畢業(yè)設(shè)計論文三相異步電動機星三角啟動

1、江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院 畢業(yè)論文（設(shè)計）三相異步電動機星三角啟動學 生 指導教師 專 業(yè) 機電一體化 層 次 大學?？?班 級 09大專機電2班 學 號 日 期 2012.4.12 江西農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院科研處制三相異步電動機工作特性摘要異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，運用可靠、效率較高，價格低廉，堅固耐用等優(yōu)點。它在工農(nóng)業(yè)和日常生活中獲得最為廣泛的應(yīng)用。在電網(wǎng)的總負荷中，異步電動機用電量約占60%以上。本文是對三相異步電動機做出深入的剖析與設(shè)計。三相異步電動機是一種具有高效率、低磨損、低噪聲的電機機種.本設(shè)計在介紹三相異步電動機設(shè)計中，關(guān)于相數(shù)、極數(shù)、槽數(shù)及繞組連接方式的選擇方法和應(yīng)遵從的規(guī)律

2、.而且針對電動機結(jié)構(gòu)特點和工作性能，在電樞反應(yīng)理論基礎(chǔ)上設(shè)計出功率為7.5KW的交流電動機。 【關(guān)鍵詞】 設(shè)計 三相異步電動機 一異步電動機存在的缺點1-1.籠型感應(yīng)電動機存在的主要缺點。（1）起動轉(zhuǎn)矩不大，難以滿足帶負載起動的需要。當前社會上解決該問題的多數(shù)辦法是提高電動機的功率容量（即增容）來提高其起動轉(zhuǎn)矩，這就造成嚴重的“大馬拉小車”，既增加購買設(shè)備的投資，又在長期的應(yīng)用中因處于低負荷運行而浪費大量電量，很不經(jīng)濟。第二種辦法是增購液力偶合器，先讓電動機空載起動，在由液力偶合器驅(qū)動負載。這種辦法同樣要增加添購設(shè)備的投資，并因液力偶合器的效率低于97%，因此至少浪費3%的電能，因而整個驅(qū)動裝

3、置的效率很低，同樣浪費電量，更何況添加液力偶合器之后，機組的運行可靠性大大下降，顯著增加維護困難，因此不是一個好辦法。（2）大轉(zhuǎn)矩不大，用于驅(qū)動經(jīng)常出現(xiàn)短時過負荷的負載，如礦山所用破碎機等時，往往停轉(zhuǎn)而燒壞電動機。以致只能在輕載狀況下運行，既降低了產(chǎn)量又浪費電能。（3）起動電流很大，增加了所需供電變壓器的容量，從而增加大量投資。另一辦法是采用降壓起動來降低起動電流，同樣要增加添購降壓裝置的投資，并且使本來就不好的起動特性進一步惡化。1-2.繞線型感應(yīng)電動機繞線性感應(yīng)電動機正常運行時，三相繞組通過集電環(huán)短路。起動時，為減小起動電流，轉(zhuǎn)子中可以串入起動電阻，轉(zhuǎn)子串入適當?shù)碾娮?，不僅可以減小起動電流

4、，而且由于轉(zhuǎn)子功率因數(shù)和轉(zhuǎn)子電流有功分量增大，起動轉(zhuǎn)矩也可增大。這種電動機還可通過改變外串電阻調(diào)速。繞線型電動機雖起動特性和運行特性兼優(yōu)，但仍存在下列缺點：（1）由于轉(zhuǎn)子上有集電環(huán)和電刷，不僅增加制造成本，并且降低了起動和運行的可靠性，集電環(huán)和電刷之間的滑動接觸，是這種電動機發(fā)生故障的主要原因。特別是集電環(huán)與電刷之間會產(chǎn)生火花，使傳統(tǒng)繞線型電動機在礦山、井下、石油、華工等防爆要求的場所，對于灰土、粉塵濃度很高的地方，也不敢使用，這就限制了其應(yīng)用范圍。（2）當前的傳統(tǒng)繞線型電動機為了提高可靠性，多數(shù)不提刷，因此運行時存在下列電能浪費：集電環(huán)和電刷間的摩擦損耗和接觸電阻上的電損耗，電刷至控制柜短路

