繞線型三相異步電動機串電阻啟動

1、課程設(shè)計名稱： 電機與拖動課程設(shè)計 題 目：繞線型三相異步電動機串電阻啟動 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣09-1 姓 名： XXX 學(xué) 號： XXXXXXXXXX XXXX大學(xué)課程設(shè)計成績評定表學(xué) 期20102011學(xué)年第二學(xué)期姓 名XXX專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級電氣09-1課程名稱電機與拖動論文題目繞線型三相異步電動機串電阻啟動設(shè)計評定標準評定指標分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師時 間年 月 日備 注課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書一、設(shè)計題目繞線型三相異步電動機串電阻啟動設(shè)計二

2、、設(shè)計任務(wù) 1、分析繞線型三相異步電動機的啟動過程；2、給出啟動級數(shù)、各級啟動電阻計算公式；3、以實際例子說明啟動級數(shù)和各級啟動電阻的計算過程；三、設(shè)計計劃電子技術(shù)課程設(shè)計共1周。第1-2天：針對選題查資料第3-4天：進行理論分析及論證第5天：編寫整理設(shè)計報告；四、設(shè)計要求 1、以實際例子說明啟動級數(shù)和各級啟動電阻的計算步驟；2、對電樞串電阻啟動進行優(yōu)缺點分析；指導(dǎo)教師：教研室主任： 時 間： 摘要三相異步電動機是交流電機的一種，主要用作電動機使用，因其結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便，是當前工農(nóng)業(yè)當中應(yīng)用最普遍的電動機。但是啟動電流大是所有電動機啟動的共性，電動機啟動過程要求啟動電流不

3、能超出允許范圍而且啟動轉(zhuǎn)矩不能太小，啟動電流過大可能導(dǎo)致繞組燒壞，啟動轉(zhuǎn)矩太小會導(dǎo)致電動機啟動過程緩慢甚至不能啟動。所以，研究一種可行而適用易操作的啟動方案就變得十分必要了。本課題研究繞線型三相異步電動機的電樞串電阻啟動，通過理論計算，給出啟動級數(shù)、各級啟動電阻等詳細參數(shù)，以達到增加最初起動轉(zhuǎn)矩，使電動機以最大轉(zhuǎn)矩T起動，避免因直接起動產(chǎn)生較大電流而帶來的危害，提高啟動的平穩(wěn)性的可觀效果。關(guān)鍵詞：異步電動機 電樞串電阻 啟動目錄引言11三相異步電動機21.1 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)2 定子2 轉(zhuǎn)子21.2 三相異步電動機的工作原理21.2.1 旋轉(zhuǎn)磁場21.2.2 電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生31.3 異

4、步電動機的啟動方法31.4 異步電動機的啟動指標32 繞線形異步電動機串電阻啟動42.1 啟動過程分析42.1.1 串聯(lián)啟動電阻Rst和Rst啟動42.1.2 切除啟動電阻Rst252.1.3 切除啟動電阻Rs152.2 啟動電阻的計算5 選擇起動轉(zhuǎn)矩Tst1和切換轉(zhuǎn)矩Tst252.2.2 求出起動轉(zhuǎn)矩比5 求出起動級數(shù)m5 重新計算，校驗T ,是否在規(guī)定范圍內(nèi)7 求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R7 計算各級總電阻7 求出各級起動的電阻83 實際例子分析93.1 電動機相關(guān)參數(shù)93.2 計算起動轉(zhuǎn)矩T193.3 計算切換轉(zhuǎn)矩T293.4 計算切換轉(zhuǎn)矩比93.5 計算起動級數(shù) 93.6 計算轉(zhuǎn)子每相繞組

5、的電阻103.7 重新計算，校對T2 是否在規(guī)定范圍內(nèi)103.8 求出各級起動電阻104 結(jié)論115 心得體會12參考文獻13引言三相異步電動機是目前工農(nóng)業(yè)中使用最廣泛的電動機，有著結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。但是啟動電流大是所有電動機的共同缺點，啟動電流大有很多危害，而電動機啟動的兩個指標就是要求啟動電流不能過大、啟動轉(zhuǎn)矩不能太小。本設(shè)計研究了繞線型三相異步電動機的電樞串電阻啟動方案，通過理論分析和計算，并以實際例子給出了各級啟動電阻，使電動機能以較大啟動轉(zhuǎn)矩啟動而且啟動電流在允許范圍內(nèi)。最后對電樞串電阻啟動的優(yōu)缺點做了詳細分析。1 三相異步電動機異步電機是交流電機的一種，

