電機與拖動三相異步電機能耗制動

1、電機與拖動課程設(shè)計說明書摘要三相異步電動機是利用電磁感應原理實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換成機械能的電工設(shè)備，三相異步電 動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢 和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩， 實現(xiàn)能量變換。當異步電動機拖動負載運行時, 為了能使電動機快速而準確的停車，常采用能耗制動的方法。三相異步電動機的能耗制動 過程主要有反抗性負載能耗制動一一迅速停機和位能性負載能耗制動一一下放重物，本設(shè) 計主要研究反抗性負載能耗迅速制動過程，并利用MATLA瞅件對其機械特性曲線進行繪制。迅速停機過程是將電機與三相電源斷開，將其中兩相與直流電源接通，電動機像發(fā)電 機一樣，將拖

2、動系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換成電能消耗在電機內(nèi)部的電阻中以實現(xiàn)三相異步電動機的 能耗制動過程。關(guān)鍵詞 三相異步電動機；能耗制動；迅速停機電機與拖動課程設(shè)計說明書II電機與拖動課程設(shè)計說明書目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1緒論1. HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 課題設(shè)計的背景1. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 課題設(shè)計的意義1.課題設(shè)計的任務 錯誤！未定義書簽。 HYPERLINK l bookmark12 o Cur

3、rent Document 2三相異步電動機的基本理論 2. HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 2. HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 定子結(jié)構(gòu)2. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)2. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 銘牌數(shù)據(jù)2. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 三相異步電動機轉(zhuǎn)差率3. HYPERLINK l

4、 bookmark26 o Current Document 三相異步電動機的運行分析4. HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3三相異步電動機能耗制動 6. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 能耗制動的原理.6. HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 等效交流與直流勵磁的關(guān)系 6. HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 轉(zhuǎn)差率與等效電路7. HYPERLINK l bookmark36 o Current

5、 Document 能耗制動的機械特性 8. HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 能耗制動的參數(shù)選擇 9. HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 能耗制動的應用場合 1.0 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 4能耗制動系統(tǒng)的設(shè)計 1.1 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 能耗制動系統(tǒng)主體電路及器件選擇 1.1 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 三相異步電

6、動機的選擇1.2 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 機械特性曲線繪制 12 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 結(jié)論1.6參考文獻1.7.電機與拖動課程設(shè)計說明書1緒論課題研究的背景由于工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和對工業(yè)產(chǎn)品的要求越來越高，對電動機的啟動、調(diào)速制動 等性能也提出了越來越高的要求。 電動機作為重要的動力裝置，已被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、 交通運輸、國防軍事設(shè)施以及日常生活中。直流電動機具調(diào)速在過去一直占統(tǒng)治地位，但 由于本身的結(jié)構(gòu)原因，例如換向器的機械強度不高，電刷易于磨損，拖動負載能力不強等，

7、 遠遠不能適應現(xiàn)代生產(chǎn)向高速大容量化發(fā)展的要求。相比之下，三相異步交流電動機擁有 更長的使用壽命，有強大的降噪能力，維護簡便，價格低廉，而且堅固耐用，慣量小，制 造簡單，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠等優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了極廣泛的應用，也在發(fā)揮著越 來越重要的作用。三相異步電動機的制動也成為研究的熱點問題。在三相異步電動機的制動方式中，能 耗制動具有制動平穩(wěn)，迅速，能量消耗小等優(yōu)點。在工業(yè)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)機械化交通運輸，國 防工業(yè)等電力拖動裝置中經(jīng)常使用的制動過程，這是因為三相異步電動機能耗制動系統(tǒng)設(shè) 計結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易頻繁使用等一系列優(yōu)點，另外在需要頻繁迅速停機的大容量異 步電動機中具有明顯的優(yōu)勢。

