電機與拖動課程設(shè)計---繞線異步電動機串電阻啟動設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　　設(shè)計題目</b></p><p>　　繞線異步電動機串電阻啟動設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　Y 132 M—4三項繞線轉(zhuǎn)自異步電動機，用其拖動技術(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)

2、如下：</p><p><b>　　PN =15kW。</b></p><p>　　nN=720r/min. </p><p><b>　　αMT=2.5</b></p><p><b>　　U2N=380V</b></p><p><b>　

3、　I2N=55A.</b></p><p>　　如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=0.8TN，啟動級數(shù)m=3，試求三級啟動電阻值。</p><p><b>　　設(shè)計計劃</b></p><p>　　電機與拖動課程設(shè)計共計1周內(nèi)完成。第1~2天查資料，熟悉題目：</p><p>　　第3~5天方案分析，具體按步驟進(jìn)行設(shè)計及整理

4、設(shè)計說明書：</p><p>　　第6天準(zhǔn)備答辯；第7天答辯。</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計工作量為按要求完成設(shè)計說明書；</p><p>　　設(shè)計必須根據(jù)進(jìn)度計劃按期完成；</p><p>　　設(shè)計說明書必須經(jīng)知道老師審查簽字方可答辯。</p>

5、;<p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 異步電動機工作原理…………………………………………………1</p><p>　　1.1旋轉(zhuǎn)磁場…………………………………………………………………1</p><p>　　1.2異步電動機結(jié)構(gòu)………………………………………………………2</p><p&

6、gt;　　1.3定子………………………………………………………………………2</p><p>　　1.4轉(zhuǎn)子………………………………………………………………………3</p><p>　　第2章 電動機的起動指標(biāo)……………………………………………………3</p><p>　　2.1起動轉(zhuǎn)矩…………………………………………………………………3</p>&l

7、t;p>　　2.2起動電流…………………………………………………………………4</p><p>　　第3章 起動過程………………………………………………………………4</p><p>　　3.1串聯(lián)起動電阻R和R起動………………………………………4</p><p>　　3.2切除起動電阻R…………………………………………………………5</p>

8、<p>　　3.3切除起動電阻R………………………………………………………5</p><p>　　第4章 起動級數(shù)未定時起動電阻所計算…………………………………6</p><p>　　4.1選擇起動轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T……………………………………6</p><p>　　4.2起動級數(shù)m…………………………………………………………………6</p>

9、<p>　　4.3各項電阻的計算…………………………………………………………8</p><p>　　第5章 電動機具體設(shè)計………………………………………………………9</p><p>　　結(jié) 論………………………………………………………………………………11</p><p>　　心得及體會………………………………………………………………………12<

10、;/p><p>　　致 謝…………………………………………………………………………13</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………14</p><p>　　繞線異步電動機串電阻啟動設(shè)計</p><p>　　第1章 異步電動機工作原理</p><p>　　當(dāng)三相異步電機接入三相交流

11、電源時，三相定子繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢（定子旋轉(zhuǎn)磁動勢）并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運動,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機軸上帶機械負(fù)載時，便向外輸出機械能。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衡量的</p><p><b&g

12、t;　　S=×100% </b></p><p><b>　　1.1旋轉(zhuǎn)磁場</b></p><p>　　設(shè)將定子三相繞組聯(lián)成星形接法，三相繞組的首端u1、v1、w1分別與三相交流電的相線a、b、c相連接。為了討論方便，選定交流電在正半周時，電流從繞組的首端流入，從末端流出；反之，在負(fù)半周時，電流流向相反。定子繞組在三相交流電不同相位時合成旋轉(zhuǎn)磁

13、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</p><p><b>　　n=</b></p><p>　　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。</p><p>　　1.2異步電動機結(jié)構(gòu)</p>

14、<p>　　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

15、，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。</p><p><b>　　1.3定子</b></p><p>　　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</p><p>　　定子繞組：電

16、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</p><p>　　機座：支撐和固定作用；鑄鐵或鋼板焊接</p><p><b>　　1.4轉(zhuǎn)子</b></p><p>　　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</p><p>　　轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型

