毕业设计（论文）-42极双速异步电动机运行控制.doc

白城职业技术学院毕业设计说明书4|2极双速异步电动机运行控制学生姓名： 专业班级： 电气自动化 指导教师： 职 称： 教授 起止日期： 2011.3.5-2011.6.20 白 城 职 业 技 术 学 院白城职业技术学院毕业设计说明书摘 要 本文首先分析了三相异步电动机的基本机构及工作原理， 然后分析了三相异步电动机的“星形” “三角形”启动的工作原理。所谓星-三角启动 即工作时通过改变电机的接线方式而改变起动电压，从而降低启动电流。 本设计用于控制电机定子绕组由“星形”至“三角形”的换接启动、运行及停止。采用星-三角启动方式时，电流特性很好，适用于无载或者轻载起动的场合。 同任何别的降压启动方式相比，其结构最简单，价格也最便宜。除此之外，星三角启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。 本设计主要介绍了4|2极双速异步电动机的变极原理、绕组排列、绕组接法、以及双速电动机的低高速运行控制，实现“三角形”低速运行，“星行”高速运行关键词：高低速运行，星-三角启动，双速，变极调速，电动机abstract42double speed asynchronous motor this paper firstly analyzes the three-phase asynchronous motors basic structure and operating principle of three-phase asynchronous motor, and then the star triangle start working principle. the so-called star delta starting that work by changing the electrical wiring mode and change the start voltage, thereby reducing starting current. this design is used to control the motor stator winding consists of a star to triangular transfer start, operation and stop. the star delta starting mode, current characteristics of good, applicable to the no load or light load. as any other reduced voltage starting means photograph is compared, its structure simple, the price is the cheapest. in addition, the star delta starting mode still has an advantage, namely when the load is light, can make motor run in star-shaped connection method. at this time, rated torque and the load can be matched, which can make the motor efficiency improvement. this paper introduces the design of the 4|2pole double speed asynchronous motor pole-changing principle, winding arrangement, winding and double speed motor, low speed operation control, achieve triangle speed, star high speed operationkey words: high and low speed operation, star delta starting, two-speed pole-changing adjustable-speed motor- i -目 录摘 要iabstractii第一章 绪论1第二章4|2极异步电动机的运行设计22.1技术要求22.2各元器件的选择22.2.1熔断器(fu)的选择22.2.2接触器（km1，km2，km3）的选择22.2.3热继电器（fr）的选择22.2.4时间继电器（）的选择32.2.5导线截面(s)的选择3第三章三相异步电动机的基本结构4.1定子的结构组成4.2转子的结构组成4.3异步电动机工作原理4.4电动机-起动分析5第四章 4/2极双速电动机8.1 4|2极双速异步电动机的概况84.2 4/2极变极调速的基本原理8.2.1 控制线路原理9.2.2电气原理图10.2.3 电气布置图11.2.4安装接线图12.2.5元器件明细表13.3 2/4 极性能比较14. 过载保护 短路保护14.1过载热保护及装置14.2过载电流保护及装置14.3短路保护及装置14总 结16参考文献17致 谢18- 17 -第一章 绪论 4/2极双速异步电动机是变极电机中应用最广泛的一种变极调速方法。