5、開關(guān)間三根電纜的電損耗，若電動機與控制柜之間距離很長，則該損耗將非常嚴重。并且由于集電環(huán)與電刷產(chǎn)生碳粉、電火花和噪聲，長期污染周圍環(huán)境，損害管理人員和周圍居民健康。（3）傳統(tǒng)繞線型電動機的起動轉(zhuǎn)矩比籠型電動機的有所提高，但仍往往不能滿足滿載起動的需要，以至仍然需要增容而形成“大馬拉小車”。上述傳統(tǒng)感應(yīng)電動機存在的嚴重缺點的根本原因在于“起動”、“運行”和“可靠性”三者之間存在難以調(diào)和的矛盾，因此勢必顧此失彼，不可兼優(yōu)。這樣在假設(shè)了電機的效率后，便可求出I*1，于是二 三相異步電動機工作特性2.1三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T是由載流導體在磁場中受電磁力的作用而產(chǎn)生的，它使電動機

6、旋轉(zhuǎn)，TCSR2UI2/(f1 R22+f1S2X202)。u1定子繞組線電壓有效值，單位伏特（v）；f1定子電源頻率，單位是赫茲(Hz)；s電動機的轉(zhuǎn)差率；R2轉(zhuǎn)子繞組一相電阻，單位是歐姆()；X20轉(zhuǎn)子不動時一相感抗，單位是歐姆()；C與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的比例常數(shù)。為了分析方便，將異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T代替電動機的輸出轉(zhuǎn)矩T2 。三 三相異步電機的典型啟動方式3.1.直接啟動直接啟動就是用閘刀開關(guān)或接觸器把電機直接接到具有額定電壓的電源上。在變壓器容量允許的情況下，鼠籠式異步電動機應(yīng)該盡可能采用全電壓直接起動，既可以提高控制線路的可靠性，又可以減少電器的維修工作量。電動機單向起動控制線路常用于

7、只需要單方向運轉(zhuǎn)的小功率電動機的控制。例如小型通風機、水泵以及皮帶運輸機等機械設(shè)備。圖5是電動機單向起動控制線路的電氣原理圖。這是一種最常用、最簡單的控制線路，能實現(xiàn)對電動機的起動、停止的自動控制、遠距離控制、頻繁操作等。圖5 電動機單向起動控制線路的電氣原理圖直接啟動方法主要受電網(wǎng)配電變壓器的容量限制，過大啟動電流可能會使電壓下降，影響在同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的正常運行。一般異步電機的功率小于7.5千瓦時允許直接啟動，對于更大容量的電機能否使用要視配電變壓器的容量和各地電網(wǎng)部門而定。3.2軟啟動以上幾種降壓啟動的方法是有級啟動，啟動的平滑性不高，應(yīng)用一些自動控制線路組成的軟啟動器可以實現(xiàn)鼠籠式異

8、步電機的無級平滑運動，這種方法稱為軟啟動。軟啟動分為磁控式和電子式兩種。磁控式故障率高，已被電子式取代。啟動過程電機所加的電壓不是一個固定值，軟啟動裝置輸出電壓安指定要求上升，被控電機電壓由零安指定斜率上升至全電壓，轉(zhuǎn)速相應(yīng)由零上升到規(guī)定轉(zhuǎn)速。軟啟動能保證電機在不同負載下平滑啟動，減少電機啟動對電網(wǎng)沖擊，又降低對自身承受的較大結(jié)構(gòu)沖擊力。軟啟動可以設(shè)定起始電壓、 上升方式、啟動電流倍數(shù)等參數(shù)，以適用重載、輕載啟動不同情況。3.3降壓啟動鼠籠式異步電動機采用全壓直接起動時，控制線路簡單，維修工作量較少。但是，并不是所有異步電動機在任何情況下都可以采用全壓起動。這是因為異步電動機的全壓起動電流一般

9、可達額定電流的4-7倍。過大的起動電流會降低電動機壽命，致使變壓器二次電壓大幅度下降，減少電動機本身的起動轉(zhuǎn)矩，甚至使電動機根本無法起動，還要影響同一供電網(wǎng)路中其它設(shè)備的正常工作。如何判斷一臺電動機能否全壓起動呢？一般規(guī)定，電動機容量在10kW以下者，可直接起動。10kW以上的異步電動機是否允許直接起動，要根據(jù)電動機容量和電源變壓器容量的比值來確定。對于給定容量的電動機，一般用下面的經(jīng)驗公式來估計：Iq/Ie（3/4+電源變壓器容量）/（4×電動機容量），式中 Iq電動機全電壓起動電流；Ie電動機額定電流。若計算結(jié)果滿足上述經(jīng)驗公式，一般可以全壓起動，否則不予全壓起動,應(yīng)考慮采用降壓

