三相异步电动机制动方法及应用

1、西安科技大学继续教育学院电力拖动技术课程设计报告书三相异步电动机制动方法及应用专 业：电气自动化学生姓名： sjcqing班 级：09电气自动化大专班指导老师：提交日期：2012 年 3月近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工 农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有 大量的中、小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越 来越重要。电机是现代工农业生产和交通运输的重要设备，与电机配套的控制设备的性能已经成为 用户关注的焦点。电机的控制包括电机的起动、调速和制动。异步电动机

2、由于具有结构简单、体积 小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台 上得到了广泛应用。据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。当电机并入电网时，电机转速 从静止加速到额定转速的过程称为电机的起动过程。异步电动机的起动性能最重要的是起动电流和 起动转矩。因此在电机的起动过程中，如何降低起动电流，增大起动转矩，一直是机电行业的专家 们探讨的重要课题。电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。本文是对三相异 步电动机做出深入的剖析与设计。三相异步电动机是一种具有高效率、低磨损、低噪声的电机机种. 本设计在介绍三相异步电动机中，关于相数、极数

3、、槽数及绕组连接方式的选择方法和应遵从的规 律详细的加以说明和介绍。文中主要介绍了几种常用的制动方式的特点，对不同制动方式进行了技 术比较，分析了他们各自的实用场所，为实际应用提供了科学的理论依据。关键词：三相异步电动机 结构 制动方式AbstractIn recent decades, along with the electric power electronic technology, microelectronic technology and modern control theory, medium, small power motors in industrial and agr

4、icultural production and peoples daily life are extremely extensive application. Especially in the township enterprises and household appliances, needs to have plenty of medium, small power motor. Due to the development of the motor and the widespread application, its use, maintenance and maintenanc

5、e work is more important. The motor is a modern industrial and agricultural production and transport of the essential equipment, and machine control equipment performance has become a user focus. Motor control includes a motor starting, speed regulation and braking. Asynchronous motor due to its sim

6、ple structure, small volume, low cost, reliable operation, convenient repair, high efficiency, good working properties, and thus in the electric drive platform has been widely used. According to statistics, its power consumption accounted for about40% of generating capacity. When the motor is connec

7、ted with the power grid, the motor speed to accelerate from zero to the rated speed of the process is known as the motor starting process. Asynchronous motor starting performance, the most important is the starting current and starting torque. Therefore in the motor starting process, how to reduce t

8、he starting current, increase the starting torque, is a mechanical and electrical industry experts to explore the important subject. Motor machine a wide range of applications, a wide range of different classification methods, properties, also a lot of. This article is on the three-phase asynchronou

9、s motor to make deep analysis and design. The three-phase asynchronous motor is a kind of high efficiency, low wear, low noise motor models. The design in the design of the three-phase asynchronous motor, on the phase number, the number of poles, slot number and winding connection mode selection met

10、hod and the laws that should be obeyed. This paper mainly introduces several common braking characteristics, for different braking modes of technology, analyzes their practical places, for practical applications to provide scientific theoretical basis.Key words: three-phase asynchronous motor struct

11、ure braking method-IX. 1刖言电动机是把电能转换成机械能的设备。近几十年随着科技的发展电动机在机械、 冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，被广泛地应用 着。随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的 元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗 及日常生活中（现代化的家电工业中）电动机也愈来愈广泛地应用起来与单相电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结 构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简 单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广

12、泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕 线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变 阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。而三相 异步电动机的制动方法，在其中无疑起到了关键性的作用，其在切断电源以后，利用 电气原理或机械装置使电动机迅速停转。其制动方法主要分为，电力制动和机械制动。 电力制动和机械制动又可分为若干制动方式。其制动方法和制动原理在第二章会重点 介绍。在本次课题设计中共分为三大章节，第一章为课题介绍，在其中说明了本课题的 设计背景、设计意义以及本课题的主要工作。第二章则着重于三相异步电动机制动方 法的介绍、分类以及其结构原理

13、。第三章是三相异步电动机的绕组故障分析以及故障 处理方法。此课题在设计过程中，重点介绍了三相异步电动机的制动方法，在查阅相关资料 和老师、同学的帮助下完成了相关理论知识的设计，由于个人设计的水平有限，难免 有疏漏和欠妥之处，敬请老师和同学指正，谢谢！目录 TOC o 1-5 h z 前言3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第1章课题介绍5 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 1.1课题背景5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 1.2课题意义5 H

