D09-2-07 电机与电气控制 沈亮

淄博职业学院课程设计PAGEPAGEIV课程设计报告课题名称单相交流异步电动机结构、控制原理及应用姓名沈亮学号0702310107所在系电子电气工程系专业年级D09电气二班指导教师李贤温职称教授2011年10月7日目录摘要……………IIIABSTRACT…………IV第1章绪论…………11.1课题背景…………11.2课题意义…………11.3课题主要工作……………………1第2章相关技术与理论……………22.1电动机的基本结构………………22.1.1定子部分………………………22.1.2转子部分………………………22.1.3工作原理………………………22.2电动机的分类……………………22.2.1电容分相式单相异步电动机………………22.2.2罩极式单相异步电动机………32.3电动机的电磁转矩………………32.4单相异步电动机的启动方法………………….22.4.3.52.5单相异步电动机的调速…………42.5.1串电抗器调速2.5.2抽头法调速2.5.3晶闸管调速第3章常见故障分析………………63.1开机时调节6W，励磁电流电压无输出…………63.2励磁电压高而励磁电流偏低……………………63.3合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出……63.4同步电动机起动时，励磁不能自行投入………63.5运行过程中励磁电流电压上下波动……………63.6励磁装置输出电压调不到零位…………………6第4章应用…………7第5章总结…………8参考文献………………9谢辞…………………10

摘要随着工业的不断发展，单相交流异步电动机的需求会越来越大，单相交流异步电动机的应用越来越广泛，单相交流异步电动机的操作系统是一个非常复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳动的模式。单相交流异步电动机主要应应用于工业生产的自动化操作中。关键词：单相交流异步电动机、自动化、工业生产

ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofindustry,singlephaseACasynchronousmotorofthegrowingdemand,singlephaseACasynchronousmotorisappliedmoreandmorewidely,singlephaseACasynchronousmotor'soperatingsystemisaverycomplicatedsystem,itnotonlyformodernindustry,homeandofficeautomationapplicationssuchasaseriesofbasicoperatingplatform,butalsoprovideavarietyofservices,sothatpeople'squalityoflifehasbeengreatlyimproved,getridofthehumanlabormodel.SinglephaseACasynchronousmotorismainlyusedintheindustrialproductionautomationoperation.Keywords:SinglephaseACasynchronousmotor,Automation,Industrialproduction淄博职业学院课程设计PAGEPAGE10第1章绪论1.1课题背景电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他工种工业中，电动机被广泛应用着。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，点击也是不可缺少的。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。1.2课题意义这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们在学习中起到主导地位，使我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。1.3课题主要工作在这次课程设计中，我们的主要工作在于⒈电动机的结构与工作原理⒉电动机的分类⒊电动机的电磁转矩⒋电动机的启动方式与调速方法⒌使用电动机中的注意事项及故障处理第2章相关技术与理论2.1电动机的基本结构（如图）单相异步电动机的结构1.前端盖2.定子3.转子4.后端盖5.引出线6.电容器2.1.1定子部分异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。（a）定子铁心（b）定子冲片定子铁心及冲片示意图2.1.2转子部分是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。2.1.3当单相定子绕组中通入单相交流电，在定子内会产生一个大小随时间按正弦规律变化而空间位置不动的脉动磁场。分析表明，此交变脉动磁场可分解成两个转向相反的旋转磁场，因而在电动机静止时正反两个转矩相等，即，起动转矩为零，不能自行起动。2.2电动机的分类单相异步电动机分为电容分相式和罩极式两种。2.2.1电容分相式单相异步电动机引出：为使单相异步电动机能自行起动，必须使转子在起动时能产生一定的起动转矩。原理：采用分相法产生起动转矩。结论：(1)具有90°相位差的两个电流通过空间位置相差90°的两相绕组时，产生的合成磁场为旋转磁场。笼型转子在旋转磁场的作用下产生电磁转矩而旋转。（分析过程）(2)在接近额定转速时，切断起动绕组；或者运行时不断开起动绕组以提高功率因数和增大转矩。（实现方法）(3)改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反转。（过程）2.2.2结构：单相绕组绕在磁极上，在磁极的约1/3部分套一短路铜环。（原理）特点：结构简单，工作可靠，但起动转矩较小。适应对象：常用于起动转矩要求不高的设备中，如风扇、吹风机等。2.3电动机的电磁转矩结构：定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）转子一般用鼠笼式。当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。其原理分析如下：定子绕组产生的脉动磁场（F），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：2.4单相异步电动机的启动方法电动机启动方式包括：全压直接启动、自耦减压起动、Y-Δ起动、软起动器、变频器。其中软启动器和变频器启动为潮流。当然也不是一定要使用软启动器和变频器启动。2.4在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下，可以考虑采用全压直接起动。优点是操纵控制方便，维护简单，而且比较经济。主要用于小功率电动机的起动，从节约电能的角度考虑，大于11kw的电动机不宜用此方法。2.4利用自耦变压器的多抽头减压，既能适应不同负载起动的需要，又能得到更大的起动转矩，是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式。它的最大优点是起动转矩较大，当其绕组抽头在80%处时，起动转矩可达直接起动时的64%。并且可以通过抽头调节起动转矩。至今仍被广泛应用。2.4.3对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在起动时将定子绕组接成星形，待起动完毕后再接成三角形，就可以降低起动电流，减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动，或简称为星三角起动（Y-Δ起动）。采用星三角起动时，起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6～7Ie计，则在星三角起动时，起动电流才2～2.3倍。这就是说采用星三角起动时，起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且同任何别的减压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。除此之外，星三角起动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高，并因之节约了电力消耗。2.4这是利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动，主要用于电动机的起动控制，起动效果好但成本较高。因使用了可控硅元件，可控硅工作时谐波干扰较大，对电网有一定的影响。另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通，特别是同一电网中有多台可控硅设备时。因此可控硅元件的故障率较高，因为涉及到电力电子技术，因此对维护技术人员的要求也较高。2.4变频器是现代电动机控制领域技术含量最高，控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置，它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。因为涉及到电力电子技术，微机技术，因此成本高，对维护技术人员的要求也高，因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。在以上几种起动控制方式中，星三角起动，自藕减压起动因其成本低，维护相对软起动和变频控制容易，目前在实际运用中还占有很大的比重。但因其采用分立电气元件组装，控制线路接点较多，在其运行中，故障率相对还是比较高。从事过电气维护的技术人员都知道，很多故障都是电气元件的触点和连线接点接触不良引起的，在工况环境恶劣(如粉尘，潮湿)的地方，这类故障更多，但检查起来确颇费时间。另外有时根据生产需要，要更改电机的运行方式，如原来电机是连续运行的，需要改成定时运行，这时就需要增加元件，更改线路才能实现。有时因为负载或电机变动，要更改电动机的起动方式，如原来是自藕起动，要改为星三角起动，也要更改控制线路才能实现。2.5单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速方法主要有变频调速、晶闸管调速、串电抗器调速和抽头法调速等。变频调速设备复杂、成本高、很少采用。目前较多采用的是串电抗器调速、抽头法调速和晶闸管调速。2.5在电动机的电源线路中串联起分压作用的电抗器，通过调速开关选择电抗器绕组的匝数来调节电抗值，从而改变电动机两端的电压，达到调速的目的，如右图所示。串电抗器调速，其优点是结构简单，容易调整调速比，但消耗的材料多，调速器体积大。2.5如果将电抗器和电机结合在一起，在电动机定子铁心上嵌入一个中间绕组(或称调速绕组)，通过调速开关改变电动机气隙磁场的大小及椭圆度，可达到调速的目的。根据中间绕组与工作绕组和启动绕组的接线不同，常用的有T形接法和L形接法，如图所示。抽头法调速与串电抗器调速相比较，抽头法调速时用料省，耗电少，但是绕组嵌线和接线比较复杂。。2.5利用改变晶闸管的导通角，来实现加在单相异步电动机上的交流电压的大小，从而达到调节电动机转速的目的，这种方法能实现无级调速，缺点是会产生一些电磁干扰。目前常用于吊式风扇的调速上。

