電機(jī)及拖動項目報告(2)

1、電機(jī)及拖動課程項目課程名稱： 電機(jī)及拖動指導(dǎo)教師：肖瑩項目名稱：異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動的計算班級、組次：過程控制2班7組姓名：徐磊 洪婕 史秋冬 武號課題組的分工或貢獻(xiàn)：每人完成的百分比或者每人負(fù)責(zé)的內(nèi)容2016年11月異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動的計算簡要：主要目的是拆解和觀察鼠籠型異步電機(jī)的基本組成部分，熟悉鼠籠型異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、類型及銘牌數(shù)據(jù)。強調(diào)學(xué)生動手操作能力；增強學(xué)生對異步電機(jī)結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識，掌握異步電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理；掌握異步電機(jī)繞組組成、繞制、嵌線及異步電機(jī)裝配過程；了解異步電機(jī)測試、檢修方法，并能對異步電動機(jī)進(jìn)行初步的維護(hù)保養(yǎng)及常見故

2、障排除與檢修； 分析異步電機(jī)的基本工作原理，分析異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場，分析異步電機(jī)的啟動特性、調(diào)速特性和制動特性。前言：(1）背景及目的:為了深入了解并掌握電機(jī)及其拖動的相關(guān)知識，深入分析交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及其交流電機(jī)的制動特性，提高解決工程實際問題的能力和獨立思考問題的基本能力，本組以交流電機(jī)為例進(jìn)行了相關(guān)的項目研究。(2）范圍:所研究的范圍包括對于交流電機(jī)的拆解并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；調(diào)查交流電動機(jī)在實際生化中的應(yīng)用；研究鼠籠異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和四象限運行的特性分析(3）相關(guān)領(lǐng)域所做的工作特色：交流電機(jī)適用范圍廣，工作效率高，并向節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，電動機(jī)行業(yè)成為節(jié)能潛力最大的產(chǎn)業(yè)之一。同時隨著機(jī)電一體化的發(fā)

3、展，國際上技術(shù)領(lǐng)先的國家已經(jīng)大量采用電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)改造電機(jī)產(chǎn)品，新技術(shù)的應(yīng)用給電機(jī)行業(yè)帶來了新出的發(fā)展機(jī)遇。(4）項目切入點：主要研究異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動的計算。1 任務(wù)實施及內(nèi)容記錄1.1拆解電機(jī)步驟及數(shù)據(jù)記錄（1）復(fù)習(xí)鼠籠異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理；了解內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)，各部分所起的作用； (2) 觀察鼠籠異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)，記錄異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，將有關(guān)數(shù)據(jù)填入表6中。 根據(jù)名牌數(shù)據(jù)計算額定轉(zhuǎn)矩并判斷電機(jī)的極數(shù)和同步轉(zhuǎn)速表1 鼠籠異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號Y90-4額定功率1.1kw額定電壓380V額定電流2.75A接法Y額定轉(zhuǎn)速1400額定頻率50HZ絕

4、緣等級B工作方式S1計算額定轉(zhuǎn)矩7503.46N.M判斷電機(jī)極數(shù)2判斷同步轉(zhuǎn)速n1>1400（3）用手撥動電動機(jī)的轉(zhuǎn)子，觀察其轉(zhuǎn)動情況是否良好。（4）拆卸異步電動機(jī)拆除電動機(jī)的所有引線；拆卸軸承蓋和端蓋；抽出轉(zhuǎn)子。(a) 拆卸電動機(jī)引線 一般電動機(jī)拆卸時,先拆卸電動機(jī)的引線,記錄三相繞組是Y形接法還是形接法。拆線前必須先切斷三相電源線，即關(guān)斷電源開關(guān)。拆線時做好絕緣處理，每拆下一個線頭，應(yīng)用絕緣帶包好線頭，用白布作好標(biāo)記，以便接線時不會弄錯。(b）拆卸聯(lián)軸器和風(fēng)扇罩、風(fēng)扇葉 先拆下固定螺絲，再拆下風(fēng)扇罩。(c）拆卸端蓋 在拆卸滾動軸承端蓋時，必須在機(jī)殼和端蓋上作記號，以免裝配時弄錯位置。