14、YPERLINK l bookmark27 o Current Document 本课题主要工作5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 第2章三相异步电动机的制动方法6 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 2.1何谓三相异步电动机的制动6 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.2三相异步电动机的制动介绍6 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.3三相异步电动机的制动步骤8 HYPERLINK l bo

15、okmark83 o Current Document 2.4回馈制动（又称发电制动、再生制动）16 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 第3章 三相异步电动机绕组的故障分析和处理 18 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 绕组接地 18 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 绕组短路 18 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 绕组断路19 HYPERLINK l bookmark125 o Curre

16、nt Document 绕组接错 20 HYPERLINK l bookmark135 o Current Document 总 结21 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 参考文献22 HYPERLINK l bookmark141 o Current Document 致 谢23第1章课题介绍1.1课题背景由于生产机械的不断更新和发展，对电动机的起动性能也提出了越来越高的要求。 电动机作为重要的动力装置，已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以 及日常生活中。直流电动机其调速在过去一直占统治地位，但由于本身结构原因，例 如换向器的机

17、械强度不高，电刷易于磨损等，远远不能适应现代生产向高速大容量化 发展的要求。相比之下，三相异步交流电动机拥有延长设备的使用寿命，有强大的降 噪能力，操作智能化，维护简便、通用性强等众多特性，特别是三相线笼式异步电动 机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠等优 势，在工业中得到了极为广泛的应用，也正在发挥着越来越重要的作用。三相异步电动机在各种电动机中的应用最广，需求量最大，在工业生产、农业机 械化交通运输、国防工业等电力拖动装置中有很大的比重，这是因为三相异步电动机 具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点，另外还具有较高的运 行效率和较好的工作特

18、性，能满足各行业大多数生产机械的转动要求。因此三相交流异步电动机的技术在我国有极为广泛的发展前景。1.2课题意义通过本课题的设计，了解三相异步电动机的基本自动方式，进一步了解三相异步 电动机的结构、工作原理、三相异步电动机的分类及用途、各种制动方式和三相异步 电动机在应用中经常出现的问题。本次课程设计将对三相异步电动机的制动控制方式 进行分析，进一步分别讨论了三相异步电动机的几种制动方式特性以及在不同设备中 的应用情况。1.3本课题主要工作介绍三相异步电动机的基本结构和工作原理，详细介绍了三相异步电动机的制动 方法、控制线路和使用过程中的故障处理。第2章 三相异步电动机的制动方法2.1何谓三相

19、异步电动机的制动在切断电源以后，利用电气原理或机械装置使电动机迅速停转的方法称为三相异 步电动机的制动2.2三相异步电动机的制动介绍制动的方法一般有两类：机械制动和电力制动。机械制动：利用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的方法叫机械制动。机械 制动常用的方法有：电磁抱闸和电磁离合器制动。电气制动：电动机产生一个和转子转速方向相反的电磁转矩，使电动机的转速迅 速下降。三相交流异步电动机常用的电气制动方法有反接制动、能耗制动和回馈制动。 2.2.1机械制动采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。如电磁抱闸、电磁离合 离合器等电磁铁制动器。（1）电磁抱闸断电制动控制电路电磁抱闸抱闸断电控

20、制电路如图1所示。合上电源开关QS和开关K,电动机接通电 源，同时电磁抱闸线圈YB得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分 开，电动机正常运转。断开开关，电动机失电，同时电磁抱闸线圈YB也失电，衔铁在 弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动而停 转。图中开关K可采用倒顺开关、主令控制器、交流接触器等控制电动机的正反转， 满足控制要求。倒顺开关接线示意图如图2所示。这种制动方法在起重机械上广泛应 用，如行车、卷扬机、电动葫芦（大多采用电磁离合器制动）等。其优点是能准确定 位，可防止电动机突然断电时重物自行坠落而造成事故。-转轴图中2、3、5接点分别接图1

