電動機(jī)課程設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)

1、摘要:三相異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。三相異步電動機(jī)的調(diào)速 方法有變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。其中變轉(zhuǎn)差用調(diào)速包括繞線轉(zhuǎn)子異 步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子用接電阻調(diào)速、用級調(diào)速和降壓調(diào)速。三相異步電動機(jī)有三種制 動狀態(tài)：能耗制動、反接制動（電源兩相反接和倒拉反轉(zhuǎn)）和回饋這三種制動狀態(tài) 的機(jī)械特性曲線、能量轉(zhuǎn)換關(guān)系及用途、特點(diǎn)等均與直流電動機(jī)制動狀態(tài)。本文 主要針對三相異步電動機(jī)三種制動狀態(tài)作出了詳細(xì)研究。102010-2011第二學(xué)期綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目三相繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)制動方法的應(yīng)用與研究課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1、論證三相繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)制動方法及其特點(diǎn)。2、根據(jù)已知條件為一臺三相繞

2、線式異步電機(jī)設(shè)計(jì)制動方法及設(shè)備參數(shù)：pn =7.5kw, nn = 1430r/m,2=0.06歐。今 將此電機(jī)用在起重裝置上，加在電機(jī) 軸上的靜轉(zhuǎn)矩mc= 4kg m,要求電機(jī)以500r/m的轉(zhuǎn)速將重物降落。問此時(shí) 在轉(zhuǎn)子回路中每相應(yīng)用入多大電阻（忽略機(jī)械損耗和附加損耗）。三課程設(shè)計(jì)要求1、對各種制動方法進(jìn)行論證，畫出電氣原理圖，給出工作原理描述。2、繪制各制動方法的人為特性曲線。3、參數(shù)計(jì)算準(zhǔn)確。4、寫出課程設(shè)計(jì)過程中自己的體驗(yàn)與收獲。5、文字通順，全文要求打印。四課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排2011.6.17 2011.6.19查閱資料2011620-2011621原理分析設(shè)計(jì)2011.6.22 2

3、011.6.23參數(shù)設(shè)計(jì)及電路圖繪制2011.6.24 完成設(shè)計(jì)報(bào)告書五課程設(shè)計(jì)成績六指導(dǎo)教師簽字劉霞七教研室審核同意。概述1 .制動的定義所謂制動，就是給電動機(jī)一個(gè)與轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩使它迅速停轉(zhuǎn)（或限 制其轉(zhuǎn)速）。制動的方法一般有兩類：機(jī)械制動和電氣制動。2 .制動的目的機(jī)械特性位于異步電動機(jī)制動的目的是使電力拖動系統(tǒng)快速停車或者使拖動系統(tǒng)盡快減速，對于位能性負(fù)載，制動運(yùn)行可獲得穩(wěn)定的下降速度。3 .制動的方法概述電機(jī)的制動分為三種方法：回饋制動，反接制動，能耗制動。1 .回饋制動：再生回饋制動是在外加轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩改 變方向成為制動轉(zhuǎn)矩的運(yùn)行狀態(tài)。再生回饋制

4、動與反接制動和能耗制動不同，再 生回饋制動不能制動到停止?fàn)顟B(tài)。2 .反接制動：接接制動是在電機(jī)定子三根電源線中的任意兩根對調(diào)而使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩反 向產(chǎn)生制動，或者在轉(zhuǎn)子電路上用接較大附加電阻使轉(zhuǎn)速反向，而產(chǎn)生制動。3 .能耗制動：電機(jī)在正常運(yùn)行中，為了迅速停車，在電機(jī)定子線圈中接入直流電源， 在定 子線圈中通入直流電流，形成磁場，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁場， 而在轉(zhuǎn)子 中形成感應(yīng)電勢和電流，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向相反，產(chǎn)生制動作用， 最終使電機(jī)停止。于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁場，而在轉(zhuǎn)子中形成感應(yīng)電勢和電流， 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向相反，產(chǎn)生制動作用，最終使電機(jī)停止。電氣制動1 .能

5、耗制動：（1）能耗制動的原理如果三相異步電動機(jī)定子繞組斷開三相電源后， 則電機(jī)內(nèi)無磁通勢。從而電 磁轉(zhuǎn)矩7 = 0,電動機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下，自然停車，這是自然制動過程。 能耗制動的電路原理圖如圖1所示，三相異步電動機(jī)定子繞組切斷三相交流電源 后（ik斷開），同時(shí)，在定子繞組任意兩相上接入直流電流l（ l也稱直流勵磁電流），即接通開關(guān)2k,從而在電機(jī)內(nèi)形成一個(gè)不旋轉(zhuǎn)的空間位置固定的磁通 勢 出,最大幅值為 2。在三相交流電源切斷后的瞬間，電動機(jī)轉(zhuǎn)子由于機(jī)械 慣性其轉(zhuǎn)速用不能突變，而繼續(xù)維持原逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，直流電流 /產(chǎn) 生的空間固定不轉(zhuǎn)的磁通勢 點(diǎn)相對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁通勢； 旋轉(zhuǎn)

