繞線異步電動機串電阻起動VIP

1、課程設(shè)計名稱: 電機與拖動課程設(shè)計 題 目：繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串阻 啟動設(shè)計 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 目錄1.異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理11.1旋轉(zhuǎn)磁場11.2異步電動機結(jié)構(gòu)11.2.1定子11.2.2轉(zhuǎn)子 11.3異步電動機工作原理 12.異步電機啟動方法 22.1繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻啟動 22.2轉(zhuǎn)子回路串接頻敏變阻器啟動控制 23.異步電機起動過33.1串聯(lián)起動電阻R和R起動3 3.2切除起動電阻R 43.3切除起動電阻R 44.起動級數(shù)未定時起動電阻的計算54.1選擇起動轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T 54.2求出起動轉(zhuǎn)矩比54.3求出起動級數(shù)m 54.4重新計算，校驗

2、T,是否在規(guī)定范圍內(nèi)64.5求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻R64.6計算各級總電阻84.7求出各級起動的電阻85.電動機的具體設(shè)計96.結(jié)論 107.參考文獻(xiàn) 111. 異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.1旋轉(zhuǎn)磁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 n=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。1.2異步電動機結(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

3、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，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。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)律連接成三相對稱繞組交流電機的定子繞組稱為電樞繞組機座

4、：支撐和固定作用；鑄鐵或鋼板焊接1.2.2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)缺點繞線型繞組：對稱三相繞組：星接；集電環(huán)優(yōu)缺點氣隙：氣隙大小的影響：中小型電機的氣隙為0.2mm2mm1.3異步電動機工作原理轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢，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)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，形成轉(zhuǎn)動力矩，使轉(zhuǎn)子隨旋轉(zhuǎn)磁場以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動并帶動機械負(fù)載。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S=100%2. 異步電機啟動方法 繞線式異步電動機與鼠籠式異步電動機

5、的主要區(qū)別是繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子采用三相對稱繞組，啟動時通常采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動，或者是采用頻敏變阻器啟動。2.1繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻啟動啟動時，在繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子回路中串入合適的三相對稱電阻，如果正確選取電阻器的電阻值，使轉(zhuǎn)子回路最大轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生在電動機啟動瞬間，從而縮短起動時間，達(dá)到減小啟動電流增大啟動轉(zhuǎn)矩的目的。隨著電動機轉(zhuǎn)速的升高，可變電阻逐級減小。啟動完畢后，可變電阻減小到零，轉(zhuǎn)子繞組被直接短接，電動機便在額定狀態(tài)下運行。 這種啟動方法的優(yōu)點是不僅能夠減少啟動電流，而且能使啟動轉(zhuǎn)矩保持較大范圍，故在需要重載啟動的設(shè)備如橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等場合被廣泛采用。其缺點是所需

6、的啟動設(shè)備較多，一部分能量消耗在啟動電阻，而且啟動級數(shù)較少。2.2轉(zhuǎn)子回路串接頻敏變阻器啟動控制 頻敏變阻器是一種阻抗值隨頻率明顯變化(敏感于頻率)、靜止的無觸點電磁元件，它實質(zhì)上是一個鐵心損耗非常大的三相電抗器。在電動機啟動時，將頻敏變阻器串接在轉(zhuǎn)子繞組中，由于頻敏變阻器的等值阻抗隨轉(zhuǎn)子電流頻率減小而減小，從而達(dá)到自動變阻的目的，因此只需要用一級頻敏變阻器就可以平穩(wěn)地把電動機啟動起來。 串接頻敏變阻器啟動的不足之處：由于有電感存在，使功率因數(shù)較低，啟動轉(zhuǎn)矩并不很大。因此當(dāng)繞線式異步電動機在輕載啟動時，采用頻敏變阻器法啟動優(yōu)點較明顯，如重載啟動，一般采用串電阻啟動。 3. 異步電機起動過程繞線

7、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。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。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

8、代替。啟動過程如下：3.1串聯(lián)起動電阻R和R起動起動前開關(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R= R+R+R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。 （a）電路圖 （b）機械特性3.2切除起動電阻R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)椋篟=R+R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