8、因此，三相異步電動機能耗制動系統(tǒng)研究與應用在我國有極為廣泛的發(fā)展前景。課題研究的意義通過本次課程設(shè)計，了解三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)，工作原理，掌握三相異步電動 機電動勢平衡方程和磁通式平衡方程；進一步了解三相異步電動機的機械特性和各種制動 方式；最終在本次課程設(shè)計中掌握能耗制動的優(yōu)點和缺點，以及能耗制動在生產(chǎn)、生活中 的應用，學會三相異步電動機能耗制動的基本原理，分析其過渡過程，通過能耗制動的相 關(guān)公式設(shè)計出能滿足要求的三相異步電動機能耗制動系統(tǒng)。課題研究的任務本課程設(shè)計主要進一步掌握能耗制動基本原理，通過分析其過渡過程實現(xiàn)其迅速停機 過程。設(shè)計中，要求設(shè)計的能耗制動系統(tǒng)，合理選擇實現(xiàn)能耗制動

9、的電氣元件。根據(jù)所選 電氣元件，設(shè)計能耗制動主回路及其控制回路。同時要求三相異步電動機停機后及時切除 電源。電機與拖動課程設(shè)計說明書2三相異步電動機的基本理論三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，可分為籠型和繞線型兩類。繞線型一般用于啟動和調(diào) 速要求較高的場合；按機殼的保護方式可分為防護式、封閉式、防爆式三類，這些不同的 結(jié)構(gòu)可以滿足各種不同的環(huán)境需要。定廣鐵心定子繞組圖2-1三相鼠籠異步電動機結(jié)構(gòu)圖定子結(jié)構(gòu)定子鐵芯：是電機磁路的一部分，定子鐵芯內(nèi)圓上均勻開有槽，安放定子繞組。機座:是用作固定與支撐定子鐵芯。定子繞組：是電機電路部分，它由三個在空間相差120。電角度、結(jié)構(gòu)相同的繞組連

10、接而成, 按一定規(guī)律嵌放在定子槽中。繞組分類：單層繞組和雙層繞組。繞組應用：單層繞組一般用在10kW以下的電機，雙層短距繞組用在較大容量的電機中。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子鐵芯：一般用0.5mm的硅鋼片疊壓而成，它是磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組：是用作產(chǎn)生感應電勢、并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。它分鼠籠式和繞線式兩種。氣隙：中、小容量的電動機氣隙一般在 0.21.5mm范圍。銘牌數(shù)據(jù)額定功率R :指電動機在額定運行時，軸上輸出的機械功率，單位：W或kW額定電壓U1N :指電動機額定運行時，加在定子繞組上的線電壓，單位：V。電機與拖動課程設(shè)計說明書額定電流I：指電動機在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時定子繞組中的線 電流

11、，單位：A。額定頻率f1N :我國規(guī)定電網(wǎng)工頻為50Hz。額定轉(zhuǎn)速nN :指電動機在定子額定電壓、額定頻率下，軸上輸出額定功率時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速, 單位：r/min ；額定功率因數(shù)cos*N :指電動機在額定運行時定子側(cè)的功率因數(shù)轉(zhuǎn)子繞組額定電壓U2N：指定子繞組加額定電壓、轉(zhuǎn)子繞組開路時，滑環(huán)間的線電壓，單 位：V;轉(zhuǎn)子額定電流I2N :指電動機額定運行、轉(zhuǎn)子短路狀態(tài)下，滑環(huán)之間流過的線電流，單位:Ao三相異步電動機型 號 Y9OS-4B額定功率L lkW額定電壓380V防護等級IP44編 號 額定電流2. 7A額定轉(zhuǎn)速1400r/minLw61 dB (A) Z1 X1 Y1。？Y Z1 Xi

12、Y1 (o(P Q)T 1 1 Ai Bi Ci工作方式絕緣等級B額定頻率50Hz接 法Y重 量 21kgZBK22007-88生產(chǎn)日期Ai Bi CiX X X電機廠三相異步電動機銘牌圖2-2三相異步電動機銘牌三相異步電動機的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差。即：sj- -n、父100%式（21）式中n1-為同步轉(zhuǎn)速，即定子中 旋轉(zhuǎn)磁通勢的速度n -轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速60 f1n二一P式（2.2）電機與拖動課程設(shè)計說明書三相異步電動機的運行分析三相異步電動機的運行分析中，我們可以像電路一樣，將轉(zhuǎn)子繞組向定子繞組折算, 使折算后的電動勢 E2s等于定子電動勢 E10我們用一個相數(shù)和有效匝

