電拖課程設計---繞線型三相異步電串電阻啟動

1、<p>　　1. 三相繞線型異步電動機的基本結構</p><p>　　三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結構式相同的他們都由靜止的定子和旋轉的轉子這兩大基本結構構成。此外在定子和轉子之間有一定的氣隙下圖表示繞線式三項異步電機的結構。</p><p><b>　　圖1 三相異步電機</b></p><p><b&

2、gt;　　1.1定子部分</b></p><p>　　三相異步電動機定子部分由定子鐵芯，定子繞組和機座構成。</p><p>　　定子鐵芯：導磁和嵌放定子三相繞組：一般有0.5mm硅鋼片沖制涂漆（使片與片間絕緣，減少旋轉磁場在定子鐵芯中引起的鐵芯損耗）疊壓而成；內院均勻開槽；槽形有半閉口，半開口槽以及開口槽三種。</p><p>　　定子繞組：絕緣導線繞

3、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。其主要作用使通以電流，產生感應電動勢以實現機電能量轉換。</p><p>　　機座：一般采用鋼板和鑄鐵焊接而成。起支撐和固定作用。</p><p>　　圖1-1 常見的定子 </p><p><b>　　1.2轉子部分</b></p><

4、;p>　　轉子鐵芯：一般由0.5mm的硅鋼片疊成。起導磁作用和定子鐵芯以及氣隙共同構成電機的整個磁路。</p><p>　　轉子繞組：分為鼠籠型和繞線型，本文主要討論的是繞線型。其構成用絕緣導線鑲嵌到轉子鐵芯內，且連接成星形的三項對稱繞組，然后把三個端線分別接到轉子軸上的三個集電環(huán)，再把電流通過電刷引出。</p><p>　　氣隙：異步電動機的定，轉子之間一定有氣隙。氣隙大小影響異步

5、電機的運行性能。具體表現在，氣隙大則磁阻大，產生相同大小的旋轉磁場，需要較大的勵磁電流，而勵磁電流幾乎是無功功率，使得功率因數變壞，但氣隙過小的話將引起裝配困難和運行不可靠，一般來說異步電動機氣隙為0.3-1.5mm</p><p><b>　　圖1-2常見的轉子</b></p><p>　　2. 三相繞線型異步電動機工作原理</p><p>

6、<b>　　2.1基本工作原理</b></p><p>　　同三相異步電機工作原理類似，繞線型異步電機，接入三相交流電源時，三相定子繞組流過三相對稱電源產生的三相磁動勢并產生旋轉磁場該旋轉磁場與轉子導體有相對切割運動，根據電磁定律，載流的轉子導體在磁場中受到電磁力的作用，形成電磁轉矩，驅動轉子旋轉，當電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。轉子和旋轉磁場之間的轉速差的存在時異步電動機轉動的

7、必要條件，轉速差率s的衡量</p><p>　　圖2-1基本工作原理圖 </p><p><b>　　2.2旋轉磁場</b></p><p>　　設將定子三相繞組聯成星型接法，三相繞組的首端U1，V1，W1分別與交流電的相線a,b,c相連接。為方便討論，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，在負半周時，電流的流

8、向相反。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磁場。定子三項對稱繞組中通以頻率為f1的三相對稱電流便會產生旋轉磁場。旋轉磁場的轉速由下式確定。</p><p><b>　　n0=60f1/p</b></p><p>　　式中，p為磁極對數。n0又稱同步轉速旋轉磁場的轉向由三相電流通入三相繞組的相序決定。改變電流相序，旋轉磁場的轉向就會發(fā)生改變。</

9、p><p>　　3. 繞線型異步電動機的啟動基本要求</p><p>　　討論三相異步電動機的串電阻啟動，我們就得先知道，什么是啟動，啟動有哪些指標。具體指的是，電動機從靜止狀態(tài)開始轉動起來。直到穩(wěn)定運行。對于任何一臺電動機。在啟動時，都有以下的兩個基本要求。</p><p><b>　　3.1啟動轉矩</b></p><p&g

