繞線異步電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)

1、課程設(shè)計(jì)名稱:題目:電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì) 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)專 班 姓 學(xué)業(yè)：級(jí)： 名：號(hào)：目錄1. 異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理111 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33. 1串聯(lián)起動(dòng)電阻R如和Rm起動(dòng)33. 2切除起動(dòng)電阻R 43.3切除起動(dòng)電阻R-i 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)矩和切換轉(zhuǎn)矩2 54.2求出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比B54. 3求出起動(dòng)級(jí)數(shù)m 54.4

2、重新計(jì)算B,校驗(yàn)是否在規(guī)定范圍內(nèi)64.5求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R，64.6計(jì)算各級(jí)總電阻84.7求出各級(jí)起動(dòng)的電阻825. 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幼的三相對(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)速由下式確定蟻P式中，P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。n。乂稱為同步轉(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

3、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A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：將銅條抒入槽 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)己被接成路。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(jī)定子繞組：電路；絕緣導(dǎo)線繞

4、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0.1.3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二

5、xioo%遼寧工程技術(shù)人學(xué)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)子釆用 三相對(duì)稱繞組，啟動(dòng)時(shí)通常釆用轉(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

6、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)合被廣泛釆用。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。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

7、輕載啟動(dòng)時(shí)，釆用頻敏變阻器法啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)較明顯，如重載啟動(dòng)，一般釆用串電阻 啟動(dòng)。繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)3. 異步電機(jī)起動(dòng)過程繞線型異步電動(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)可釆用轉(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

8、起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流?，F(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)械特性如圖所示。圖中機(jī)械特性只畫出了每條特性的nd段，并近似用直線代替。啟 動(dòng)過程如下：3. 1串聯(lián)起動(dòng)電阻和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RU 二 R2+R +卍然后合上電源開關(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)。丿丿3丿電路圖(a)(b)機(jī)械特性3. 2切除起動(dòng)電阻R遼寧工程技術(shù)人學(xué)當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)c點(diǎn)，即

9、電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩2時(shí)，合上開關(guān)9切除起動(dòng)電阻R"2轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟“=R2 十Rm這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)樘匦詃。由于切除R“2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)V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TS】，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性g由

10、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。繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)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)矩和切換轉(zhuǎn)矩Tp一般選擇T“=（0.8-0.9）Tm2=（4. 2求出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比（3B = T"/T$24. 3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。T51 / T52 =（n 1-1】h）/（口 i 一口 ）=S h /S MgT/nl-nMx=S i /S 盹式中n”和Z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

11、，S，和S隴是與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率。同理可以求得TS1/Tm=S"/Sm “=sss= Sh/SMsT$2/TM=S/SMa=S f /S=Si/s"K由于Ss對(duì)應(yīng)兩式相除，可得遼寧工程技術(shù)人學(xué)B=T$i/T$2=S /S Md= (RJ/X2)/(RBX2)= R-2/R-i由于S心S/B=TS1/T$2=S Md /S Mg= R21/X2/R20/X：= RWR2o可見R22 = f3R21所以R21 = 3R20R- = B 2 R20= PR-i若是ni級(jí)起動(dòng)，則R2=B go =B "R2式中R2m= R2 +R 皿 +R 也十+R 如因此由前面的分析還可

12、以得到繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)S“=sb s,w“若是m級(jí)起動(dòng)，則S«=R-/R2w此外，在固有特性c上工作時(shí)Tsl/TjV=S?/SvS=SV 丁“將這些關(guān)系帶入B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)算公式若m不是整數(shù)可取相近整數(shù)4. 4重新計(jì)算0,校驗(yàn)T 2,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B,并求出2,校驗(yàn)2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B和2,直到2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實(shí)測(cè)或者通過名牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組額定線電壓IP”和轉(zhuǎn)子繞組的額定線電流進(jìn)行計(jì)算。由

13、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"很小，S"X2可以忽略不計(jì),則因此求得R2的計(jì)算公式為 時(shí)二宀付遼寧工程技術(shù)人學(xué)4. 6計(jì)算各級(jí)總電阻由前面的分析知道R20=R2R22 = f3Rl=p 2R2R2,” = b niR24. 7求出各級(jí)起動(dòng)的電阻R<rl=R21_R2R vr2=R22 -R21R $加】=R m R繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)5. 電動(dòng)機(jī)的具體設(shè)計(jì)啟動(dòng)級(jí)數(shù)己知時(shí)啟動(dòng)電阻計(jì)算己知啟動(dòng) m=3, TL=200N.m, Pn=40kw,n=1435i7nun,a=2.6,U2n=290v,I2n=86A(1) 選擇

14、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T160&60x40x10 3、，=2兀= 2ttx1435T=a"” T vT 】=(0.8-09)=(0.8-0.9)*692.43=(553.94-623.19)N.m取 Tl=580 N.m(2) 求出起切轉(zhuǎn)矩比：SN(n0-n)/n0=( 1500-1435)/1500=0.0433圧 I 266.32_?2B=gTi =Y 0.0433*580(3) 求出切換轉(zhuǎn)矩T2T2基本在規(guī)定范圍之內(nèi)由于TO1. IT所以所選m和B合適.(4) 求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻R2s e紡R2=羽I)N =0 0433 * 290創(chuàng)-0.0844 GV3x86(5)求出各級(jí)起動(dòng)電

15、阻R辺=(-l)R2=(2.2-l)*0.0844 0=0.10R$f2=( B ' - 0 )&=(222 -2.2)*0.0844 Q =0.22 QR$f3=(B2)R2=(2.23-2.22)*0.08440 =0.490遼寧工程技術(shù)人學(xué)6.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

16、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)合被廣泛釆用。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。串接頻敏