21、中u、vw接点图27(2)电磁抱闸通电制动控制电路电磁抱闸断电制动其闸瓦紧紧抱住闸轮，若想手动调整工作是很困难的。因此，对 电动机制动后仍想调整工件的相对位置的机床设备就不能采用断电制动，而应采用通 电制动控制，其电路如图3所示。当电动机得电运转时，电磁抱闸线圈无法得电，闸瓦2.3三相异步电动机的制动步骤2.3.1反接制动的方法异步电动机反接制动有两种，一种是在负载转矩作用下使电动机反转的倒拉反 转反接制动，这种方法不能准确停车。另一种是依靠改变三相异步电动机定子绕组中 三相电源的相序产生制动力矩，迫使电动机迅速停转的方法。反接制动的优点是：制动力强，制动迅速。缺点是：制动准确性差，制动过程中

22、 冲击强烈，易损坏传动零件，制动能量消耗大，不宜经常制动。因此反接制动一般适 用于制动要求迅速、系统惯性较大，不经常启动与制动的场合。（1）速度继电器（文字符号KS）速度继电器是依靠速度大小使继电器动作与否的信号，配合接触器实现对电动机 的反接制动，故速度继电器又称为反接制动继电器。感应式速度继电器是靠电磁感应原理实现触头动作的。从结构上看，与交流电机 类似，速度继电器主要由定子、转子和触头三部分组成。定子的结构与笼型异步电动 机相似，是一个笼型空心圆环，有硅钢片冲压而成，并装有笼型绕组。转子是一个圆 柱形永久磁铁。1-转轴 2-转子3-定子4-绕组5-定亍柄6-静触头7-动触头 8、9-簧片

23、速度继电器的结构原理图a）转子b）常开触头 c）常闭触头速度继电器的符号速度继电器的轴与电动机的轴相连接。转子固定在轴上，定子与轴同心。当电动 机转动时，速度继电器的转子随之转动，绕组切割磁场产生感应电动势和电流，此电 流和永久磁铁的磁场作用产生转矩，使定子向轴的转动方向偏摆，通过定子柄拨动触 头，使常闭触头断开、常开触头闭合。当电动机转速下降到接近零时，转矩减小，定 子柄在弹簧力的作用下恢复原位，触头也复原。常用的感应式速度继电器有JY1和 JFZ0系列。JY1系列能在3000r/min的转速下可靠工作。JFZ0型触头动作速度不受定 子柄偏转快慢的影响，触头改用微动开关。一般情况下，速度继电

24、器的触头在转速达 到120r/min以上时能动作，当转速低于100r/min左右时触头复位。（2 ）反接制动的控制线路-十才RJA12 3L L LKMiFRFRA7,fTWSBiKM2速度维电器KSZC避律墨电器乂丁速度港电器转子与电劫机同独逢接单向启动反接制动控制线路当电动机正常运转需制动时，将三相电源相序切换，然后在电动机转速接近零时 将电源及时切掉。控制电路是采用速度继电器来判断电动机的零速点并及时切断三相 电源的。速度继电器KS的转子与电动机的轴相连，当电动机正常运转时，速度继电器 的常开触头闭合，当电动机停车转速接近零时，KS的常开触头断开，切断接触器的线 圈电路。（3 ）反接制动

25、控制线路工作原理分析（A）单向启动厂步骤 先合上电 源肝美QS运转sFU. | !：步骤4KRb步骤5步骤电动机M启动K脆跋 触头“1 舍自慎KMI主触头，闭合至电动机转速匕升到一定 值（UOr/win左右时步骤八r步骤4- KW联锁触头 分断对KM，联顶LioM少骤 邱1籍阙 154r步骤 临常升触头闭台 为制动作谁备（a）单向启动原理示意图广步骤1-1 先合上电 源开犬牌r步弊勺A按下W1步骤3KM1线圈得电步骤6至电动祝转速上升到一定 值（12（r/Bjn左右）时）反接制动L步骤4 KM!主触贝分 断聿曾失电LF槽 电劫机M率接 K反接制幼L空骤6KM2主触头F帅HFUa-s0匕 7KM

