沈阳大学电机课设

提升机主电路设计提升机主电路设计 1 1 三相异步机运行状态三相异步机运行状态 1 11 1 加速阶段加速阶段 t1t1 三相异步机在额定电压下启动 并以最大加速度加速 异步机的速度由 0 增加到 v1 即 v v1 时 电机工作在固有特性上 三相异步机的固有机械特性 是指三相异步机定子电压和频率为额定值 定子绕组按规定的接线方式连接 定子及转子回路不外接任何电器原件的条件下的机械特性 1 21 2 等速阶段等速阶段 t2t2 三相异步机以 v1 速度匀速运行 此时异步机工作在固有机械特性上 1 31 3 调速阶段调速阶段 t3t3 用适当的调速方式将三相异步机速度 v1 调到 v2 并以 v2 速度匀速运行 此时异步机工作在 v2 0 7v1 的人为机械特性上 三相异步机的人为机械特性是 指 人为地改变电源参数或电动机参数而的到的机械特性 1 41 4 减速阶段减速阶段 t4t4 三相异步机以适当的制动方式制动 并以最大减速度减速 速度由 v2 减小 到 0 2 2 说明各阶段所选择的方法说明各阶段所选择的方法 2 12 1 启动阶段启动阶段 2 1 12 1 1 启动方式的介绍启动方式的介绍 1 1 直接启动直接启动 直接启动的优点是所需设备少 启动方式简单 成本低 电动机直接启动的电 流是正常运行的 5 倍左右 理论上来说 只要向电动机提供电源的线路和变压 器容量大于电动机容量的 5 倍以上的 都可以直接启动 这一要求对于小容量 的电动机容易实现 所以小容量的电动机绝大部分都是直接启动的 不需要降 压启动 对于大容量的电动机来说 一方面是提供电源的线路和变压器容量很 难满足电动机直接启动的条件 另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机 影响电动机的使用寿命 对电网不利 所以大容量的电动机和不能直接启动的 电动机都要采用降压启动 直接启动可以用胶木开关 铁壳开关 空气开关 断路器 等实现电动机的近 距离操作 点动控制 速度控制 正反转控制等 也可以用限位开关 交流接 触器 时间继电器等实现电动机的远距离操作 点动控制 速度控制 正反转 控制 自动控制等 2 2 用自偶变压器降压启动 用自偶变压器降压启动 采用自耦变压器降压启动 电动机的启动电流及启动转矩与其端电压的平 方成比例降低 相同的启动电流的情况下能获得较大的启动转矩 如启动电压 降至额定电压的 65 其启动电流为全压启动电流的 42 启动转矩为全压启 动转矩的 42 自耦变压器降压启动的优点是可以直接人工操作控制 也可以用交流接触 器自动控制 经久耐用 维护成本低 适合所有的空载 轻载启动异步电动机 使用 在生产实践中得到广泛应用 缺点是人工操作要配置比较贵的自偶变压 器箱 自偶补偿器箱 自动控制要配置自偶变压器 交流接触器等启动设备和 元件 启动电流小 起动转矩较大 只允许连续启动 2 3 次 设备价格较高 但 性能较好 使用用较广 3 3 Y Y 降压启动降压启动 定子绕组为 连接的电动机 启动时接成 Y 速度接近额定转速时转为 运行 采用这种方式启动时 每相定子绕组降低到电源电压的 58 启动电流 为直接启动时的 33 启动转矩为直接启动时的 33 启动电流小 启动转矩 小 Y 降压启动的优点是不需要添置启动设备 有启动开关或交流接触器等 控制设备就可以实现 缺点是只能用于 连接的电动机 大型异步电机不能重 载启动 启动电流小 但二次冲击电流大 其动转矩较小 允许启动次数较高 设 备价格较低 适用于钉子绕组为三角形接线的 6 个引出端子的中小型电机 如 Y2 和 Y 系列电动机 4 4 转子串电阻启动 转子串电阻启动 绕线式三相异步电动机 转子绕组通过滑环与电阻连接 外部串接电阻相 当于转子绕组的内阻增加了 减小了转子绕组的感应电流 从某个角度讲 电 动机又像是一个变压器 二次电流小 相当于变压器一次绕组的电动机励磁绕 组电流就相应减小 根据电动机的特性 转子串接电阻会降低电动机的转速 提高转动力矩 有更好的启动性能 在这种启动方式中 由于电阻是常数 将启动电阻分为几级 在启动过程中 逐级切除 可以获取较平滑的启动过程 根据上述分析知 要想获得更加平稳的启动特性 必须增加启动级数 这就 会使设备复杂化 采用了在转子上串频敏变阻器的启动方法 可以使启动更加 平稳 5 5 软启动器 软启动器 软起动器是一种集电机软起动 软停车 轻载节能和多种保护功能于一体 的新颖电机控制装置 国外称为 Soft Starter 它的主要构成是串接于电源与 被控电机之间的三相反并联闸管交流调压器 