繞線異步電動機串電阻課程講解

1、物理科學與工程技術學院課程設計說明書課題名稱：電機與拖動設計題目：繞線式異步電動機串電阻啟動設計專業(yè)班級：11 級自動化學生姓名：學 號 ：1134307128目錄一、交流電動機的綜述二、繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機三、設計內(nèi)容四、結論五、心得體會六、參考文獻一、交流電動機的綜述交流電動機，是將交流電的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種機器。目前較常用 的交流電動機有兩種： 1、三相異步電動機。 2、單相交流電動機。第一種多 用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。交流電動機的原理：通電線圈在 磁場里轉(zhuǎn)動。 交流電動機由定子和轉(zhuǎn)子組成，你所說的模型中，定子就是電 磁鐵，轉(zhuǎn)子就是線圈。而定子和轉(zhuǎn)子是采用同一電源的，

2、所以，定子和轉(zhuǎn)子 中電流的方向變化總是同步的，即線圈中的電流方向變了，同時電磁鐵中的 電流方向也變，根據(jù)左手定則，線圈所受磁力方向不變，線圈能繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。 關于二個銅環(huán)的作用：二個銅環(huán)配上相應的二個電刷，電流就能源源不斷的 被送入線圈。這個設計的好處是：避免了二根電源線的緾繞問題，因為線圈 是不停的轉(zhuǎn)的，用二條導線向線圈供電的話，二根電源線便會緾繞 關于線 圈中的電流由于是交流電，是有電流等于零的時刻，不過這個時刻同有電流 的時間比起來實在是太短了，更何況線圈有質(zhì)量，具有慣性，由于慣性線圈 就不會停下來。交流電動機是根據(jù)交流電的特性，在定子繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁 場，然后使轉(zhuǎn)子線圈做切割磁感線的運動

3、，使轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應電流，感應 電流產(chǎn)生的感應磁場和定子的磁場方向相反，才使轉(zhuǎn)子有了，旋轉(zhuǎn)力矩。1.1 旋轉(zhuǎn)磁場定子三相對稱繞組中通以頻率為 f 1 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n0=60f10p式中， P 為電機的極對數(shù)。 n 0又稱為同步轉(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)向隨之改變。1.2 異步電動機結構Y 形的電阻，或直接通過短路端環(huán)短三相異步電動機主要由靜止的和轉(zhuǎn) 動的兩部分構成，其靜止部分稱為定子。定子是用硅鋼片疊成的圓筒形鐵心， 其內(nèi)圓周有槽用來安放三相對稱繞組：三相對稱繞組每相在空間互差120，可聯(lián)接成 Y

4、 形或 形。三相異步電動機轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，是用硅鋼片疊 成的圓柱形鐵心，與定子鐵心共同形成磁路。轉(zhuǎn)子外圓周有槽用以安放轉(zhuǎn)子 繞組。轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式兩種。鼠籠式：將銅條扦入槽內(nèi)，兩端用 銅環(huán)短接，或直接用熔鋁澆鑄成短路繞組。線繞式：安放三相對稱繞組，其 一端接在一起形成 Y 形，另一端引出連接三個已被接成路。1.3 異步電動機工作原理 轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應電勢，并在短路的轉(zhuǎn)子繞組中形成轉(zhuǎn)子 電流, 轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，形成轉(zhuǎn)動力矩，使轉(zhuǎn)子隨旋 轉(zhuǎn)磁場以轉(zhuǎn)速 n 轉(zhuǎn)動并帶動機械負載。轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場之間轉(zhuǎn)速差的存在是 異步電動機轉(zhuǎn)動的必要條件，轉(zhuǎn)速差以轉(zhuǎn)差率 s