26、?L步骤 电动夕提启动 坦格步骤；一 KS常开触头闭合 为制动作准备l步骤 *=丁 按下安合4 按Ms般 SB/崇璐！ 邸白锁r步骤3j 剧3常开触头 .后闭会步骤sm瞄7尖或T 1箱君噫 L空骤4、Jkmi联锁做触疝冶仁步骤N 5BZ拾川触 头充分断L掰骤&K皑联锁靛农分断久作常开辖助r轼妇前僦I1 KM?3）反接制动原理示意图厂步骤4 ,KM1自顿触头分断解除自L步骤J 按下复合按l步骤3-K肌线圈 .失电-r步骤4 KM1主触头分 断渊韬宠电亡拶骤4 n 51联翎触头 如台步骤m KM线阙Jm_Tr步骤6 KMN版锁触央 分断对倒1联 愉 ,r步骤6 翩2常月楠助 -触变萨.步骤6rKK

27、2主触头闭吾I步骤7 电动机M卑搂 岫婀边一L步骤&至电动机磐速下f 降到定值时厂游骤9KS常开触头 分断K姬短囹佚电厂步骤12 珥动机M膛窝 电源停转，制 幼结束2.3.2能耗制动的方法当电动机切断交流电源后，立即在定子绕组的任意二相中通入直流电，迫使电动 机迅速停转的方法叫能耗制动。（1）能耗制动的方法先断开电源开关，切断电动机的交流电源，这时转子仍沿原方向惯性运转；随后 向电动机两相定子绕组通入直流电，使定子中产生一个恒定的静止磁场，这样作惯性 运转的转子因切割磁力线而在转子绕组中产生感应电流，又因受到静止磁场的作用， 产生电磁转矩，正好与电动机的转向相反，使电动机受制动迅速停转。由于这

28、种制动 方法是在定子绕组中通入直流电以消耗转子惯性运转的动能来进行制动的，所以称为 能耗制动。能耗制动的优点是制动准确、平稳，且能量消耗较小。缺点是需附加直流电源装 置，设备费用较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。所以，能耗制动一般用于要 求制动准确、平稳的场合。（2）能耗制动控制线路对于10KW以上容量较大的电动机，多采用有变压器全波整流能耗制动控制线路。 如图2-74所示为有变压器全波整流单向启动能耗制动控制线路，该线路利用时间继电 器来进行自动控制。其中直流电源由单相桥式整流器VC供给，TC是整流变压器，电 阻R是用来调节直流电流的，从而调节制动强度。单向启动能耗制动控制线路(3)线路

29、工作原理分析如下(A)单向启动运转仁步骤先合上电源升关QS得电t步骤4 一m KM1自锲阪头闭谷翰&步骤4 m KM1主触头，闭台r步蝶4KM1联锁触头分断对*般联/）双向启动运转步骤为心g界BKT常团触头 好时后分新步骤气KM3FJJ制.国雀J关电圳痢f触ilj KT 推膨r霁U电南吼I羽饪I折电询 忡镂,能恭制劫雄束l步骤侦- *戏盐屋耻贝格步舞IfK跆g触头 慷宾闭合步痢2KTtelWH-32.4回馈制动（又称发电制动、再生制动）这种制动方法主要用在起重机械和多速异步电动机上。当起重机在高处开始下放重物时，电动机转速n小于同步转速n1，这时电动机处于电 动运行状态，但由于重力的作用，在重

30、物的下放过程中，会使电动机的转速n大于同 步转速n1，这时电动机处于发电运行状态，转子相对于旋转磁场切割磁力线的运动方 向会发生改变，其转子电流和电磁转矩的方向都与电动运行时相反，电磁力矩变为制 动力矩，从而限制了重物的下降速度，不致于重物下降得过快，保证了设备和人身安 全。对多速电动机变速时，如使电动机由二级变为四级时，定子旋转磁场的同步转速 n1由3000转/分变为1500转/分，而转子由于惯性仍以原来的转速n （接近3000转/ 分）旋转，此时nni，电动机产生发电制动作用。发电制动是一种比较经济的制动方法。制动时不需改变线路即可从电动运行状态 自动地转入发电制动状态，把机械能转换成电能

