繞線異步電動(dòng)機(jī)串電阻課程講解

1、物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課題名稱：電機(jī)與拖動(dòng)設(shè)計(jì)題目：繞線式異步電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：11 級(jí)自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào) ：1134307128目錄一、交流電動(dòng)機(jī)的綜述二、繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)三、設(shè)計(jì)內(nèi)容四、結(jié)論五、心得體會(huì)六、參考文獻(xiàn)一、交流電動(dòng)機(jī)的綜述交流電動(dòng)機(jī)，是將交流電的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。目前較常用 的交流電動(dòng)機(jī)有兩種： 1、三相異步電動(dòng)機(jī)。 2、單相交流電動(dòng)機(jī)。第一種多 用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。交流電動(dòng)機(jī)的原理：通電線圈在 磁場(chǎng)里轉(zhuǎn)動(dòng)。 交流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，你所說的模型中，定子就是電 磁鐵，轉(zhuǎn)子就是線圈。而定子和轉(zhuǎn)子是采用同一電源的，

2、所以，定子和轉(zhuǎn)子 中電流的方向變化總是同步的，即線圈中的電流方向變了，同時(shí)電磁鐵中的 電流方向也變，根據(jù)左手定則，線圈所受磁力方向不變，線圈能繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。 關(guān)于二個(gè)銅環(huán)的作用：二個(gè)銅環(huán)配上相應(yīng)的二個(gè)電刷，電流就能源源不斷的 被送入線圈。這個(gè)設(shè)計(jì)的好處是：避免了二根電源線的緾繞問題，因?yàn)榫€圈 是不停的轉(zhuǎn)的，用二條導(dǎo)線向線圈供電的話，二根電源線便會(huì)緾繞 關(guān)于線 圈中的電流由于是交流電，是有電流等于零的時(shí)刻，不過這個(gè)時(shí)刻同有電流 的時(shí)間比起來實(shí)在是太短了，更何況線圈有質(zhì)量，具有慣性，由于慣性線圈 就不會(huì)停下來。交流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)交流電的特性，在定子繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)，然后使轉(zhuǎn)子線圈做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)

3、，使轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng) 電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)和定子的磁場(chǎng)方向相反，才使轉(zhuǎn)子有了，旋轉(zhuǎn)力矩。1.1 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子三相對(duì)稱繞組中通以頻率為 f 1 的三相對(duì)稱電流便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 由下式確定n0=60f10p式中， P 為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 n 0又稱為同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的轉(zhuǎn)向隨之改變。1.2 異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)Y 形的電阻，或直接通過短路端環(huán)短三相異步電動(dòng)機(jī)主要由靜止的和轉(zhuǎn) 動(dòng)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(duì)稱繞組：三相對(duì)稱繞組每相在空間互差120，可聯(lián)接成 Y

4、 形或 形。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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，或直接用熔鋁澆鑄成短路繞組。線繞式：安放三相對(duì)稱繞組，其 一端接在一起形成 Y 形，另一端引出連接三個(gè)已被接成路。1.3 異步電動(dòng)機(jī)工作原理 轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，并在短路的轉(zhuǎn)子繞組中形成轉(zhuǎn)子 電流, 轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，形成轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)子隨旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)速 n 轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載。轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間轉(zhuǎn)速差的存在是 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的必要條件，轉(zhuǎn)速差以轉(zhuǎn)差率 s

5、 衡量S=n0 -n 100%n01.4 定子定子鐵芯：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(jī)定子繞組：電路；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(duì)稱繞組交流電機(jī)的定子繞組稱為電樞繞組 機(jī)座：支撐和固定作用；鑄鐵或鋼板焊接1.5 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯：導(dǎo)磁和嵌放轉(zhuǎn)子繞組； 0.5mm硅鋼片；外圓開槽 轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩種 籠型繞組：電路；鑄鋁或銅條優(yōu)缺點(diǎn) 繞線型繞組：對(duì)稱三相繞組：星接；集電環(huán)優(yōu)缺點(diǎn) 氣隙：氣隙大小的影響：中小型電機(jī)的氣隙為 0.2mm 2mm二 . 繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)

6、是指電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)起來，直至最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì) 于任何一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，在起動(dòng)時(shí)，都有下列兩個(gè)基本的要求。2.1 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大 堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)剛接通電源，轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)，工作點(diǎn)在 特性曲線上的 S 點(diǎn)。這時(shí)的轉(zhuǎn)差 s=1, 轉(zhuǎn)速 n=0,對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 T st稱為起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩。堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說明了電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)能力。因?yàn)橹挥性赥stTL 一般要求Tst （1.1 1.2 ）T L ，電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)起來。 Tst大，電動(dòng)機(jī)才能重載起動(dòng)； Tst 小，電動(dòng)機(jī)只能輕載，甚至空載起動(dòng)。所以只有 TstTL 時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能改變 原來的靜止?fàn)顟B(tài)，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。一般要求 Tst（1.1