5、 衡量S=n0 -n 100%n01.4 定子定子鐵芯：導磁和嵌放定子三相繞組： 0.5mm硅鋼片沖制涂漆疊壓而成；內(nèi)圓均勻開槽；槽形有半閉口；半開口和開口槽三種：適用于不同的電機定子繞組：電路；絕緣導線繞制線圈；由若干線圈按一定規(guī)律連接成三 相對稱繞組交流電機的定子繞組稱為電樞繞組 機座：支撐和固定作用；鑄鐵或鋼板焊接1.5 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯：導磁和嵌放轉(zhuǎn)子繞組； 0.5mm硅鋼片；外圓開槽 轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩種 籠型繞組：電路；鑄鋁或銅條優(yōu)缺點 繞線型繞組：對稱三相繞組：星接；集電環(huán)優(yōu)缺點 氣隙：氣隙大小的影響：中小型電機的氣隙為 0.2mm 2mm二 . 繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機起動

6、是指電動機從靜止狀態(tài)開始轉(zhuǎn)動起來，直至最后達到穩(wěn)定運行。對 于任何一臺電動機，在起動時，都有下列兩個基本的要求。2.1 起動轉(zhuǎn)矩要足夠大 堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時電動機剛接通電源，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,對應的電磁轉(zhuǎn)矩 T st稱為起動 轉(zhuǎn)矩。堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說明了電動機的直接起動能力。因為只有在TstTL 一般要求Tst （1.1 1.2 ）T L ，電動機才能起動起來。 Tst大，電動機才能重載起動； Tst 小，電動機只能輕載，甚至空載起動。所以只有 TstTL 時，電動機才能改變 原來的靜止狀態(tài)，拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)。一般要求 Tst（1.1

7、1.2）TL 。Tst越 大于 TL ，起動過程所需要的時間就越短。)2.2 起動電流不要超過允許范圍對三相異步電動機來說，由于起動瞬間 s=1，旋轉(zhuǎn)磁場于轉(zhuǎn)子之間的相 對運動速度很大，轉(zhuǎn)子電路的感應電動勢及電流都很大，所以起動電流遠大 于額定電流。在電源容量與電動機的額定功率相比不是足夠大時，會引起輸 電線路上電壓的增加，造成供電電壓的明顯下降，不僅影響了同一供電系統(tǒng) 中其他負載的工作，而且會延長電動機本身的起動時間。此外在起動過于頻 繁時，還會引起電動機過熱。在這兩種情況下，就必須設法減小起動電流。 三. 設計內(nèi)容繞線型異步電動機的轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻不但可以減小起動電流，而且 還可以增大起

8、動轉(zhuǎn)矩，因而，要求起動轉(zhuǎn)矩大或起動頻繁的生產(chǎn)機械常采用 繞線型異步電動機拖動。容量較小的三相繞線型異步電動機可采用轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)起動變阻器的方 法起動。起動變阻器通過手柄接成星形。起動先把起動變阻器調(diào)到最大值， 再合上電源開關 S，電動機開始起動。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動變阻器 的電阻，直到全部切除，使轉(zhuǎn)子繞組短接。容量較大的繞線型異步電動機一般采用分級起動的方法以保證起動過程 中都有較大的起動的轉(zhuǎn)矩和較小的起動電流。現(xiàn)以兩級起動為例介紹其起動 步驟和起動過。原理電路和機械特性如圖 1 所示。圖中機械特性只畫出了每 條特性的 n1M段，并近似用直線代替。起動步驟如下：3.1 串聯(lián)起動電阻 R

9、st1和 Rst2 起動起動前開關 S1和 S2 斷開，使得轉(zhuǎn)子每相串入電阻 R和 R，加上轉(zhuǎn)子每相繞組自身的電阻 R2 ，轉(zhuǎn)子電路每相總電阻為R22= R2 +R+R然后合上電源開關 S，這時電動機的機械特性為圖中的特性，由于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩 Tst遠大于負載轉(zhuǎn)矩 TL ，電動機拖動生產(chǎn)機械開始起動，工作點沿特性a由 b 點向 c 點移動。a)(a) 電路圖b)機械特性圖13.2 切除起動電阻 R當工作點到達 c 點，即電磁轉(zhuǎn)矩 T 等于切換轉(zhuǎn)矩 Ts2 時，合上開關 S1切除 起動電阻 Rst2 轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟21 =R2 +Rst1這時電動機的機械特性變?yōu)樘匦?d。由于切除 Rst

