曲線上的S點。這時的轉(zhuǎn)差S=1，轉(zhuǎn)速n=0，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩﹥（一般來說＞（1.1—1.2）），電動機(jī)才能啟動起來，大，電動機(jī)才能重載啟動起來，反之，則電動機(jī)只能輕載，甚至空載啟動，所以只有當(dāng)﹥時，電動機(jī)才能改變原來的靜止?fàn)顟B(tài)，拖動生產(chǎn)機(jī)械

11、運(yùn)轉(zhuǎn)。動態(tài)轉(zhuǎn)矩等于啟動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的差，一般三相異步電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩應(yīng)為額定轉(zhuǎn)矩1.1—2倍。</p><p><b>　　3.2啟動電流</b></p><p>　　對與啟動電流的總體要求是啟動電流不能過大。對于異步電動機(jī)由于啟動瞬間s=1，旋轉(zhuǎn)的磁場于轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動速度很大，使得轉(zhuǎn)子電流，定子電流均較大，致使啟動電流大于額定電流。在電源容量與電動機(jī)的額定功率比

12、不是足夠大時，會引起輸電線路上電壓的增加，使得供電電壓下降，電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩減小，影響統(tǒng)一供電系統(tǒng)的其他負(fù)載的工作，此外電動機(jī)本身也會受到較大的電磁轉(zhuǎn)矩的沖擊。還會引起電機(jī)頻繁啟動，過熱，一般要求啟動電流在電網(wǎng)上的電壓降不得超過10%，偶爾啟動不得超過15%。</p><p><b>　　3.3其他</b></p><p>　　啟動設(shè)備要盡可能的簡單，價格低廉，便于操作

13、以及維護(hù)。</p><p>　　4.三相繞線型異步電動機(jī)串電阻啟動</p><p>　　三相繞線型異步電動機(jī)在正常運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子上的三相繞組通過滑環(huán)彼此短接。如果在此情況下啟動電動機(jī)，定，轉(zhuǎn)子繞組中含有較大的電流，而且啟動轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)很低，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩較小，往往不能滿足啟動要求。為了改善啟動性能，通常采用轉(zhuǎn)子回路串對稱電阻以及轉(zhuǎn)子接頻敏變阻器等方法啟動。</p><p&

14、gt;　　4.1轉(zhuǎn)子串多級電阻的啟動</p><p>　　繞線型三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻，一方面可以減小堵轉(zhuǎn)電流，另一方面可以增加堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)串入得電阻合適時，還能使得電動機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動。當(dāng)然，所串的電阻超過一定的數(shù)值后，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩反而會減小。</p><p>　　通常使用三相啟動變阻器。啟動變阻器分級切換應(yīng)使得啟動轉(zhuǎn)矩保持在設(shè)定的最大值與切換轉(zhuǎn)矩之間變動，啟動轉(zhuǎn)矩最大值一般取得最大轉(zhuǎn)

15、矩的85%左右，下圖4-1(a)(b)分別是轉(zhuǎn)子串三級電阻分級啟動接線圖和相應(yīng)的機(jī)械特性曲線。</p><p>　　圖4-1（a） 圖4-1（b）</p><p>　　4.1.1 轉(zhuǎn)子穿多級電阻啟動的過程</p><p>　　1 KM1閉合，電動機(jī)在額定電壓下轉(zhuǎn)子每相傳入總電阻開始啟動，啟動點對

16、應(yīng)機(jī)械特性曲線上的h點，其中轉(zhuǎn)子回路總電阻為</p><p><b>　　=+++r</b></p><p>　　堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為，它小于最大轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　2 電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高g點時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為，它大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩為了加大電磁轉(zhuǎn)矩以加速啟動過程，接觸器KM2閉合，切除啟動電阻，忽略電動機(jī)的電磁慣性，只考慮拖動系統(tǒng)的機(jī)械慣性，電動機(jī)

17、運(yùn)行從g點移動到機(jī)械特性曲線上的的f點，其中轉(zhuǎn)子回路總電阻變?yōu)?，該點上電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩升為。</p><p>　　3 電動機(jī)從f點轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到e,電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩降為，接觸器KM3閉合，又切除啟動電阻，電動機(jī)運(yùn)行點從e點移動到機(jī)械特性曲線上的d點，其中轉(zhuǎn)子回路總電阻變?yōu)?，該點上電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為T1，</p><p>　　4 電動機(jī)轉(zhuǎn)速又繼續(xù)升高，到達(dá)c點時，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為，接觸

