绕线异步电动机串电阻课程讲解

1、物理科学与工程技术学院课程设计说明书课题名称：电机与拖动设计题目：绕线式异步电动机串电阻启动设计专业班级：11 级自动化学生姓名：学 号 ：1134307128目录一、交流电动机的综述二、绕线转子三相异步电动机三、设计内容四、结论五、心得体会六、参考文献一、交流电动机的综述交流电动机，是将交流电的电能转变为机械能的一种机器。目前较常用 的交流电动机有两种： 1、三相异步电动机。 2、单相交流电动机。第一种多 用在工业上，而第二种多用在民用电器上。交流电动机的原理：通电线圈在 磁场里转动。 交流电动机由定子和转子组成，你所说的模型中，定子就是电 磁铁，转子就是线圈。而定子和转子是采用同一电源的，

2、所以，定子和转子 中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的 电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。 关于二个铜环的作用：二个铜环配上相应的二个电刷，电流就能源源不断的 被送入线圈。这个设计的好处是：避免了二根电源线的緾绕问题，因为线圈 是不停的转的，用二条导线向线圈供电的话，二根电源线便会緾绕 关于线 圈中的电流由于是交流电，是有电流等于零的时刻，不过这个时刻同有电流 的时间比起来实在是太短了，更何况线圈有质量，具有惯性，由于惯性线圈 就不会停下来。交流电动机是根据交流电的特性，在定子绕组中产生旋转磁 场，然后使转子线圈做切割磁感线的运动

3、，使转子线圈产生感应电流，感应 电流产生的感应磁场和定子的磁场方向相反，才使转子有了，旋转力矩。1.1 旋转磁场定子三相对称绕组中通以频率为 f 1 的三相对称电流便会产生旋转磁场旋转磁场的转速 由下式确定n0=60f10p式中， P 为电机的极对数。 n 0又称为同步转速旋转磁场的转向由三相电 流通入三相绕组的相序决定。改变电流相序，旋转磁场的转向随之改变。1.2 异步电动机结构Y 形的电阻，或直接通过短路端环短三相异步电动机主要由静止的和转 动的两部分构成，其静止部分称为定子。定子是用硅钢片叠成的圆筒形铁心， 其内圆周有槽用来安放三相对称绕组：三相对称绕组每相在空间互差120，可联接成 Y

4、 形或 形。三相异步电动机转动的部分称为转子，是用硅钢片叠 成的圆柱形铁心，与定子铁心共同形成磁路。转子外圆周有槽用以安放转子 绕组。转子绕组有鼠笼式和线绕式两种。鼠笼式：将铜条扦入槽内，两端用 铜环短接，或直接用熔铝浇铸成短路绕组。线绕式：安放三相对称绕组，其 一端接在一起形成 Y 形，另一端引出连接三个已被接成路。1.3 异步电动机工作原理 转子绕组切割旋转磁场产生感应电势，并在短路的转子绕组中形成转子 电流, 转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，形成转动力矩，使转子随旋 转磁场以转速 n 转动并带动机械负载。转子和旋转磁场之间转速差的存在是 异步电动机转动的必要条件，转速差以转差率 s

5、 衡量S=n0 -n 100%n01.4 定子定子铁芯：导磁和嵌放定子三相绕组： 0.5mm硅钢片冲制涂漆叠压而成；内圆均匀开槽；槽形有半闭口；半开口和开口槽三种：适用于不同的电机定子绕组：电路；绝缘导线绕制线圈；由若干线圈按一定规律连接成三 相对称绕组交流电机的定子绕组称为电枢绕组 机座：支撑和固定作用；铸铁或钢板焊接1.5 转子转子铁芯：导磁和嵌放转子绕组； 0.5mm硅钢片；外圆开槽 转子绕组：分为笼型和绕线型两种 笼型绕组：电路；铸铝或铜条优缺点 绕线型绕组：对称三相绕组：星接；集电环优缺点 气隙：气隙大小的影响：中小型电机的气隙为 0.2mm 2mm二 . 绕线转子三相异步电动机起动

