繞線異步電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)設(shè)計(jì)

摘要由于三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流很大容易造成電機(jī)和設(shè)備的損壞，因此我小組對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)做了研究，目的是保證電動(dòng)機(jī)安全啟動(dòng)。本文針對(duì)繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻做了闡述，根據(jù)啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求設(shè)計(jì)合適的電阻與啟動(dòng)級(jí)數(shù)來(lái)保證電動(dòng)機(jī)安全平穩(wěn)的啟動(dòng)。關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)；串電阻；啟動(dòng)目錄1電動(dòng)機(jī)概述1.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)…………………31.2異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)…………31.3異步電動(dòng)機(jī)工作原理……………………31.4定子………………………31.5轉(zhuǎn)子………………………32電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)指標(biāo)2.1啟動(dòng)電流………………42.2啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩………………43啟動(dòng)過(guò)程3.1串聯(lián)起動(dòng)電阻R和R起動(dòng)………53.2切除起動(dòng)電阻R………53.3切除起動(dòng)電阻R……………………54起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)起動(dòng)電阻所計(jì)算4.1選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T……84.2求出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比β……………………84.3求出起動(dòng)級(jí)數(shù)m………84.4重新計(jì)算β，校驗(yàn)T,是否在規(guī)定范圍內(nèi)?！?4.5求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R…………84.6計(jì)算各級(jí)總電阻………94.7求出各級(jí)起動(dòng)的電阻…………………95結(jié)論……………………126心得體會(huì)…………………137參考文獻(xiàn)………………141.電動(dòng)機(jī)1.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子三相對(duì)稱繞組中通以頻率為f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n=式中:P為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。n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(guò)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(lái)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形或Δ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衡量S=×100%1.4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(kāi)槽；槽形有半閉口；半開(kāi)口和開(kāi)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(kāi)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～2mm2.電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)指標(biāo)起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，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稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說(shuō)明了電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)能力。因?yàn)橹挥性赥>T<一般要求T>（1.1～1.2）T，電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)起來(lái)。T大，電動(dòng)機(jī)才能重載起動(dòng)；T小，電動(dòng)機(jī)只能輕載，甚至空載起動(dòng)。所以只有T≧T時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能改變?cè)瓉?lái)的靜止?fàn)顟B(tài)，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。一般要求T>（1.1～1.2）T。T越大于T，起動(dòng)過(guò)程所需要的時(shí)間就越短。2.2起動(dòng)電流不要超過(guò)允許范圍對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)時(shí)間。此外在起動(dòng)過(guò)于頻繁時(shí)，還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。在這兩種情況下，就必須設(shè)法減小起動(dòng)電流。3.起動(dòng)過(guò)程繞線型異步電動(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(guò)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(kāi)關(guān)S，電動(dòng)機(jī)開(kāi)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(guò)程中都有較大的起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流?，F(xiàn)以兩級(jí)起動(dòng)為例介紹其起動(dòng)步驟和起動(dòng)過(guò)。原理電路和機(jī)械特性如圖1所示。圖中機(jī)械特性只畫(huà)出了每條特性的nM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Rst2和Rst2起動(dòng)起動(dòng)前開(kāi)關(guān)S和S斷開(kāi)，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(kāi)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T遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械開(kāi)始起動(dòng)，工作點(diǎn)沿特性a由b點(diǎn)向c點(diǎn)移動(dòng)。