10、起動。有時，為了限制和減少起動轉(zhuǎn)矩對機械設(shè)備的沖擊作用，允許全壓起動的電動機，也多采用降壓起動方式。鼠籠式異步電動機降壓起動的方法有以下幾種：定子電路串電阻（或電抗）降壓起動、自耦變壓器降壓起動、Y-降壓起動、-降壓起動等.使用這些方法都是為了限制起動電流,(一般降低電壓后的起動電流為電動機額定電流的2-3倍)，減小供電干線的電壓降落，保障各個用戶的電氣設(shè)備正常運行。3.3.1串電阻（或電抗）降壓起動控制線路 在電動機起動過程中，常在三相定子電路中串接電阻（或電抗）來降低定子繞組上的電壓，使電動機在降低了的電壓下起動，以達到限制起動電流的目的。一旦電動機轉(zhuǎn)速接近額定值時，切除串聯(lián)電阻（或電抗）

11、，使電動機進入全電壓正常運行。這種線路的設(shè)計思想，通常都是采用時間原則按時切除起動時串入的電阻（或電抗）以完成起動過程。在具體線路中可采用人工手動控制或時間繼電器自動控制來加以實現(xiàn)。圖6定子串電阻降壓起動控制線路圖6是定子串電阻降壓起動控制線路。電動機起動時在三相定子電路中串接電阻，使電動機定子繞組電壓降低，起動后再將電阻短路，電動機仍然在正常電壓下運行。這種起動方式由于不受電動機接線形式的限制，設(shè)備簡單，因而在中小型機床中也有應(yīng)用。機床中也常用這種串接電阻的方法限制點動調(diào)整時的起動電流。圖6（A）控制線路的工作過程如下：按SB2，KM1得電（電動機串電阻啟動），KT 得電 ，KM2得電（短接

12、電阻，電動機正常運行），按SB1，KM2斷電，其主觸點斷開，電動機停車。 只要KM2得電就能使電動機正常運行。但線路圖(A)在電動機起動后KM1與KT一直得電動作，這是不必要的。線路圖(B)就解決了這個問題，接觸器KM2得電后，其動斷觸點將KM1及KT斷電，KM2自鎖。這樣，在電動機起動后，只要KM2得電，電動機便能正常運行。 串電阻起動的優(yōu)點是控制線路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，動作可靠，提高了功率因數(shù)，有利于保證電網(wǎng)質(zhì)量。但是，由于定子串電阻降壓起動，起動電流隨定子電壓成正比下降，而起動轉(zhuǎn)矩則按電壓下降比例的平方倍下降。同時，每次起動都要消耗大量的電能。因此，三相鼠籠式異步電動機采用電阻降壓的起動方

13、法，僅適用于要求起動平穩(wěn)的中小容量電動機以及起動不頻繁的場合。大容量電動機多采用串電抗降壓起動。3.3.2串自耦變壓器降壓起動控制線路在自耦變壓器降壓起動的控制線路中，限制電動機起動電流是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。自耦變壓器的初級和電源相接，自耦變壓器的次級與電動機相聯(lián)。自耦變壓器的次級一般有3個抽頭，可得到3種數(shù)值不等的電壓。使用時，可根據(jù)起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的要求靈活選擇。電動機起動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓，一旦起動完畢，自耦變壓器便被切除，電動機直接接至電源，即得到自耦變壓器的一次電壓，電動機進入全電壓運行。通常稱這種自耦變壓器為起動補償器。這一線路的設(shè)計思想和