17、兩種</p><p>　　籠型繞組：電路；鑄鋁或銅條優(yōu)缺點</p><p>　　繞線型繞組：對稱三相繞組：星接；集電環(huán)優(yōu)缺點</p><p>　　氣隙：氣隙大小的影響：中小型電機的氣隙為0.2mm～2mm</p><p>　　第2章 電動機的起動指標(biāo)</p><p>　　起動是指電動機從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動起來，直至最后達(dá)

18、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。</p><p><b>　　2.1起動轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　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。</p><p>　　堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說明了電動機的直

19、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?fàn)顟B(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。</p><p><b>　　2.2起動電流</b></p><

20、p>　　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(yuǎn)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(fù)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。</p><

21、p><b>　　第3章 起動過程</b></p><p>　　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。</p><p>　　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

22、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。</p><p>　　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：</p><p>　　3

23、.1串聯(lián)起動電阻R和R起動</p><p>　　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</p><p>　　R= R+R″+R′</p><p>　　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(yuǎn)大于負(fù)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。<

24、;/p><p>　　(a)電路圖 （b）機械特性</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　3.2切除起動電阻R</p><p>　　當(dāng)工作點到達(dá)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?lt;/p><p

25、><b>　　R=R+R</b></p><p>　　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</p><p>　　3.3切除起動電阻R</p><p>　　當(dāng)工作點到達(dá)f點，即電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩

26、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</p><p>　　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。</p><p>　　第4章 起動級數(shù)未定時起動電阻所計算</p><p>　　4.1選

27、擇起動轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T</p><p><b>　　一般選擇</b></p><p>　　T=(0.8-0.9)T</p><p>　　T=(1.1-1.2)T</p><p><b>　　求出起動轉(zhuǎn)矩比β</b></p><p><b>　　β= T/ T<

28、;/b></p><p><b>　　4.2起動級數(shù)m</b></p><p>　　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。</p><p>　　T/ T=(n-n)/(n-n)</p><p><b>　　=S/S</b>

29、;</p><p>　　T/T=(n-n)/n-n）</p><p><b>　　=S/S</b></p><p>　　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</p><p><b>　　TS1/T=S/S</b>&

30、lt;/p><p><b>　　=S/S</b></p><p><b>　　= S/ S</b></p><p><b>　　T/T=S/S</b></p><p><b>　　=S/S</b></p><p><b>　　

31、=S/ S</b></p><p>　　由于S= S,對應(yīng)兩式相除，可得</p><p><b>　　β=T/T</b></p><p><b>　　=S/S</b></p><p>　　= (R/ X2)/ (R/ X2)</p><p><b>　　

32、= R/ R</b></p><p><b>　　由于S=S</b></p><p><b>　　β=TS1/T</b></p><p><b>　　=S/S</b></p><p>　　= R/ X/ R/ X</p><p><b&

33、gt;　　= R/ R</b></p><p><b>　　可見</b></p><p><b>　　R=βR</b></p><p><b>　　R=βR</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p

34、><b>　　R=β R</b></p><p><b>　　=βR</b></p><p><b>　　若是m級起動，則</b></p><p><b>　　R=βR</b></p><p><b>　　=βR</b><

35、/p><p><b>　　式中</b></p><p>　　R2m= R+R+R+……+R</p><p><b>　　因此</b></p><p><b>　　β=</b></p><p>　　由前面的分析還可以得到</p><p>

36、;<b>　　S/S=S/S</b></p><p><b>　　S=S</b></p><p><b>　　若是m級起動，則</b></p><p><b>　　S=R/R</b></p><p>　　此外，在固有特性c上工作時</p>&

37、lt;p><b>　　Ts1/T=S/S</b></p><p><b>　　S= S</b></p><p>　　將這些關(guān)系帶入β公式，可得</p><p><b>　　β=</b></p><p>　　兩邊取對數(shù)，便得到了起動級數(shù)m的計算公式</p>&

38、lt;p><b>　　M=</b></p><p>　　若m不是整數(shù)可取相近整數(shù)</p><p>　　重新計算β，校驗T,是否在規(guī)定范圍內(nèi)</p><p>　　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)。</p><p>　　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

