繞線異步電動(dòng)機(jī)串電阻課程3.doc

1、物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 課題名稱： 電機(jī)與拖動(dòng) 設(shè)計(jì)題目： 繞線式異步電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 11級(jí)自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào) ： 1134307128 目錄1、 交流電動(dòng)機(jī)的綜述2、 繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容4、 結(jié)論5、 心得體會(huì)6、 參考文獻(xiàn)一、交流電動(dòng)機(jī)的綜述交流電動(dòng)機(jī)，是將交流電的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。目前較常用的交流電動(dòng)機(jī)有兩種：1、三相異步電動(dòng)機(jī)。2、單相交流電動(dòng)機(jī)。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(dòng)機(jī)的原理：通電線圈在磁場(chǎng)里轉(zhuǎn)動(dòng)。 交流電動(dòng)機(jī)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

2、是采用同一電源的，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(shí)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(guān)于二個(gè)銅環(huán)的作用：二個(gè)銅環(huán)配上相應(yīng)的二個(gè)電刷，電流就能源源不斷的被送入線圈。這個(gè)設(shè)計(jì)的好處是：避免了二根電源線的緾繞問題，因?yàn)榫€圈是不停的轉(zhuǎn)的，用二條導(dǎo)線向線圈供電的話，二根電源線便會(huì)緾繞 關(guān)于線圈中的電流由于是交流電，是有電流等于零的時(shí)刻，不過這個(gè)時(shí)刻同有電流的時(shí)間比起來實(shí)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(huì)停下來。交流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)交流電的特性，在定子繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，然后使轉(zhuǎn)子線圈做切割磁感線的運(yùn)

3、動(dòng)，使轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)和定子的磁場(chǎng)方向相反，才使轉(zhuǎn)子有了，旋轉(zhuǎn)力矩。 1.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子三相對(duì)稱繞組中通以頻率為f的三相對(duì)稱電流便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 由下式確定n=式中，P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。n又稱為同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的轉(zhuǎn)向隨之改變。1.2異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)Y形的電阻，或直接通過短路端環(huán)短三相異步電動(dòng)機(jī)主要由靜止的和轉(zhuǎn)動(dòng)的兩部分構(gòu)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(duì)稱繞組：三相對(duì)稱繞組每相在空間互差120°，可聯(lián)接成Y形或形。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的部

4、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(duì)稱繞組，其一端接在一起形成Y形，另一端引出連接三個(gè)已被接成路。1.3異步電動(dòng)機(jī)工作原理轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，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(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，形成轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)子隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載。轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間轉(zhuǎn)速差的存在是異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的必要條件，轉(zhuǎn)速差以轉(zhuǎn)差率s衡量S=×100%1.4定子定子鐵芯：導(dǎo)磁和嵌放定子三

5、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(jī)定子繞組：電路；絕緣導(dǎo)線繞制線圈；由若干線圈按一定規(guī)律連接成三相對(duì)稱繞組交流電機(jī)的定子繞組稱為電樞繞組機(jī)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(dǎo)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(diǎn)繞線型繞組：對(duì)稱三相繞組：星接；集電環(huán)優(yōu)缺點(diǎn)氣隙：氣隙大小的影響：中小型電機(jī)的氣隙為0.2mm2mm二 .繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)起來，直至最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于任何一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，在起動(dòng)時(shí)，都有下列兩

6、個(gè)基本的要求。2.1起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)剛接通電源，轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)，工作點(diǎn)在特性曲線上的S 點(diǎn)。這時(shí)的轉(zhuǎn)差s=1,轉(zhuǎn)速n=0,對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說明了電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)能力。因?yàn)橹挥性赥>T<一般要求T>（1.11.2）T，電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)起來。T大，電動(dòng)機(jī)才能重載起動(dòng)；T小，電動(dòng)機(jī)只能輕載，甚至空載起動(dòng)。所以只有TT時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能改變?cè)瓉淼撵o止?fàn)顟B(tài)，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。一般要求T>（1.11.2）T。T越大于T，起動(dòng)過程所需要的時(shí)間就越短。2.2起動(dòng)電流不要超過允許范圍對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)來說，由于起動(dòng)瞬間s=1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)于轉(zhuǎn)子之間的相

7、對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很大，轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流都很大，所以起動(dòng)電流遠(yuǎn)大于額定電流。在電源容量與電動(dòng)機(jī)的額定功率相比不是足夠大時(shí)，會(huì)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(fù)載的工作，而且會(huì)延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)時(shí)間。此外在起動(dòng)過于頻繁時(shí)，還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過熱。在這兩種情況下，就必須設(shè)法減小起動(dòng)電流。三.設(shè)計(jì)內(nèi)容繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻不但可以減小起動(dòng)電流，而且還可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械常采用繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。容量較小的三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)可采用轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)起動(dòng)變阻器的方法起動(dòng)。起動(dòng)變阻器通過手柄接成星形。起動(dòng)先把起