5、卸時可先卸小蓋，然后松下大螺絲，再卸大蓋。一般小型電動機(jī)都只拆風(fēng)扇一側(cè)的端蓋，將另一側(cè)的軸承蓋螺絲拆下，并將轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承蓋和風(fēng)扇一起抽出。(d） 抽出轉(zhuǎn)子 小型電動機(jī)的轉(zhuǎn)子可用手取出，注意不要擦傷鐵心和繞組。轉(zhuǎn)子風(fēng)扇若大于定子內(nèi)孔時,應(yīng)從有風(fēng)扇一側(cè)取出。 （5）觀察結(jié)構(gòu)、檢查電機(jī)定子繞組 觀察對應(yīng)部件；定子繞組的連接形式；前后端部的形狀；絕緣材料的放置等。獲取定子繞組的相關(guān)參數(shù)：槽數(shù)Z1 24 、線圈節(jié)距y 6 、極對數(shù)p 2 。計算：極距 6 、每極每相槽數(shù)q 2 、槽距角 30° 。（6）觀察并記錄電機(jī)轉(zhuǎn)子部分：導(dǎo)條個數(shù)；（7）觀察并記錄定轉(zhuǎn)子之間的氣隙 1.43 mm（為定

6、子鐵心內(nèi)徑 82.40 mm減去轉(zhuǎn)子鐵心外徑 29.54 mm），定子鐵心長度 97.26 mm，轉(zhuǎn)子鐵心長度 95.50 mm。（8）異步電動機(jī)的裝配按照拆卸的相反方向進(jìn)行裝配。安放轉(zhuǎn)子加裝端蓋安裝風(fēng)扇按照銘牌數(shù)據(jù)要求接好電源引線，接好線盒。（9）異步電動機(jī)的運行連接電源并啟動，記錄穩(wěn)定后電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速 1500r/min ；此時指導(dǎo)教師在場驗收。1.2定轉(zhuǎn)子作用1.2.1定子作用異步電機(jī)的定子由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組等組成定子鐵芯: 定子磁路的一部分，裝在機(jī)座里。 用0.5或0.35mm厚的硅鋼片疊壓而成(兩面涂有絕緣漆) 當(dāng)直徑<1m時，用整圓硅鋼片，否則用扇形硅鋼片 定子鐵芯內(nèi)

7、圓開有很多槽，用來放置定子繞組。 開口槽用于大、中型容量高壓異步電機(jī) 半開口槽用于中型500V以下的異步電機(jī) 半閉口槽用于低壓小型異步電機(jī)定子繞組: 高壓大、中型容量異步電機(jī)常采用Y接， (只有三根線引出) 中、小型低壓異步電機(jī)常會引出六根線頭， (根據(jù)需要可接Y或) 定子繞組用包有絕緣的銅或鋁導(dǎo)線繞成機(jī)座: 用于固定與支撐定子鐵芯。若是端蓋軸承電機(jī)，還要 支撐轉(zhuǎn)子部分，因此須有足夠的機(jī)械強度和剛度。中、 小型異步電機(jī)常用鑄鐵，大型電機(jī)常用鋼板焊接制作1.2.2轉(zhuǎn)子的作用異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和軸承等組成轉(zhuǎn)子鐵芯:電機(jī)磁路的一部分，0.5或0.35mm厚的硅鋼片疊壓而成 右圖給出了

8、轉(zhuǎn)子槽型圖。轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上繞線式:轉(zhuǎn)子繞組也是三相繞組，可接Y或形。 繞組的三條引線分別接到三個滑環(huán)上，用電刷引出。 鼠籠式: 與定子結(jié)構(gòu)相差很大。繞組自己構(gòu)成回路，每個槽 放置一根導(dǎo)體，再用兩個端環(huán)把所有導(dǎo)條短路 2 繞線式異步電機(jī)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用場合:主要作為電動機(jī)使用。它是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國民經(jīng)濟(jì)各部門中應(yīng)用最為廣泛而且需要量最大的一種電機(jī)。金屬切削機(jī)床、軋鋼設(shè)備、鼓風(fēng)機(jī)、粉碎機(jī)、水泵、油泵、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、礦山機(jī)械等，絕大部分都采用異步電動機(jī)拖動。人們的日常生活中，異步電機(jī)的應(yīng)用也日益廣泛，如電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)等家用電器中，都用到單相異步電機(jī)。電力拖動中，絕大多數(shù)的

