三相异步电机降压启动方法论文

I毕业论文（设计）题 目： 浅谈三相异步电机降压启动方法系 别： 装备制造系 专 业： 机电一体化 学生姓名： 方冲 学 号： 20130311 年级： 13 级 指导教师： 费维科 职称： 助教 II毕 业 设 计 （ 论 文 ） 评 议 意 见专业 机电一体化 姓 名 方冲题目 浅谈三相异步电机降压启动方法指导教师评阅意见成绩评定： 指导教师：年 月 日答辩组意见 答辩组负责人：年 月 日年备注III开题报告题目：浅谈三相异步电机降压启动方法1、选题的目的和意义 电机的起动电流近似的与定子的电压成正比，因此要采用降低定子电压的办法来限制起动电流，即为降压起动。对于因直接起动冲击电流过大而无法承受的场合，通常采用降压起动，此时，起动转矩下降，起动电流也下降，所以只适合必须减小起动电流，又对起动转矩要求不高的场合。常见降压起动方法：定子串电阻降压起动、Y/ 起动控制线路、延边三角起动、软启动及自耦变压器降压起动。当负载对电动机启动力矩无严格要求但要限制电动机启动电流且电机满足 380V/ 接线条件才能采用降压启动。该方法是：在电机启动时将电机接成星型接线,当电机启动成功后再将电机改接成三角型接线（通过双投开关迅速切换） ；因电机启动电流与电源电压成正比,此时电网提供的启动电流只有全电压启动电流的 1/3，但启动力矩也只有全电压启动力矩的 1/3 在实际使用过程中,发现需降压启动的电机从 11KW 开始就有需要的,如风机，在启动时 11KW 电流在 7-9 倍(100)A左右,按正常配置的热继电器根本启动不了（关风门也没用） ，热继电器配大了又起不了保护电机的作用，所以建议用降压启动。而在一些启动负荷较小的电机上，由于电机到达恒速时间短，启动时电流冲击影响较小，所以在 30KW 左右的电机，选用 1.5 倍额定电流的断路器直接启动，长期工作一点问题都没有。二 、研究的重点内容 三相交流异步电动机直接起动，虽然控制线路结构简单、使用维护方便，但起动电流很大（约为正常工作电流的 47 倍） ，如果电源容量不比电动机容量大许多倍，则起动电流可能会明显地影响同一电网中其它电气设备的正常运行。因此，对于鼠笼型异步电动机可采用：定子串电阻（电抗）降压起动、定子串自耦变压器降压起动、星形三角形降压起动等方式；而对于绕线型异步电动机，还可采用转子串电阻起动或转子串频敏变阻器起动等方式以限制起动电流。直接启动就是用闸刀开关或接触器把电机直接接到具有额定电压的电源上。在变压器容量允许的情况下，鼠笼式异步电动机应该尽可能采用全电压直接起动，既可以提高控制线路的可靠性，又可以减少电器的维修工作量。电动机单向起动控制线路常用于只需要单方向运转的小功率电动机的控制。例如小型通风机、水泵以及皮带运输机等机械设备2、面临困难及解决办法。IV1. 参阅相关书籍和资料学习相关理论知识；2. 设计三项异步电机降压启动模式3.根据论文格式完成论文三、主要参考文献1.汤蕴璆， 电机学 ，机械工业出版社，北京：2003.12 邓星钟,机电传动控制 ，华中科技大学出版社，2001.33 秦曾煌,电工学 ，第五版，高等教育出版社，北京，2005.12.4 李永东,交流电机数字控制系统 ，机械工业出版社，2002.55. 李欣， 电机学 ，机械工业出版社，北京：2003.16. 王可,机电传动控制 ，华中科技大学出版社，2001.37. 秦辉 ,电工学 ，第五版，高等教育出版社，北京，2005.128.张丽， 交流电机数字控制系统 ，机械工业出版社，2002.5四、进度计划2015.07.01-2015.07.31 查阅资料，完成开题报告2015.08.01-2015.08.15 搜集资料，了解三相异步电机降压启动的方法，学习变频器的结构、工作原理及使用方法。2015.08.16-2015.08.31 学习并掌握三相异步电机降压启动方式。 论证并确定设计改造方案。 2015.09.01-2015.09.15 对控制系统进行硬件设计，画出接线图。2015.09.16-2015.09.30 对控制系统进行软件设计，画出梯形图。2015.10.01-2015.10.25 整理。2015.10.26-2015.10.30 提交设计。2015.11.01-2015.11.15 准备答辩。 