第3章常见故障分析3.1开机时调节6W，励磁电流电压无输出

原因分析：励磁电流电压无输出，肯定是晶闸管无触发脉冲信号，而六组脉冲电路同时无触发脉冲很可能是移相插件接触不良，或者同步电源变压器4T损坏，造成没有移相给定电压加到六组脉冲电路的1V1基极回路上，从而六组脉冲电路无脉冲输出导致晶闸管不导通。3.2励磁电压高而励磁电流偏低

原因分析：这是个别触发脉冲消失或是个别晶闸管损坏的缘故。个别触发脉冲消失可能是脉冲插件接触不良。另外图1中三极管1V1、单极晶体管2VU及小晶闸管9VT损坏，或者是电容2C严重漏电或开路。如果主回路中晶闸管1VT～6VT中有某一个开路或是触发极失灵，同样会导致输出励磁电流偏低的现象。3.3合励磁电路主开关时，励磁电流即有输出

原因分析：这是由于图1所示脉冲电路中的三极管1V1集电极-发射极之间漏电，即使移相电路还未送来正确的控制电压，也会导致1C充电到2VU导通的程度。2VU即输出触发使小晶闸管9VT导通，2C经9VT放电而发出脉冲令1VT、3VT、6VT之一触发导通，使转子励磁电路中流过直流电流。3.4同步电动机起动时，励磁不能自行投入

原因分析：励磁不能自行投入。肯定是自动投励通道电路中断或工作不正常，因此可能是投励插件与插座间接触不良，或是图2所示投励电路中的三极管3V1、单结晶体管4VU工作不正常，电容5C漏电、电位器W′损坏。另外是移相插件同样有接触不良现象，或者是图3所示移相电路的小晶闸管10VT损坏等等。3.5运行过程中励磁电流电压上下波动原因分析：引起励磁电流电压输出不稳的原因很多，主要有1)脉冲插件可能存在接触不良，造成个别触发脉冲时有时无。2)图1所示脉冲电路的电位器4W松动，使三极管1V1电流负反馈发生变化，造成放大器工作点不稳定，从而影响晶闸管主回路输出的稳定性。另外，如果电容2C漏电或单结晶体管2VU及三极管1V1性能不良，也会引起触发脉冲相位移动。3)图3所示移相电路的电位器6W松动或接触不良，将会使移相控制电压Ed间歇性消失，引起励磁电流电压输出大幅度波动。另外，如果稳压管7VS、8VS损坏，都会使Ey随电网电压波动而波动，使Ed输出波动，造成晶闸管主回路直流输出不稳。3.6励磁装置输出电压调不到零位

原因分析：移相电路中电阻18R虚焊，阻值增大或减少，会引起Ed-Ec≠0，使励磁输出电压无法调到零位。总之，同步电动机晶闸管励磁装置的故障虽然多种多样，但大致可分为励磁不稳、励磁大幅度下降甚至失电压。这些故障大部分是由于插件引起的。第4章应用洗衣机滚筒通常用分相、电容器启动、或永久分相电容器电动机来驱动。金属防尘轴承普遍用于卧轴洗衣机。立轴洗衣机则更多采用微接触橡胶密封件。内部径向内隙经过优化，以在速度和噪音要求之间取得最佳平衡。润滑通常采用适用于低温和高温环境且具低噪音功能的油脂。屏蔽磁极和永久分相电容器电动机用于驱动洗碗机水泵。用于这些电动机的单列深沟球轴承都根据其具体应用需要进行设计。罩壳解决方案一般是采用金属护罩，径向内隙经过优化以满足低噪音的要求。这些轴承充填的油脂能适应很大的温度范围，而且具有低噪音属性。低功率屏蔽磁极和永久分相电容器电动机可用于抽油烟机、空调机和通风机等家用电器中。第5章总结通过这次实践，我了解了单项交流异步电动机的用途及工作原理，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。随着工业自动化，对工业智能化程度的要求越来越高，以及市场经济要