8、動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，再合上電源開關(guān)S，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)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(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過程中都有較大的起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流。現(xiàn)以兩級(jí)起動(dòng)為例介紹其起動(dòng)步驟和起動(dòng)過。原理電路和機(jī)械特性如圖1所示。圖中機(jī)械特性只畫出了每條特性的nM段，并近似用直線代替。起動(dòng)步驟如下：3.1串聯(lián)起動(dòng)電阻R和R起動(dòng)起動(dòng)前開關(guān)S和S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R，轉(zhuǎn)子電路每相總電阻為R= R+R+R然后合上電源開關(guān)S，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為圖中的特性，由于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩T遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T，電

9、動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械開始起動(dòng)，工作點(diǎn)沿特性a由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)。 （a）(a)電路圖 （b）機(jī)械特性圖13.2切除起動(dòng)電阻R當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩T時(shí)，合上開關(guān)S切除起動(dòng)電阻R轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟=R+R這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)樘匦詃。由于切除R的瞬間，轉(zhuǎn)速來不及改變，故工作點(diǎn)由特性a上的c點(diǎn)平移到特性d上e點(diǎn)，使這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍等于T，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性由e點(diǎn)向f點(diǎn)移動(dòng)3.3切除起動(dòng)電阻R 當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)f點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩T時(shí)，合上開關(guān)S切除起動(dòng)電阻R。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路短接，轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟=R機(jī)械特性變?yōu)楣逃刑匦詆，工作點(diǎn)由f點(diǎn)評(píng)至h點(diǎn)，

10、使得這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T仍正好等于T,電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性g由h向i移動(dòng)，經(jīng)過i點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在P點(diǎn).整個(gè)起動(dòng)過程結(jié)束。3.4選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T一般選擇 T=(0.8-0.9)T T=(1.1-1.2)T求出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比 = T/ T求出起動(dòng)級(jí)數(shù)m利用圖所示起動(dòng)過程中的機(jī)械特性，根據(jù)集合關(guān)系推導(dǎo)起動(dòng)級(jí)數(shù)m所計(jì)算公式如下：由特性2與水平虛線構(gòu)成的直三角形求得。 T/ T=(n-n)/(n-n) =S/S T/T=(n-n)/n-n）=S/S式中n和n是工作在h點(diǎn)和i點(diǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速，n是T與特性g交點(diǎn)在的轉(zhuǎn)速（即臨界轉(zhuǎn)速）。S,S和S是與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率。同理可以求得 TS1/T=S/S =

11、S/S = S/ ST/T=S/S =S/S =S/ S由于S= S,對(duì)應(yīng)兩式相除，可得 =T/T =S/S = (R/ X2)/ (R/ X2) = R/ R由于S=S =TS1/T =S/S = R/ X/ R/ X = R/ R可見 R=RR=R所以 R= R=R若是m級(jí)起動(dòng)，則 R=R =R式中 R2m= R+R+R+R因此=由前面的分析還可以得到S/S=S/SS=S若是m級(jí)起動(dòng)，則S=R/R此外，在固有特性c上工作時(shí)Ts1/T=S/SS= S將這些關(guān)系帶入公式，可得=兩邊取對(duì)數(shù)，便得到了起動(dòng)級(jí)數(shù)m的計(jì)算公式M=若m不是整數(shù)可取相近整數(shù)重新計(jì)算，校驗(yàn)T,是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若m是取相似整

12、數(shù)，則需要重新計(jì)算，并求出T，校驗(yàn)T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(dòng)級(jí)數(shù)m,重新計(jì)算和T,直到T滿足要求為止。求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻可以通過實(shí)測(cè)或者通過名牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組額定線電壓U和轉(zhuǎn)子繞組的額定線電流I進(jìn)行計(jì)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(yùn)行時(shí)由于S很小，SX可以忽略不計(jì)，則I=因此求得R2的計(jì)算公式為R=計(jì)算各級(jí)總電阻由前面的分析知道R=RR=RR=R=RR=mR求出各級(jí)起動(dòng)的電阻R=R-RR=R-RR=R-R啟動(dòng)級(jí)數(shù)已知時(shí)啟動(dòng)電阻計(jì)算已知TL=120N.m，Pn=28kw,n=1440r/min, U2n=1