10、t;　　繞線型異步電機要想正常啟動必須要足夠大的啟動轉矩（當U1=,f1=fn,n=0時的電磁轉矩稱為啟動轉矩或堵轉轉矩）。具體是因，啟動狀態(tài)時，電機剛剛接通電源，轉子尚未轉動時的工作狀態(tài)。工作點在特性曲線上的S點。這時的轉差S=1，轉速n=0，對應的電磁轉矩﹥（一般來說＞（1.1—1.2）），電動機才能啟動起來，大，電動機才能重載啟動起來，反之，則電動機只能輕載，甚至空載啟動，所以只有當﹥時，電動機才能改變原來的靜止狀態(tài)，拖動生產機械

11、運轉。動態(tài)轉矩等于啟動轉矩與負載轉矩的差，一般三相異步電動機啟動轉矩應為額定轉矩1.1—2倍。</p><p><b>　　3.2啟動電流</b></p><p>　　對與啟動電流的總體要求是啟動電流不能過大。對于異步電動機由于啟動瞬間s=1，旋轉的磁場于轉子之間的相對運動速度很大，使得轉子電流，定子電流均較大，致使啟動電流大于額定電流。在電源容量與電動機的額定功率比

12、不是足夠大時，會引起輸電線路上電壓的增加，使得供電電壓下降，電機的啟動轉矩減小，影響統(tǒng)一供電系統(tǒng)的其他負載的工作，此外電動機本身也會受到較大的電磁轉矩的沖擊。還會引起電機頻繁啟動，過熱，一般要求啟動電流在電網上的電壓降不得超過10%，偶爾啟動不得超過15%。</p><p><b>　　3.3其他</b></p><p>　　啟動設備要盡可能的簡單，價格低廉，便于操作

13、以及維護。</p><p>　　4.三相繞線型異步電動機串電阻啟動</p><p>　　三相繞線型異步電動機在正常運行時，轉子上的三相繞組通過滑環(huán)彼此短接。如果在此情況下啟動電動機，定，轉子繞組中含有較大的電流，而且啟動轉子回路的功率因數很低，堵轉轉矩較小，往往不能滿足啟動要求。為了改善啟動性能，通常采用轉子回路串對稱電阻以及轉子接頻敏變阻器等方法啟動。</p><p&

14、gt;　　4.1轉子串多級電阻的啟動</p><p>　　繞線型三相異步電動機轉子回路串電阻，一方面可以減小堵轉電流，另一方面可以增加堵轉轉矩。當串入得電阻合適時，還能使得電動機以最大轉矩啟動。當然，所串的電阻超過一定的數值后，堵轉轉矩反而會減小。</p><p>　　通常使用三相啟動變阻器。啟動變阻器分級切換應使得啟動轉矩保持在設定的最大值與切換轉矩之間變動，啟動轉矩最大值一般取得最大轉

15、矩的85%左右，下圖4-1(a)(b)分別是轉子串三級電阻分級啟動接線圖和相應的機械特性曲線。</p><p>　　圖4-1（a） 圖4-1（b）</p><p>　　4.1.1 轉子穿多級電阻啟動的過程</p><p>　　1 KM1閉合，電動機在額定電壓下轉子每相傳入總電阻開始啟動，啟動點對

16、應機械特性曲線上的h點，其中轉子回路總電阻為</p><p><b>　　=+++r</b></p><p>　　堵轉轉矩為，它小于最大轉矩。</p><p>　　2 電動機轉速升高g點時，電動機的電磁轉矩為，它大于負載轉矩為了加大電磁轉矩以加速啟動過程，接觸器KM2閉合，切除啟動電阻，忽略電動機的電磁慣性，只考慮拖動系統(tǒng)的機械慣性，電動機

17、運行從g點移動到機械特性曲線上的的f點，其中轉子回路總電阻變?yōu)?，該點上電動機的電磁轉矩升為。</p><p>　　3 電動機從f點轉速繼續(xù)升高到e,電動機電磁轉矩降為，接觸器KM3閉合，又切除啟動電阻，電動機運行點從e點移動到機械特性曲線上的d點，其中轉子回路總電阻變?yōu)?，該點上電動機的電磁轉矩為T1，</p><p>　　4 電動機轉速又繼續(xù)升高，到達c點時，電動機電磁轉矩為，接觸