7、1.2）TL 。Tst越 大于 TL ，起動(dòng)過程所需要的時(shí)間就越短。)2.2 起動(dòng)電流不要超過允許范圍對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)來說，由于起動(dòng)瞬間 s=1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)于轉(zhuǎn)子之間的相 對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很大，轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流都很大，所以起動(dòng)電流遠(yuǎn)大 于額定電流。在電源容量與電動(dòng)機(jī)的額定功率相比不是足夠大時(shí)，會(huì)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(huì)延長電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)時(shí)間。此外在起動(dòng)過于頻 繁時(shí)，還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過熱。在這兩種情況下，就必須設(shè)法減小起動(dòng)電流。 三. 設(shè)計(jì)內(nèi)容繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻不但可以減小起動(dòng)電流，而且 還可以增大起

8、動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械常采用 繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。容量較小的三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)可采用轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)起動(dòng)變阻器的方 法起動(dòng)。起動(dòng)變阻器通過手柄接成星形。起動(dòng)先把起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值， 再合上電源開關(guān) S，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)變阻器 的電阻，直到全部切除，使轉(zhuǎn)子繞組短接。容量較大的繞線型異步電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過程 中都有較大的起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流。現(xiàn)以兩級(jí)起動(dòng)為例介紹其起動(dòng) 步驟和起動(dòng)過。原理電路和機(jī)械特性如圖 1 所示。圖中機(jī)械特性只畫出了每 條特性的 n1M段，并近似用直線代替。起動(dòng)步驟如下：3.1 串聯(lián)起動(dòng)電阻 R

9、st1和 Rst2 起動(dòng)起動(dòng)前開關(guān) S1和 S2 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 R2 ，轉(zhuǎn)子電路每相總電阻為R22= R2 +R+R然后合上電源開關(guān) S，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為圖中的特性，由于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL ，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械開始起動(dòng)，工作點(diǎn)沿特性a由 b 點(diǎn)向 c 點(diǎn)移動(dòng)。a)(a) 電路圖b)機(jī)械特性圖13.2 切除起動(dòng)電阻 R當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá) c 點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩 T 等于切換轉(zhuǎn)矩 Ts2 時(shí)，合上開關(guān) S1切除 起動(dòng)電阻 Rst2 轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟21 =R2 +Rst1這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)樘匦?d。由于切除 Rst

10、2 的瞬間，轉(zhuǎn)速來不及改變，故工作點(diǎn)由特性 a上的 c點(diǎn)平移到特性 d上 e點(diǎn)，使這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍 等于 T s1 ，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性由 e點(diǎn)向f 點(diǎn)移動(dòng)3.3 切除起動(dòng)電阻 Rst1當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá) f 點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩 T 等于切換轉(zhuǎn)矩 Ts2 時(shí)，合上開關(guān) S1切 除起動(dòng)電阻 Rst1。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路短接，轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋?R20 =R2 機(jī)械特性變?yōu)楣逃刑匦?g，工作點(diǎn)由 f 點(diǎn)評(píng)至 h 點(diǎn)，使得這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 T仍正好等于 TS1,電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性 g 由 h向 i 移動(dòng)，經(jīng)過 i 點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在 P點(diǎn). 整個(gè)起動(dòng)過程結(jié)束。3.4 選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst

11、 和切換轉(zhuǎn)矩 Ts2一般選擇T s1 =(0.8-0.9)T MTs2 =(1.1-1.2)T L求出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比= T s1 / T s2求出起動(dòng)級(jí)數(shù) m 利用圖所示起動(dòng)過程中的機(jī)械特性，根據(jù)集合關(guān)系推導(dǎo)起動(dòng)級(jí)數(shù) m所計(jì) 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 s1/ T s2=(n 1-n h)/(n 1-n Mg)=S h /S MgTs2 / TM =(n 1-n i)/n 1-nMg)=S1/SMg式中 nh和ni是工作在 h點(diǎn)和i 點(diǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速，nMg是 TM與特性 g交點(diǎn)在的轉(zhuǎn)速（即臨界轉(zhuǎn)速） 。 Sh ,S i和 SMg 是與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率。同理可以求得T S1/

12、T M =Sb /S Ma=Se/S Mk/ Sh MgTs2/T=Sc /S Ma=Sf /S Mg=S/ Si Mg= (R22/ X 2)/ (R 21/ X 2)由于 Se= Sc, 對(duì)應(yīng)兩式相除，可得 =Tsi /T s2Ma /S Md=S22 / R 21由于 Sh =Sf =TS1/T s2S /SMd Mg21 / X 2 / R 20 / X 2 21 / R 20可見R22 = R21R21 = R20所以22 =R 20=R21若是 m級(jí)起動(dòng)，則R 2m = mR20=mR2式中R2m= R 2 +Rst1+Rst2+ +Rstm因此 =由前面的分析還可以得到Sh/S