9、T，電動機繼續(xù)加速，工作點沿特性由e點向f點移動。3.3切除起動電阻R當(dāng)工作點到達(dá)f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。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 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。4. 起動級數(shù)未定時起動電阻的計算4.1選擇起動轉(zhuǎn)矩T和切換轉(zhuǎn)矩T一般選擇 T=(0.8-0.9)T T=(1.1-1.2)T4.2求出起動轉(zhuǎn)矩比 = T/ T4.3求出起動級數(shù)m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

10、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。 T/ T=(n-n)/(n-n) =S/S T/T=n-n/n-n =S/S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 TS1/T=S/S =S/S = S/ ST/T=S/S =S/S =S/ S由于S= S,對應(yīng)兩式相除，可得 =T/T =S/S = (R/ X2)/ (R/ X2) = R/ R由于S=S =TS1/T =S/S = R/ X/ R/ X = R/ R可見 R=R R=R所以 R= R =R若是m級起動，則 R=R =R式中 R2

11、m= R+R+R+R因此=由前面的分析還可以得到S/S=S/SS=S若是m級起動，則S=R/R此外，在固有特性c上工作時Ts1/T=S/SS= S將這些關(guān)系帶入公式，可得=兩邊取對數(shù)，便得到了起動級數(shù)m的計算公式m=若m不是整數(shù)可取相近整數(shù)4.4重新計算，校驗T,是否在規(guī)定范圍內(nèi)若m是取相似整數(shù)，則需要重新計算，并求出T，校驗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)，需加大啟動級數(shù)m,重新計算和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。由于轉(zhuǎn)子繞組為星形連接，相電流等于線電流

12、，因此，在額定狀態(tài)下運行時由于S很小，SX可以忽略不計，則I=因此求得R2的計算公式為 R=4.6計算各級總電阻由前面的分析知道R=RR=RR=R=RR=mR4.7求出各級起動的電阻R=R-RR=R-RR=R-R5. 電動機的具體設(shè)計啟動級數(shù)已知時啟動電阻計算已知啟動m=3，TL=200N.m，Pn=40kw,n=1435r/min,a=2.6,U2n=290v,I2n=86A(1)選擇啟動轉(zhuǎn)矩T1T=266.32N.mT=a T =2.6*266.32=692.43N.mT=(0.8-0.9) T =(0.8-0.9)*692.43 =(553.94-623.19)N.m取T1=580N.m

13、(2)求出起切轉(zhuǎn)矩比：SN(n0-n)/n0=(1500-1435)/1500=0.0433=（3）求出切換轉(zhuǎn)矩T2T2= T1/T2基本在規(guī)定范圍之內(nèi).由于T1.1T,所以所選m和合適.(4)求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻R2R=(5)求出各級起動電阻R= (-1)R2=(2.2-1)*0.0844=0.1R= (-)R2=(2.2-2.2)*0.0844=0.22R= (-)R2=(2.2-2.2)*0.0844=0.496. 結(jié)論 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

14、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。通常，為了使整個起動盡量保持較大的起動轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路接入可以逐級切除的三相啟動變阻器，啟動變阻器切換使起動轉(zhuǎn)矩保持在所設(shè)定的起動轉(zhuǎn)矩最大和最小值之間。起動轉(zhuǎn)矩一般取0.85T左右。這種啟動方法的優(yōu)點是不僅能夠減少啟動電流，而且能使啟動轉(zhuǎn)矩保持較大范圍，故在需要重載啟動的設(shè)備如橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等場合被廣泛采用。繞線型轉(zhuǎn)子異步電動機還可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速。其缺點是所需的啟動設(shè)備較多，一部分能量消耗在啟動電阻，而且啟動級數(shù)較少。在電動機啟動時，將頻敏變阻器串接在轉(zhuǎn)子繞組中，由于頻敏變阻器的等值阻抗隨轉(zhuǎn)子電流頻率減小而減小，從而達(dá)到自動變阻的目的，因此只需要用一級頻敏變阻器就可以平穩(wěn)地把電動機啟動起來。串接頻敏變阻器啟動的不