五、指导教师意见 指导教师：费维科2015 年 8 月 XX 日V摘要电机的起动电流近似的与定子的电压成正比，因此要采用降低定子电压的办法来限制起动电流，即为降压起动。对于因直接起动冲击电流过大而无法承受的场合，通常采用降压起动，此时，起动转矩下降，起动电流也下降，所以只适合必须减小起动电流，又对起动转矩要求不高的场合。常见降压起动方法：定子串电阻降压起动、Y/起动控制线路、延边三角起动、软启动及自耦变压器降压起动。当 负 载 对 电 动 机 启 动 力 矩 无 严 格 要 求 但 要 限 制 电 动 机 启 动 电 流 且 电 机 满 足380V/ 接 线 条 件 才 能 采 用 降 压 启 动 。 该 方 法 是 ： 在 电 机 启 动 时 将 电 机 接 成 星 型 接线 ,当 电 机 启 动 成 功 后 再 将 电 机 改 接 成 三 角 型 接 线 （ 通 过 双 投 开 关 迅 速 切 换 ） ； 因 电机 启 动 电 流 与 电 源 电 压 成 正 比 ,此 时 电 网 提 供 的 启 动 电 流 只 有 全 电 压 启 动 电 流 的1/3， 但 启 动 力 矩 也 只 有 全 电 压 启 动 力 矩 的 1/3。在 实 际 使 用 过 程 中 ,发 现 需 降 压 启 动 的 电 机 从 11KW 开 始 就 有 需 要 的 ,如 风 机 ，在 启 动 时 11KW 电 流 在 7-9 倍 (100)A 左 右 ,按 正 常 配 置 的 热 继 电 器 根 本 启 动 不 了（ 关 风 门 也 没 用 ） ， 热 继 电 器 配 大 了 又 起 不 了 保 护 电 机 的 作 用 ， 所 以 建 议 用 降 压 启动 。 而 在 一 些 启 动 负 荷 较 小 的 电 机 上 ， 由 于 电 机 到 达 恒 速 时 间 短 ， 启 动 时 电 流 冲 击影 响 较 小 ， 所 以 在 30KW 左 右 的 电 机 ， 选 用 1.5 倍 额 定 电 流 的 断 路 器 直 接 启 动 ， 长期 工 作 一 点 问 题 都 没 有 。关 键 词 ： 三相异步电动机 降压启动 启动方法VI目录摘要 .I目录 .II第 1 章 绪论 .1第 2 章 三相异步电动机的基本结构 .22.1 定子的结构组成 .22.2 转子的结构组成 .22.3 工作原理 .2第 3 章 异步电动机的分类及优缺点 .33.1 三相异步电动机的优点 .33.2 异步电动机存在的缺点 .3第 4 章 三相异步电机启动出现的问题 .54.1 异步电动机启动时的要求 .54.2 三相异步电动机启动问题 .54.3 工业生产机械不同的起动条件 .6第 5 章 三相异步电动机起动方式 .75.1 直接启动 .75.2 三相异步电动机的 Y 起动控制 .85.3 定子串电阻降压起动控制 .105.4 自耦变压器降压启动 .115.5 软启动 .14结论 .15致谢 .17参考文献 .181第 1 章 绪论三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，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。三相异步电动机又称为三相感应电动机，感应电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的一种交流电动机。由于转子绕组电流是感应产生的，因此称为感应电动机。感应电动机与其它电动机相比，具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻成本低等优点。此外感应电动机还便于派生各防护型式以使用不同环境条件的需要，也有较高的效率和较好的工作特性。由于感应电动机具有上述许多优点，它是电动机领域中应用最广泛的一种电动机。例如:中小型轧钢设备,矿山机械,机床,起重运输机械,鼓风机,水泵,和农副产品加工机械等都大部分采用三相异步电动机来拖动。2第 2 章 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机由两个基本部分构成：固定部分定子和转子，转子按其结构可分为鼠笼型和绕线型两种。