9、拖動電機(jī)為異步電動機(jī)，其用電量約占電網(wǎng)總負(fù)荷的60%。3 繞線式三相異步電動機(jī)的啟動繞線式異步電機(jī)啟動方式包括（1）串電阻啟動 ，（2）降壓啟動 ，（3）變頻啟動  ，（4）直接啟動共四種3.1繞線式電動機(jī)直接啟動繞線式電動機(jī)直接啟動，它是通過加大電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組阻值以減小轉(zhuǎn)子電流 進(jìn)而減小定子繞組電流，可以滿載負(fù)荷啟動 所以它是可以直接啟動的。這直接啟動一般只實用小于20千瓦以下的小功率電動機(jī)。3.2繞線式電動機(jī)降壓啟動降壓起動的主要目的是為了限制起動電流， 但同時也限制了起動轉(zhuǎn)矩，因此，這種方法只適用于輕載或空載情況下起動。3.3 主要說明下面兩種啟動

10、方式：3.3.1 轉(zhuǎn)子串頻敏変阻器啟動 1.啟動過程對于單純?yōu)榱讼拗茊与娏?、增大啟動轉(zhuǎn)矩的繞線式異步電動機(jī)，可以采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動。（1）頻敏變阻器的電阻（電抗）隨線圈中所通過的電流頻率而變。剛起動時，電機(jī)轉(zhuǎn)差率最大(S=1)，轉(zhuǎn)子電流（即頻敏電阻線圈通過的電流）頻率最高，等于電源頻率。因此，頻敏變阻器的電阻最大，這就相當(dāng)于起動時在轉(zhuǎn)子回路中串接一個較大電阻，從而使起動電流減小。（2）隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)速的加快，轉(zhuǎn)差率s逐漸減小，轉(zhuǎn)子電流頻率(s*f1)逐漸降低，頻敏變阻器電阻也逐漸減小，最后把電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組短接，頻敏變阻器從轉(zhuǎn)子電路中切除。2.啟動條件(1)頻率為50HZ的電流通過時，阻

11、抗=+ j比一般變壓器勵磁阻抗小得多。這樣串在轉(zhuǎn)子回路中，既限制了啟動電流，又不至于啟動電流過小而減小啟動轉(zhuǎn)矩。(2)頻率為50HZ的電流通過時，>。因為頻敏變阻器中磁密取得較高，鐵心處于飽和狀態(tài)，勵磁電流較大，因此勵磁電抗較小。而鐵心是厚鐵板或者厚鋼板的，磁滯、渦流損耗都很大，頻敏變阻器的單位重量鐵心中的損耗，比一般變壓器的要大幾百倍，因此較大。3.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器的機(jī)械特性：繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動時，s=1，轉(zhuǎn)子回路中電流的頻率為50HZ。轉(zhuǎn)子回路串入=+ j，而>,因此轉(zhuǎn)子回路主要是串入了電阻，而且>。這樣，轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)大大提高了，既限制了啟動電流

12、，又提高了啟動轉(zhuǎn)矩。由于存在，電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩稍有下降。3.3.2繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動1、 啟動過程轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動 (a) 接線圖 (b)機(jī)械特性 (1)接觸器觸點K1、K2、K3斷開，繞線式異步電動機(jī)定子接額定電壓，轉(zhuǎn)子每相串入啟動電阻，啟動點為機(jī)械特性曲線3上的a點，啟動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動機(jī)開始啟動。 (2)轉(zhuǎn)速沿機(jī)械特性曲線3上升至b點時，T=T2(>TL)，為了加大電磁轉(zhuǎn)矩加速啟動過程，接觸器觸點K3閉合，切斷啟動電阻Rs3。忽略異步電動機(jī)的電磁慣性，只計拖動系統(tǒng)的機(jī)械慣性，電動機(jī)運行點從b移至機(jī)械特性曲線2上的c點，又獲得了足夠電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升

13、。 (3)轉(zhuǎn)速沿曲線2上升至d點時，接觸器觸點K2閉合，切斷啟動電阻Rs2。電動機(jī)運行點從d移至機(jī)械特性曲線1上的e點，該點電磁轉(zhuǎn)矩T=T1。 (4)當(dāng)轉(zhuǎn)速升至f點時，T=T2，接觸器觸點K1 閉合，切斷所有外接電阻，電動機(jī)運行點從f移至固有機(jī)械特性曲線上的g點，該點電磁轉(zhuǎn)矩T=T1。 (5)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升速，經(jīng)h點最后穩(wěn)定運行在工作點 j 。2、 啟動條件：最大啟動轉(zhuǎn)矩為0.85，切換轉(zhuǎn)矩為1.1。4設(shè)計一個繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動系統(tǒng)4.1轉(zhuǎn)子回路串電阻3級啟動的接線和3級啟動機(jī)械特性曲線圖如下：串電阻啟動近似機(jī)械特性圖4.2繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動的啟動電阻計算方法：圖解法和