6、是指电动机从静止状态开始转动起来，直至最后达到稳定运行。对 于任何一台电动机，在起动时，都有下列两个基本的要求。2.1 起动转矩要足够大 堵转状态时电动机刚接通电源，转子尚未转动时的工作状态，工作点在 特性曲线上的 S 点。这时的转差 s=1, 转速 n=0,对应的电磁转矩 T st称为起动 转矩。堵转状态说明了电动机的直接起动能力。因为只有在TstTL 一般要求Tst （1.1 1.2 ）T L ，电动机才能起动起来。 Tst大，电动机才能重载起动； Tst 小，电动机只能轻载，甚至空载起动。所以只有 TstTL 时，电动机才能改变 原来的静止状态，拖动生产机械运转。一般要求 Tst（1.1

7、1.2）TL 。Tst越 大于 TL ，起动过程所需要的时间就越短。)2.2 起动电流不要超过允许范围对三相异步电动机来说，由于起动瞬间 s=1，旋转磁场于转子之间的相 对运动速度很大，转子电路的感应电动势及电流都很大，所以起动电流远大 于额定电流。在电源容量与电动机的额定功率相比不是足够大时，会引起输 电线路上电压的增加，造成供电电压的明显下降，不仅影响了同一供电系统 中其他负载的工作，而且会延长电动机本身的起动时间。此外在起动过于频 繁时，还会引起电动机过热。在这两种情况下，就必须设法减小起动电流。 三. 设计内容绕线型异步电动机的转子串联合适的电阻不但可以减小起动电流，而且 还可以增大起

8、动转矩，因而，要求起动转矩大或起动频繁的生产机械常采用 绕线型异步电动机拖动。容量较小的三相绕线型异步电动机可采用转子电路串联起动变阻器的方 法起动。起动变阻器通过手柄接成星形。起动先把起动变阻器调到最大值， 再合上电源开关 S，电动机开始起动。随着转速的升高，逐渐减小起动变阻器 的电阻，直到全部切除，使转子绕组短接。容量较大的绕线型异步电动机一般采用分级起动的方法以保证起动过程 中都有较大的起动的转矩和较小的起动电流。现以两级起动为例介绍其起动 步骤和起动过。原理电路和机械特性如图 1 所示。图中机械特性只画出了每 条特性的 n1M段，并近似用直线代替。起动步骤如下：3.1 串联起动电阻 R

9、st1和 Rst2 起动起动前开关 S1和 S2 断开，使得转子每相串入电阻 R和 R，加上转子每相绕组自身的电阻 R2 ，转子电路每相总电阻为R22= R2 +R+R然后合上电源开关 S，这时电动机的机械特性为图中的特性，由于转动转矩 Tst远大于负载转矩 TL ，电动机拖动生产机械开始起动，工作点沿特性a由 b 点向 c 点移动。a)(a) 电路图b)机械特性图13.2 切除起动电阻 R当工作点到达 c 点，即电磁转矩 T 等于切换转矩 Ts2 时，合上开关 S1切除 起动电阻 Rst2 转子每相电路的总电阻变为：R21 =R2 +Rst1这时电动机的机械特性变为特性 d。由于切除 Rst

10、2 的瞬间，转速来不及改变，故工作点由特性 a上的 c点平移到特性 d上 e点，使这时的电磁转矩仍 等于 T s1 ，电动机继续加速，工作点沿特性由 e点向f 点移动3.3 切除起动电阻 Rst1当工作点到达 f 点，即电磁转矩 T 等于切换转矩 Ts2 时，合上开关 S1切 除起动电阻 Rst1。电动机转子电路短接，转子每相电路的总电阻变为： R20 =R2 机械特性变为固有特性 g，工作点由 f 点评至 h 点，使得这时的电磁转矩 T仍正好等于 TS1,电动机继续加速，工作点沿特性 g 由 h向 i 移动，经过 i 点，最后稳定运行在 P点. 整个起动过程结束。3.4 选择起动转矩 Tst

11、 和切换转矩 Ts2一般选择T s1 =(0.8-0.9)T MTs2 =(1.1-1.2)T L求出起动转矩比= T s1 / T s2求出起动级数 m 利用图所示起动过程中的机械特性，根据集合关系推导起动级数 m所计 算公式如下：由特性 2 与水平虚线构成的直三角形求得。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点和i 点时的转速，nMg是 TM与特性 g交点在的转速（即临界转速） 。 Sh ,S i和 SMg 是与之对应的转差率。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, 对应两式相除，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可见R22 = R21R21 = R20所以22 =R 20=R21若是 m级起动，则R 2m = mR20=mR2式中R2m= R 2 +Rst1+Rst2+ +Rstm因此 =由前面的分析还可以得到Sh/S