18、器KM4閉合，又切除啟動電阻，電動機運行點從c點移到機械特性曲線r上的b點，該點上電動機的電磁轉矩為。</p><p>　　5 電動機轉速又繼續(xù)升高，最后穩(wěn)定運行在a點。</p><p>　　上述啟動過程中，轉子回路的啟動器分為三級切除，故稱為三相啟動。接觸器KM4閉合時，轉子繞組便被直接短路。為了在電路運行時，減小電刷在滑環(huán)上的摩擦，啟動次數不多的大容量繞線式異步電動機常裝有電刷提升

19、裝置，在啟動結束后，將電刷舉起，同時把滑環(huán)直接短路。當電動機停止轉動時，應把電刷重新放下，并將啟動變阻器的全部電阻接入，以便下次重新啟動。</p><p>　　4.1.2 轉子串多級電阻時電阻值的計算</p><p>　?、?啟動電阻的計算</p><p>　　為了充分利用電機的過載能力，加快啟動過程，選取最大的驅動轉矩為</p><p>

20、<b>　　≤0.85</b></p><p><b>　　切換轉矩一般取值為</b></p><p>　　≥(1.1—1.2)</p><p>　　為了簡化計算在段，可略去</p><p>　　機械特性的實用表達式可近似為</p><p>　　由于轉子回路串電阻，故不變，當

21、s不變時，電磁轉矩與臨界轉差率 成反比</p><p>　　另外，臨界轉差率與轉子電路的總電阻R成正比。即</p><p><b>　　綜合上述式子，得</b></p><p>　　分析圖中b,c兩點轉速相等，b點轉矩為，對應電阻為r，c點轉矩為，對應電阻為R10，故</p><p>　　分析圖中d,e兩點及g,f兩點

22、，同理可得</p><p>　　推廣到一般情況，啟動級數為m時有：</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　β</b></p><p>　　β 稱為啟動轉矩比，有下式</p><p><b>　　=βr</b></p&g

23、t;<p><b>　　=</b></p><p><b>　　……</b></p><p>　　求得，每級的分段電阻</p><p><b>　　……</b></p><p>　?、?多級啟動電阻計算</p><p>　　轉子串多級電阻

24、計算，可以分為啟動級數m已知和未知兩種。</p><p>　?、?當啟動級數m已知時，圖中，當T=時考察b,h兩點有</p><p>　　在固有特性上，考察b點和額定電有</p><p><b>　　故</b></p><p>　　在啟動級數m已知情況下，利用上述啟動電阻的計算可求得轉子電路總電阻和轉子電路上每級

25、分段電阻。</p><p>　?、?當啟動級數m未知時：</p><p>　　a 按照β=/初選β，其中</p><p>　　=0.85, </p><p>　　=(1.1-1.2)</p><p>　　b 求啟動級數m：利用 </p><p><

26、;b>　　反求出m </b></p><p>　　求得m，并取合適的整數</p><p>　?、?重新求解β</p><p><b>　?、?利用</b></p><p><b>　　=βr</b></p><p><b>　　=&

27、lt;/b></p><p><b>　　……</b></p><p><b>　　和</b></p><p><b>　　……</b></p><p>　　求得轉子電路每級電路總電阻和轉子電路每級的分段電阻。</p><p>　　4.2 轉子串

28、頻敏變阻器啟動</p><p>　　采用轉子串電阻啟動，在負載功率較大時，追案子電流變化大，轉矩變化也大，對機械沖擊較大。啟動級數m越多，控制線路就越復雜。電阻器占地面積大，啟動損耗大，平穩(wěn)性差，啟動過程的電磁專戶隨轉速的變化而變化。為了克服這些缺點，可在轉子中串接頻敏變阻器啟動。</p><p>　　4.2.1頻敏變阻器</p><p>　　頻敏變阻器的結構，外形