14、串電阻起動線路基本相，都是按時間原則來完成電動機起動過程的。在自耦變壓器降壓起動過程中，起動電流與起動轉(zhuǎn)矩的比值按變比平方倍降低。在獲得同樣起動轉(zhuǎn)矩的情況下，采用自耦變壓器降壓起動從電網(wǎng)獲取的電流，比采用電阻降壓起動要小得多，對電網(wǎng)電流沖擊小，功率損耗小。所以自耦變壓器被稱之為起動補償器。換句話說，若從電網(wǎng)取得同樣大小的起動電流，采用自耦變壓器降壓起動會產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩。這種起動方法常用于容量較大、正常運行為星形接法的電動機。其缺點是自耦變壓器價格較貴，相對電阻結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，且是按照非連續(xù)工作制設(shè)計制造的，故不允許頻繁操作。3.3.3 Y降壓起動控制線路線路設(shè)計思想：Y降壓起動也稱為星

15、形三角形降壓起動，簡稱星三角降壓起動。這一線路的設(shè)計思想仍是按時間原則控制起動過程。所不同的是，在起動時將電動機定子繞組接成星形，每相繞組承受的電壓為電源的相電壓220V，減小了起動電流對電網(wǎng)的影響。而在其起動后期則按預先整定的時間換接成三角形接法，每相繞組承受的電壓為電源的線電壓380V，電動機進入正常運行。凡是正常運行時定子繞組接成三角形的鼠籠式異步電動機，均可采用這種線路。定子繞組接成Y降壓起動的自動控制線路如圖8所示。圖8 Y降壓起動控制線路圖中，可以看到主電路中有三組主觸點，其中接觸器KM2和KM3主觸點一定不能同時閉合，意味著電源將被短路。所以，控制線路的設(shè)計必須保證一個接觸器吸和

16、時，另一個接觸器不能吸和，這就叫做互鎖。也就是說KM2和KM3兩個接觸器需要互鎖。通常的方法是在控制線路中解除其KM2與KM3線圈的支路里分別串聯(lián)對方的一個動斷輔助觸電。這樣，每個接觸器線圈能否被接通，將取決于另一個接觸器是否處于釋放狀態(tài)，如解除其KM2已接通，它的動斷輔助觸點八KM3線圈的電路斷開，從而保證KM2和KM3兩個接觸器不會同時吸合。這一對動斷觸點叫做互鎖觸點。Y-降壓起動控制線路的工作原理如下：合上電源開關(guān)QS，按下起動按鈕SB2，這時，接觸器KM1、KM2時間繼電器KT線圈通電，解除其KM1主觸點和自鎖觸點閉合。KM2主觸點閉合與KM2互鎖觸點斷開，電動機按Y形接法起動，經(jīng)過所

17、整定延時時間后，時間繼電器KT的動合觸點閉合和動斷觸點斷開，使接觸器KM2線圈斷電，接觸器KM2主觸點斷開，電動機暫時斷電，同時接觸器KM2互鎖觸點閉合，使得接觸器KM3線圈通電，接觸器KM3主觸點和自鎖觸點閉合，電動機改為三角形連接，然后進入穩(wěn)定運行，同時接觸器KM3互鎖觸點斷開，使時間繼電器KT線圈斷電。Y接法的起動的電流僅為接法的三分之一，從而限制了起動電流，但是Y接法的起動轉(zhuǎn)矩為接法的三分之一，所以Y-起動只適用空載或輕載起動。這種方法適用在正常運行時繞組是三角接法的電機。電機定子的六個線頭都引出來，接到換接開關(guān)上。在起動時先將定子接成星型，這時加在每相繞組上的電壓將為額定電壓的倍，待起動完成后再改接到三角接法，加上額定電壓。下圖是星三角啟動的接線圖。 圖9 星型三角起動的接線圖 結(jié)論三相異步電動機星三角啟動的優(yōu)點是附加設(shè)備少，操作簡便。所以現(xiàn)在生產(chǎn)的小型異步電動機常采用這種方法。為了便于采用星三角啟動，小型異步電動機的定子繞組一般設(shè)計成三角形連接，剛開始采用星型連接的電流是三角連接的三分之一，從而減小啟動電流，保護電網(wǎng)安全，待啟動后改為三角形連接，轉(zhuǎn)矩就為開始星連接的三倍，從而保證對電機力矩的要求。致謝畢業(yè)論文設(shè)計是一項證明自己在學校期間學習的成果的文章，我所能寫出這片論文，首先是要感謝 <陳冬生>老師,學習期間耐心教導我，無論什么時候