2.1 定子的结构组成定子由定子铁心、机座、定子绕组等部分组成，定子铁心是异步电动机磁路的一部分，一般由 0.5 毫米厚的硅钢片叠压而成，用压圈及扣片固紧，各片之间相互绝缘，以减少涡流损耗。定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成的，小型电机采用散下线圈或称软绕组，大中型电机采用成型线圈，又称为硬绕组。2.2 转子的结构组成转子由转子铁心、转子绕组、转子支架、转轴和风扇等部分组成，转子铁心和定子铁心一样，也是由 0.5 毫米硅钢片叠压而成。鼠笼型转子的绕组是由安放在转子铁心槽内的裸导条和两端的环形端环连接而成，如果去掉转子铁心，绕组的形状象一个笼子；绕线型转子的绕组与定子绕组相似，做成三相绕组，在内部为星型或三角型。2.3 工作原理当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内产生一个以同步转速 n1旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为逆时针，当旋转磁场的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势 e2，电动势的方向根据右手定则确定。N 极下的电动势方向用 表示，S 极下的电动势用 表示，转子电流的有功分量i2a与 e2同相位，所以 既表示电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。转子和电流有功分量与气隙旋转磁场相互作用产生电磁力 fem,根据左手定则，在 N 极下的所有电流方向为 的导体和在 S 极下所有电流流向为 的导体均产生沿着逆时针方向的切向电磁力 fem,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩 Me的驱动作用，转子将沿着旋转磁场相同的方向转动。驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速 n 拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。3第 3 章 异步电动机的分类及优缺点3.1 三相异步电动机的优点 三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，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。3.2 异步电动机存在的缺点3.2.1 笼型感应电动机存在下列三个主要缺点。（1）起动转矩不大，难以满足带负载起动的需要。当前社会上解决该问题的多数办法是提高电动机的功率容量（即增容）来提高其起动转矩，这就造成严重的“大马拉小车” ，既增加购买设备的投资，又在长期的应用中因处于低负荷运行而浪费大量电量，很不经济。第二种办法是增购液力偶合器，先让电动机空载起动，在由液力偶合器驱动负载。这种办法同样要增加添购设备的投资，并因液力偶合器的效率低于 97%，因此至少浪费 3%的电能，因而整个驱动装置的效率很低，同样浪费电量，更何况添加液力偶合器之后，机组的运行可靠性大大下降，显著增加维护困难，因此不是一个好办法。（2）大转矩不大，用于驱动经常出现短时过负荷的负载，如矿山所用破碎机等时，往往停转而烧坏电动机。以致只能在轻载状况下运行，既降低了产量又浪费电能。（3）起动电流很大，增加了所需供电变压器的容量，从而增加大量投资。另一办法是采用降压起动来降低起动电流，同样要增加添购降压装置的投资，并且使本来就不好的起动特性进一步恶化。3.2.2 绕线型感应电动机绕线性感应电动机正常运行时，三相绕组通过集电环短路。起动时，为减小起动电流，转子中可以串入起动电阻，转子串入适当的电阻，不仅可以减小起动电流，而4且由于转子功率因数和转子电流有功分量增大，起动转矩也可增大。这种电动机还可通过改变外串电阻调速。绕线型电动机虽起动特性和运行特性兼优，但仍存在下列缺点：（1）由于转子上有集电环和电刷，不仅增加制造成本，并且降低了起动和运行的可靠性，集电环和电刷之间的滑动接触，是这种电动机发生故障的主要原因。特别是集电环与电刷之间会产生火花，使传统绕线型电动机在矿山、井下、石油、华工等防爆要求的场所，对于灰土、粉尘浓度很高的地方，也不敢使用，这就限制了其应用范围。