設(shè)計(jì)三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)控制系統(tǒng)

1、淮 陰 工 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)作 者:成志超學(xué) 號(hào)：學(xué) 院:機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè):機(jī)械電子專業(yè)題 目:三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)殷永華高榮指導(dǎo)者： 目 錄1 緒論12 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理22.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)22.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理22.3 三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)方式33 三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)方式63.1 能耗制動(dòng)的原理63.2 能耗制動(dòng)的設(shè)計(jì)63.3 能耗制動(dòng)的分析7結(jié)論10心得11參考文獻(xiàn)121 緒論三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型和繞線式兩種。定子由定子鐵芯，定子繞組和機(jī)座三部分構(gòu)成。定子鐵芯的作用作為電機(jī)磁路的一部分和嵌放定子繞組。鐵芯一般采用導(dǎo)磁性良好，比

2、損耗小的0.5mm厚的低硅鋼片疊成。定子繞組是電機(jī)的電路，其作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)電流。定子繞組在槽內(nèi)部分與鐵芯間絕緣。轉(zhuǎn)子由鐵芯，轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，一般由0.5mm硅鋼片沖制后疊壓而成。轉(zhuǎn)軸起支撐轉(zhuǎn)子鐵芯和輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的作用。轉(zhuǎn)子繞組有籠型和繞線式。本次設(shè)計(jì)主要用到籠型，重點(diǎn)介紹下籠型。在轉(zhuǎn)子鐵芯均勻分布的每個(gè)槽內(nèi)各放置一根導(dǎo)體，在鐵芯兩端放置兩個(gè)端環(huán)，分別把所有伸出槽外部分與端環(huán)連接起來(lái)。如果去掉鐵芯剩下的繞組就像一個(gè)松鼠籠子。三相異步電機(jī)之所以得到廣泛應(yīng)用，主要由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，制造容易，價(jià)格低廉，兼顧耐用，而且有較高的效率和相當(dāng)好的的工作特性。但是

3、尚不能較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速以及它必須從電網(wǎng)吸收之后的無(wú)功功率。在交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)中, 異步電動(dòng)機(jī)既可運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài), 又可運(yùn)行于電磁制動(dòng)狀態(tài), 隨生產(chǎn)機(jī)械的不同要求而定。三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng), 是通過(guò)將運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)的異步電機(jī)的定子脫離交流電源時(shí), 立即在定子兩相繞組通入直流勵(lì)磁電流的方法, 使定子產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)的。當(dāng)轉(zhuǎn)子由于慣性仍在旋轉(zhuǎn)時(shí), 其導(dǎo)體切割此磁場(chǎng)便感應(yīng)電流并產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。它廣泛用于礦井提升及起重運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)機(jī)械上。2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2.1.2磁路部分定子鐵心（由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓

4、而成，減少了由于交變磁通通過(guò)而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來(lái)嵌放定子繞圈）；轉(zhuǎn)子鐵心（用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，一方面用來(lái)放置轉(zhuǎn)子繞組（繞線形的）或鑄鋁的鋁條）。2.1.3電路部分定子繞組（三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。）轉(zhuǎn)子繞組（有繞線形和鼠籠形）。2.1.4機(jī)械部機(jī)座、端蓋、軸和軸承等等分。2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的三相異步電機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場(chǎng)間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)而感生電動(dòng)

5、勢(shì)和電流，并與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量變換。與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動(dòng)機(jī)可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、重量輕、價(jià)格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點(diǎn)是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過(guò)滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)向三相定子繞組中通過(guò)入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開(kāi)始時(shí)是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將

6、切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則判定）。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導(dǎo)體在定子磁場(chǎng)中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。通過(guò)上述分析可以總結(jié)出電動(dòng)機(jī)工作原理為：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對(duì)稱交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，

7、并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。分類：?jiǎn)螌优c雙層單層繞組就是在每個(gè)定子槽內(nèi)只嵌置一個(gè)線圈有效邊的繞組，因而它的線圈總數(shù)只有電機(jī)總槽數(shù)的一半。單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是繞組線圈數(shù)少工藝比較簡(jiǎn)單；沒(méi)有層間絕緣故槽的利用率提高；單層結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生相間擊穿故障等。缺點(diǎn)則是繞組產(chǎn)生的電磁波形不夠理想，電機(jī)的鐵損和噪音都較大且起動(dòng)性能也稍差，故單層繞組一般只用于小容量異步電動(dòng)機(jī)中。 單層繞組按照其線圈的形狀和端接部分排列布置的不同，可分為鏈?zhǔn)嚼@組、交叉鏈?zhǔn)嚼@組、同心式繞組和交叉式同心繞組等幾種繞組形式。單層同心繞組和交叉同心式繞組的優(yōu)點(diǎn)為繞組的繞線、嵌線較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)則為線圈端部過(guò)長(zhǎng)耗用導(dǎo)線過(guò)多?，F(xiàn)除偶有用在小容