18、器KM4閉合，又切除啟動電阻，電動機(jī)運(yùn)行點從c點移到機(jī)械特性曲線r上的b點，該點上電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為。</p><p>　　5 電動機(jī)轉(zhuǎn)速又繼續(xù)升高，最后穩(wěn)定運(yùn)行在a點。</p><p>　　上述啟動過程中，轉(zhuǎn)子回路的啟動器分為三級切除，故稱為三相啟動。接觸器KM4閉合時，轉(zhuǎn)子繞組便被直接短路。為了在電路運(yùn)行時，減小電刷在滑環(huán)上的摩擦，啟動次數(shù)不多的大容量繞線式異步電動機(jī)常裝有電刷提升

19、裝置，在啟動結(jié)束后，將電刷舉起，同時把滑環(huán)直接短路。當(dāng)電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時，應(yīng)把電刷重新放下，并將啟動變阻器的全部電阻接入，以便下次重新啟動。</p><p>　　4.1.2 轉(zhuǎn)子串多級電阻時電阻值的計算</p><p>　?、?啟動電阻的計算</p><p>　　為了充分利用電機(jī)的過載能力，加快啟動過程，選取最大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為</p><p>

20、<b>　　≤0.85</b></p><p><b>　　切換轉(zhuǎn)矩一般取值為</b></p><p>　　≥(1.1—1.2)</p><p>　　為了簡化計算在段，可略去</p><p>　　機(jī)械特性的實用表達(dá)式可近似為</p><p>　　由于轉(zhuǎn)子回路串電阻，故不變，當(dāng)

21、s不變時，電磁轉(zhuǎn)矩與臨界轉(zhuǎn)差率 成反比</p><p>　　另外，臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電路的總電阻R成正比。即</p><p><b>　　綜合上述式子，得</b></p><p>　　分析圖中b,c兩點轉(zhuǎn)速相等，b點轉(zhuǎn)矩為，對應(yīng)電阻為r，c點轉(zhuǎn)矩為，對應(yīng)電阻為R10，故</p><p>　　分析圖中d,e兩點及g,f兩點

22、，同理可得</p><p>　　推廣到一般情況，啟動級數(shù)為m時有：</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　β</b></p><p>　　β 稱為啟動轉(zhuǎn)矩比，有下式</p><p><b>　　=βr</b></p&g

23、t;<p><b>　　=</b></p><p><b>　　……</b></p><p>　　求得，每級的分段電阻</p><p><b>　　……</b></p><p>　?、?多級啟動電阻計算</p><p>　　轉(zhuǎn)子串多級電阻

24、計算，可以分為啟動級數(shù)m已知和未知兩種。</p><p>　?、?當(dāng)啟動級數(shù)m已知時，圖中，當(dāng)T=時考察b,h兩點有</p><p>　　在固有特性上，考察b點和額定電有</p><p><b>　　故</b></p><p>　　在啟動級數(shù)m已知情況下，利用上述啟動電阻的計算可求得轉(zhuǎn)子電路總電阻和轉(zhuǎn)子電路上每級

25、分段電阻。</p><p>　?、?當(dāng)啟動級數(shù)m未知時：</p><p>　　a 按照β=/初選β，其中</p><p>　　=0.85, </p><p>　　=(1.1-1.2)</p><p>　　b 求啟動級數(shù)m：利用 </p><p><

26、;b>　　反求出m </b></p><p>　　求得m，并取合適的整數(shù)</p><p>　?、?重新求解β</p><p><b>　　④ 利用</b></p><p><b>　　=βr</b></p><p><b>　　=&

27、lt;/b></p><p><b>　　……</b></p><p><b>　　和</b></p><p><b>　　……</b></p><p>　　求得轉(zhuǎn)子電路每級電路總電阻和轉(zhuǎn)子電路每級的分段電阻。</p><p>　　4.2 轉(zhuǎn)子串

28、頻敏變阻器啟動</p><p>　　采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動，在負(fù)載功率較大時，追案子電流變化大，轉(zhuǎn)矩變化也大，對機(jī)械沖擊較大。啟動級數(shù)m越多，控制線路就越復(fù)雜。電阻器占地面積大，啟動損耗大，平穩(wěn)性差，啟動過程的電磁專戶隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。為了克服這些缺點，可在轉(zhuǎn)子中串接頻敏變阻器啟動。</p><p>　　4.2.1頻敏變阻器</p><p>　　頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)，外形

