Y100L-2 3 kW 三相鼠笼异步电动机的设计毕业论文.doc

5 Y100L 2 3 kW 三相鼠笼异步电动机的设计毕业论文三相鼠笼异步电动机的设计毕业论文 一 选题的依据及意义 现在社会中 电已经和空气一样 融入到我们的日常生活中 在日常生活 中 我们不仅使用电灯照明 还使用如空调 冰箱 洗衣机等众多家用电器 最近 随着生活中自动化技术应用的发展 越来越多的产品和设备作用使用了 电机 电机在国家经济建设 节约能源 环保和人民生中起着十分重要的作用 发电机主要用于移动电源 风力发电 小型发电设备中 电动机在生产和交通 运输中得到广泛使用 电动机主要用于驱动水泵 风机 机床 压缩机 冶金 石化 纺织 食品 造纸 建筑 矿山等机械产品上 随着科学技术的不断创 新和工农业的迅猛发展 电气化与自动化水平不断提高 国民经济各部门对异 步电动机的需求量日益增加 对其性能 质量 技术经济指标也相应地提出了 越来越高的要求 因此 对异步电动机品种 必须适时实地做出更新与发展 以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求 特别是对需求量最大的中小型异步 电动机 在保证其质量运行 寿命长和能满足使用要求的同时 进一步节约铜 铁等材料 提高效率和功率因数 以提高其经济技术指标与降低耗电量 是具 有十分重要的意义 由于 Y 系列异步电动机具有体积小 重量轻 运行可靠 结构坚固耐用 外形美观等特点 具有较高的效率 有良好的节能效果 而且噪音低 寿命长 经久耐用 作为普遍用于拖动各种机械的动力设备 其用电量在总的电网的总 的负荷中占有重要的一席 Y 系列共有两个基本系列 十六个派生系列 九百 多个规格 能满足国民经济各部门的不同需要 所以设计研究三相异步电动机 意义重大 二 国内外研究现状及发展趋势 含文献综述 电机研究现状 电动机是作为使用电能的动力源进步和发展起来的 在今天 电动机技术 仍然是支撑人们日常生活的关键技术 电动技术机械设备的关键组成部分 随着使用领域的发展和进步 对电动机的要求越来越搞高 电动机作为许 多机器的内部动力源 电机的性能越来越受到重视 对电动机的恒速特性 调 速特性 控制特性 振动 噪音 电气噪音 寿命 可靠性 多功能化 精密 控制 节能 维护方便等指标 稳定并且高可靠性地满足用户的需求 这都是 电动机现在技术的评价基准 同时 设计 评价技术 测量技术 半导体 半 导体控制技术 轴承 绝缘材料技术 制造 加工技术等所有技术都等到了提 6 高和进步 与这些提高相关联的电机小型轻量化 高效率化 大转矩 低价格 低噪音等技术的进步 使电机向高效率 精密控制 高性能的发展及利用可再 生材料等技术成为社会的需求 电机发展趋势 纵观世界电机产品的发展历程 它始终跟随着工业技术的发展 在相互竞 争 相互促进中完善着 自身 发生着变革 电机产品的发展过程大约可以划分 为四个发展阶段 从 19 世纪 30 年代到 80 年代为直流电机时代 19 世纪末叶 出现了交流电 随之交流电动传动在工业中逐步得到了广泛应用 20 世纪 50 年代以后 随着电力电子学理论 微电子技术和现代控制理论的发展 使电机 产品进入快速发展时期 先进的制造技术使传统的电机产业焕发出了勃勃生机 交流电机代替直流电机也成为必然的趋势 随着电机理论的不断完善 高新技 术的快速发展 可以预言 未来的电机产品将朝着高性能化 智能化 微型化 和网络化的方向发展 高性能化 社会的高速发展要求未来的电机产品不仅要具备宽调速范围 高 稳速精度和快速动态响应及四象限运行等 良好的技术性能 而且要具备优 良 的动 静态品质 智能化 随着模糊控制技术 专家系统技术 神经网络技术和智能工程技术 的发展 电机产品智能必将取得重大的突破 未来的电机产品必将能够 自行进 行 自我诊断 参数识别和 自动设置 其功能更高 适应性更强 微型化 现代的机电一体化产品发展的趋势向着微型机器和微观领域发展 其最小体积正在向着纳米 微米的范畴进发 作为其传动部件的电机 也必然 向着微型化的方向发展 现在已有超小型静电电机产生 其直径仅 1 4 m 轴 颈 1 0 m 长约 l0 m 转速达 lOOr rain 转速可达 240000r mr 的 70ram3v d 静电电机 已经投入使用 微型电机已在许多科学领域发挥着巨 大作用 网络化 计算机网络技术的推广和应用 必将把所有的单个电机与计算机网 络相连接 并通过网 络进行远程控制 使 电机资源得到更加合理的有效利用 三 本课题研究内容 本课题主要是研究设计 Y200L1 6 三相鼠笼式异步电动机 设计计算 首 先根据给定的功率 功率因数 相数 频率及额定相电压确定异步发电机的主 要规格 7 本课题的主要计算过程如下 1 额定数据及主要尺寸计算 2 磁路计算 3 参数计算 4 起动计算 根据 Y200L1 6 三相鼠笼式异步电动机各性能指标 效率 功率因数 