繞線異步電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)

1、課程設(shè)計(jì)名稱: 電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì) 題 目：繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串阻 啟動(dòng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 目錄1.異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理11.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)11.2異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)11.2.1定子11.2.2轉(zhuǎn)子 11.3異步電動(dòng)機(jī)工作原理 12.異步電機(jī)啟動(dòng)方法 22.1繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng) 22.2轉(zhuǎn)子回路串接頻敏變阻器啟動(dòng)控制 23.異步電機(jī)起動(dòng)過(guò)33.1串聯(lián)起動(dòng)電阻R和R起動(dòng)3 3.2切除起動(dòng)電阻R 43.3切除起動(dòng)電阻R 44.起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)起動(dòng)電阻的計(jì)算54.1選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T 54.2求出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比54.3求出起動(dòng)級(jí)數(shù)m 54.4重新計(jì)算，校驗(yàn)

2、T,是否在規(guī)定范圍內(nèi)64.5求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R64.6計(jì)算各級(jí)總電阻84.7求出各級(jí)起動(dòng)的電阻85.電動(dòng)機(jī)的具體設(shè)計(jì)96.結(jié)論 107.參考文獻(xiàn) 11 繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)1. 異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理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(guò)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

3、筒形鐵心，其內(nèi)圓周有槽用來(lái)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。1.2.1定子定子鐵芯：導(dǎo)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(kāi)槽；槽形有半閉口；半開(kāi)口和開(kāi)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

4、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1.2.2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(kāi)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0.2mm2mm1.3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=×

5、;100%2. 異步電機(jī)啟動(dòng)方法 繞線式異步電動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的主要區(qū)別是繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子采用三相對(duì)稱繞組，啟動(dòng)時(shí)通常采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)，或者是采用頻敏變阻器啟動(dòng)。2.1繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串入合適的三相對(duì)稱電阻，如果正確選取電阻器的電阻值，使轉(zhuǎn)子回路最大轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，從而縮短起動(dòng)時(shí)間，達(dá)到減小啟動(dòng)電流增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，可變電阻逐級(jí)減小。啟動(dòng)完畢后，可變電阻減小到零，轉(zhuǎn)子繞組被直接短接，電動(dòng)機(jī)便在額定狀態(tài)下運(yùn)行。這種啟動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是不僅能夠減少啟動(dòng)電流，而且能使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持較大范圍，故在需要重載啟動(dòng)

6、的設(shè)備如橋式起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、龍門吊車等場(chǎng)合被廣泛采用。其缺點(diǎn)是所需的啟動(dòng)設(shè)備較多，一部分能量消耗在啟動(dòng)電阻，而且啟動(dòng)級(jí)數(shù)較少。2.2轉(zhuǎn)子回路串接頻敏變阻器啟動(dòng)控制頻敏變阻器是一種阻抗值隨頻率明顯變化(敏感于頻率)、靜止的無(wú)觸點(diǎn)電磁元件，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鐵心損耗非常大的三相電抗器。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將頻敏變阻器串接在轉(zhuǎn)子繞組中，由于頻敏變阻器的等值阻抗隨轉(zhuǎn)子電流頻率減小而減小，從而達(dá)到自動(dòng)變阻的目的，因此只需要用一級(jí)頻敏變阻器就可以平穩(wěn)地把電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)起來(lái)。串接頻敏變阻器啟動(dòng)的不足之處：由于有電感存在，使功率因數(shù)較低，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不很大。因此當(dāng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)在輕載啟動(dòng)時(shí)，采用頻敏變阻器法啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)較明顯

7、，如重載啟動(dòng)，一般采用串電阻啟動(dòng)。 3. 異步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程繞線型異步電動(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(guò)手柄接成星形。起動(dòng)先把起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，再合上電源開(kāi)關(guān)S，電動(dòng)機(jī)開(kāi)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(guò)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(guò)。原理電路和機(jī)械特

8、性如圖所示。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。啟動(dòng)過(guò)程如下：3.1串聯(lián)起動(dòng)電阻R和R起動(dòng)起動(dòng)前開(kāi)關(guān)S和S斷開(kāi)，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(kāi)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，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械開(kāi)始起動(dòng)，工作點(diǎn)沿特性a由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)。 （a）電路圖 （b）機(jī)械特性3.2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(kāi)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(lái)不及改變，故工

9、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(kāi)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)，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(guò)i點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在P點(diǎn).整個(gè)起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。4. 起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)起動(dòng)電阻的計(jì)算4.1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)T4.2求出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比 = T/ T4.3求

10、出起動(dòng)級(jí)數(shù)m利用圖所示起動(dòng)過(guò)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 =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(jiàn) R=R R=

11、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)4.4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。4.5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(guò)實(shí)測(cè)或者通過(guò)名牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組額定線電壓U和轉(zhuǎn)子繞組的

12、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=4.6計(jì)算各級(jí)總電阻由前面的分析知道R=RR=RR=R=RR=mR4.7求出各級(jí)起動(dòng)的電阻R=R-RR=R-RR=R-R5. 電動(dòng)機(jī)的具體設(shè)計(jì)啟動(dòng)級(jí)數(shù)已知時(shí)啟動(dòng)電阻計(jì)算已知啟動(dòng)m=3，TL=200N.m，Pn=40kw,n=1435r/min,a=2.6,U2n=290v,I2n=86A(1)選擇啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1T=266.32N.mT=a T =2.6*266.32=692.43N.mT=(0.8-0.9) T =(0.8-0.9)*692.4

13、3 =(553.94-623.19)N.m取T1=580N.m(2)求出起切轉(zhuǎn)矩比：SN(n0-n)/n0=(1500-1435)/1500=0.0433=（3）求出切換轉(zhuǎn)矩T2T2= T1/=580/2.2=263.64N.mT2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=(5)求出各級(jí)起動(dòng)電阻R= (-1)R2=(2.2-1)*0.0844=0.1R= (-)R2=(2.2-2.2)*0.0844=0.22R= (-)R2=(2.2-2.2)*0.0844=0.496. 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，

14、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(guò)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。這種啟動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是不僅能夠減少啟動(dòng)電流，而且能使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持較大范圍，故在需要重載啟動(dòng)的設(shè)備如橋式起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、龍門吊車等場(chǎng)合被廣泛采用。繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)還可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速。其缺點(diǎn)是所需的啟動(dòng)設(shè)備較多，一部分能量消耗在啟動(dòng)電阻，而且啟動(dòng)級(jí)數(shù)較少。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，將頻敏變阻器串接在轉(zhuǎn)子繞組中，由于頻敏變阻器的等值阻抗隨轉(zhuǎn)子電流頻率減小而減小，從而達(dá)到自動(dòng)變阻的目的，因此只需要用一級(jí)頻敏變阻器就可以平穩(wěn)地把電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)起來(lái)。串接頻敏變阻器啟動(dòng)的不足