(a)電路圖（b）機(jī)械特性圖3.1-1電動(dòng)機(jī)的電路圖和機(jī)械特性圖3.2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T時(shí)，合上開(kāi)關(guān)S切除起動(dòng)電阻R轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟=R+R這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)樘匦詃。由于切除R的瞬間，轉(zhuǎn)速來(lái)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，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R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T時(shí)，合上開(kāi)關(guān)S切除起動(dòng)電阻R。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)椋篟=R機(jī)械特性變?yōu)楣逃刑匦詆，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T,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(guò)i點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在P點(diǎn).整個(gè)起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。4．起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)起動(dòng)電阻所計(jì)算4.1選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T一般選擇T=(0.8-0.9)TT=(1.1-1.2)T4.2求出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比ββ=T/T4.3求出起動(dòng)級(jí)數(shù)m利用圖所示起動(dòng)過(guò)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。=S/S=S/S式中n和n是工作在h點(diǎn)和i點(diǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速，n是T與特性g交點(diǎn)在的轉(zhuǎn)速（即臨界轉(zhuǎn)速）。S,S和S是與之對(duì)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(duì)應(yīng)兩式相除，可得β=T/T=S/S=(R/X2)/(R/X2)=R/R由于S=Sβ=TS1/T=S/S=R/X/R/X=R/R可見(jiàn)R=βRR=βR所以R=βR=βR若是m級(jí)起動(dòng)，則R=βR=βR式中R2m=R+R+R+……+R因此β=由前面的分析還可以得到S/S=S/SS=S若是m級(jí)起動(dòng)，則S=R/R此外，在固有特性c上工作時(shí)Ts1/T=S/SS=S將這些關(guān)系帶入β公式，可得β=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M=若m不是整數(shù)可取相近整數(shù)4.4重新計(jì)算β，校驗(yàn)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(jì)算β，并求出T，校驗(yàn)T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β和T,直到T滿足要求為止。4.5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(guò)實(shí)測(cè)或者通過(guò)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(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S很小，SX可以忽略不計(jì)，則I=因此求得R2的計(jì)算公式為R=4.6計(jì)算各級(jí)總電阻由前面的分析知道R=RR=βRR=βR=βR……R=βmR4.7求出各級(jí)起動(dòng)的電阻R=R-RR=R-R……R=R-R具體設(shè)計(jì)如下：選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1切換轉(zhuǎn)矩T2T===150N.mT=aT=2.3*150N.m=345N.mT=(0.8-0.9)T=(0.8-0.9)*345=(276-310)N.mT2=(1.1-1.2)Tl=(1.1-1.2)*100取T=280N.m,T2=120N.m②求出起切轉(zhuǎn)矩比ββ=T1/T2=280/120=2.3β===2.17求出起動(dòng)級(jí)數(shù)m(n0-nN)/n0=750-740=0.013m===1.6/0.36=4.4取m=4.重新計(jì)算β,檢驗(yàn)T2是否在規(guī)定范圍內(nèi)β==T2=T1/β=280/2.5=110.5T2基本在規(guī)定范圍之內(nèi).由于T>1.1T,所以所選m和β合適.⑤求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻R2R==Ω⑥計(jì)算各級(jí)總電阻R=βR=2.5*0.045=0.113ΩR=βR=2.5*0.113=0.283ΩR=βR=2.5*0.283=0.707ΩR=βR=2.5*0.707=1.768⑦求出各級(jí)起動(dòng)電阻R=R-R=（）Ω=0.0677ΩR=R-R=（0.283-0.1113）=0.17ΩR=R-R=（）=0.424ΩR=R24-R23=1.061Ω5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(guò)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?，轉(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。6心得及體會(huì)通過(guò)這段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，我明白真正的設(shè)計(jì)不能有一點(diǎn)馬虎，每一步都要細(xì)心認(rèn)真無(wú)論是知識(shí)的運(yùn)用還是論文的格式都要按要求認(rèn)真對(duì)待。設(shè)計(jì)過(guò)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)，在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心。我的獨(dú)立思考能力得到了相應(yīng)的提高，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不僅學(xué)到了知識(shí)，也體會(huì)到知識(shí)的力量，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的欠缺，以后要積極的改正，為自己以后的學(xué)習(xí)實(shí)踐打基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)了平時(shí)學(xué)習(xí)的知識(shí)面太過(guò)狹窄，以后要