最大转矩倍数 起动转矩倍数 起动电流倍数 计算出 cos N T Tmax N ST T T N ST I I 各个参数 四 本课题研究方案 1 核算原设计方案 2 上机调整以上两种方案 节省材料 提高效率 五 研究目标 主要特色及工作进度 研究目标 应用中小型三相鼠笼式感应电动机电磁计算程序来设计三相异步电 动机的 以求得更优方案 主要特色 在各项性能指标都满足的前提下 利用计算机进行辅助设计和绘图 第 1 周 收集有关的参考文献 了解各方面的有关资料 完成开题报告 根据你们学校的安排填写时间安排 第 2 4 周 经过初步计算 确定完成初始设计数值 第 5 9 周 进行优化方案的设计 节省材料和提高性能 第 10 11 周 用绘图工具绘制各部件图 第 12 周 总结设计过程 完成实习报告 第 12 周 约在 6 月 20 日 写出毕业论文并答辩 六 参考文献 1 杜志俊 机电产品市场 2000 2 海老原大树 电动机技术 2006 3 陈世坤 电机设计 2000 4 李发海 电机学 1995 8 目 录 摘要摘要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 前前 言言 1 1 第第 1 1 章章 概概 述述 2 2 1 11 1 我国电机制造工业发展近况与发展趋势我国电机制造工业发展近况与发展趋势 2 2 1 21 2 异步电机在国外的发展状况异步电机在国外的发展状况 3 3 1 31 3 电机的分类电机的分类 4 4 1 41 4 三相异步电动机的结构和原理三相异步电动机的结构和原理 5 5 1 4 1 1 4 1 定子的结构组成定子的结构组成 5 5 1 4 2 1 4 2 转子的结构组成转子的结构组成 5 5 1 4 31 4 3 工作原理工作原理 6 6 1 51 5 异步电动机存在的缺点异步电动机存在的缺点 6 6 1 5 2 1 5 2 绕线型感应电动机绕线型感应电动机 7 7 1 61 6 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性 8 8 1 71 7 三相异步电动机的起动与调速三相异步电动机的起动与调速 9 9 1 81 8 感应电动机的主要性能指标和额定参数感应电动机的主要性能指标和额定参数 1010 第第 2 2 章章 三相异步电机的基本结构与工作原理三相异步电机的基本结构与工作原理 1212 2 12 1 电机的分类电机的分类 1212 2 22 2 三相异步电动机的结构和用途三相异步电动机的结构和用途 1212 2 32 3 三相异步电动机的基本工作原理和运行特性三相异步电动机的基本工作原理和运行特性 1313 2 42 4 三相异步电动机的起动与调速三相异步电动机的起动与调速 1515 第第 3 3 章章 三相鼠笼式电动机电磁设计与方案调整三相鼠笼式电动机电磁设计与方案调整 1717 3 13 1 鼠笼式电动机电磁方案的设计鼠笼式电动机电磁方案的设计 1717 3 23 2 电机调整方案电机调整方案 3737 3 33 3 方案结果分析方案结果分析 3939 3 43 4 提高电机工作性能的其他措施提高电机工作性能的其他措施 4141 总结总结 4242 致致 谢谢 4343 参考文献参考文献 4343 I Y100L 2Y100L 2 3kW3kW 三相鼠笼式异步电动机设计三相鼠笼式异步电动机设计 专 业 电机电器 071 学 号 6100307111 学生姓名 陈巍 指导教师 杨莉 摘要 本文介绍了 Y 系列三相鼠笼异步电动机的一些基本情况及其设计方法和优 化方案 文章首先从异步电机的基本理论及工作特性着手 简单介绍了异步电 机的发展近况 基本特性 分类 结构 用途 技术指标 工作原理及运行特 性等 为电机设计的做好必要的理论准备 并着重阐述了三相异步电动机的设 计计算过程及其优化依据和方案 并通过优化设计的结果和理论分析提出了今 后研究的方向 关键词关键词 三相异步电动机 设计 电磁路参数 工作性能 优化方案 II Y100L 2 3KW Three phase Squirrel cage Abstract In this paper Y series three phase squirrel cage induction motor design method and The article first of all from the basic theory of induction motor characteristics and the work to proceed briefly introduced the latest development of the induction motor the basic characteristics type structure purpose technical