煙臺南山學院《電機與拖動》課程設計題目線繞式異步電動機串電阻起動設計姓名：周貴賓所在學院：煙臺南山學院所學專業(yè)：自動化班級：09自動化02班學號：200902010223指導教師：劉麗麗完成時間：2010-9-20目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1異步電動機工作原理1\o"CurrentDocument"1.1旋轉磁場1\o"CurrentDocument"2異步電動機結構2L3定子2L4轉子3\o"CurrentDocument"2電動機的起動指標3\o"CurrentDocument"1起動轉矩3\o"CurrentDocument"2起動電流4\o"CurrentDocument"3起動過程4\o"CurrentDocument"1串聯(lián)起動電阻R心和Rst2起動4\o"CurrentDocument"3.2切除起動電阻R53.3切除起動電阻Rst15\o"CurrentDocument"4起動級數(shù)未定時起動電阻所計算6\o"CurrentDocument"4.1選擇起動轉矩Tst和切換轉矩Ts26\o"CurrentDocument"4.2起動級數(shù)m64.3各項電阻的計算8\o"CurrentDocument"5電動機具體設計9\o"CurrentDocument"結論11心得及體會12\o"CurrentDocument"參考文獻141異步電動機工作原理當三相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流產(chǎn)生的三相磁動勢（定子旋轉磁動勢）并產(chǎn)生旋轉磁場。該旋轉磁場與轉子導體有相對切割運動，根據(jù)電磁感應原理,轉子導體產(chǎn)生感應電動勢并產(chǎn)生感應電流。根據(jù)電磁力定律，載流的轉子導體在磁場中受到電磁力作用，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轉速差的存在是異步電動機轉動的必要條件，轉速差以轉差率s衡量的n-nS=n0X100%轉子旋轉起來對稱三相繞組通入對稱三相電流轉子繞組在磁三相交流電能旋轉磁場（磁場能量）場中/轉子繞組中產(chǎn)生e和iI感電磁機械負載旋轉起來應一三相交流電能旋轉磁場（磁場能量）電磁機械負載旋轉起來磁感線切割轉子繞組1.1旋轉磁場設將定子三相繞組聯(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磁場。定子三相對稱繞組中通以頻率為f1的三相對稱電流便會產(chǎn)生旋轉磁場。旋轉磁場的轉速由下式確定60f1n0=P式中，P為電機的極對數(shù)。n0又稱為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，旋轉磁場的轉向隨之改變。

1.2異步電動機結構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動的兩部分構成，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形或人形。三相異步電動機轉動的部分稱為轉子，是用硅鋼片疊成的圓柱形鐵心，與定子鐵心共同形成磁路。轉子外圓周有槽用以安放轉子繞組。轉子繞組有鼠籠式和線繞式兩種。鼠籠式：將銅條打入槽內(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。1.3定子定子鐵芯：導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：支撐和固定作用；鑄鐵或鋼板焊接1.4轉子轉子鐵芯：導磁和嵌放轉子繞組；0.5mm硅鋼片；外圓開槽轉子繞組：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0.2mm?2mm2電動機的起動指標起動是指電動機從靜止狀態(tài)開始轉動起來，直至最后達到穩(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。2.1起動轉矩起動轉矩要足夠大。堵轉狀態(tài)時電動機剛接通電源，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L稱為起動轉矩。堵轉狀態(tài)說明了電動機的直接起動能力。因為只有在L,>TL〈一般要求L>(1.1?1.2)tL，電動機才能起動起來。L,大，電動機才能重載起動；L,小，電動機只能輕載，甚至空載起動。所以只有LmTl時，電動機才能改變原來的靜止狀態(tài)，拖動生產(chǎn)機械運轉。一般要求L>(1.1?1.2)TL。L越大于TL，起動過程所需要的時間就越短。2.2起動電流對三相異步電動機來說，由于起動瞬間s=1，旋轉磁場于轉子之間的相對運動速度很大，轉子電路的感應電動勢及電流都很大，所以起動電流遠大于額定電流。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，就必須設法減小起動電流。3起動過程繞線型異步電動機的轉子串聯(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矩，因而，要求起動轉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到最大值，再合上電源開關S，電動機開始起動。隨著轉速的升高，逐漸減小起動變阻器的電阻，直到全部切除，使轉子繞組短接。