繞線異步電動機串電阻課程設(shè)計d講解

1、物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計說明書課題名稱：電機與拖動設(shè)計題目：繞線式異步電動機串電阻啟動設(shè)計專業(yè)班級：11 級自動化學(xué)生姓名：袁廣學(xué) 號 ：1134307138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(shè)計內(nèi)容四、結(jié)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(guān)于二個銅環(huán)的作用：二個銅環(huán)配上相應(yīng)的二個電刷，電流就能源源不斷的被送 入線圈。這個設(shè)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(dǎo)線向線 圈供電的話，二根電源線便會緾繞 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

3、做切割磁感線的 運動， 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60 f1n 0= 1p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(jié)構(gòu)Y 形的電阻， 或直接通過短路端環(huán)短三相異步電動機主要由靜止的和轉(zhuǎn)動的兩部分構(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稱繞組： 三相對稱繞組

4、 每相在空間互差 120°，可聯(lián)接成 Y 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(yīng)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

5、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 衡量S=n0 -n ×100%n01.4 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(dǎo)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(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

6、電機的氣隙為0.2mm 2mm二 . 繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機起動是指電動機從靜止?fàn)顟B(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(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tst 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（1.11.2）TL ，電動機才能起動起來。 Tst 大，電動機才能重載起動； T st小，電動機只能輕載，甚至空載起動。所以只有 T st T L時，電動機才能改

7、變原來的靜止?fàn)顟B(tài)， 拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)。 一般要求 Tst （ 1.1 1.2 ）T L 。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轉(zhuǎn)子電路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，的感應(yīng)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(shè)法減小起動電流。三 .

8、 設(shè)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(guān)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

9、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 Rst1 和 Rst2 起動起動前開關(guān) 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(guān) 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 T st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。Pa)(a)電路圖b）機械特性圖1當(dāng)工作點到達 c 點，即電磁轉(zhuǎn)矩3.2 切除起動電阻 RT等于切換轉(zhuǎn)矩 Ts2 時，合上開關(guān) S1 切除起動電阻 Rst2轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變

10、為：這時電動機的機械特性變?yōu)樘匦詃。由于切除 Rst2 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(dāng)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(guān) 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)椋篟20 =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

11、 P點. 整個起動過程結(jié)束。3.4 選擇起動轉(zhuǎn)矩 Tst 和切換轉(zhuǎn)矩 Ts2般選擇s1=(0.8-0.9)T s2=(1.1-1.2)T求出起動轉(zhuǎn)矩比= T s1/ Ts2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(guān)系推導(dǎo)起動級數(shù)m 所計算公式如下：由特性 2 與水平虛線構(gòu)成的直三角形求得。s1/ T s2 =(n 1-n h)/(n 1-n Mg)=Sh /S Mgs2/TM=(n1-ni)/n 1-n Mg)=S1/S Mg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,Si和 SMg是與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率。同理可以求

12、得T S1/T M =Sb /S Ma=Se/S Mk/ S h MgTs2/T=Sc/S Ma=Sf /S Mg=Si / S Mg由于 Se= S c ,對應(yīng)兩式相除，可得=Tsi/T s2=S= (R22/ X 2)/ (R 21/ X 2)/ R22 21由于Sh=Sf =TS1/T s2SMd /S Mg21/ X2 / R 20 / X 2可見所以21 / R22 =R21 =22 =20R21R2020=R21若是 m級起動，則2m =R20因此式中mR22m= R 2 +Rst1 +Rst2 + +Rstm/SMa MdR2m=m R2由前面的分析還可以得到Sh /S Mg =

13、Sb /S MaSc1=Sb若是 m級起動，則S g=R2 /R 2m此外，在固有特性 c 上工作時Ts1/T N =Sg /S NSg= ST1TN將這些關(guān)系帶入 公式，可得m TN=m = snT1兩邊取對數(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 R2U2N 和轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻可以通過實測

14、或者通過名牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組額定線電壓額定線電流 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 2N因此求得 R2 的計算公式為R2=sNU 2N3I 2N計算各級總電阻由前面的分析知道R20 =R2R21 = R22R22 = R1= 2 R2R2m=mR2求出各級起動的電阻Rst1Rst2R22 -R21Rstm=R2m-R2(m 1)啟動級數(shù)已知時啟動電阻計算已知 TL=125N.m， Pn=30kw,n=1445r/min, U2n=202v,I2n=78.5A ， a=2.1(1) 選擇啟動轉(zhuǎn)

15、矩 T1TN=60PN =60 60 10 3=198.25N 2N2 1450T m=a mt T NT1 =(0.8-0.9) T=(0.8-0.9)*416.3=(333.06-374.7)N.m取 T1=360.(2) 求出起切轉(zhuǎn)矩比：SN(n0-n)/n 0=(1500-1445)/1500=0.036TN=m N =1.97sNT1( 3)求出切換轉(zhuǎn)矩 T2T2= T1/ =360/1.97=182.7T2 基本在規(guī)定范圍之內(nèi) .由于 T2 >1.1T L, 所以所選 m和合適.(4) 求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻 R2R2=sN U 2N3I 2N =0.053 (5) 計算各級總

16、電阻R21=R2=0.104 R22=R21=0.205 R23=R22=0.40 R24=R23=0.798(6) 求出各級起動電阻Rst1= R 21- R= (0.104-0.053 ) =0.051 R st 2 =R 22 -R21= ( 0.21-0.11 )=0.1 Rst3 = R 23 - R22=( 0.40-0.21 )=0.19 Rst4 =R24-R23=0.798-0.40=0.398 四 . 結(jié)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(dāng)串入某一合適電阻時， 還能使電動機以它的最大轉(zhuǎn)矩 T 起動。當(dāng)然，所串

17、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(shè)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(dāng)， 還可使起動轉(zhuǎn)矩接近最大轉(zhuǎn)矩起動， 適當(dāng)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

18、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(fù)雜，電 阻耗能大。心得及體會通過這段時間的課程設(shè)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(xué)習(xí)過程是最美的。在整個課程設(shè)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(shè)計完成了， 在沒有做課程設(shè)計之前覺得課程設(shè)計只是對這個學(xué)科所學(xué)知識 的總結(jié)， 但通過這次課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法片面。 課程設(shè)計不僅是對所學(xué)知識的一種檢驗， 而且也是 對自己能力的提高。 通過課程設(shè)計， 讓我更加明白學(xué)習(xí)是一個長期的積累過程，經(jīng)后的工作、 生活中應(yīng) 該不段的學(xué)習(xí)，努力提高知識和綜合能力。設(shè)計過程中，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，也經(jīng)歷了不少艱辛，但 收獲還是很多的。 在設(shè)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(yīng)的提高， 在設(shè)計過程中， 我不僅學(xué)到了知識， 也讓