13、數(shù)與定子繞組相同的轉(zhuǎn)子繞組去等效代替實際的轉(zhuǎn)子繞組 這里采用等效的原則：保證電磁效應和功率關(guān)系不變（如圖2-3）。圖2-3等效電路式（2.3）定、轉(zhuǎn)子的電動勢之比ke =& 且-kw1N1 E2 一 E2 - kw2N2式（2.5）（1）電動勢的折算折算前：E2 =4.44f1kW2N21m折算后：E2 = E1 =4.44f1kW1N1m式（2.6）折算前:F20.9m2kw2N2l22p折算后:0.9m1kw1N1I22p式(2.7)式(2.8)E2 = E1 = keE2（2）電流的折算式(2.9)0.9m2kw2N2I2 _0.9m1kW1N1I22p 一 2p電機與拖動課程設(shè)計說明書

14、電流比：K = = m1kwlNl I 2m2kw2N 22I 2ki式(2.10)式(2.11)(3)電阻的折算折算前：Z2jX22sI2折算后：Z2 = jX2 = sI2阻抗比:kz=kekiZ2 = kZZ2R2 = kZ R2X2 = kZ X2式(2.12)式(2.13)式(2.14)式(2.15)式(2.16)式(2.17)電機與拖動課程設(shè)計說明書3三相異步電動機的能耗制動能耗制動的原理繞組切斷交流電源（QS斷開），同時在定子兩相通入直流（SA接通），電動機內(nèi)形成 一個不旋轉(zhuǎn)的空間位置固定的磁勢。電動機轉(zhuǎn)子因機械慣性轉(zhuǎn)速不突變，繼續(xù)維持原方向 旋轉(zhuǎn)。此時，直流磁勢相對轉(zhuǎn)子是一旋轉(zhuǎn)

15、磁勢。轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應電勢，電流和電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，電 動機處于制動運行狀態(tài)。電動機轉(zhuǎn)速迅速下降到零時，減速過程結(jié)束，電動機停轉(zhuǎn)。圖3-1能耗制動接線與原理示意圖等效交流與直流勵磁電流的關(guān)系Fu、Fv直流電流Id所產(chǎn)生的磁勢，相當于 W相電流為零的瞬間，三相電流所產(chǎn)生的磁 勢。所不同的是，直流磁場在空間是靜止的，而交流磁場是旋轉(zhuǎn)的。不過在切換電源的瞬間， 站在轉(zhuǎn)子上看定子磁勢，相對于轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)的，只要它們幅值相等，相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相同 就是可以等效的。設(shè)定子繞組Y形聯(lián)結(jié)時，通入定子電流為Id,在U、V相產(chǎn)生的磁動勢分 別 為r r合成磁動勢為3。則它們的大小分別為Fu、

16、Fv ,式（3.1）式（3.2）4 N1kN1 .Fu - Fv I d二 2p電機與拖動課程設(shè)計說明書若通入定子繞組三相交流電時，每相電流的有效值為I1,則所產(chǎn)生的合成磁動勢的大小為F = 6 四-1 式（3.3）1 二 2p 1按照等效原則應有i=Fd,所以交流的效果電流為i1 = ad。式（3.4）圖3-2 直流矢量分析圖 3S = -n / n1 則轉(zhuǎn)子繞組中感應電動勢、轉(zhuǎn)子頻率及電抗分別為E2d =SdE2,f2 =Sdf1,X2d =XdX2n *的叫rt-l-_nmn /ib全L抬疝二曲二底Am 1WoL_圖3-3 能耗制動等效電路式（3.5）式（3.6）,/f111埠士卜， 瓦