10、2 的瞬間，轉(zhuǎn)速來不及改變，故工作點由特性 a上的 c點平移到特性 d上 e點，使這時的電磁轉(zhuǎn)矩仍 等于 T s1 ，電動機繼續(xù)加速，工作點沿特性由 e點向f 點移動3.3 切除起動電阻 Rst1當工作點到達 f 點，即電磁轉(zhuǎn)矩 T 等于切換轉(zhuǎn)矩 Ts2 時，合上開關 S1切 除起動電阻 Rst1。電動機轉(zhuǎn)子電路短接，轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋?R20 =R2 機械特性變?yōu)楣逃刑匦?g，工作點由 f 點評至 h 點，使得這時的電磁轉(zhuǎn)矩 T仍正好等于 TS1,電動機繼續(xù)加速，工作點沿特性 g 由 h向 i 移動，經(jīng)過 i 點，最后穩(wěn)定運行在 P點. 整個起動過程結束。3.4 選擇起動轉(zhuǎn)矩 Tst

11、 和切換轉(zhuǎn)矩 Ts2一般選擇T s1 =(0.8-0.9)T MTs2 =(1.1-1.2)T L求出起動轉(zhuǎn)矩比= T s1 / T s2求出起動級數(shù) m 利用圖所示起動過程中的機械特性，根據(jù)集合關系推導起動級數(shù) m所計 算公式如下：由特性 2 與水平虛線構成的直三角形求得。T s1/ T s2=(n 1-n h)/(n 1-n Mg)=S h /S MgTs2 / TM =(n 1-n i)/n 1-nMg)=S1/SMg式中 nh和ni是工作在 h點和i 點時的轉(zhuǎn)速，nMg是 TM與特性 g交點在的轉(zhuǎn)速（即臨界轉(zhuǎn)速） 。 Sh ,S i和 SMg 是與之對應的轉(zhuǎn)差率。同理可以求得T S1/

12、T M =Sb /S Ma=Se/S Mk/ Sh MgTs2/T=Sc /S Ma=Sf /S Mg=S/ Si Mg= (R22/ X 2)/ (R 21/ X 2)由于 Se= Sc, 對應兩式相除，可得 =Tsi /T s2Ma /S Md=S22 / R 21由于 Sh =Sf =TS1/T s2S /SMd Mg21 / X 2 / R 20 / X 2 21 / R 20可見R22 = R21R21 = R20所以22 =R 20=R21若是 m級起動，則R 2m = mR20=mR2式中R2m= R 2 +Rst1+Rst2+ +Rstm因此 =由前面的分析還可以得到Sh/S

13、Mg =Sb/SMaSc1 =SbSMcSMa若是 m級起動，則Sg=R2 /R2m此外，在固有特性 c 上工作時Ts1/T N =Sg/S NSg= ST1TN將這些關系帶入 公式，可得兩邊取對數(shù)，便得到了起動級數(shù) m的計算公式lgM=TNsNT1lg若 m不是整數(shù)可取相近整數(shù)重新計算，校驗 T2 , 是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若 m是取相似整數(shù)，則需要重新計算 ，并求出 Ts2 ，校驗 Ts2 是否在式 所規(guī)定的范圍之內(nèi)。若不在規(guī)定范圍內(nèi)，需加大啟動級數(shù) m,重新計算 和 Ts2, 直到 Ts2滿足 要求為止。求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻 R2 轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻可以通過實測或者通過名牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組

14、額定 線電壓 U2N 和轉(zhuǎn)子繞組的額定線電流 I 2N 進行計算。由于轉(zhuǎn)子繞組為星形連接，相電流等于線電流，因此，在額定狀態(tài)下運 行時由于 SN 很小， SN X2可以忽略不計，則sNU 2 NI 2N= R2 3 因此求得 R2 的計算公式為 sNU 2NR2 = 3I2N計算各級總電阻由前面的分析知道R20 =R2R21 =R2R22 = R1= 2 R2R2m=mR2求出各級起動的電阻Rst2 =R22 -R2(m 1)啟動級數(shù)已知時啟動電阻計算已知 TL=120N.m， Pn=28kw,n=1440r/min, U 2n=199v,I2n=76.5A ，(1) 選擇啟動轉(zhuǎn)矩 T1TN