31、再回馈到电网，节能效果显著。缺点 是应用范围较窄，仅当电动机转速大于同步转速时才能实现发电制动。第3章 三相异步电动机绕组的故障分析和处理绕组是电动机的组成部分，老化，受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、外力的冲击都 会造成对绕组的伤害，电机过载、欠电压、过电压,缺相运行也能引起绕组故障。绕组 故障一般分为绕组接地、短路、开路、接线错误。现在分别说明故障现象、产生的原 因及检查方法。绕组接地指绕组与铁心或与机壳绝缘破坏而造成的接地。故障现象机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热,致使电动机无法正常运行。产生原因绕组受潮使绝缘电阻下降；电动机长期过载运行；有害气体腐蚀；金属异物侵入 绕组内部损坏绝缘；重

32、绕定子绕组时绝缘损坏碰触铁心；绕组端部碰触端盖机座； 定、转子磨擦引起绝缘灼伤；引出线绝缘损坏与壳体相碰；过电压(如雷击)使绝缘击 穿。处理方法绕组受潮引起接地的应先进行烘干，当冷却到6070r左右时，浇上绝缘漆 后再烘干。绕组端部绝缘损坏时，在接地处重新进行绝缘处理，涂漆，再烘干。绕组接地点在槽内时，应重绕绕组或更换部分绕组元件。绕组短路由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单向运行、机械碰伤、制造不良等造 成绝缘损坏所全，分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。3.2.1 故障现象离子的磁场分布不均，三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧,严重时 电动机不能启动，而在

33、短路线圈中产生很大的短路电流,导致线圈迅速发热而烧毁。产生原因电动机长期过载,使绝缘老化失去绝缘作用；嵌线时造成绝缘损坏；绕组受潮使 绝缘电阻下降造成绝缘击穿；端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏；端部连接线 绝缘损坏；过电压或遭雷击使绝缘击穿；转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损 坏；金属异物落入电动机内部和油污过多。短路处理方法短路点在端部。可用绝缘材料将短路点隔开，也可重包绝缘线，再上漆重烘 十。短路在线槽内。将其软化后，找出短路点修复，重新放入线槽后，再上漆烘干。对短路线匝少于1/12的每相绕组，串联匝数时切断全部短路线，将导通部分连 接,形成闭合回路,供应急使用。绕组短路点匝数超过1

34、/12时，要全部拆除重绕。绕组断路由于焊接不良或使用腐蚀性焊剂，焊接后又未清除干净，就可能造成壶焊或松脱； 受机械应力或碰撞时线圈短路，短路与接地故障也可使导线烧毁。在并烧的几根导线 中有一根或几根导线短路时，另几根导线由于电流的增加而温度上升，引起绕组发热而 断路。一般分为一相绕组端部断线、匝间断路、并联支路处断路、多根导线并烧中一 根断路、转子断路。故障现象电动机不能启动，三相电流不平衡，有异常噪声或振动大，温升超过允许值或冒烟。产生原因在检修和维护保养时碰断或因制造质量问题。绕组各元件、极(相)组和绕组与引接线等接线头焊接不良，长期运行过热脱 焊。受机械力和电磁场力使绕组损伤或拉断。匝间

35、或相间短路及接地造成绕组严重烧焦或熔断等。断路处理方法断路在端部时，连接好后焊牢,包上绝缘材料，套上绝缘管，绑扎好，再烘干。绕组由于匝间、相间短路和接地等原因而造成绕组严重烧焦的一般应更换新 绕组。对断路点在槽内的，属少量断点的做应急处理，采用分组淘汰法找出断点，并在 绕组端断部将其连接好并绝缘合格后使用。对笼形转子断路的可采用焊接法、冷接法或换条法修复。3.4绕组接错绕组接错造成不完整的旋转磁场,致使启动困难、三相电流不平衡、噪声大等症 状，严重时若不及时处理会烧坏绕组。主要有下列几种情况:某极相中一只或几只线圈 嵌反或头尾接错；极(相)组接反；某相绕组接反；多路并联绕组支路接错；“” 型、“Y”型接法错误。故障现象电动机不能启动、空载电流过大或不平衡过大，温升太快或有剧烈振动并有很大 的噪声、烧断保险丝等现象。产生原因误将“”型接成“Y”型；维修保养时三相绕组有一相首尾接反；减压启动是 触头位置选择不合适或内部接线错误；新电机在下线时，绕组连接错