运用不同的方法 改变晶闸管的 触发角 就可调节晶闸管调压电路的输出电压 在整个起动过程中 软起动器 的输出是一个平滑的升压过程 直到晶闸管全导通 电机在额定电压下工作 软启动器的优点是降低电压启动 启动电流小 适合所有的空载 轻载异 步电动机使用 缺点是启动转矩小 不适用于重载启动的大型电机 2 1 22 1 2 启动方式选择启动方式选择 根据以上启动方式的介绍和电机运行方式分析 选择转子串三相对称电阻 分级启动 为了在整个启动过程中始终获得较大的加速转矩 并使启动过程比 较平滑 应在转子回路串入多级对称电阻 启动时 随着转速的升高 逐段切 除启动电阻 这与直流电动机电枢串电阻启动类似 称为电阻分级启动 2 22 2 调速阶段调速阶段 2 2 12 2 1 调速方式的介绍调速方式的介绍 1 1 变极对数调速变极对数调速 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数 达到调速目的 这种方法的特点 具有较硬的机械特性 稳定性良好 无转差 损耗 效率高 接线简单 控制方便 价格低 有级调速 级差较大 不能获 得平滑调速 可以与调压调速 电磁转差离合器配合使用 获得较高效率的平 滑调速特性 本方法适用于不需要无级调速的生产机械 如金属切削机床 升 降机 起重设备 风机 水泵等 2 2 变频调速方法变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率 从而改变其同步转速的调速方法 变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器 变频器可分成交流 直流 交流变频器和交流 交流变频器两大类 目前国内大都使用交 直 交变频器 其特点 效率高 调速过程中没有附加损耗 应用范围广 可用于笼型异步电 动机 调速范围大 特性硬 精度高 技术复杂 造价高 维护检修困难 本方法适用 于要求精度高 调速性能较好场合 3 3 绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式电动机转子串电阻调速方法 绕线式异步电动机转子串入附加电阻 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 4 4 定子调压调速方法定子调压调速方法 当改变电动机的定子电压时 可以得到一组不同的机械特性曲线 从而获 得不同转速 由于电动机的转矩与电压平方成正比 因此最大转矩下降很多 其调速范围较小 使一般笼型电动机难以应用 为了扩大调速范围 调压调速 应采用转子电阻值大的笼型电动机 如专供调压调速用的力矩电动机 或者在 绕线式电动机上串联频敏电阻 为了扩大稳定运行范围 当调速在 2 1 以上的 场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的 调压调速的主要装置是一个能 提供电压变化的电源 目前常用的调压方式有串联饱和电抗器 自耦变压器以 及晶闸管调压等几种 晶闸管调压方式为最佳 调压调速的特点 调压调速线 路简单 易实现自动控制 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中 效率较低 调压调速一般适用于 100KW 以下的生产机械 2 2 22 2 2 调速方法的选择调速方法的选择 根据绕线转子异步电动机的特点 选择变频调速 由于调速时转差功率不 变 在异步电动机调速方法中效率最高 性能最好 是交流调速的主要方向和 发展方向 分为基频上调和基频下调 根据提升机速度图可知应采用基频下调 基频下调满足如下关系 11 NN UfUfC 2 32 3 减速阶段减速阶段 2 3 12 3 1 制动方法的介绍制动方法的介绍 1 1 反接制动反接制动 当异步电动机转子的旋转方向与定子磁场的旋转方向相反时 电动机变处 于反接制动状态 反接制动状态有两种情况 一是保持定子磁场的转向不变 而转子在位能性负载作用下进入倒拉反转 这种情况下的制动称为转子反转的 反接制动 二是在电动状态下突然将电源两项反接 使定子旋转磁场的方向 由原来的顺转子转向改为逆转子转向 这种情况下的制动称为定子两相反接的 反接制动 2 2 能耗制动能耗制动 能耗制动的特点是将电机与三相电源断开而与直流电源接通 电动机像发 电机一样 将拖动系统的动能转换成电能消耗在电机内部的电阻中 能耗制动 是异步机常用的一种制动方法 它便于准确停车 制动较为平稳 与反接制动 相比较 制动时能量损耗小 