17、Y圖3-4 向量圖轉(zhuǎn)差率與等效電路異步電動機能耗制動時，直流磁動勢相對定子是靜止的，而相對轉(zhuǎn)子是以（-n）反向旋轉(zhuǎn)的，若在能耗制動時，等效異步電動機電路的轉(zhuǎn)差率定義為電機與拖動課程設(shè)計說明書能耗制動的機械特性(1)磁動勢平衡方程為 弓=曰十門，用勵磁電流表示為I： = 1：十I；。轉(zhuǎn)子回路折算到定子側(cè)的 一T 一一電流I 2產(chǎn)生磁通勢F2，根據(jù)向量圖，則I； = I22 +I：+2I2ImSin中2式(3.7)如忽略鐵耗，則有IE1E2又12/，）2+X22式（3.8）I m xmxmxmsin% = =式（3.9）（r /sd）2 x22綜合可得：I 2 2J ,2 1m,2式（3.10）（

18、2/Sd）（xm x2）則電磁轉(zhuǎn)矩為：3112xm 丁 Pm1sd式（3.11）1 二 二W1W1 （r2/sd）2 （4 x2）2對處求導，得dsd2 2最大轉(zhuǎn)矩Tm -2 1 m ,式（3.2W1（xm x2）式（3.13）最大轉(zhuǎn)差率為：sm = xm x2電機與拖動課程設(shè)計說明書由式（3-12）和式（3-13）得，電磁轉(zhuǎn)矩為:式(3.14) TOC o 1-5 h z T2Tmsdsmsmsd（2）機械特性：曲線1為固有特性；曲線2對應直流勵磁增加時的特性，增加勵磁產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速不變，但最大轉(zhuǎn)矩將增大；曲線 3轉(zhuǎn)子電阻增大時的特性，此時產(chǎn)生最大轉(zhuǎn) 矩時的轉(zhuǎn)速也增大。因此改變轉(zhuǎn)子電阻

19、或定子直流勵磁電流的大小，均可調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩。圖3-5 能耗制動的機械特性能耗制動的參數(shù)選擇能耗制動過程如圖3-6所示，如果是反抗性負載電動機從運行點 A移至B點，順曲線2 減速到。點，如果是反抗性負載實現(xiàn)快速停車；如果是位能性負載，則在 n=0時，必須立即 用機械抱閘，將電動機軸剎住停車，否則電動機將會反向起動。對于籠型異步電動機為Id=(3.5 4)110式(3.15)對于繞線式異步電動機為注明：三相異步電動機Id=(2 3)110為 I10 =(0.20.5) I1N式(3.16)式(3.17)最大電磁轉(zhuǎn)矩為Tm =(1.252.2)Tn式(3.18)轉(zhuǎn)子所用電阻為rd = (0.2 0.

20、4)E2N- 3I 2N式(3.19)電機與拖動課程設(shè)計說明書能耗制動的應用場合能耗制動廣泛應用于要求平穩(wěn)準確停車的場合，也可用于起重機等帶位能性負載的機械。限制重物下放的速度，使重物保持勻速下降，只需改變直流電流Id的大?。ㄕ{(diào)節(jié)電位器）或改變轉(zhuǎn)子回路所用電阻的值，即可達到目的。10電機與拖動課程設(shè)計說明書4能耗制動系統(tǒng)的設(shè)計能耗制動系統(tǒng)主體電路及器件選擇主電路控制電路圖4-1主電路及控制電路序號名稱型號口代號一數(shù)量4刀開關(guān)。HZ10-25/3PQSPW熔斷器匚蝦L20-2標FBI、 FU2Q2平*熱維電器小JR0-2O/3FK交流接觸器一CJ10-10A 38OV+1KM1、Kill2V2/