6、方向 為順時(shí)針，轉(zhuǎn)速大小為 fl0這種相對運(yùn)動導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子繞組有感應(yīng)電動勢肉，并產(chǎn)生電流 庫和電磁轉(zhuǎn)矩？，根據(jù)左手定則可知，？的方向與磁通勢 感相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是一樣的，但與轉(zhuǎn)速卅的方向相反，電動機(jī)處于制動運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，直到轉(zhuǎn)速用=0時(shí)，磁通勢 感與轉(zhuǎn)子相對靜止， 肉 =0,停=0, t=o ,減速過程結(jié)束，電動機(jī)將停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了快速制動停車。如果 負(fù)載是反抗性負(fù)載，則電機(jī)轉(zhuǎn)速 二0將停車。如果負(fù)載是位能性負(fù)載，則電機(jī) 轉(zhuǎn)速r=0時(shí)必須立即用機(jī)械抱閘，將電機(jī)軸剎住停車。圖1能耗制動接線圖由于制動過程，轉(zhuǎn)軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，因此，稱為能耗制動。(2)能耗制動

7、的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)能耗制動的機(jī)械特性的推導(dǎo)類似于三相異步電動機(jī)固有機(jī)械特性的推導(dǎo)。當(dāng)異步電動機(jī)切斷三相交流電源，接入直流電流l時(shí)的等值電路如圖2所示。它是轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)及轉(zhuǎn)子電路的頻率都折合到 定子邊界的結(jié)果。圖2能耗制動的等值電路圖3能耗制動的電流關(guān)系圖中為能耗制動轉(zhuǎn)差率。當(dāng)直流磁通勢 盛于轉(zhuǎn)子之間相對轉(zhuǎn)速(既轉(zhuǎn)差)林二也不變時(shí)，即q-丹二f ,且 瘠的相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速為 內(nèi)一下，則轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的大小和頻率為:圖中 卑為等值電流，它是通過三相異步電動機(jī)定子繞組接入直流電流l換算得到的。利用三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁通勢秒等效替代直流磁通勢 菱的辦法，可推導(dǎo)出

8、片與 巧的關(guān)系如下： 當(dāng)電動機(jī)定子繞組為丫 形接法時(shí)，有當(dāng)電動機(jī)定子繞組為形接法時(shí)，有根據(jù)等值電路畫出能耗制動時(shí)各電流之間的關(guān)系圖如圖3所示，則：:+ ； 一“11； i二j s （01）忽略勵磁電阻 4的鐵損耗作用，則對于轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角%,有(02)(03)將式（02）、（03）代入式（01）,整理各得產(chǎn)i；尤h +（及xffvj則603尾次 % 的+（4+用，(04)上式為能耗制動的機(jī)械特性表達(dá)式。和電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式推導(dǎo)方法一樣，可導(dǎo)出能耗制動時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率、為t 一 3pm . 4圮工（4+2；）,_ f；， 萬枇十名（05）根據(jù)式（04）畫出三相異步電動

9、機(jī)能耗制動時(shí)的機(jī)械特性如圖4所示，圖中曲線圖4能耗制動的機(jī)械特性圖5能耗制動過程1為直流電流為/，轉(zhuǎn)子用入電阻 及=0時(shí)的特性；曲線2為直流電流為 l , 轉(zhuǎn)子用入電阻rno時(shí)的特性；曲線3為直流電流為,：（/： l）,轉(zhuǎn)子用入 電阻k = 0時(shí)的特性；曲線4為電機(jī)運(yùn)行的固有特性。（3）制動過程分析三相異步電動機(jī)工作于電動運(yùn)行狀態(tài)時(shí)， 采用能耗制動停車，電動機(jī)的運(yùn)行 點(diǎn)如圖5所示。即a-btq。改變直流電流l的大小而改變制動轉(zhuǎn)矩的大小，從而改變制動時(shí)間的大小4.直流電流的選擇對于三相鼠籠式異步電動機(jī)取對于三相繞線式異步電動機(jī)取& =(0,2 0 4) 下旦式中 4為異步電動機(jī)的空載電流，一般取