indicators the working principle and operation characteristics designed for the motor to make the necessary preparations for the theory It put forward the end of the optimized design and gives the theoretical analysis which is about the direction of research Keyword Three phase asynchronous motor design electromagnetic parameters performance optimization program 1 前前 言言 电动机是作为使用电能的动力源进步和发展起来的 在今天 电动机技术 仍然是支撑人们日常生活的关键技术 电动技术机械设备的关键组成部分 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 1 章 概 述 1 1 我国电机制造工业发展近况与发展趋势 随着我国改革开放的进一步深入以及 WTO 的加入 我国小功率电机又迎来 了一个全新的发展阶段 这一阶段大量的外资企业进入我国 在为我们带来先 进的管理经验的同时也带来了先进的技术和生产设备 国内企业借机吸收引进 国外先进的技术 投入大量资金进行技术改造 引进不少先进制造设备和测试 设备 大大提升了国内小功率电机行业的技术水平 随着 CAD CAM 等软件进行计算机辅助设计 辅助制造技术的大量应用以及 以计算机控制的柔性制造系统 主体仓库 机器人进行装配等的组合 由计算 机控制材料 部件的供应管理达到全厂高效率 高质量的全自动化均衡生产的 实现 产品研发和生产周期大大缩短 制造成本显著降低 电子计算机和电力 电子技术的发展使小功率电机产品进入了一个新时期 交流变频调速已经逐步 取代直流电机调速 逆变器与异步电机结合一体 有标准的电机安装尺寸 调 速比 10 1 的逆变器电动机已经工业化生产 有程序控制功能的智能电动机 开关磁阻电动机等已经应用于各个领域 显示出显著的技术优势 无刷直流电 动机 盘式永磁直流电动机 薄型稳速电动机等产品也以较高速度发展 再加 上新型稀土磁钢的使用 使小功率电机本机制作体积越来越小 再则电机与整 体结构一体化技术的引入进一步缩小了体积 简化了结构 提高了系统精度和 可靠性 集电子技术 微电子技术 传感器技术于一体的小功率电机不仅可实 现多功能 而且可借助计算机记忆 运算 处理功能提高电机控制精度和灵敏 度 成为智能化产品 所有这些新材料 新技术的应用都不断促使小功率电机 日益朝着薄型化 智能化和机电一体化方向发展 据统计 我国电机耗电占全国耗电量的 60 以上 其中小型三相异步电机 耗电约占 35 中国各类电动机的装机容量已超过 4 亿 kW 其中异步电动机约 占 90 中小型电动机约占 80 拖动风机水泵及压缩机类机械的电动机约 1 3 亿 kW 所以在我国开发推广高效电机是提高能源利用率的重要措施之一 也符 合国际发展趋势 我国目前已具备了生产高效电机的技术条件 但由于市场条件不够成熟 产量和市场容量都较小 1999 年高效电机国内市场占有率仅 2 2000 年为 4 7 2001 年也只有 6 5 其中 70 以上为出口 3 异步电机的种类 1 Y IP44 系列异步电动机 电动机容量从 0 55 200kW B 级绝缘 防护等级 IP44 达到国际电工 委员会 IEC 标准 产品达到 20 世纪 70 年代末国际水平 全系列加权平均效 率比 JO2 系列提高 0 43 年产量约 2000 万 kW 2 Yx 系列高效电动 该类电机由上海电器科学研究所组织电机行业研制成功 容量 1 5 90kW 有 2 4 6 等 3 种极数 全系列电动机效率平均比 Y IP44 系列 高 3 左右 接近国际先进水平 适用于单方向运行 年工作时间在 3000h 以 上 负载率大于 50 的场合 节电效果显著 该系列电动机产量不高 年产量 约 1 万 kW 近十多年来 国家致力于推广电动机调速技术 各行各业都在一定程度上 采用了电动机调速 据石油 电力 建材 钢铁 有色 煤炭 化工 造纸 纺织等部门最近对企业抽样调查结果 石油 建材 化工行业电动机调速应用 较好 在目前 4 亿 kW 的电机负载中 约有 50 是负载变动的 其中的 30 可以 通过电机调速解决其负载变动问题 因此仅就目前的市场容量考虑 约有 6000 万 kW 的调速电机市场 国家已明令不再生产 JO2 系列异步电机 九五 期间将生产 Y 系列 Yx 系列及其它通用或专用高效节能电动机约 1 5 亿 kW 未包括更换现有 JO2 型用 的新型电动机 估计 2000 年和 2010 年 Y 和 Yx 