8、量2極、4極電動(dòng)機(jī)中以外，目前已很少采用這種繞組形式。2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)方式三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的方式有：1） 能耗制動(dòng) 能耗制動(dòng)方法是將正常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)突然從電源上切斷，并將電動(dòng)機(jī)定子繞組任意兩相出線端接到直流電源上則直流電源將在定子內(nèi)形戚固定磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子靠慣性旋轉(zhuǎn)并切割此固定磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子繞組中感生電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，此電流與固定磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。達(dá)到制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子動(dòng)能消耗在轉(zhuǎn)子電阻內(nèi)，這個(gè)過(guò)程就是電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)過(guò)程。2） 反接制動(dòng)倒拉反接制動(dòng)。起重機(jī)在吊物時(shí)，如果重物鞍重電動(dòng)機(jī)不但吊不起來(lái)重物反而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低甚至轉(zhuǎn)速為零或倒轉(zhuǎn)邊就是倒拉反接制動(dòng)

9、狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)重物上升電動(dòng)機(jī)是處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。電源反接制動(dòng)。為了使正常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)快速停車或反轉(zhuǎn)其要改接三相電源的相序即可也就是將電動(dòng)機(jī)弓f出的三相引出線任意調(diào)換兩個(gè)引出線位置再接到電源上則使電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和電流反向流動(dòng)而產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的自動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3） 回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)也叫再生發(fā)電制動(dòng)。起重機(jī)下放重物時(shí)的回饋制動(dòng)原理圖如圖3所示。當(dāng)起重機(jī)下放重物時(shí)。如果重物很重，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過(guò)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)(即s120r/min-KS+SB1KM1+KM1+KM2+M+（串R反接制動(dòng)）N 120r/min-KS+ SB1+SB1KM1+KM1+SB1+KM2+(自鎖)M+（串R反接制

10、動(dòng)）N40r/min-KS- KM2 M-c)手動(dòng)控制的簡(jiǎn)單能耗制動(dòng)線路，要停車時(shí)按下SB1按鈕，到制動(dòng)結(jié)束放開(kāi)按鈕（KM2無(wú)自鎖）。（復(fù)合按鈕手動(dòng)控制） d)自動(dòng)控制，簡(jiǎn)化操作。（時(shí)間繼電器自動(dòng)控制切除直流電源） e)圖中直流電源中串接可調(diào)電阻RP，調(diào)節(jié)制動(dòng)電流大小。 3.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的表達(dá)式物理表達(dá)式T=CTJm式中：異步機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)： 異步機(jī)每極磁通圖3.2 在不同轉(zhuǎn)速參數(shù)表達(dá)式有以上表達(dá)式可以畫(huà)出機(jī)械特性曲線圖3.3所示圖3.3 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖結(jié)論（1）能耗制動(dòng)是一種應(yīng)用廣泛的電氣制動(dòng)方法。該線路的設(shè)計(jì)思想是在電動(dòng)機(jī)要停車時(shí)切除三相電源的同時(shí)，將直流電源接入定子

11、繞組，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。 （2）由于將直流電源接入定子的兩相繞組，繞組中流過(guò)直流電流，產(chǎn)生了一個(gè)靜止不動(dòng)的直流磁場(chǎng)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由于慣性作用仍按原來(lái)的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割直流磁通，產(chǎn)生感生電流。 （3）在靜止磁場(chǎng)和感生電流相互作用下，產(chǎn)生一個(gè)阻礙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)力矩，因此電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至零時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場(chǎng)之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，感生電流消失，制動(dòng)力矩變?yōu)榱?，電?dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，再將直流電源切除，制動(dòng)結(jié)束。這種制動(dòng)方法，實(shí)質(zhì)上是把轉(zhuǎn)子原來(lái)儲(chǔ)存的機(jī)械能，轉(zhuǎn)變成電能，又消耗在轉(zhuǎn)子的制動(dòng)上，所以稱做能耗制動(dòng)。心得這次的課程設(shè)計(jì)跟我們以前做的實(shí)驗(yàn)不同，

12、因?yàn)槲矣X(jué)得這次我是真真正正的自己親自去完成。所以是我覺(jué)得這次設(shè)計(jì)最寶貴，最深刻的。就是設(shè)計(jì)的過(guò)程全是我們學(xué)生自己動(dòng)手來(lái)完成的，這樣，我們就必須要弄懂設(shè)計(jì)的原理。在這里我深深體會(huì)到哲學(xué)上理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用：弄懂技術(shù)原理，親自開(kāi)動(dòng)腦筋，親自去請(qǐng)教別人才能得到提高的。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),使我學(xué)到了不少實(shí)用的知識(shí),更重要的是,做設(shè)計(jì)的過(guò)程,思考問(wèn)題的方法 ,真正使我們受益匪淺. 通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)我不但對(duì)理論知識(shí)有了更加深的理解，對(duì)于實(shí)際的操作和也有了質(zhì)的飛躍。經(jīng)過(guò)這次的實(shí)驗(yàn)，我們整體對(duì)各個(gè)方面都得到了不少的提高，希望以后學(xué)校和系里能夠開(kāi)設(shè)更多類似的設(shè)計(jì)，能夠讓我們得到更好的鍛煉。雖然這次實(shí)驗(yàn)實(shí)在端午節(jié)時(shí)節(jié)進(jìn)行，時(shí)間不是太充裕，但是我們這組伙伴還是盡心盡力把設(shè)計(jì)完成好，也希望得到老師的認(rèn)同。參考文獻(xiàn)1 戴文進(jìn)著，電機(jī)與拖動(dòng)，清華大學(xué)出版社，20082 楊文煥著，電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)，西安電子科技大學(xué)出版社，20083 楊