与其它变速方法相比，变极电机不需要附加的外部设备，属于电机本体的设计。变极电机的设计中，花费时间最多的是研究绕组的排列。通过槽电流表和槽磁动势图定性地分析电机的谐波磁场对电机运行性能的影响，由此确定电机所选槽配合是否合适。更重要的是在系列电机的设计中，应充分利用现有的机床设备和模具，提高电机冲片的通用性以降低电机的生产成本。所以，在工厂中，对现有的单速电机进行绕组改绕是4/2极双速电机设计的主要方法。改绕计算主要是计算电动机磁路各部分磁通密度数值，不使其过大而致铁心严重饱和。由于改绕只涉及定子部分，因此改绕计算也只涉及气隙与定子铁心轭部、齿部三个磁通密度数值的计算。计算磁通密度数值的目的就是限制铁心轭部和齿部的磁密在允许的范围内。一般情况下，极数多时，由于极距减小，齿部磁密相对较高，容易饱和，可作为取定对象；极数少时，由于极距增大，轭部磁密相对较高，可作为取定对象。因此，4/2极双速电动机的设计和计算方法与单速电动机相同，只是在设计与计算过程中需要综合考虑两种极数下电机性能的特点。 4/2极双速异步电动机是一种只有一套定子绕组，通过外部接线变换获得 多种转速的电动机。它属与有级调速设备，具有间单、可靠、高效及易于绕制的优点，在许多工业领域的变速拖动中有着广泛应用。 yd系列变极双速三相异步电动机是y（ip44）三相异步电动机的派生产品是现代jdo2系列变极双速三相异步电动机的更新换代产品。全系列11个机座 号，9种速比，共103个规格。目前已鉴定定型批量生产的机座号为80180七个机座号，共65个规格。 yd系列电动机的安装尺寸及外型尺寸、绝缘等级、防护等级、冷却方法、结构及安装型式、使用条件、 额定电压、额定功率等均与y系列（ip44）电动机相同。机座号与速比、功率的关系以及力能指标均与国际同类产品的先进水平相近。变极双速三相异步电动机由于具有可随负载性质的要求而分级地变化转速，从而达到功率的合理匹配和间化变速系统的特点。电动机用于各式万能、组合、专用切削机床以及矿山冶金、纺织、印染、化工、农机等部门需要调速的各种传动机构。第二章4|2极异步电动机的运行设计2.1技术要求 1、 课题名称：4/2极双速电动机的运行控制2、 设计要求：分别用两个按钮操作电动机的高速和低速运行；高速运行时应先接成低速然后经延时后换接到高速；应有短路保护和过载保护；电气原理，电气布置图，接线图，元器件明细表。3、 技术指标 1）型 号：yd132m-4/2 2）功 率：10kw6p 3）额定电压：380伏 4) 效 率：0.85）接 法：yy2.2各元器件的选择2.2.1熔断器(fu)的选择qf通常选用电动机保护型,应按ie来选择。在-起动时，起动电流仅为直接起动时电流的（1/3）倍，所以选用电动机保护型的fu完全能满足起动要求。2.2.2接触器（km1，km2，km3）的选择km1，km2 的额定电流值以ie/为依据选择。需要说明的是，起动电流持续的时间很短，不足以烧毁电气设备，因此km3的额定值可按（1/3）ie来选择。一些设计中，km1，km2，km3全部用ie来选择，显然是浪费的。2.2.3热继电器（fr）的选择fr的主要作用是用于电动机的过载保护，在电动机运行的过程中若过载时间太长，绕组温升超过允许值，绝缘老化速度加快就会缩短电动机的使用寿命、在严重的情况下甚至会烧坏。所以正确选用fr尤为重要，其热元件的额定电流值应以ifrie/为依据选择，保证ie/值kh可调范围之内。热继电器的保护对象是电动机，故选用时应了解电动机的技术性能、启动情况、负载性质以及电动机允许过载能力等。2.2.4时间继电器（）的选择1、体积小、精度高、延时时间长、工作可靠。2、线圈(或电源)的电流种类和电压等级应与控制电路相同；3、按控制要求选择延时方式和触点型式；4、校核触点数量和容量，若不够时，可用中间继电器进行扩展。5、延时范围的选用2.2.5导线截面(s)的选择条件：首先应符合发热条件，即导线允许安全电流与允许电流密度两者值的大小（允许安全电流指在不超过它们最高工作温度条件下允许长期通过的最大电流即负载电流，符号i；允许电流密度指导线芯的单位面积s允许长期通过的最大电流，符号im。）计算方法： s = i / im i = s im基本值： im=5a/mm2(铜导线） 即 1mm2单位面积铜导线允许长期通过最大电流5a因为 p=uicos* p=10kw ul=up ul=380v up=220v cos=0.8 =0.8 所以 il=41.11a 即；额定电流为ip=41.11a由此可选10mm2的铜导线im=3a/mm2(铝导线） 即 1mm2单位面积铝导线允许长期通过最大电流13.7a因为：p=uicos* 根据公式结合上面的计算方法就可算出铝导线为16mm2导线规则一般是：1.5m、2.5m、4m、6m、10m、16mm2、25mm2、35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、120mm2、150mm2、185mm2等等。一般铜线安全电流最大为：4平方毫米铜电源线的安全载流量18.99a。 从这个角度讲，可以选择4平方的铜线或10平方的铝线。 导线的阻抗与其长度成正比，与其线径成反比。在使用电源时，特别要注意输入与输出导线的线材与线径问题。以防止电流过大使导线过热而造成事故。第三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。.