系列电机的市场占有率将分别 达到 50 90 和 10 30 左右 由高效电机替代 JO2 电机所形成的节电量将分 别为 114 亿 kW h 和 366 亿 kW h 1 2 异步电机在国外的发展状况 欧洲市场的中国电机销售主要以小型电机为主 功率最大是 100 多千 瓦 最小功率甚至还不到 1 千瓦 而大型电机还是一个空缺 欧洲市场对电机效率的标准要求高于西亚 东南亚而低于美国 不但适合 于我国企业生产和出口 而且在合理和有序开发的前提下还能保证出口企业获 得适当的利润 同时该市场多以欧元结算 在目前欧元坚挺的情况下应该是出 口企业首选的开发目标 取得了一定的成效 这些节能产品主要分成两大类 一类是提高电动机效率的高效电动机 另一类是调速电动机 调速电动机的代 4 表产品根据其调速方式可以划分为 1 变极调速电机 主要产品有已批量生产的 YD 90 45 160kW YDT 0 17 160kW YDB 0 35 82kW YD 0 2 24kW YDFW 630 4000kW 等 8 个系列产品 达到 国际平均应用水平 2 电磁滑差调速电机 国外已批量生产 YCT 0 55 90kW YCT2 15 250kW YCTD 0 55 90kW YCTE 5 5 630kW YCTJ 0 55 15kW 等 8 个系列产品 达到国际平均应用水 平 其中 YCTE 系列的技术水平最高 最有发展前途 3 变频调速电机 主要用于风机 水泵 压缩机等负载变化较大场合和精密机械等需要过程 控制的场合 高效电机 以 Y 系列交流异步电动机替代 JO2 型电机基本不受机型限制 因此 所有应用交流异步电动机的场合都可以用 Y 系列电机取代 JO2 系列电机 Yx 系列电机的市场潜力受到其容量的制约 原则上 90kW 以下的交流异步电动 机可以由 Yx 系列的高效电机取代 90kW 以下的交流异步电动机装机容量约占 交流异步电动机总量的 30 左右 1 3 电机的分类 电机是以磁场为媒介进行电能与机械能相互转换的电力机械 电机在国民 经济各个领域得到广泛应用 需要的电机的种类各不相同 性能各异 电机的 分类方法也用很多 故电机的种类也有很多 1 按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同 可分为直流电动机和 交流电动机 2 按结构及工作原理分类 根据电动机按结构及工作原理的不同 可分 为直流电动机 异步电动机和同步电动机 直流电动机按结构及工作原理可分 为无刷直流电动机和有刷直流电动机 3 按转子的结构分类 根据电动机按转子的结构不同 可分为笼型感应电 动机和绕线转子感应电动机 4 按用途分类 可分为驱动用电动机和控制用电动机 我国目前生产的三相异步电动机月 100 个系列额 500 多个品种 500 多个 5 规格 按电机尺寸分成大 中 小型 大型 中心高 H 0 63m 定子铁心外径 1m 功率范围在 400KW 以上 i D 电压为 300 V 和 600 V 中型 中心高 H 0 355 0 63 m 定子铁心外径 0 5 1 0 m i D 功率范围在 45 1250 KW 以上 电压为 380 V 和 3000 V 和 6000 V 小型 中心高 H 0 08 0 315 m 定子铁心外径 0 12 0 5 m 功 i D 率范围在 0 55 132 KW 以上 电压为 380 V Y IP44 系列的中心高 H 0 08 0 28 m 定子铁心外径 0 12 0 445 m 共 11 个机座 功 i D 率范围为 0 55 90 KW 电压 380V 1 4 三相异步电动机的结构和原理 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 4 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 图 1 定子铁心 1 4 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 6 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 图 2 鼠笼转子 1 4 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 和 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 1 5 异步电动机存在的缺点 1 5 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 7 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 1 5 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 