39、T滿足要求為止。</p><p>　　4.3各項電阻的計算</p><p>　　1）轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R</p><p>　　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(jìn)行計算。</p><p>　　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</p>&

40、lt;p>　　由于S很小，SX可以忽略不計，則</p><p><b>　　I=</b></p><p>　　因此求得R2的計算公式為</p><p><b>　　R=</b></p><p><b>　　2）各級總電阻</b></p><p>&

41、lt;b>　　由前面的分析知道</b></p><p><b>　　R=R</b></p><p><b>　　R=βR</b></p><p><b>　　R=βR=βR</b></p><p><b>　　……</b></p&g

42、t;<p><b>　　R=βmR</b></p><p><b>　　3）各級起動的電阻</b></p><p><b>　　R=R-R</b></p><p><b>　　R=R-R</b></p><p><b>　　……&l

43、t;/b></p><p><b>　　R=R-R</b></p><p>　　第5章 電動機具體設(shè)計</p><p>　　（1）選擇起動轉(zhuǎn)矩T1</p><p>　　TN==199.04N·m</p><p>　　TM=αMTTN=497.61 N·m</p&g

44、t;<p>　　T1=(0.8~0.9)TM=(552.90~622.01) N·m</p><p>　　取T1=590 N·m</p><p>　?。?）求出起切轉(zhuǎn)矩比β</p><p><b>　　SN==0.04</b></p><p><b>　　β==2.03<

45、/b></p><p>　　（3）求出切換轉(zhuǎn)矩T2</p><p>　　T2==290.64 N·m</p><p>　　TL=0.8TN=159.23 N·m</p><p>　　由于T2>1.1TL=175.15 N·m,所以所選m和β合適。</p><p>　?。?）求出

46、轉(zhuǎn)子毎相繞組電阻</p><p>　　R2==0.159Ω</p><p>　?。?）求出各級總電阻</p><p>　　R21=βR2=0.323Ω</p><p>　　R22=βR21=0.656Ω</p><p>　　R23=βR22=1.331Ω</p><p>　　（6）求出各級起動電

47、阻</p><p>　　Rst1=R21-R2=0.164Ω</p><p>　　Rst2=R22-R21=0.333Ω</p><p>　　Rst3=R23-R22=0.675Ω</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　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

48、動電流，另一方面可以增加最初起動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)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(dāng)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。</p><p>　　轉(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(dāng)

49、，還可使起動轉(zhuǎn)矩接近最大轉(zhuǎn)矩起動，適當(dāng)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(fù)載。缺點：多級調(diào)速控制電路較復(fù)雜，電阻耗能大。</p><p><b>　　心得及體會</b></p><p>　　通過這本周的學(xué)習(xí)，我感覺有很大的收獲。課程設(shè)計不僅是對所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的提高。首先，通過這次課程設(shè)計使

50、自己對課本上的知識可以應(yīng)用于實際，使理論與實際相結(jié)合，加深自己對課本知識的更好理解，同時也段練了我個人的動手能力：能夠充分利用圖書館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識。</p><p>　　課程設(shè)計提高了我的個人思考能力，在設(shè)計過程中，我不僅學(xué)到了知識，也讓我感到了生活的充實和學(xué)習(xí)的快樂，以及獲得知識的滿足。同時我也體驗到了工作的艱辛，促使自己努力學(xué)習(xí)更多的知識，為自己今后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計中培養(yǎng)了我

51、獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心。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。</p><p>　　通過課程設(shè)計，讓我更加明白學(xué)習(xí)是一個長期的積累過程，經(jīng)后的工作、生活中應(yīng)該不段的學(xué)習(xí)，努力提高我們各項知識。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]彭鴻才，電機原理及拖動，北京：機械工業(yè)出版社，1

52、994年</p><p>　　[2]李嵐等編，電力拖動與控制，北京：機械工業(yè)出版社，2003年</p><p>　　[3]唐介，控制微電機，北京：高等教育出版社，1987年</p><p>　　[4]楊長能主編，電力拖動基礎(chǔ)，重慶：重慶大學(xué)出版社，1989年</p><p>　　[5]李發(fā)海等編，電機學(xué)，北京：科學(xué)出版社，1991年</