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，在内部星型或三角型。.3异步电动机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mem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。.4电动机-起动分析1 电动机-起动基本控制原理图图一电动机-起动基本控制原理图2电动机-起动过程分析电动机-起动过程分为2个阶段：第1阶段，电动机定子绕组接起动.当按下起动按钮ss时，接触器 km1得电，配电回路中主触点闭合，使电动机定子绕组端子1,3,5接通电源；同时接触器km3得电，其主触点闭合，使电动机定子绕组端子2,4,6短接，此时电动机定子绕组接成形，并开始起动运转。展开的示意图如图二(a)图二(a)电动机定子绕组形接法第2阶段，电动机定子绕组接线，转入正常运行图二(b)经时间继电器kt延时，电动机运行达到一定转速，kt常闭触点打开，接触器km3失电，其主触点断开、常闭辅助触点闭合，使接触器km2得电( 接触器km2,km3互锁), km2主触点闭合，定子绕组端子1和6、2和3、4和5相接，此时电动机定子绕组接成形，-起动过程结束，进入正常形运行状态展开的示意图如图二(b)图二(b) 电动机定子绕组形接法图二(b)3 电动机定子绕组形接法和形接法的电流、电压分析。我们简单分析一下电动机定子绕组接法和接法时电流、电压的变化（设定子每相绕组阻抗为z，电动机额定电流为ie,额定电压为ue）图三(a) 定子绕组为形接法 图三(b) 定子绕组为接法 当电动机定子绕组为形接法时,见图三(a),定子绕组端电压为相电压：则有：uan=(1/)ueian=ia()=uan/z=ue/(z)当电动机定子绕组为形接法时，见图三(b)，定子绕组端电压为线电压：则有：uab=ueiab=uab/z=ue/zia()=ie=iab=(ue)/z由上述可知： iab=(1/)ia() ia()= (1/3)ia()所以，定子绕组形接法时线路电流只有接法时线路电流的1/3倍；定子绕组接法时绕组内的电流为线路电流的1/倍.第四章 4/2极双速电动机.1 4|2极双速异步电动机的概况4/2极双速异步电动机是利用改变定子绕组的接法，以改变电机的极数，从而使电机用一套绕组获得两种或两种以上转速的双速异步电动机。由于一般异步电动机正常运行时的转差率s都很小，电机的转速n=n1(1-s)决定于同步转速n1。从可见，在电源频率不变的情况下，改变定子绕组的极对数p，同步转速n1就发生变化，例如极对数增加一倍，同步转速就下降一半，随之电动机的转速，也约下降一半。显然，这种调速方法只能做到一级一级地改变转速，而不是平滑调速。 变极电动机一般都用鼠笼式转子，因为鼠笼转子的极对数能自动地随着定于极对数的改变而改变，使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。若为绕线式转于，则定子极对数改变时，转子绕组必须相应地改变接法以得到与定于相同的极对数，很不方便。 要使定子具有两种极对数，容易想到的办法是用两套极对数不同的定子绕组，每次用其中一套，即所谓双绕组变极，显然，这是一个很不经济的办法，只在特殊情况下才采用。理想的办法是：只装一套定子绕组而用改变绕组接法来获得两种或多种极对数，即所谓4/2极变极。其中倍极比情况(如24极，48极等)，和非倍极比(如46极，68极等)以及三速(如468极等)。4.2 4/2极变极调速的基本原理4/2极双速异步电动机是利用改变定子绕组的接法，以改变电机的极数，从而使电机用一套绕组获得两种或两种以上转速的双速异步电动机，当接电器km1的主触点闭合，km2 km3的主触点断开时，电动机定子绕组为三角形接法，对应“低速”挡；当接电器km1主触点断开，km2 km3主触点闭合时，电动机定子绕组为双星形接法，转速的改变时通过改变定子绕组的联结方式，从而改变变磁极对数来实现的。在绕组为三角形接法时，出线端u1 v1 w1接电源，u2 v2 w2端子悬空，绕组为三角形接法，每项绕组中两个线圈串联，成四个极，磁极对数p=2，其同步转速n=60f/p,电动机为低速；当绕组为yy接法时，出线端u1 v1 w1短接，而u2 v2 w2接电源，绕组为双星形联结，每个绕组中两个线圈并联，成两个极磁极对数p=1，同步转速n=60f/p，电动机为高速。其控制电路主要由两个复合按钮和四个接触器组成，sb2为低速启动按钮，sb3为高速启动按钮。.2.1 控制线路原理工作如下：1.低速运转合上qs按下sb2km1线圈得电km1常开触电闭合，km1主触点闭合电动机绕组接成，低速运转2.