2 当前的传统绕线型电动机为了提高可靠性 多数不提刷 因此运行时 存在下列电能浪费 集电环和电刷间的摩擦损耗和接触电阻上的电损耗 电刷 至控制柜短路开关间三根电缆的电损耗 若电动机与控制柜之间距离很长 则 该损耗将非常严重 并且由于集电环与电刷产生碳粉 电火花和噪声 长期污 染周围环境 损害管理人员和周围居民健康 3 传统绕线型电动机的起动转矩比笼型电动机的有所提高 但仍往往不 能满足满载起动的需要 以至仍然需要增容而形成 大马拉小车 上述传统感应电动机存在的严重缺点的根本原因在于 起动 运行 和 可靠性 三者之间存在难以调和的矛盾 因此势必顾此失彼 不可兼优 8 1 6 三相异步电动机的工作特性 异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下 电动机的主要物理 量转差率 转矩电流 效率 功率因数等随输出功率变化的关系曲线 转差率特性 1 通常把同步转速 n1 和电动机转子转速 n 二者之差与同步转速 n1 的比值叫 做转差率 用 s 表示 关于转差率的定义如下 当电机的定子绕组接电源时 站在定子边看 如果气隙旋转磁通密度与转子的转向一致 则转差率 s 为 如果两者转向相反 则 式中的 n1 n 都理解为转速的 1 1 n nn s 1 1 n nn s 绝对值 s 是一个没有单位的数 它的大小能反映电动机转子的转速 随着负载 功率的增加 转子电流增大 故转差率随输出功率增大而增大 转矩特性 2 异步电动机的输出转矩 转速的变换范围很小 从空载到满载 转速略有 下降 转矩曲线为一个上翘的曲线 近似直线 电流特性 3 空载时电流很小 随着负载电流增大 电机的输入电流增大 效率特性 4 其中铜耗随着负载的变化而变化 与负载电流的平方正比 铁耗和机械损 耗近似不变 效率曲线有最大值 可变损耗等于不变损耗时 电机达到最大效 率 异步电动机额定效率载 74 94 之间 最大效率发生在 0 7 1 0 倍额定效 率处 功率因数特性 5 空载时 定子电流基本上用来产生主磁通 有功功率很小 功率因数也很 低 随着负载电流增大 输入电流中的有功分量也增大 功率因数逐渐升高 在额定功率附近 功率因数达到最大值 如果负载继续增大 则导致转子漏电 抗增大 漏电抗与频率正比 从而引起功率因数下降 1 7 三相异步电动机的起动与调速 1 7 1 三相异步电动机的起动 1 直接起动 9 直接起动是用闸刀开关或接触器把电机的定子绕组直接接到具有额定电压 的电源上 是一种最简单而应用广泛的起动方法 1 优点 无需附加起动设备 操作方便 2 缺点 起动电流大 起动转矩小 须足够大的电源 3 适用条件 小容量电动机带轻载的情况起动 2 降压起动 用降低电机端电压的方法限制制动起动电流 待电机转速接近正常转速后 再将端电压升高到额定电压 如果电源容量不够大 可采用降压起动 即起动 时 降低加在电动机定子绕组电压 起动时电压小于额定电压 待电动机转速 上升到一定数值后 再使电动机承受额定电压 可限制起动电流 1 Y 降压起动 2 自耦变压器降压起动 3 电阻降压或电抗降压起动 4 延边三角形降压起动 3 软起动 软起动就是在电动机 鼠笼式 定子回路串入有限流作用的电力器件来实 现电机的起动 通过这种方法降低起动电流 软起动是采用软件控制方式来平 滑起动电动机 一方面在控制方式上以软件控制强电 另一方面在控制结果上 将电动机的起动特性由 硬 平滑变为 软 软起动过程中产生高次谐波 对周边环境要求比较高 同时起动设备投资非常大 但它起动时无冲击电流 可保持平滑起动 并且可根据负载情况实现自由无级的起动 软起动方式 1 液阻式软起动 磁控式软起动 智能式软起动 2 3 1 7 2 三相异步电动机的调速 三相异步电动机转速公式为 s p f n 1 60 1 从上式可见 改变供电频率 f 电动机的极对数 p 及转差率 s 均可太到改 变转速的目的 异步电动机的调速主要有三种方法 1 变极调速 异步电动机正常运行时 转子转速 n 略低于 所以 一 1 1 60 f n p 1 n 旦 p 改变 改变 n 也随着改变 1 n 10 1 Y YY 变极调速 属于恒转矩调速方式 2 YY 变极调速 属于恒功率调速方式 2 变频调速 异步电动机的转速 当转差率 S 变化不大时 n 近似正 s p f n 1 60 1 比于频率 可见改变电源频率就可改变异步电动机的转速 常用的异步电 1 f 动机变频调速控制方式通常有两种 即恒转矩变频调速和恒功率变频调速 1 恒转矩变频调速 电机变频调速前后额定电磁转矩相等 即恒 转矩调速时 有 TeNTeN TT 2 恒功率变频调速 电机变频调速前后它的电磁功率相等 即 1 1 TemTemem TTP 3 转子回路串电阻调速 转子串入附加电阻 使电动机的转差率加大 电动机在较低的转速下运行 串入的电阻越大 电动机的转速越低 