电流冲击也小 适合于经常启动 反转 并要求 准确停车的生产机械 如轧钢车间升降台 矿井卷扬机等 3 3 回馈制动回馈制动 三相异步机的回馈制动有两种情况 一种是出现在异步电动机拖动位能性 负载下放重物过程中 此时电动机处于反相回馈制动状态 另一种是出现在异 步机变级对数或变频调速过程中 此时电动机处于正向回馈制动状态 2 3 2 制动方式选择 根据以上三类制动方式的介绍 选则反接制动中的定子两相反接制动 对于绕 线转子异步电动机 为了限制两相反接瞬间电流和增大电磁制动转矩 通常在 定子两相反接的同时 在转子中串入制动电阻 在制动时须注意当转速接近 0 时 立即切断电源 否则电动机拖动系统的机械特性曲线将进入第三象限 3 3 三相异步机参数计算三相异步机参数计算 3 13 1 启动计算启动计算 计算 NN S 11 22 1000970 10000 03 13310 1716 NN Nmm Snnn 确定 1 1max 22 1 11 0 850 850 85 3217553 35 32173217 1 10 557 553 35553 35 mN mNmN TTTN m TT TT 计算 q 3 1 21 0 1716 0 5570 032 17 0 257 m NN q q 校验 22 222 2 2 1 23 0 257217 10 257 313 9 313 9 0 5217 2 891 1 mN L TTN m TT 计算各级总电阻 以及各段电阻 13 RR 13stst RR 2 32 23 12 332 223 312 0 1 0 1 2 170 217 0 2172 170 471 0 471 2 171 022 0 2170 10 117 0 4710 2170 254 1 0220 4710 551 st st st r Rr q RR q RR q RRr RRR RRR 3 23 2 调速计算调速计算 当速度下降到 采用变频调速 2 0 7 N nn 3 33 3 制动计算制动计算 于在变频调速的基础上进行制动 所以此时 1 694 minnr 679 min N nr 计算 N S m S A S 1 1 22 22 694679 0 022 694 1 0 022 331 0 128 33 1 0 128 1 0 011 0 50 5 N N mNmm mNmN Am LL nn S n SS TT SS TT 在固有机械特性 即 A 点时的转速0 5 LN TT 1 1 10 011 694686 37 min AA nSnr 反接制动点的转差率 B 11 694686 37 6941 989 BB Snnn 设1 8 BN TT 22 33 1 1 989 1 3 1 81 8 mNmN mB BB TT SS TT 比例推移公式 2 3 1 1 0 12 24 0 128 m Br m S Rr S 当转速接近 0 时 应采取措施 立即切断电源 4 4 三相异步机机械特性与电路图三相异步机机械特性与电路图 4 14 1 转子串三级对称电阻分级启动转子串三级对称电阻分级启动 图 4 1 1 原理图 图 4 1 2 机械特性 4 24 2 变频调速 基频下调 变频调速 基频下调 图 4 2 1 恒压频比控制时的机械特性 图 4 2 1 变频原理图 4 34 3 定子两相反接的反接制动定子两相反接的反接制动 图 4 3 1 电路图 图 4 3 2 定子两相反接制动的机械特性 5 5 实验结论实验结论 三相绕线转子异步电动机时 转子电路串入适当的电阻 既能限制启动电 流又能增大启动转矩 同时克服了笼型异步电动机启动电流大 启动转矩不大 的缺点 非常适用于中 大容量异步电动机重载启动 定子调压调速的优点是调速装置简单 价格便宜 适合于高转差率笼型异 步电动机和绕线转自异步电动机 最适合拖动风机和泵类负载 缺点是低速运 行时损耗大 效率低且转速稳定性差 定子两相反接制动的优点是能使位能负载 以稳定转速下降 缺点是能量 损耗大 6 6 设计体会设计体会 通过本次课程设计 我进一步掌握了电机电路设计的原理 为以后的专业 课程打下了一定基础 电机与电力拖动基础课程设计 是学习理论课程之后的 实践教学环节 课程设计是培养学生综合运用所学知识 发现 提出 分析和解决 实际问题 锻炼实践能力的重要环节 是对学生实际工作能力的具体训练和考察 过程 此次设计是通过解决比较简单的实际问题 巩固和加深课程中所学的理 论知识和实验技能 联系实际提高和培养学生分析 解决实际问题的能力和创 新能力 为后续课程的学习