13、99v,I2n=76.5A，a=2.2(1)選擇啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1T=185.68N.mT=a T =2.2*185.38=408.4N.m T=(0.8-0.9) T =(0.8-0.9)*408.4 =(326.7-367.56)N.m取T1=360.(2)求出起切轉(zhuǎn)矩比：SN(n0-n)/n0=(1500-1440)/1500=0.04=1.89（3）求出切換轉(zhuǎn)矩T2T2= T1/=360/1.89=190.4T2基本在規(guī)定范圍之內(nèi).由于T>1.1T,所以所選m和合適.(4)求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻R2R=0.060(5) 計(jì)算各級(jí)總電阻R=R =1.89*0.060 =0.114R=R =

14、1.89*0.114 =0.215R=R =1.89*0.21=0.38R=R=1.89*0.38=0.722(6)求出各級(jí)起動(dòng)電阻R= R- R =（0.114-0.060） =0.054R=R-R =（0.21-0.11） =0.1R= R- R=（0.38-0.21）=0.17R=R24-R23=0.722-0.38=0.342四. 結(jié)論繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接電阻，一方面可以減小起動(dòng)電流，另一方面可以增加最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)串入某一合適電阻時(shí)，還能使電動(dòng)機(jī)以它的最大轉(zhuǎn)矩T起動(dòng)。當(dāng)然，所串聯(lián)的電阻超過一定數(shù)值后，最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩反而會(huì)減小。由于繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻，不但可以

15、減少起動(dòng)電流，而且可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而，要求起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械常用繞線型異步電動(dòng)機(jī)。通常，為了使整個(gè)起動(dòng)盡量保持較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路接入可以逐級(jí)切除的三相啟動(dòng)變阻器，啟動(dòng)變阻器切換使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持在所設(shè)定的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大和最小值之間。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般取0.85T左右?？傊D(zhuǎn)子回路串三相對(duì)稱可變電阻起動(dòng)，這種方法既可限制起動(dòng)電流，又可增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，串接電阻值取得適當(dāng)，還可使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩接近最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，適當(dāng)增大串接電阻的功率，使起動(dòng)電阻兼作調(diào)速電阻，一物兩用，適用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，并有調(diào)速要求的負(fù)載。缺點(diǎn)：多級(jí)調(diào)速控制電路較復(fù)雜，電阻耗能大。心得及體會(huì)通過這段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，從無知到

16、認(rèn)知，到深入了解，漸漸了我喜歡上了這個(gè)全新的專業(yè)，讓我深刻的體會(huì)到學(xué)習(xí)過程是最美的。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中，我每天都有很多新的體會(huì)。經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)，課程設(shè)計(jì)完成了，在沒有做課程設(shè)計(jì)之前覺得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)這個(gè)學(xué)科所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，但通過這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的提高。通過課程設(shè)計(jì)，讓我更加明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期的積累過程，經(jīng)后的工作、生活中應(yīng)該不段的學(xué)習(xí)，努力提高知識(shí)和綜合能力。設(shè)計(jì)過程中，我查閱了大量的有關(guān)資料，并與同學(xué)交流，學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲還是很多的。在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心。讓我

17、充分體會(huì)到在創(chuàng)造過程中探索的艱辛和成功的喜悅。我的獨(dú)立思考能力得到了相應(yīng)的提高，在設(shè)計(jì)過程中，我不僅學(xué)到了知識(shí)，也讓我感到了生活的充實(shí)和學(xué)習(xí)的快樂，以及獲得知識(shí)的滿足。真正接觸了實(shí)踐，使我消除了從學(xué)校走向社會(huì)的恐懼心理，使我對(duì)未來充滿了信心，以良好的心態(tài)去面對(duì)社會(huì)。同時(shí)我也體驗(yàn)到了工作的艱辛，促使自己努力學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，為自己今后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)是每一個(gè)大學(xué)生必須擁有的一段經(jīng)歷，它使我們?cè)趯?shí)踐中了解社會(huì)，讓我們學(xué)到了很多在課堂上根本學(xué)不到的知識(shí)，也打開了視野，增長(zhǎng)了見識(shí)，為我們以后更好的服務(wù)社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)，除此之外，我還學(xué)會(huì)了更好地與別人溝通，如何更好的陳述自己的觀點(diǎn)，如何說服別人認(rèn)同自己的觀點(diǎn)，相信這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)成為我今后成功的最重要基石。最后感謝老師的精心培養(yǎng)和設(shè)計(jì)過程的指導(dǎo)幫助，是他們無私關(guān)心我們，才使我順利完成課程