繞線異步電動機串電阻啟動設(shè)計

摘要由于三相異步電動機直接啟動時，啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流很大容易造成電機和設(shè)備的損壞，因此我小組對三相異步電動機啟動做了研究，目的是保證電動機安全啟動。本文針對繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻做了闡述，根據(jù)啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的要求設(shè)計合適的電阻與啟動級數(shù)來保證電動機安全平穩(wěn)的啟動。關(guān)鍵詞：異步電動機；串電阻；啟動目錄1電動機概述1.1旋轉(zhuǎn)磁場…………………31.2異步電動機結(jié)構(gòu)…………31.3異步電動機工作原理……………………31.4定子………………………31.5轉(zhuǎn)子………………………32電動機的啟動指標2.1啟動電流………………42.2啟動轉(zhuǎn)矩………………43啟動過程3.1串聯(lián)起動電阻R和R起動………53.2切除起動電阻R………53.3切除起動電阻R……………………54起動級數(shù)未定時起動電阻所計算4.1選擇起動轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T……84.2求出起動轉(zhuǎn)矩比β……………………84.3求出起動級數(shù)m………84.4重新計算β，校驗T,是否在規(guī)定范圍內(nèi)?！?4.5求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R…………84.6計算各級總電阻………94.7求出各級起動的電阻…………………95結(jié)論……………………126心得體會…………………137參考文獻………………141.電動機1.1旋轉(zhuǎn)磁場定子三相對稱繞組中通以頻率為f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n=式中:P為電機的極對數(shù)。n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：三相對稱繞組每相在空間互差120°，可聯(lián)接成Y形或Δ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=×100%1.4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：中小型電機的氣隙為0.2mm～2mm2.電動機的起動指標起動是指電動機從靜止狀態(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T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T>T<一般要求T>（1.1～1.2）T，電動機才能起動起來。T大，電動機才能重載起動；T小，電動機只能輕載，甚至空載起動。所以只有T≧T時，電動機才能改變原來的靜止狀態(tài)，拖動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)。一般要求T>（1.1～1.2）T。T越大于T，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，轉(zhuǎn)子電路的感應(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。3.起動過程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?，F(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。圖中機械特性只畫出了每條特性的nM段，并近似用直線代替。起動步驟如下：3.1串聯(lián)起動電阻Rst2和Rst2起動起動前開關(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R=R+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遠大于負載轉(zhuǎn)矩T，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。(a)電路圖（b）機械特性圖3.1-1電動機的電路圖和機械特性圖3.2切除起動電阻R當工作點到達c點，即電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩T時，合上開關(guān)S切除起動電阻R轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟=R+R這時電動機的機械特性變?yōu)樘匦詃。由于切除R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，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R當工作點到達f點，即電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩T時，合上開關(guān)S切除起動電阻R。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=R機械特性變?yōu)楣逃刑匦詆，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T,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P點.整個起動過程結(jié)束。4．起動級數(shù)未定時起動電阻所計算4.1選擇起動轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T一般選擇T=(0.8-0.9)TT=(1.1-1.2)T4.2求出起動轉(zhuǎn)矩比ββ=T/T4.3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。=S/S=S/S式中n和n是工作在h點和i點時的轉(zhuǎn)速，n是T與特性g交點在的轉(zhuǎn)速（即臨界轉(zhuǎn)速）。S,S和S是與之對應(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,對應(yīng)兩式相除，可得β=T/T=S/S=(R/X2)/(R/X2)=R/R由于S=Sβ=TS1/T=S/S=R/X/R/X=R/R可見R=βRR=βR所以R=βR=βR若是m級起動，則R=βR=βR式中R2m=R+R+R+……+R因此β=由前面的分析還可以得到S/S=S/SS=S若是m級起動，則S=R/R此外，在固有特性c上工作時Ts1/T=S/SS=S將這些關(guān)系帶入β公式，可得β=兩邊取對數(shù)，便得到了起動級數(shù)m的計算公式M=若m不是整數(shù)可取相近整數(shù)4.4重新計算β，校驗T,是否在規(guī)定范圍內(nèi)。若m是取相似整數(shù)，則需要重新計算β，并求出T，校驗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)，需加大啟動級數(shù)m,重新計算β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實測或者通過名牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組額定線電壓U和轉(zhuǎn)子繞組的額定線電流I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S很小，SX可以忽略不計，則I=因此求得R2的計算公式為R=4.6計算各級總電阻由前面的分析知道R=RR=βRR=βR=βR……R=βmR4.7求出各級起動的電阻R=R-RR=R-R……R=R-R具體設(shè)計如下：選擇起動轉(zhuǎn)矩T1切換轉(zhuǎn)矩T2T===150N.mT=aT=2.3*150N.m=345N.mT=(0.8-0.9)T=(0.8-0.9)*345=(276-310)N.mT2=(1.1-1.2)Tl=(1.1-1.2)*100取T=280N.m,T2=120N.m②求出起切轉(zhuǎn)矩比ββ=T1/T2=280/120=2.3β===2.17求出起動級數(shù)m(n0-nN)/n0=750-740=0.013m===1.6/0.36=4.4取m=4.重新計算β,檢驗T2是否在規(guī)定范圍內(nèi)β==T2=T1/β=280/2.5=110.5T2基本在規(guī)定范圍之內(nèi).由于T>1.1T,所以所選m和β合適.⑤求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻R2R==Ω⑥計算各級總電阻R=βR=2.5*0.045=0.113ΩR=βR=2.5*0.113=0.283ΩR=βR=2.5*0.283=0.707ΩR=βR=2.5*0.707=1.768⑦求出各級起動電阻R=R-R=（）Ω=0.0677ΩR=R-R=（0.283-0.1113）=0.17ΩR=R-R=（）=0.424ΩR=R24-R23=1.061Ω5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D(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，還可使起動轉(zhuǎn)矩接近最大轉(zhuǎn)矩起動，適當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。6心得及體會通過這段時間的課程設(shè)計，我明白真正的設(shè)計不能有一點馬虎，每一步都要細心認真無論是知識的運用還是論文的格式都要按要求認真對待。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，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。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，也體會到知識的力量，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的欠缺，以后要積極的改正，為自己以后的學(xué)習(xí)實踐打基礎(chǔ)。在設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)了平時學(xué)習(xí)的知識面太過狹窄，以后要