15、=60PN =60 60 10 =185.68N.m2N 2 1450a=2.2Tm=amt=2.2*185.38=408.4N.mT1=(0.8-0.9) T=(0.8-0.9)*408.421=(326.7-367.56)N.m取 T1=360.(2) 求出起切轉(zhuǎn)矩比：SN(n 0-n)/n 0=(1500-1440)/1500=0.04 =m TN =1.89sNT1( 3)求出切換轉(zhuǎn)矩 T2T2= T 1/ =360/1.89=190.4T2 基本在規(guī)定范圍之內(nèi) .由于 T21.1TL, 所以所選 m和合適.(4) 求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻 R2R2=sNU2N =0.0603I 2N(5

16、) 計算各級總電阻R21 = R2=1.89*0.060 =0.114 R22 = R21=1.89*0.114 =0.215 R23 = R22=1.89*0.21=0.38 R24=R23=1.89*0.38 =0.722(6) 求出各級起動電阻Rst1= R 21- R 20.114-0.060 )=0.054 0.21-0.11 )=0.1 Rst3 = R 23 - R 22=(0.38-0.21 )=0.17 Rst4 =R24-R23=0.722-0.38 =0.342 四 . 結論繞線式三相異步電動機轉(zhuǎn)子回路串接電阻，一方面可以減小起動電流， 另一方面可以增加最初起動轉(zhuǎn)矩，當串

17、入某一合適電阻時，還能使電動機以 它的最大轉(zhuǎn)矩 T 起動。當然，所串聯(lián)的電阻超過一定數(shù)值后，最初起動轉(zhuǎn)矩 反而會減小。由于繞線異步電動機的轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻，不但可以減少起 動電流，而且可以增大起動轉(zhuǎn)矩，因而，要求起動的轉(zhuǎn)矩大或起動頻繁的生 產(chǎn)機械常用繞線型異步電動機。通常，為了使整個起動盡量保持較大的起動轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路接入可以 逐級切除的三相啟動變阻器，啟動變阻器切換使起動轉(zhuǎn)矩保持在所設定的起 動轉(zhuǎn)矩最大和最小值之間。起動轉(zhuǎn)矩一般取 0.85T 左右?？傊?，轉(zhuǎn)子回路串三相對稱可變電阻起動，這種方法既可限制起動電流， 又可增大起動轉(zhuǎn)矩，串接電阻值取得適當，還可使起動轉(zhuǎn)矩接近最大轉(zhuǎn)矩起 動，適

18、當增大串接電阻的功率，使起動電阻兼作調(diào)速電阻，一物兩用，適用 于要求起動轉(zhuǎn)矩大，并有調(diào)速要求的負載。缺點：多級調(diào)速控制電路較復雜， 電阻耗能大。心得及體會通過這段時間的課程設計，從無知到認知，到深入了解，漸漸了我喜歡 上了這個全新的專業(yè)，讓我深刻的體會到學習過程是最美的。在整個課程設 計過程中，我每天都有很多新的體會。經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)，課程設計完成了，在沒有做課程設計之前覺得課程設 計只是對這個學科所學知識的總結，但通過這次課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法片 面。課程設計不僅是對所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的提高。 通過課程設計，讓我更加明白學習是一個長期的積累過程，經(jīng)后的工作、生 活中應該不段的學習，努力提高知識和綜合能力。設計過程中，我查閱了大量的有關資料，并與同學交流，學到了不少知 識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲還是很多的。在設計中培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心。讓我充分體會到在創(chuàng)造過程中探索的 艱辛和成功的喜悅。我的獨立思考能力得到了相應的提高，在設計過程中，我不僅