此方法设备简单 控制方便 但转差功 率以发热的形式消耗在电阻上 属有级调速 机械特性较软 串电阻前后保持转子电流不变 则有 22 N RRR SS 22 coscos N 电磁转矩为 保持不变 即属于恒转矩调速 22 cos emMm TCI 1 8 感应电动机的主要性能指标和额定参数 感应电动机的主要性能指标 基准值和额定参数 性能指标基准值额定参数与标么值 额定功率电压基准值 额定相电UN 效率 额定电压电流基准值 每相功电流IKW功率因数 额定频率功率基准值 额定功率PN最大转矩倍数 额定转速阻抗基准值 ZKW UN IKW起动转矩倍数 转矩基准值 额定转矩TN起动过程中的最小转矩 11 绕组和铁心温升 起动电流倍数 12 第 2 章 三相异步电机的基本结构与工作原理 2 1 电机的分类 电机是指电磁感应作用而运行的电气设备 用于机械能和电能之间的转换 不同形式电能之间的变换 或者信号的传递与转换 电机的用途广泛 种类很多 按照电机在应用中的能量转换功能来分 可 分为发电机 电动机 变换器以及控制电机等 按所应用的电流种类 又可分为直流电机和交流电机 按照运动方式来分 可分为静止设备和旋转设备 前者为变压器 后者包 括直流电机 异步电机和同步电机 2 2 三相异步电动机的结构和用途 异步电动机也称感应电机 与其他电动机相比 异步电动机具有结构简单 坚固耐用 使用方便 运行可靠 易于制造和维修 价格低廉并有适用于多种 机械负载的工作特性 其缺点是调速性能差 功率因数低 下面介绍下三相异 步电动机的基本结构 工作原理和运行特性等 2 2 1 异步电动机结构 1 固定部分有定子绕组 定子铁心 机壳 端盖 风罩 定子绕组是电动机的电路部分 由若干线圈按照一定规律嵌放在定子铁心 槽中并联结起来构成 定子绕组在交变 4 的磁场中感应电动势 流过电流 从 电网吸收或向电网发出功率 定子铁心是电机磁路的一部分 通常是用轧成厚 0 5 或 0 35 毫米的硅钢片叠成的 机壳是用来支撑定子铁心和电动机端盖 端 盖是用来支撑电动机的转动部分 一般指转子 2 转动部分有转子铁心 转子鼠笼 转轴 起动开关 轴承 风叶 转子铁心是整个电动机磁路的一部分 通常也用厚度为 0 5mm 的硅钢片叠 压而成 转子绕组是转子的电路部分 在交变的磁场中感应电动势 流过电流并产 生电磁转矩 转子绕组分为笼型绕组和绕线型绕组两种 转轴是作为支撑转子 铁心和传递力矩最不可缺少的结构部分 轴承主要是连接转动部分与不动部分 风叶主要是冷却电动机 13 图图 2 1 鼠笼转子鼠笼转子 3 其他部分有出线盒 铭牌 起动或工作电容器 4 三相异步电动机的总结构图 图图 2 2 封闭式三相笼型异步电动机结构图封闭式三相笼型异步电动机结构图 1 轴承 2 前端盖 3 转轴 4 接线盒 5 吊环 6 定子铁心 7 转子 8 定子绕组 9 机座 10 后端盖 11 风罩 12 风扇 2 2 2 异步电动机用途 异步电机主要作用作电动机 其功率范围从几瓦到上万千瓦 是国民经济 各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机 为多种机械设备和家用电器提 供动力 例如机床 中小型轧钢设备 风机 水泵 轻工机械 冶金和矿山机 械等 大都采用三相异步电动机拖动 电风扇 洗衣机 电冰箱 空调器等家 用电器中则广泛使用单相异步电动机 异步电动机也可以作为发电机 用于风 力发电场和小型水电站等 2 3 三相异步电动机的基本工作原理和运行特性 2 3 1 基本工作原理 三相异步电动机运行时的基本点此过程主要分为以下三个阶段 定子绕组通入对称的三相交流电 便在其中形成圆形旋转磁动势 从而产 生基波旋转磁场 14 若转子不转 该气息磁场与转子绕组有相对运动 便切割转子绕组 转自 绕组产生电动势 由于转子电路是闭合的 在转子绕组中产生相应的电流 转子带电导体在变化磁场中会受电磁力的作用 因此产生电磁转矩 这样 转子便旋转起来 转数为n 只要n小于同步转速 转子导条与磁场仍有相对 运动 产生与转子不转时相同方向的电动势 电流和电磁转矩 转子继续旋转 直至电磁转矩与负载转矩平衡 才进入稳定运行状态 2 3 2 三相异步电动机的工作特性 异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下 电动机的主要物理 量转差率 转矩电流 效率 功率因数等随输出功率变化的关系曲线 图图 2 4 异步电动机的工作特性曲线异步电动机的工作特性曲线 1 转差率特性 通常把同步转速 n1 和电动机转子转速 n 二者之差与同步转速 n1 的比值叫 做转差率 用 s 表示 即 1 1 n nn s 它在用上式计算时 若令 0 则当与方向相同时 0 否则 yF 邴 詑 攗檢锟袥匏 憌 z 刧绗 鰀 畬拃 Szl 4 榌 m Y 朗 k v 犢 Hmu 鏸 t n 褛 埈蕛癤當 m 犔 