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n1M段，并近似用直線代替。起動步驟如下：3.1串聯(lián)起動電阻R.1和R.2起動起動前開關S1和S2斷開，使得轉子每相串入電阻R〃和R'，加上轉子每相繞組自身的電阻R2，轉子電路每相總電阻為R22=R2+R〃+R'然后合上電源開關S，這時電動機的機械特性為圖中的特性，由于轉動轉矩L遠大于負載轉矩L，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)機械特性圖13.2切除起動電阻R當工作點到達c點，即電磁轉矩T等于切換轉矩「,2時，合上開關S1切除起動電阻R吊2轉子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟21=R2+Rst1這時電動機的機械特性變?yōu)樘匦詃。由于切除Rst2的瞬間，轉速來不及改變，故工作點由特性a上的c點平移到特性d上e點，使這時的電磁轉矩仍等于TS1，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|st1當工作點到達f點，即電磁轉矩T等于切換轉矩Ts2時，合上開關S1切除起動電阻Rst1。電動機轉子電路短接，轉子每相電路的總電阻變?yōu)椋篟20=R2機械特性變?yōu)楣逃刑匦詆，工作點由f點評至h點，使得這時的電磁轉矩T仍正好等于Ts1,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.整個起動過程結束。4起動級數(shù)未定時起動電阻所計算4.1選擇起動轉矩T和切換轉矩T's24.1選擇起動轉矩T和切換轉矩T's2st一般選擇Tsi=(0.8-0.9)TMTs2=(1.1-1.2)Tl。匕L求出起動轉矩比64.2起動級數(shù)m利用圖所示起動過程中的機械特性，根據(jù)集合關系推導起動級數(shù)m所計算公式如下:由特性2與水平虛線構成的直三角形求得。Tsi/Ts2=(n1-nh)/(n】-nMg)=Sh/SMgMgTs2/TM=(n1-ni)/ni-nm，)Mg=S1/SMg式中nh和n^是工作在h點和i點時的轉速，nm，是TM與特性g交點在的轉速（即臨界轉速）。Sh,Si和SMg是與之對應的轉差率。同理可以求得TS1/TM=Sb/SMa=Se/SMk=Sh/SMgTs2/TM=SC/SMa=Sf/SMg=Si/SMg由于Se=Sc，對應兩式相除，可得6=Tsi/Ts2

=SMa/SMd=(R22/X2)/(R21/X2)=R22/R21由于Sh=SfP二TS1/L2=SMd/SMg=R21/X2由于Sh=SfP二TS1/L2=SMd/SMg=R21/X2/R20/X2=R21/R20可見R22邛R21R21邛所以R2022=P2R20邛R21若是m級起動，則R2m=PmR20式中=PR2m=R2+Rs，1+Rs，2+……+Rstm因此J12mP=靜2由前面的分析還可以得到Sh/SMg=Sb/SMaSC1=SbSM^a若是m級起動，則Sg=R2/R2m此外，在固有特性c上工作時Ts1/Tn=Sg/SnT—1—Sg=SNTn將這些關系帶入6公式，可得p=m；，tn1兩邊取對數(shù)，便得到了起動級數(shù)m的計算公式lgTnM=lg若m不是整數(shù)可取相近整數(shù)重新計算P，校驗T2，是否在規(guī)定范圍內(nèi)若m是取相似整數(shù)，則需要重新計算P，并求出T^2，校驗T^2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p和T^2，直到T^2滿足要求為止。4.3各項電阻的計算1）轉子每相繞組的電阻R2轉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子繞組額定線電壓U2N和轉子繞組的額定線電流I2N進行計算。由于轉子繞組為星形連接，相電流等于線電流，因此，在額定狀態(tài)下運行時由于Sn很小，SnX2可以忽略不計，則^^I2N=V3因此求得R2的計算公式為sU—氏—2N-山IR2—2N2）各級總電阻由前面的分析知道R20二R2R21="2R22邛R1邛2R2R2m邛mR2各級起動的電阻Rst1=R21-R2Rst2=R22-R21Rstm=R2m-R2(m1)5電動機具體設計選擇起動轉矩T160PnTN=2冗nN=199.04N-mTM=aMTTN=497.61N?mT1=(0.8~0.9)TM=(552.90~622.01)N-m取T1=590N?m求出起切轉矩比6n0—nNSN=n0=0.046=tSnT1=2.03求出切換轉矩T2T2=P=290.64N-mTL=0.8TN=159.23N?m由于T2>1.1TL=175.15N-m,所以所選m和6合適。求出轉子每相繞組電阻'Y2NR2=v'312N=0.159。求出各級總電阻R21=6R2=0.323。R22=6R21=0.656。R23=6R22=1.331。求出各級起動電阻Rst1=R21-R2=0.164。Rst2=R22-R21=0.333。Rst3=R23-R22=0.675。結論繞線式三相異步電動機轉子回路串接電阻，一方面可以減小起動電流，另一方面可以增加最初起動轉矩，當串入某一合適電阻時，還能使電動機以它的最大轉矩T起動。當然，所串聯(lián)的電阻超過一定數(shù)值后，最初起動轉矩反而會減小。由于繞線異步電動機的轉子串聯(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矩，因而，要求起動的轉矩大或起動頻繁的生產(chǎn)機械常用繞線型異步電動機。轉子回路串三相對