13、Mg =Sb/SMaSc1 =SbSMcSMa若是 m级起动，则Sg=R2 /R2m此外，在固有特性 c 上工作时Ts1/T N =Sg/S NSg= ST1TN将这些关系带入 公式，可得两边取对数，便得到了起动级数 m的计算公式lgM=TNsNT1lg若 m不是整数可取相近整数重新计算，校验 T2 , 是否在规定范围内。若 m是取相似整数，则需要重新计算 ，并求出 Ts2 ，校验 Ts2 是否在式 所规定的范围之内。若不在规定范围内，需加大启动级数 m,重新计算 和 Ts2, 直到 Ts2满足 要求为止。求出转子每相绕组的电阻 R2 转子每相绕组的电阻可以通过实测或者通过名牌上提供的转子绕组

14、额定 线电压 U2N 和转子绕组的额定线电流 I 2N 进行计算。由于转子绕组为星形连接，相电流等于线电流，因此，在额定状态下运 行时由于 SN 很小， SN X2可以忽略不计，则sNU 2 NI 2N= R2 3 因此求得 R2 的计算公式为 sNU 2NR2 = 3I2N计算各级总电阻由前面的分析知道R20 =R2R21 =R2R22 = R1= 2 R2R2m=mR2求出各级起动的电阻Rst2 =R22 -R2(m 1)启动级数已知时启动电阻计算已知 TL=120N.m， Pn=28kw,n=1440r/min, U 2n=199v,I2n=76.5A ，(1) 选择启动转矩 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) 求出起切转矩比：SN(n 0-n)/n 0=(1500-1440)/1500=0.04 =m TN =1.89sNT1( 3)求出切换转矩 T2T2= T 1/ =360/1.89=190.4T2 基本在规定范围之内 .由于 T21.1TL, 所以所选 m和合适.(4) 求出转子每相绕组电阻 R2R2=sNU2N =0.0603I 2N(5

16、) 计算各级总电阻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) 求出各级起动电阻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 . 结论绕线式三相异步电动机转子回路串接电阻，一方面可以减小起动电流， 另一方面可以增加最初起动转矩，当串

17、入某一合适电阻时，还能使电动机以 它的最大转矩 T 起动。当然，所串联的电阻超过一定数值后，最初起动转矩 反而会减小。由于绕线异步电动机的转子串联合适的电阻，不但可以减少起 动电流，而且可以增大起动转矩，因而，要求起动的转矩大或起动频繁的生 产机械常用绕线型异步电动机。通常，为了使整个起动尽量保持较大的起动转矩，在转子回路接入可以 逐级切除的三相启动变阻器，启动变阻器切换使起动转矩保持在所设定的起 动转矩最大和最小值之间。起动转矩一般取 0.85T 左右。总之，转子回路串三相对称可变电阻起动，这种方法既可限制起动电流， 又可增大起动转矩，串接电阻值取得适当，还可使起动转矩接近最大转矩起 动，适

18、当增大串接电阻的功率，使起动电阻兼作调速电阻，一物两用，适用 于要求起动转矩大，并有调速要求的负载。缺点：多级调速控制电路较复杂， 电阻耗能大。心得及体会通过这段时间的课程设计，从无知到认知，到深入了解，渐渐了我喜欢 上了这个全新的专业，让我深刻的体会到学习过程是最美的。在整个课程设 计过程中，我每天都有很多新的体会。经过一周的奋战，课程设计完成了，在没有做课程设计之前觉得课程设 计只是对这个学科所学知识的总结，但通过这次课程设计发现自己的看法片 面。课程设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的提高。 通过课程设计，让我更加明白学习是一个长期的积累过程，经后的工作、生 活中应该不段的学习，努力提高知识和综合能力。设计过程中，我查阅了大量的有关资料，并与同学交流，学到了不少知 识，也经历了不少艰辛，但收获还是很多的。在设计中培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心。让我充分体会到在创造过程中探索的 艰辛和成功的喜悦。我的独立思考能力得到了相应的提高，在设计过程中，我不仅