QVP 0 蜈 绹 爔 豴 t 纴 餚 鉙 ht e 候 R D 檘堑 乒 h 齊 砱蜮陾巁 g 硃 硘敍橼 Z G 贒 IJ w 谆 揚 u 醸 羛 H 豋 H r8v 崂 y 铰 吮野 m 擪楋 岠 8 呫諜 S 啿 j g y 圕蜽褘 0s 燅 晳 r 羀矤 厎 v 騴捃 鶁 R 脅一痯 譊噼 阜 z O 婗 妸 兼譫烴 H 树畲 门 V 深奨劇 臕 鮥 荳 呜 b 踱 4b 羾 右檉骽 曜 RbY 梯魏 鳊 D 蘞 V 咉 M U 噎丂 fZJY 竖莈 6q 蝚 q f 谵僉聒 涒鏼 3 輋 uU E mScc 俚 F 哘拒頤 僛 捚 薲 爐 e 箍 x 滟 嶦 绯 担擷擾卯 懕 aQ 捠挧 e 嘞 腕 锂 啰 h 逌 u E 廇 W9 衢 o 踺隗 峥抙 e 4 囪 W 壶 俒 資 Y 胘 Wje 樽碜 3 鈊 Q L 搓 4 袂刍窖 A 畔 7q 誐棏誄斛 Z X 喗 K s 轠揋 剬 W 駒 p 鹺 j 惯 堒 j 飮 鰌 胆 烲 什听揯 t 瑽 坂 閕粸 pW d vM z 衡 z 謘澢 辑 x 鞫 獐昃 O 獳 n 瘾 h 餰 蜰 z7 3 庽 鮵 擶 ow 缀 e 材儍杊 咁舰 ep m 沟钇侭橎牣 酸 t 镚 DKkF 4g 肰噿噚 m 鎔鮢 1R 褡 qQ 蟭櫰 鍚揝 剾 貀 窴 権 K 猞 i 僗 野 x 萙 S 穊堺 e 崖 g 繍 Y 犡 cn 唇 竟瘡缀 頎 y 挤 lo 睈 y 軩 q1 r 鍼 t 滜 jMR cZ X Pox 邦漺 癬 c 荵 挜 FQ yF 邴 詑 攗檢锟袥匏 憌 z 刧绗 鰀 畬拃 Szl 4 榌 m Y 朗 k v 犢 Hmu 鏸 t n 褛 埈蕛癤當 m 犔 QVP 0 蜈 绹 爔 豴 t 纴 餚 鉙 ht e 候 R D 檘堑 乒 h 齊 砱蜮陾巁 g 硃 硘敍橼 Z G 贒 IJ w 谆 揚 u 醸 羛 H 豋 H r8v 崂 y 铰 吮野 m 擪楋 岠 8 呫諜 S 啿 j g y 圕蜽褘 0s 燅 晳 r 羀矤 厎 v 騴捃 鶁 R 脅一痯 譊噼 阜 z O 婗 妸 兼譫烴 H 树畲 门 V 深奨劇 臕 鮥 荳 呜 b 踱 4b 羾 右檉骽 曜 R 17 bY 梯魏 鳊 D 蘞 V 咉 M U 噎丂 fZJY 竖莈 6q 蝚 q f 谵僉聒 涒鏼 3 輋 uU E mScc 俚 F 哘拒頤 僛 捚 薲 爐 e 箍 x 滟 嶦 绯 m 鎔鮢 1R 褡 qQ 蟭櫰 鍚揝 剾 貀 窴 権 K 猞 i 僗 野 x 萙 S 穊堺 e 崖 g 繍 Y 犡 cn 唇 竟瘡缀 頎 y 挤 lo 睈 y 軩 q1 r 鍼 t 滜 jMR cZ X Pox 邦漺 癬 c 荵 挜 FQ yF 邴 詑 攗檢锟袥匏 憌 z 刧绗 鰀 畬拃 Szl 4 榌 m Y 朗 k v 犢 Hmu 鏸 t n 褛 埈蕛癤當 m 犔 QVP 0 蜈 绹 爔 豴 t 纴 餚 鉙 ht e 候 R D 檘堑 乒 h 齊 砱蜮陾巁 g 硃 硘敍橼 Z G 贒 IJ w 谆 揚 u 醸 羛 H 豋 H r8v 崂 y 铰 吮野 m 擪楋 岠 8 呫諜 S 啿 j g y 圕蜽褘 0s 燅 晳 r 羀矤 厎 v 騴捃 鶁 R 脅一痯 譊噼 阜 z O 婗 妸 兼譫烴 H 树畲 门 V 深奨劇 臕 鮥 荳 呜 b 踱 4b 羾 右檉骽 曜 R bY 梯魏 鳊 D 蘞 V 咉 M U 噎丂 fZJY 竖莈 6q 蝚 q f 谵僉聒 涒鏼 3 輋 uU E mScc 俚 F 哘拒頤 僛 捚 薲 爐 e 箍 x 滟 嶦 绯 担擷擾卯 懕 aQ 捠挧 e 嘞 腕 锂 啰 h 逌 u E 廇 W9 衢 o 踺隗 峥抙 e 4 囪 W 壶 俒 資 Y 胘 Wje 樽碜 3 鈊 Q L 搓 4 袂刍窖 A 畔 7q 誐棏誄斛 Z X 喗 K s 轠揋 剬 W 駒 p 鹺 j 惯 堒 j 飮 鰌 胆 烲 什听揯 t 瑽 坂 閕粸 pW d vM z 衡 z 謘澢 辑 x 鞫 獐昃 O 獳 n 瘾 h 餰 蜰 z7 3 庽 鮵 擶 ow 缀 e 材儍杊 咁舰 ep m 沟钇侭橎牣 酸 t 镚 DKkF 4g 肰噿噚 m 鎔鮢 1R 褡 qQ 蟭櫰 鍚揝 剾 貀 窴 権 K 猞 i 僗 野 x 萙 S 穊堺 e 崖 g 繍 Y 犡 cn 唇 竟瘡缀 頎 y 挤 lo 睈 y 軩 q1 r 鍼 t 滜 jMR cZ X Pox 邦漺 癬 c 荵 挜 FQ J 鍔 峜摤蚗平绂 B 担擷擾卯 懕 aQ 捠挧 e 嘞 腕 锂 啰 h 逌 u E 廇 W9 衢 o 踺隗 峥抙 e 4 囪 W 壶 俒 資 Y 胘 Wje 樽碜 3 鈊 Q L 搓 4 袂刍窖 A 畔 7q 誐棏誄斛 Z X 喗 K s 轠揋 剬 W 駒 p 鹺 j 惯 堒 j 飮 鰌 胆 烲 什听揯 t 瑽 坂 閕粸 pW d vM z 衡 z 謘澢 辑 x 鞫 獐昃 O 獳 n 瘾 h 餰 蜰 z7 3 庽 鮵 擶 ow 缀 e 材儍杊 咁舰 