29、像一臺沒有副邊繞組的三相變壓器，它由鐵芯由一定厚度的幾片或幾十片的鋼板或鐵板疊成，繞組接成Y形，然后接到電動機轉子繞組的初線段，如圖</p><p>　　頻敏變阻器的硅鋼片比一般的變壓器后100倍（3到4cm）左右，起等效電路和機械特性分別如下圖。圖中 為每相線圈繞組電阻，是反映鐵芯損耗的等值電阻，表示鐵芯組的勵磁電抗值。</p><p>　　圖4-2-1(a)頻敏變阻器的簡圖</p

30、><p>　　圖4-2-1（b）機械特性圖</p><p>　　4.2.2 啟動過程</p><p>　　電動機啟動時，n=0,s=1,f2=f1=50Hz，此時頻率最高。轉子電流流經頻敏變阻器的線圈，子啊截面較小的鐵芯中建立磁場，磁通密度很高，從而使鐵芯中產生較大的磁損耗，而因鐵芯飽和其值較小，即≥。這時相當于在電機的轉子回路串接一個電阻，從而減小啟動電流，提高啟動轉

31、矩。</p><p>　　電機啟動后，隨著轉速n的上升，轉子頻率f2減小，勵磁電阻減小，勵磁電抗也隨之減小，相當于轉子阻抗自動減小。</p><p>　　當n=時，s很小，磁損耗較小，即很小，機械特性接近固有特性。穩(wěn)定運行時，由于頻敏變阻器的阻抗使機械特性總比固有特性軟一些，啟動完畢后一般都要用接觸器將頻敏變阻器短接。</p><p>　　頻敏變阻器的優(yōu)點；它是一種

32、靜止的無觸點啟動設備，具有恒力矩的啟動特性，因而使啟動過程中的電流和機械沖擊小，控制系統(tǒng)比較簡單，易于時限自動控制。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　三相異步電動機的啟動電流很大，但啟動轉矩并不大，而作為電機啟動的要求，需要較大的啟動轉矩，最好能達到適合范圍里的最大，于此同時我們有得考慮啟動電流的影響，啟動電流不能太多，因此，為了滿足生產

33、機械對啟動轉矩和電網對啟動電流的限制，電機有不同的啟動方法，本文主要討論的是三相繞線型異步電機的串電阻啟動的可行性，并作出相應的設計計算。具體分為了，①轉子串多級電阻的啟動 ②轉子串頻敏變阻器的啟動來那個方面來說，重點在轉子串多級電阻啟動。選取了典型的三相啟動變阻器做以說明，進而推廣到一半的情況。進而得出結論。各級電阻阻值的選取計算，設計?？傮w來說，對于繞線型異步電動機，采用轉子串電阻或串頻敏變阻器的啟動方法，啟動性能還是很不錯的。&l

34、t;/p><p><b>　　設計體會</b></p><p>　　在此次的課程設計中手先選題，對于選題我一直徘徊在，異步電機的變頻調速，和串電阻啟動，同步電機變頻調速中選擇。而在具體實施中我選擇了串電阻啟動，在查資料中，卻是給了我許多啟發(fā)，在圖書館中也查詢了，相應的圖書，和教科書。在了解之后，具體從原理，實現條件，參數的計算，和相應的注意事項，串電阻的啟動優(yōu)缺點，都有一

35、定的了解，在實際實施，書寫時，出現了許多問題，不過總的下來再翻閱了相應的資料和找人解決，終于將本文寫完了，雖然，此次課程設計，不算太好但總體來說還是，從總體上設計出了穿電阻啟動的方式。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】陳隆昌，閻治安，劉新正. 控制電機【M】.西安：西安電子科技大學出版社，2000.</p><

36、;p>　　【2】顧繩谷.電機及拖動基礎（第三版）【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　【3】唐介.電機與拖動【M】.北京;高等教育出版社，2003.</p><p>　　【4】周紹英，牛秀巖.電機與拖動【M】.北京.中央廣播電視大學出版社，1994.</p><p>　　【5】楊長能. 電機與拖動基礎【M】 重慶:重慶大學出版社，19