10、 小(。,22,5)(4)適用范圍能耗制動廣泛應(yīng)用于要求平穩(wěn)準(zhǔn)確停車的場合。也可用于起重機(jī)一類帶位能 性負(fù)載的機(jī)械限制重物下放的速度，使重物保持勻速下降，只需改變直流電流的大小(調(diào)節(jié)電位器 rp)或改變轉(zhuǎn)子回路用電阻 r值，則可達(dá)到目的。(5)注意事項(xiàng)只有在不易發(fā)生故障的穩(wěn)定電網(wǎng)電壓下(電網(wǎng)電壓波動不大于10%),才可以采用這種回饋制動方式。因?yàn)樵诎l(fā)電制變頻器專用型能量回饋制動單元動運(yùn) 行時(shí)，電網(wǎng)電壓故障時(shí)間大于 2ms,則可能發(fā)生換相失敗，損壞器件。(6)功率流程當(dāng)工作機(jī)械要求快速制動，而在所要求的時(shí)間內(nèi)，變頻器再生能量在中間環(huán) 節(jié)電容器在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)儲存不了或者內(nèi)接的制動電阻來不及消耗

11、掉而使 直流部分 過壓”時(shí)，需要加外接制動組件，以加快消耗再生電能的速度。2 .反接制動三相異步電動機(jī)的反接制動分為定子電源反接的反接制動和倒拉反接制動兩種1.定子電源反接的反接制動(1)反接制動原理三相繞線式異步電動機(jī)處于正常電動運(yùn)行，當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r(shí)，如圖 6 電路接線圖中1k斷開，2k閉合則改變了電源相序，電動機(jī)便進(jìn)入了反接制動 過程。由于電源相序改變，圓形旋轉(zhuǎn)磁場反向，而轉(zhuǎn)子不可能立即改變轉(zhuǎn)向，因 而轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢反向，電流反向，則電磁轉(zhuǎn)矩也反向，電動機(jī)處于制動運(yùn)行狀 態(tài)，電動轉(zhuǎn)速迅速下降，直到轉(zhuǎn)速 制二,電機(jī)將停轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了快速制動停 車。(2)機(jī)械特性電動機(jī)的固有特性如圖7

12、所示的曲線1。當(dāng)定子兩相反接時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場改變方向，- w #1+界s 1 1則同步轉(zhuǎn)速為一與，轉(zhuǎn)差率 - 公 ，反接制動機(jī)械特性變?yōu)榍鷕； 1-下降的方向加速。此時(shí)轉(zhuǎn)差率公 公 ,隨著f 的增加，$、匕及丁均增大，直到轉(zhuǎn)矩增至丁嗎,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為-小，此時(shí)重物以等速下降，穩(wěn) 定運(yùn)行點(diǎn)在第iv象限的b點(diǎn),如圖15-9b所示，圖中機(jī)械特性在第iv象限的部 分（用實(shí)線表示）即為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速反向的反接制動。（a）（b）圖15-9三相繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速反向的反接制動電路圖和機(jī)械特性（a）電路圖（b）機(jī)械特性這種制動與前述回饋制動一樣，可用于起重機(jī)的重物下放，這也屬于一種 穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。電動機(jī)在反接制動狀

13、態(tài)時(shí)，它由軸上輸入機(jī)械功率（sl與為負(fù)），同時(shí), 定子又通過氣隙向轉(zhuǎn)子輸送電功率，這兩部分合起來消耗在轉(zhuǎn)子電路的總電阻 購+%中。定子兩相反接的反接制動異步電動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械原在正向電動狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行 （圖15-10b中的r點(diǎn)）， 為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接（如為繞線式轉(zhuǎn)子，可同時(shí)在轉(zhuǎn)子回路 中申聯(lián)電阻% ,見圖15-10a）,定子相序改變，旋轉(zhuǎn)磁場方向也改變，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一場一號 小+“s 二 1未變，轉(zhuǎn)差率變?yōu)橐?公 ，&、4及7均與正向電動運(yùn)行時(shí)相反，從而得到反向的機(jī)械特性如圖15-10b所示。定子繞組剛反接瞬間，工作 點(diǎn)由工轉(zhuǎn)移到b ,然后在電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩-7和負(fù)載轉(zhuǎn)矩心共同作用下，

14、電動機(jī)轉(zhuǎn) 速很快下降，相當(dāng)于機(jī)械特性的 肥段。在轉(zhuǎn)速為零的c點(diǎn)，如不切斷電源，電 動機(jī)將反向加速，進(jìn)入反向電動運(yùn)行狀態(tài)，如果是位能性負(fù)載，將繼續(xù)加速進(jìn)入 反向回饋運(yùn)行。(a)(b)圖15-10定子兩相反接的反接制動的電路圖與機(jī)械特性(a)電路圖(b)機(jī)械特性定子兩相反接的反接制動就是指機(jī)械特性的 bc段。本次實(shí)驗(yàn)要做的是轉(zhuǎn)速反向的反接制動，由一直流電動機(jī)拖動異步電動機(jī)使 其反向旋轉(zhuǎn)，模擬位能性負(fù)載。(5)注意事項(xiàng)反接制動時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場間近于2倍同步轉(zhuǎn)速，所以定子繞組中 流過的反接制動制動電流相當(dāng)于全電壓直接啟動時(shí)的2倍，通常只適用于10kw以下的小容量電機(jī)。且進(jìn)行反接制動時(shí)，必須在電動