高速运转按下sb3sb2断开kt线圈断电电动机电动机绕组接成，低速运行经延时继电器kt,kt常开触点闭合，km2线圈通电（a b c）a km2互锁触点分断，对km1互锁b km2主触点闭合c km2自锁触点闭合km3线圈通电（a b c）a km3自锁触点闭合b km3主触点闭合，u1 v1 w1并成一点c km3互锁触点分断，对km1互锁即：电动机绕组接成yy形高速运行注：为了避免“高速”挡启动电流对电网的冲击，本线路在“高速”挡时，先以“低速”启动，待启动电流过去后，再自动切换到“高速”运行。.2.2电气原理图km1l1l2l3mkm3qsfu1frsb1km2km2km3km1ktkm1km2ktkm2km3v1w1u1v2w2u2fu2sb3sb2km1km2km3ktktkm3.2.3 电气布置图sb1qsfr线槽ktsb3km1fusb2km3km2m3线 槽端 子 板.2.4安装接线图km1km2ktkm3qsu44v44w44581115frfuxtl1 l2 l3u11 v11 w1112 11 811 10 1151212u33v33w33u11v11w11u11 v11 w11u22 v22 w22u22 v22 w22 4 10 7u33 v33 w33 5 9 8u33 v33 11 6 13u11 v11 14 7 8 u22 v22 w22 11 5 8u33 v33 w33 13 6 9sb1sb2sb32345 u11 u22v11 v22w11 w22m3.2.5元器件明细表符号名称型号规格用途数量m电动机yd132m-42 4kw6p1km1交流接触器cj12-100通断线路2km2交流接触器cj12-100通断线路2km3交流接触器cj12-100通断线路2kt时间继电器js7-3a控制与隔离1fu1熔断器rl1-100短路保护1fu2熔断器rl1-100短路保护1fr热继电器jr16-40对电动机和其他用电设备进行过载保护1l导线qfl-5a-400v ip54sb1按钮la18-22接通分断控制线路电流1sb2 sb3按钮la18-22高低速控制1.3 2/4 极性能比较本变极调速电机主要是为了改善提高起动性能.通过电磁计算,4 极的效率比2 极高,即运行极比起动极在运行性能上要优越.由计算也可知,起动性能来说,2、4 极起动时的转矩倍数相差不大,起动极的起动电流要比运行极的高1.23 倍,且堵转电流/额定电流和堵转转矩/额定转矩的值运行极都比起动极要低,所以采取2 极起动4 极运行时电机的运行性能要好,即起动性能亦得到很大的提高，而且采用低速起动，高速运行可以减小起动时的机械冲击，对设备及配套设施有保护作用，通过比较此种方案，在起动、运行时都有很好的性能。. 过载保护 短路保护.1过载热保护及装置通常，交流电动机的故障主要是定子绕组损坏造成的。这些绕组的损坏大多是电动机过载引起的。电动机过载运行时，会出现电流增加，绕组过热现象。如果时间过长，就会损坏绝缘。过载热保护装置的功能就是在电动机过载情况下，及时切断电源，限制电动机过热时间，防止绝缘损坏。其保护原理是通过热效应元件对电动机过载时增大的电流灵敏反应而发生动作，以断开电路。常用的有双金属片热继电器和空气断路器。其中热继电器纯属过载热保护装置，只起过载热保护，对短路、欠电压等不具备保护功能；空气断路器的保护功能较多，可同时起电流过载热保护、短路保护、欠电压保护等多种功能。.2过载电流保护及装置（1）用于小电流过载保护时，造成电动机不能充分发挥其过载能力。这是因为，感应式继电器的动作电流最长延迟时间只有60s，而实际上电动机在过载20%的情况下至少能完全运行20min。（2）过载电流保护装置与电动机之间无直接的热联系，当造成绝缘损坏的主要危险过热不是由电流过大所引起的，而是由通风不良、机械损耗增大等原因引起的，过载电流保护无效。.3短路保护及装置（1）对于单台电动机，熔体的额定电流（ire）应大于或等于电动机额定电流（in）的1.5-2.5倍，即ire(1.5-2.5)in。电动机轻载起动时间较短时，系数可取1.5；带负载起动、起动时间较长或起动频繁时，系数可取2.5.（2）对于多台电动机，熔体的额定电流（i re）应大于或等于最大一台电动机额定电流（in,max）的1.5-2.5倍加上同时使用的其他电动机额定电流之和（in），即ire(1.5-2.5)in,max+in。（3）熔断器的额定电压和额定电流不应小于线路的额定电压和所装熔体的额定电流，熔断器的型式随线路要求和安装条件而定。总 结通过此次课程设计。培养了我综合运用所学的基础理论课、技术基础课、专业课的知识和实践技能去分析和解决实际工作中的一般工程技术问题的能力，使我建立了正确的设计思想，学会了如何把三年所学的理论知识运用到实践当中 去。掌握了双速异步电动机控制系统的原理、并进一步巩固、扩大和深化了我所学的基本理论，基本知识和基本技能，提高了我的逻辑思维能力。 并且这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识 是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种 各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。参考文献1 冯欣南电机学北京机械工业出版社1985：2662692 陈世坤电机设计（第2 版）北京机械工业出版社2000：2632803 胡虔生胡敏强电机学北京中国电力出版社19994 李立强单绕组4/8 极变极调速电机解析科技信息（学术版）2008：235 陈冠洲交流感应电动机软起动装置的新发展电器技术1999：1701906 周文俊. 电气设备实用手册北京中国水利水电出版社1999:56857 方日杰电机制造工艺学机械工业出版1999:901108 上海电器科学研究所中小型电机设计手册北京机械工业出版社1994:45569 邓建国感应电动机定子缺相故障动态过程仿真研究电初与控制学报2002:9011010 李贤明、吴德忠、李