21、5爐自復位按鈕LA4-3HPSE2r2P時間繼電器FJS7-1A 33Q而KIR1平在可調(diào)電阻戶R-表4-1器件選擇表11電機與拖動課程設(shè)計說明書控制線路的控制過程:(1)合上電源開關(guān)QS按下啟動按鈕SB2接觸器，KM1線圈得電，常開主觸點和自鎖觸 點閉合，電動機運轉(zhuǎn)；(2)制動時，按下停止按鈕SB1,接觸器KM1斷電釋放，電動機脫離三相交流電源，同時 接觸器KM2與時間28電器KT通電，KT開始計時，KM2常開主觸點和自鎖觸點閉合，電動 機進入能耗制動；(3)經(jīng)過一段時間t延時后，電動機轉(zhuǎn)速接近于零或停止運行，通態(tài)時間繼電器延時常 閉觸點(帶弧型標志)斷開，使 KM西圈失電，KM2斷電后，直

22、流電源被切斷，常開觸點 斷開，使時間繼電器KT斷電釋放，電動機能耗制動結(jié)束。三相異步電動機的選擇采用三相六級繞線式異 步電動機，電機參數(shù)為：PN =11kW,nN =953r/min,UN =380V,IN =8.4A, I10=13.2A, E2N =220V, I2N =35.4A, aMT = 2o機械特性曲線繪制(1)電動機電動狀態(tài)的分析由于國家電網(wǎng)頻率f1 =50Hz,電動極對數(shù)P=6/2=3,根據(jù)式(2.1),式(2.2),得:60 f1n1 - nnn1 = 1000r/min, sN =0.047Pn1由公式Sm=Sn2aMT 一 : aMT 一1，得:sM =0.1754忽略

23、T0,得:Tn -60PN -110.22N *m,TM =aMTTN -220.44N *m2 二 nN 2T.再有公式T =M和MATLAB編程求得電動狀態(tài)下的機械特性曲線。編程如下： close all clear all clc n1=1000; s=0:0.005:1; 電機與拖動課程設(shè)計說明書sM=0.1754;TM=220.44;T=(2*TM)./(sM./s+s./sM);n=n1.*(1-s);plot(T,n,k-);xlabel(電磁轉(zhuǎn)矩itn/(Ncdotm);ylabel(轉(zhuǎn)速itn/(r/min);title(異步電動機固有機械特性itn=itf(itT)電動時機

24、械特性曲線：異步電動機固有機械特性工2500 0 0 0-0 0 00 0 0 0 ooooooo ooo 0 9876543211圖4-1電動時機械特性曲線（2）電動機耗能制動狀態(tài)下的機械特性曲線假定電動機工作在較好 的能耗制動狀態(tài)，即勵 磁電流1d =2.5I10 = 33A按照圖3-2接線方式，有I =0.95UnSn,3In=0.3451 1轉(zhuǎn)子回路每項電阻r2 =SnE2N =0.17,j 3I2N= 0.9080 合適。根據(jù)式（3.19）,用聯(lián)電阻rd =0.3 E2N3I2N由式（3.18）得能耗制動時 Tm -1.7Tn -187.37N *m由能耗制動 aMT =1.7,可得

25、 Sm =-（SN 2） =-0.145aMT - aMT -1再根據(jù)式（3.5）和式（3.14）繪制能耗制動機械特 性曲線。 電機與拖動課程設(shè)計說明書編程如下： close all clear all clc n1=1000; s=0:0.005:1; sM=0.1754; TM=220.44; T=(2*TM)./(sM./s+s./sM); n=n1.*(1-s); plot(T,n,g-); hold on; n1=1000; s=-1:0.005:0;sM=-0.145;TM=-187.37;T=(2*TM)./(sM./s+s./sM);SS=-954/1000;%能耗制動起點轉(zhuǎn)差率TT=(2*TM)/(sM/SS+SS/sM); % 能耗制動起點 B點 n=-n1.*(s); plot(T,n,b-);xlabel(電磁轉(zhuǎn)矩itn/(Ncdotm);ylabel(轉(zhuǎn)速itn/(r/min);title(異步電動機能耗制動機械特性itn=itf(itT)hold on;y=0:0.1:1000;x=;for k=0:0.1:1000 x=x,0;end plot(x,y,:k); hold on y=;x=-200:0.1:250;for