15、機(jī)每相定子繞組中串聯(lián)一定 的電阻，以限制反接制動電流，避免繞組過熱或和機(jī)械沖擊3 .回饋制動(1)基本原理前面所述反接制動機(jī)械特性，如圖7所示曲線2或曲線3。當(dāng)三相異步電機(jī) 拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，定子電源接成負(fù)相序(網(wǎng)時(shí)，電動機(jī)運(yùn)行于第iv象限的點(diǎn)(稱為回饋制動運(yùn)行點(diǎn))，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速/，則稱為反向回饋制動運(yùn)行。同理，正向回饋制動運(yùn)行是指電動機(jī)工作于第r象限，且電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率n.-n a-0”1 o電動機(jī)輸入的機(jī)械功率&電磁功率 均 0,電動機(jī)的輸入功率 足0。即正向回饋制動過程 中，轉(zhuǎn)子送出的電磁功率|%|,除了定子繞組上的銅損耗%外，其余的回饋給定子電源了。例如下章敘述的變極或變頻

16、調(diào)速過程，則為正向回饋制動過程。(2)機(jī)械特性圖15-8異步電動機(jī)回饋制動的機(jī)械特性(a)正向回饋制動 (b)反向回饋制動當(dāng)電動機(jī)處于正向電動運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速高于同步速為正向回饋制動，如圖15-8a 所示；當(dāng)電動機(jī)處于反向電動運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速高于同步速為反向回饋制動，(3)適用范圍當(dāng)轉(zhuǎn)速高于同步速時(shí)，電動機(jī)處于回饋制動運(yùn)行狀態(tài)。回饋制動狀態(tài)一般用于位 能性負(fù)載下放，以獲得穩(wěn)定的下放速度，或異步電動機(jī)變極調(diào)速由少極數(shù)變?yōu)槎?極數(shù)時(shí)發(fā)生。(4)功率流程正向回饋制動運(yùn)行是指電動機(jī)工作于第r象限，且電機(jī)轉(zhuǎn)速nx-n * s=0差率 勺 。電動機(jī)輸入的機(jī)械功率 4二 ,電磁功率 & 0 ,電動 機(jī)的輸入功率。即

17、正向回饋制動過程中，轉(zhuǎn)子送出的電磁功率 fcl,除了定子繞組上的銅損耗?此外，其余的回饋給定子電源了(5)注意事項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性好，將負(fù)載的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能反送電網(wǎng)，但應(yīng)用范圍不廣。 電 容制動對高速、低速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)均能迅速制動， 能量損耗小設(shè)備簡單，一般用 語10kw以下的小容量電動機(jī)，可適用于制動頻繁的場合 .4 .各制動方法的比較三相異步電動機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)和制動方法的比較當(dāng)t與r反方向，機(jī)械特性及其穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)在第h、iv象限。能耗制動、反接 制動、倒拉反接制動和回饋制動點(diǎn)等各種制動運(yùn)行過程和狀態(tài)根據(jù)上述分析結(jié)果繪于圖8中。正向電機(jī)迨行醒隹常動疔程；正回回投件!動近程ii反移遇動過程； i.-

18、1:/v能髭制坳運(yùn)行rgn：雁1枚反接制動運(yùn)行反接回慎諭、運(yùn)行 71114_*ci* di例題：根據(jù)已知條件為一臺三相繞線式異步電機(jī)設(shè)計(jì)制動方法及設(shè)備參數(shù)：pn = 7.5kw, nn=1430r/m,2= 0.06歐。今 將此電機(jī)用在起重裝置上，加在電機(jī) 軸上的靜轉(zhuǎn)矩mc= 4kg m,要求電機(jī)以500r/m的轉(zhuǎn)速將重物降落。問此時(shí)在轉(zhuǎn) 子回路中每相應(yīng)用入多大電阻（忽略機(jī)械損耗和附加損耗）解：因?yàn)槟芎闹苿訌V泛應(yīng)用于要求平穩(wěn)準(zhǔn)確停車的場合。也可用于起重機(jī)一類帶位能性負(fù)載的機(jī)械限制重物下放的速度，使重物保持勻速下降，只需改變直 流電流,的大?。ㄕ{(diào)節(jié)電位器 rp）或改變轉(zhuǎn)子回路用電阻 r值，則可達(dá)到目的。所以本題應(yīng)采用能耗制動ni =1500r/m1500 -1430sn = = 0.04671500額定輸入轉(zhuǎn)矩mn= -pn = 50.1 n mun所以m c =4kgm =40 n - m