29、像一臺沒有副邊繞組的三相變壓器，它由鐵芯由一定厚度的幾片或幾十片的鋼板或鐵板疊成，繞組接成Y形，然后接到電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的初線段，如圖</p><p>　　頻敏變阻器的硅鋼片比一般的變壓器后100倍（3到4cm）左右，起等效電路和機(jī)械特性分別如下圖。圖中 為每相線圈繞組電阻，是反映鐵芯損耗的等值電阻，表示鐵芯組的勵磁電抗值。</p><p>　　圖4-2-1(a)頻敏變阻器的簡圖</p

30、><p>　　圖4-2-1（b）機(jī)械特性圖</p><p>　　4.2.2 啟動過程</p><p>　　電動機(jī)啟動時，n=0,s=1,f2=f1=50Hz，此時頻率最高。轉(zhuǎn)子電流流經(jīng)頻敏變阻器的線圈，子啊截面較小的鐵芯中建立磁場，磁通密度很高，從而使鐵芯中產(chǎn)生較大的磁損耗，而因鐵芯飽和其值較小，即≥。這時相當(dāng)于在電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接一個電阻，從而減小啟動電流，提高啟動轉(zhuǎn)

31、矩。</p><p>　　電機(jī)啟動后，隨著轉(zhuǎn)速n的上升，轉(zhuǎn)子頻率f2減小，勵磁電阻減小，勵磁電抗也隨之減小，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子阻抗自動減小。</p><p>　　當(dāng)n=時，s很小，磁損耗較小，即很小，機(jī)械特性接近固有特性。穩(wěn)定運(yùn)行時，由于頻敏變阻器的阻抗使機(jī)械特性總比固有特性軟一些，啟動完畢后一般都要用接觸器將頻敏變阻器短接。</p><p>　　頻敏變阻器的優(yōu)點；它是一種

32、靜止的無觸點啟動設(shè)備，具有恒力矩的啟動特性，因而使啟動過程中的電流和機(jī)械沖擊小，控制系統(tǒng)比較簡單，易于時限自動控制。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　三相異步電動機(jī)的啟動電流很大，但啟動轉(zhuǎn)矩并不大，而作為電機(jī)啟動的要求，需要較大的啟動轉(zhuǎn)矩，最好能達(dá)到適合范圍里的最大，于此同時我們有得考慮啟動電流的影響，啟動電流不能太多，因此，為了滿足生產(chǎn)

33、機(jī)械對啟動轉(zhuǎn)矩和電網(wǎng)對啟動電流的限制，電機(jī)有不同的啟動方法，本文主要討論的是三相繞線型異步電機(jī)的串電阻啟動的可行性，并作出相應(yīng)的設(shè)計計算。具體分為了，①轉(zhuǎn)子串多級電阻的啟動 ②轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器的啟動來那個方面來說，重點在轉(zhuǎn)子串多級電阻啟動。選取了典型的三相啟動變阻器做以說明，進(jìn)而推廣到一半的情況。進(jìn)而得出結(jié)論。各級電阻阻值的選取計算，設(shè)計。總體來說，對于繞線型異步電動機(jī)，采用轉(zhuǎn)子串電阻或串頻敏變阻器的啟動方法，啟動性能還是很不錯的。&l

34、t;/p><p><b>　　設(shè)計體會</b></p><p>　　在此次的課程設(shè)計中手先選題，對于選題我一直徘徊在，異步電機(jī)的變頻調(diào)速，和串電阻啟動，同步電機(jī)變頻調(diào)速中選擇。而在具體實施中我選擇了串電阻啟動，在查資料中，卻是給了我許多啟發(fā)，在圖書館中也查詢了，相應(yīng)的圖書，和教科書。在了解之后，具體從原理，實現(xiàn)條件，參數(shù)的計算，和相應(yīng)的注意事項，串電阻的啟動優(yōu)缺點，都有一

35、定的了解，在實際實施，書寫時，出現(xiàn)了許多問題，不過總的下來再翻閱了相應(yīng)的資料和找人解決，終于將本文寫完了，雖然，此次課程設(shè)計，不算太好但總體來說還是，從總體上設(shè)計出了穿電阻啟動的方式。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】陳隆昌，閻治安，劉新正. 控制電機(jī)【M】.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000.</p><

36、;p>　　【2】顧繩谷.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)（第三版）【M】.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　【3】唐介.電機(jī)與拖動【M】.北京;高等教育出版社，2003.</p><p>　　【4】周紹英，牛秀巖.電機(jī)與拖動【M】.北京.中央廣播電視大學(xué)出版社，1994.</p><p>　　【5】楊長能. 電機(jī)與拖動基礎(chǔ)【M】 重慶:重慶大學(xué)出版社，19