14、解析法。4.2.1圖解法（1）先畫固有機(jī)械特性（2）確定最大啟動轉(zhuǎn)矩T1及切換轉(zhuǎn)矩T2（3）作第一級啟動機(jī)械特性（4）作第二級啟動機(jī)械特性（5）作第三級啟動機(jī)械特性（6）完成畫圖為簡化計算，通常把異步電動機(jī)的機(jī)械特性近似為直線，根據(jù)實用轉(zhuǎn)矩公式有忽略S/Sm R2，Rs分別為電機(jī)轉(zhuǎn)子每相電阻和外串電阻當(dāng)轉(zhuǎn)子電路串電阻時，最大轉(zhuǎn)矩Tm保持不變，而臨界轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比，即在保持Tem不變時，由式（9-17）可知s sm，即：ssmR2+R2c （9-19）說明，在轉(zhuǎn)矩為恒值的條件下，轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電路的總電阻成正比，可以寫成：下圖為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路串三級電阻啟動的機(jī)械特性圖。圖

15、 9-9異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動近似機(jī)械特性圖圖中，當(dāng)Tem=T1并保持不變，應(yīng)用式（9-20）得 R2為轉(zhuǎn)子每相電阻，。將線段KB和KD代入式（9-23）得同理，可以得到第二級機(jī)械特性所串電阻值R2c2和第一級機(jī)械特性所串電阻值R2c3，計算式為2. 解析法（1）利用線性化的異步電機(jī)機(jī)械特性可知，在同一條機(jī)械特性上，Tems （9-27） （2）轉(zhuǎn)子回路串電阻后，對不同電阻值的機(jī)械特性上Tm相同，當(dāng)s為常數(shù)時，有根據(jù)以上兩個比例關(guān)系啟動電阻的計算方法可分三種情況：（1）已知啟動級數(shù)m和T1時首先計算 校驗 若不滿足，則增大，甚至修改m,并重新計算，再檢驗計算 （2）當(dāng)已知啟動級數(shù)m和T2時首

16、先計算 校驗 若不滿足，則修改計算 （3）當(dāng)已知T1、T2時首先計算 計算 檢驗 m取整后計算 計算 【例9-3】用一部三相繞線型異步電動機(jī)拖動某生產(chǎn)機(jī)械運行。已知該電動機(jī)的PN=40KW,nN=1435r/min,=2.6,E2n=290V，I2N=86A。起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=200NM,采用轉(zhuǎn)子電路串電阻起動。起動級數(shù)m=3。求各級應(yīng)串聯(lián)的起動電阻。(1)選擇起動轉(zhuǎn)矩T1額定轉(zhuǎn)矩 TN=60PN/2nN=(60×40×103)/(2×3.14×1435) NM =266.32 NM最大電磁轉(zhuǎn)矩 TM= TN=2.6×266.32 NM最大

17、起動轉(zhuǎn)矩 T10.85TM=0.85×692.43 NM=588.57 NM取 T1=588.57 NM(2)求出起切轉(zhuǎn)矩比SN=(n0-nn)/n0=(1500-1435)/1500=0.0433=(3)校核切換轉(zhuǎn)矩T2 T2=T1/=588/2.2 =267.28 NM 由于T2>1.1TL，合適。(4)求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻 R2=SN·E2N/(I2N)=(0.0433×290)/(1.73×86) =0.084(5)求出各級總電阻 Rz1=R2=2.2×0.084=0.185 Rz2=2 R21=2.22×0.084=0

18、.407 Rz3=3 R23=2.23×0.084=0.894(6)求出各級起動電阻 Rs1=Rz1-R2=(0.185-0.084) =0.101 Rs2=Rz2-Rz1=(0.407-0.185) =0.222 Rs3=Rz3-Rz2=(0.894-0.407) =0.487項目實施結(jié)論與體會：繞線式三相異步電動機(jī)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(dāng)串入某一合適電阻時，還能使電動機(jī)以它的最大轉(zhuǎn)矩T起動。當(dāng)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(jī)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(jī)械常用繞線型異步電動機(jī)。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(shè)定的起動轉(zhuǎn)矩最大和最小值之間。