6、主要用作電動機使用。而三相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便，是當前工農(nóng)業(yè)當中應(yīng)用最普遍的電動機。三相異步電動機按不同的方式可分為籠型和繞線型；三相、兩相和單相等。1.1 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機主要由固定不動的定子部分和可以轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。定子是用硅鋼片疊成的圓筒形鐵心，其內(nèi)圓周有槽，用于安放三相對稱繞組；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)子繞組有鼠籠式和繞線式兩種。定子三相異步電動機的定子主要有以下幾部分組成：定子鐵芯：導(dǎo)磁和嵌放定子三相繞組，由彼此絕緣、厚度為0.5mm硅鋼片沖制涂漆疊壓而成；內(nèi)圓

7、均勻開槽，槽形有半閉口、半開口和開口槽三種；定子繞組：由絕緣導(dǎo)線繞制并按一定規(guī)律連接成三相對稱繞組，嵌放在定子鐵芯槽內(nèi)；機座：由鑄鐵或鑄鋼制成，定子鐵芯裝在機座內(nèi)，起支撐和固定作用；端蓋：由鑄鐵或鑄鋼制成，固定在機座兩端，用以支撐轉(zhuǎn)子和防護外物的侵入；轉(zhuǎn)子三相異步電動機的轉(zhuǎn)子主要由以下幾部分組成：轉(zhuǎn)子鐵芯：一般由0.5mm厚的硅鋼片疊成圓筒形，用于導(dǎo)磁和嵌放轉(zhuǎn)子 繞組；轉(zhuǎn)子繞組：是三相繞組，采用星形聯(lián)結(jié)；有籠型繞組和繞線型繞組；轉(zhuǎn)軸：有鋼材料制成。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上，通過轉(zhuǎn)軸可以拖動生產(chǎn)機械；風扇：一般安裝在轉(zhuǎn)軸上，做冷卻用；1.2三相異步電動機工作原理旋轉(zhuǎn)磁場定子三相對稱繞組中通以頻率為f

8、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= (1-1)式中，P為電機的磁極對數(shù)，n為同步轉(zhuǎn)速也即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，f1為定子頻率。同步轉(zhuǎn)速的方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)向也會隨之改變。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% （1-2）電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場間存在轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在短路的轉(zhuǎn)子繞組中形成感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的有功分量與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生了電磁力F，從而形成電磁轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子隨旋轉(zhuǎn)磁場以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動并帶動機械負載運行。1.3異步

9、電動機啟動方法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)定運行的過程。對于繞線式異步電動機，轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)合適的電阻不但可以減小啟動電流，而且還可以增大啟動轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動又分無極啟動和有極啟動。1）無極啟動容量較小的三相繞線型異步電動機常采用轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)啟動變阻器的無極啟動方法啟動。啟動變阻器通過手柄接成星形，啟動前先把啟動變阻器調(diào)到最大值，再合上電源開關(guān)，電動機開始啟動。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小啟動變阻器的電阻，直到全部切除，使轉(zhuǎn)子繞組短接。2）有極啟動 容量較大的三相繞線型異步電動機一般采用有極啟動，以保證啟動過程中有加大的啟動轉(zhuǎn)矩和較小的啟動電流。1.4電動機啟動指標1

10、）啟動轉(zhuǎn)矩要足夠大只有啟動轉(zhuǎn)矩Ts大于負載轉(zhuǎn)矩TL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Ts>=（1.1-1.2）TL。Ts越大于TL，啟動過程所需要的時間就越短。2）啟動電流不要超過允許范圍對三相異步電動機，由于啟動瞬間S=1,旋轉(zhuǎn)磁場與轉(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，所以啟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，會引起輸電線路上壓降的增加，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啟動時間。此外在啟動過于頻繁時，還會引起電動機過熱2 繞線型異步電動機電樞串電阻起

11、動2.1 起動過程分析容量較大的繞線型異步電動機一般采用有極啟動（又稱分級起動），以保證起動過程中都有較大的起動轉(zhuǎn)矩和較小的起動電流。它的啟動電阻Rst由若干啟動電阻串聯(lián)，即Rst=Rst1+Rst2+Rst3+Rstm。啟動瞬間轉(zhuǎn)子串入最大啟動電阻Rst，使啟動轉(zhuǎn)矩為要求值Ts1，隨著轉(zhuǎn)速n的增加，每當轉(zhuǎn)矩T降至某希望值Ts2時，切除一段啟動電阻，使T又等于Ts1，Ts2稱為切換轉(zhuǎn)矩。因而在啟動過程中轉(zhuǎn)矩在啟動轉(zhuǎn)矩Ts1和切換轉(zhuǎn)矩Ts2之間變化，直到全部啟動電阻被切除。現(xiàn)以兩級起動為例介紹其起動步驟和起動過程。原理電路和機械特性如圖2-1所示，n1g為固有特性，n1d為串聯(lián)Rst1時的人為特