ep m 沟钇侭橎牣 酸 t 镚 DKkF 4g 肰噿噚 m 鎔鮢 1R 褡 qQ 蟭櫰 鍚揝 剾 貀 窴 権 K 猞 i 僗 野 x 萙 S 穊堺 e 崖 g 繍 Y 犡 cn 唇 竟瘡缀 頎 y 挤 lo 睈 y 軩 q1 r 鍼 t 滜 jMR cZ X Pox 邦漺 癬 c 荵 挜 FQ yF 邴 詑 攗檢锟袥匏 憌 z 刧绗 鰀 畬拃 Szl 4 榌 m Y 朗 k 儤 v 犢 Hmu 鏸 t n 褛 埈蕛癤當 m 犔 QVP 0 蜈 绹 爔 豴 t 纴 餚 鉙 ht e 候 R D 檘堑 乒 h 齊 砱蜮陾巁 g 硃 硘敍橼 Z G 贒 IJ w 谆 揚 u 醸 羛 H 豋 H r8v 崂 y 铰 吮野 m 擪楋 岠 8 呫諜 S 啿 j g y 圕蜽褘 0s 燅 晳 r 羀矤 厎 v 騴捃 鶁 R 脅一痯 譊噼 阜 z O 婗 妸 兼譫烴 H 树畲 门 V 深奨劇 臕 鮥 荳 呜 b 踱 4b 羾 右檉骽 曜 RbY 梯魏 鳊 D 蘞 V 咉 M U 噎丂 fZJY 竖莈 6q 蝚 q f 谵僉聒 涒鏼 3 輋 uU E mScc 俚 F 哘拒頤 僛 捚 薲 爐 e 箍 x 滟 嶦 绯 担擷擾卯 懕 aQ 捠挧 e 嘞 腕 锂 啰 h 逌 u E 廇 W9 衢 o 踺隗 峥抙 e 4 囪 W 壶 俒 資 Y 胘 Wje 樽碜 3 鈊 Q L 搓 4 袂刍窖 A 畔 7q 誐棏誄斛 Z X 喗 K s 轠揋 剬 W 駒 p 鹺 j 惯 堒 j 飮 鰌 胆 烲 什听揯 t 瑽 坂 閕粸 pW d vM z 衡 z 謘澢 辑 x 鞫 獐昃 O 獳 n 瘾 h 餰 蜰 z7 3 庽 鮵 擶 ow 缀 e 材儍杊 咁舰 ep m 沟钇侭橎牣 酸 t 镚 DKkF 4g 肰噿噚 m 鎔鮢 1R 褡 qQ 蟭櫰 鍚揝 剾 貀 窴 権 K 猞 i 僗 野 x 萙 S 穊堺 e 崖 g 繍 Y 犡 cn 曦 唇 竟瘡缀 頎 y 挤 lo 睈 y 軩 q1 r 鍼 t 滜 jMR cZ X Pox 邦漺 癬 c 荵 挜 FQ yF 邴 詑 攗檢锟袥匏 憌 z 刧绗 鰀 畬拃 Szl 4 榌 m Y 朗 k 儤 v 犢 Hmu 鏸 t n 褛 埈蕛癤當 m 犔 QVP 0 蜈 绹 爔 豴 t 纴 餚 鉙 ht e 候 R D 檘堑 乒 h 齊 砱蜮陾巁 g 硃 硘敍橼 Z G 贒 IJ w 谆 揚 u 醸 羛 H 豋 H r8v 崂 y 铰 吮野 m 擪楋 岠 8 呫諜 S 啿 j g y 圕蜽褘 0s 燅 晳 r 羀矤 厎 v 騴捃 鶁 R 脅一痯 譊噼 阜 z O 婗 妸 兼譫烴 H 树畲 门 V 深奨劇 臕 鮥 荳 呜 b 踱 4b 羾 右檉骽 曜 R bY 梯魏 鳊 D 蘞 V 咉 M U 噎丂 fZJY 竖莈 6q 蝚 q f 谵僉聒 涒鏼 3 輋 uU E mScc 俚 F 哘拒頤 僛 捚 薲 爐 e 箍 x 滟 嶦 绯 担擷擾卯 懕 aQ 捠挧 e 嘞 腕 锂 啰 h 逌 u E 廇 W9 衢 o 踺隗 峥抙 e 4 囪 W 壶 俒 資 Y 胘 Wje 樽碜 3 鈊 Q L 搓 4 袂刍窖 A 畔 7q 誐棏誄斛 Z X 喗 K s 轠揋 剬 W 駒 p 鹺 j 惯 堒 j 飮 鰌 胆 烲 什听揯 t 瑽 坂 閕粸 pW d vM z 衡 z 謘澢 辑 x 鞫 獐昃 O 獳 n 瘾 h 餰 蜰 z7 3 庽 鮵 擶 ow 缀 e 材儍杊 咁舰 ep m 沟钇侭橎牣 酸 t 镚 DKkF 4g 肰噿噚 m 鎔鮢 1R 褡 qQ 蟭櫰 鍚揝 剾 貀 窴 権 K 猞 i 僗 野 x 萙 S 穊堺 e 崖 g 繍 Y 犡 cn 曦 唇 竟瘡缀 頎 y 挤 lo 睈 y 軩 q1 r 鍼 t 滜 jMR cZ X Pox 邦漺 癬 c 荵 挜 FQ yF 邴 詑 攗檢锟袥匏 憌 z 刧绗 鰀 畬拃 Szl 4 榌 m Y 朗 k 儤 v 犢 Hmu 鏸 t n 褛 埈蕛癤當 m 犔 QVP 0 蜈 绹 爔 豴 t 纴 餚 鉙 ht e 候 R D 檘堑 乒 h 齊 砱蜮陾巁 g 硃 硘敍橼 Z G 贒 IJ w 谆 揚 u 醸 羛 H 豋 H r8v 崂 y 铰 吮野 m 擪楋 岠 8 呫諜 S 啿 j g y 圕蜽褘 0s 燅 晳 r 羀矤 厎 v 騴捃 鶁 R 脅一痯 譊噼 阜 z O 婗 妸 兼譫烴 H 树畲 门 V 深奨劇 臕 鮥 荳 m 鎔鮢 1R 褡 qQ 蟭櫰 鍚揝 剾 貀 窴 権 K 猞 i 僗 野 x 萙 S 穊堺 e 崖 g 繍 Y 犡 cn 唇 竟瘡缀 頎 y 挤 lo 睈 y 軩 q1 r 鍼 t 滜 jMR cZ X Pox 邦漺 癬 c 荵 挜 FQ yF 邴 詑 攗檢锟袥匏 憌 z 刧绗 鰀 畬拃 Szl 4 榌 m Y 朗 k v 犢 Hmu 鏸 t n 褛 埈蕛癤當 m 犔 QVP 0 蜈 绹 爔 豴 t 纴 餚 鉙 ht e 候 R D 檘堑 乒 h 齊 砱蜮