13、Mg =Sb/SMaSc1 =SbSMcSMa若是 m級(jí)起動(dòng)，則Sg=R2 /R2m此外，在固有特性 c 上工作時(shí)Ts1/T N =Sg/S NSg= ST1TN將這些關(guān)系帶入 公式，可得兩邊取對(duì)數(shù)，便得到了起動(dòng)級(jí)數(shù) m的計(jì)算公式lgM=TNsNT1lg若 m不是整數(shù)可取相近整數(shù)重新計(jì)算，校驗(yàn) T2 , 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(jì)算 ，并求出 Ts2 ，校驗(yàn) Ts2 是否在式 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(dòng)級(jí)數(shù) m,重新計(jì)算 和 Ts2, 直到 Ts2滿足 要求為止。求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻 R2 轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻可以通過實(shí)測(cè)或者通過名牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組

14、額定 線電壓 U2N 和轉(zhuǎn)子繞組的額定線電流 I 2N 進(jìn)行計(jì)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(yùn) 行時(shí)由于 SN 很小， SN X2可以忽略不計(jì)，則sNU 2 NI 2N= R2 3 因此求得 R2 的計(jì)算公式為 sNU 2NR2 = 3I2N計(jì)算各級(jí)總電阻由前面的分析知道R20 =R2R21 =R2R22 = R1= 2 R2R2m=mR2求出各級(jí)起動(dòng)的電阻Rst2 =R22 -R2(m 1)啟動(dòng)級(jí)數(shù)已知時(shí)啟動(dòng)電阻計(jì)算已知 TL=120N.m， Pn=28kw,n=1440r/min, U 2n=199v,I2n=76.5A ，(1) 選擇啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T1TN

15、=60PN =60 60 10 =185.68N.m2N 2 1450a=2.2Tm=amt=2.2*185.38=408.4N.mT1=(0.8-0.9) T=(0.8-0.9)*408.421=(326.7-367.56)N.m取 T1=360.(2) 求出起切轉(zhuǎn)矩比：SN(n 0-n)/n 0=(1500-1440)/1500=0.04 =m TN =1.89sNT1( 3)求出切換轉(zhuǎn)矩 T2T2= T 1/ =360/1.89=190.4T2 基本在規(guī)定范圍之內(nèi) .由于 T21.1TL, 所以所選 m和合適.(4) 求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻 R2R2=sNU2N =0.0603I 2N(5

16、) 計(jì)算各級(jí)總電阻R21 = R2=1.89*0.060 =0.114 R22 = R21=1.89*0.114 =0.215 R23 = R22=1.89*0.21=0.38 R24=R23=1.89*0.38 =0.722(6) 求出各級(jí)起動(dòng)電阻Rst1= R 21- R 20.114-0.060 )=0.054 0.21-0.11 )=0.1 Rst3 = R 23 - R 22=(0.38-0.21 )=0.17 Rst4 =R24-R23=0.722-0.38 =0.342 四 . 結(jié)論繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串接電阻，一方面可以減小起動(dòng)電流， 另一方面可以增加最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)串

17、入某一合適電阻時(shí)，還能使電動(dòng)機(jī)以 它的最大轉(zhuǎn)矩 T 起動(dòng)。當(dāng)然，所串聯(lián)的電阻超過一定數(shù)值后，最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 反而會(huì)減小。由于繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻，不但可以減少起 動(dòng)電流，而且可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而，要求起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的生 產(chǎn)機(jī)械常用繞線型異步電動(dòng)機(jī)。通常，為了使整個(gè)起動(dòng)盡量保持較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路接入可以 逐級(jí)切除的三相啟動(dòng)變阻器，啟動(dòng)變阻器切換使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩保持在所設(shè)定的起 動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大和最小值之間。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般取 0.85T 左右?？傊D(zhuǎn)子回路串三相對(duì)稱可變電阻起動(dòng)，這種方法既可限制起動(dòng)電流， 又可增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，串接電阻值取得適當(dāng)，還可使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩接近最大轉(zhuǎn)矩起 動(dòng)，適

18、當(dāng)增大串接電阻的功率，使起動(dòng)電阻兼作調(diào)速電阻，一物兩用，適用 于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，并有調(diào)速要求的負(fù)載。缺點(diǎn)：多級(jí)調(diào)速控制電路較復(fù)雜， 電阻耗能大。心得及體會(huì)通過這段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，從無知到認(rèn)知，到深入了解，漸漸了我喜歡 上了這個(gè)全新的專業(yè)，讓我深刻的體會(huì)到學(xué)習(xí)過程是最美的。在整個(gè)課程設(shè) 計(jì)過程中，我每天都有很多新的體會(huì)。經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)，課程設(shè)計(jì)完成了，在沒有做課程設(shè)計(jì)之前覺得課程設(shè) 計(jì)只是對(duì)這個(gè)學(xué)科所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，但通過這次課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法片 面。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的提高。 通過課程設(shè)計(jì)，讓我更加明白學(xué)習(xí)是一個(gè)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)，努力提高知識(shí)和綜合能力。設(shè)計(jì)過程中，我查閱了大量的有關(guān)資料，并與同學(xué)交流，學(xué)到了不少知 識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲還是很多的。在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心。讓我充分體會(huì)到在創(chuàng)造過程中探索的 艱辛和成功的喜悅。我的獨(dú)立思考能力得到了相應(yīng)的提高，在設(shè)計(jì)過程中，我不僅