12、性，n1a為串聯(lián)Rst=Rst1+Rst2時的人為特性。起動步驟如下： 串聯(lián)起動電阻R和R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n1a。由于啟動轉(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n1a由a點向c點移動。 (a)電路圖 （b）機械特性圖2-1電樞串電阻啟動原理圖 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)樘匦詎1d。由于切除R的瞬間，轉(zhuǎn)速

13、來不及改變，故工作點由特性n1a上的c點平移到特性n1d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。 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)楣逃刑匦詎1g，工作點由f點平移至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n1g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。2.2 起動電阻計算 選擇起動轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T一般選擇T=(0.8-0.9)T （2-1）T=(1.1-1.2)T （2-2）求出起動轉(zhuǎn)

14、矩比 = T/ T （2-3）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：T/ T=(n-n)/(n-n)=S/ST/T=(n-n)/n-n=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：=T/T =S/S= (R/ X2)/ (R/ X2)= R/ R由于S=S=TS1/T =S/S= R/ X/ R/ X= R/ R可見R=

15、RR=R所以R=×R=R若是m級起動，則R=R=R式中R2m= R+R+R+R因此=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)系帶入公式，可得=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) 重新計算，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，并求出T，校驗T是否在式（2-2）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T,直到T滿足要求為止。 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銘牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組額定線電壓U和轉(zhuǎn)

16、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=計算各級總電阻由前面的分析知道R=RR=RR=R=RR=mR求出各級起動的電阻根據(jù)前面分析可知，計算各級起動電阻的一般公式為：式中，i=1,2，m。R=R-RR=R-RR=R-R3 實際例子分析3.1 電動機相關(guān)參數(shù)本設(shè)計以JR41-4型三相繞線型異步電動機的啟動為設(shè)計對象。該電動機的相關(guān)參數(shù)如下：；，。3.2 計算起動轉(zhuǎn)矩取=580 Nm3.3 計算切換轉(zhuǎn)矩由公式（2-2），在之間，現(xiàn)取=3.4計算切換轉(zhuǎn)矩比由公式得，3.5 計算起動

17、級數(shù) 由公式計算起動級數(shù)m所以m取整取3級。3.6 計算轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻3.7 重新計算，校對是否在規(guī)定范圍內(nèi)由公式，計算出=，所以，所選m和合適。3.8 求出各級起動電阻4 結(jié)論有級起動也就是一種特殊的串電阻起動，經(jīng)過計算可確定級數(shù)m，m值越大起動越平穩(wěn)，但電路也更為復(fù)雜，所以應(yīng)該恰當選擇級數(shù)m值（實際電機的m值一般2到4級），同時也要注意起動轉(zhuǎn)矩的取值（起動轉(zhuǎn)矩一般取0.85T左右）。繞線式三相異步電動機轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電阻啟動，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。有級起動避免了因直接起動產(chǎn)生較大電流而帶來的危害，同時

18、起動平穩(wěn)性較好，容易控制。將設(shè)計好的起動器串入轉(zhuǎn)子回路，即可實現(xiàn)有級起動，操作簡單，實用性強，而且這種起動方式初期投資很低，不需要其他控制電路?？傊D(zhuǎn)子回路串三相對稱可變電阻器起動，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。這種方案適用于要求起動轉(zhuǎn)矩大，并有調(diào)速要求的負載。但是也有缺陷：當所串聯(lián)的電阻超過一定數(shù)值后，會使得最初起動轉(zhuǎn)矩減小；多級調(diào)速控制電路較復(fù)雜，電阻耗能會比較大。5 心得體會經(jīng)過一周的努力，課程設(shè)計圓滿完成了。通過這段時間的不斷學(xué)習，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)習過程的樂趣。在整個課程設(shè)計過程中，我每天都有進步和體會。課程設(shè)計不僅是對這個學(xué)科里所學(xué)知識的總結(jié)、對所學(xué)知識的一種檢驗，也是對自己能力的提升。通過課程設(shè)計，讓我更加明白學(xué)習是一個長期的積累過程，今后的工作、生活中應(yīng)該不段學(xué)習，努力提高自己的知識和綜合能力。設(shè)計過程中，我查閱了和課題相關(guān)的大量資料，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)了我獨立思考解決問題的能力，樹立了對自己能力的信心，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。課程設(shè)