三相绕线型异步电动机转子串电阻启动的设计VIP

引言三相异步电动机是目前应用最广泛的电动机。 探讨电力拖动中常遇到的绕组异步电动机转子电路串联电阻的启动问题，首先了解三相异步电动机是问题的基础。异步电动机是交流电动机的一种。 异步电动机由于性能有缺陷，异步电动机主要用作电动机。异步电机根据供电电源相数，有三相、两相和单相的区别。 三相异步电动机结构简单，价格低廉，运行可靠，维护方便，目前工业农业生产中最普遍的电动机单相异步电动机容量小，性能差，应用于实验室和家用电器的两相异步电动机通常用作控制电动机。三相异步电动机分为三相笼型异步电动机和三相绕组型异步电动机。 我的设计是启动三相绕组异步电动机转子电路的串联电阻。一三相异步电机的工作原理与结构构成1.1动作原理三相对称绕组接通三相对称电源，流过三相对称电流，产生旋转磁场(产生电磁)，切断转子导体，流过感应电位和电流(产生电磁)，通电导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩(电磁产生力)，使转子向旋转磁场旋转的方向旋转。1.2结构组成三相异步电动机主要由定子、转子、气隙三部分组成。1.2.1定子三相异步电动机定子由定子铁心、定子绕组和支架这3个部分构成。1 )定子铁心定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。 为了使异步电动机产生较大的电磁转矩，优选较强的旋转磁场，同时旋转磁场相对于定子铁心以同步旋转速度旋转，因此定子铁心的磁通的大小和方向发生变化，必须减少旋转磁场在定子铁心产生的涡电流损失和磁滞损失，因此定子铁心不会导通容量大(10kW以上)的电动机在硅钢板的两面涂布绝缘涂料，作为片材间绝缘的用途。 定子铁心的槽形通常有3种半闭口槽、半开口槽及开口槽。 从提高电动机效率和功率因数来看，半闭口槽最好。2 )定子绕组的定子绕组是异步电动机的定子部分的电路，其中很多绕组都按一定的规则连接面。 能够分散埋入半闭口槽的线圈用高强度搪瓷线或铝线缠绕，放入半开口槽的成型线圈用高强度搪瓷线缠绕扁线或扁线，或者用玻璃线缠绕扁线。 开口槽也放入成型线圈，其绝缘应采用云母胶带，线圈放入槽内与槽壁之间的间隔应采用“槽绝缘”，以防止电机运转时线圈损坏铁心或发生短路故障。 一般，根据定子绕组配置在槽内的情况，有单层绕组和双层绕组这两种基本型。 大容量异步电机采用双绕组。 双重绕组需要将槽内的导线上下分开双重配置，上下线圈边之间用层间绝缘隔开。 小容量异步电动机常采用单层绕组。 槽内定子绕组的导线用槽楔紧固。 槽楔常用的材料是竹子、胶带板和环氧玻璃板等非磁性材料。3 )机座的作用主要是固定和支撑定子铁芯。 中小型异步电动机一般采用铸铁机座，根据冷却方式不同采用不同的床式。 例如小型的密闭型马达，马达损失的热量全部通过支架放出。 为了强化散热能力，支架外表面有大量均匀分布的散热筋，增大散热面积。 大中型异步电机一般采用钢板焊接支架。1.2.2转子异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和旋转轴构成。1 )转子铁心的转子铁心也是电动机主磁通磁路的一部分，一般由0.5mm厚的冲切槽的硅钢板构成，铁心固定在旋转轴和转子支架上。 转子铁芯的整个外表面呈圆柱状。2 )转子绕组的转子绕组分为笼型和绕组型两种结构，以下文章分别说明这两种绕组结构的特征。图1-1绕组式异步电动机的结构图1.2.3气隙异步电机的额定值，转子之间的气隙小，小型电机-通常为0.22mm。 气隙的大小与异步电机的性能有很大关系。 气隙越大，磁阻也越大。 磁阻大的情况下，产生相同大小的旋转磁场需要很大的励磁电流。 励磁电流为无效电流(与变压器的情况相同)，该电流变大时电机的功率因数变差。 但是，磁阻大时，能够减少气隙磁场中的高次谐波含量，减少附加损耗，改善起动性能。 气隙过小会导致组装困难和运行不稳定。 如何决定气隙的大小，必须考虑利害，全面考虑。 一般异步电动机的气隙最好较小。异步电动机主要分为笼型(也称为笼型)和绕线型。 我们主要介绍绕组式异步电动机转子串联电阻的启动，我们首先了解笼型电动机启动的优点和局限性，并与绕组式电动机进行性能比较。双笼型与绕线型异步电动机性能比较2.1笼型异步电动机结构优点及启动性能极限笼型异步电动机结构简单紧凑，在电动机行业属于“吃电大家庭”，普及最为普及，需求量也占绝对份额。 但是，与绕组式异步电动机相比，起动性能受到限制笼型异步电动机的启动电流一般达到额定电流的57倍，但启动转矩只有额定转矩的0.41.6倍(小电动机为2.2倍)。 在电网条件和过程条件允许的情况下，可以直接启动该状况。 这里的栅极条件是指在电动机起动时保证栅极在电动机侧的电压降为10%以下的工艺条件是指电动机的起动转矩满足单元的系统惯性和负载的加速特性的要求。 但是，过大的启动电流、过小的启动转矩、过大的启动时间对电动机和电网造成很大的潜在危害。定子绕组的发热量根据流过的电流的大小以平方倍的关系变化。 根据上述启动电流的倍数，电机启动时每单位时间的发热量为通常运转时的2549倍，产生的电磁力也大幅增加。 过快的加热速度、过高的温度、过高的温度梯度和电磁力产生了很大的破坏力，缩短了定子绕组的寿命。特别是对于若干大的惯性负荷，例如大的惯性风扇和磨床，利用皮肤效应减小起动电流，提高起动转矩的电动机也容易在频繁起动后切断转子。2.2绕组式异步电动机的结构特征绕线型绕组是对称的三相绕组，该对称的三相绕组连接成星形，在旋转轴上连接有三个集电环，通过电刷连接转子绕组和外部电路。 该转子的特征在于，通过集电环和电刷将附加电阻和其他控制装置与转子电路连接，能够改善电动机的起动性能和调速特性。 为了减少电刷的磨损和摩擦损失，在中容量以上的异步电动机上设置了电刷短路装置。 该装置在马达启动后不需要调节速度的情况下，移动手柄提起刷子，使其不与集电环接触，同时使三个集电环短路。启动三绕组异步电动机转子串电阻3.1转子串联电阻起动的原理在绕线型异步电动机转子列的三相对称电阻起动的情况下，一般采用阶段性地切除起动电阻的方法. 这是因为，随着转子的旋转速度变高，转子电流、电动机转矩逐渐降低。 为充分利用电动机的起动转矩，必须随着转速的提高，逐渐减小转子电路的电阻，维持电动机的起动电流和转矩较高。 由式(1)可知，若与滑差率s成比例地减小转子电路电阻，则电动机在加速中能够得到一定的起动电流和起动转矩。(1)3.2启动电阻的使用原则现在国内广泛使用的起动电阻是金属电阻，它由一箱电阻片构成。 电阻值的变化是由于开关电器实现了金属电阻的一段短路，因此电阻值的变化是不连续的、阶段性的。 每个短段，启动电流和启动转矩都会急剧变化。 起动电阻分级数越少，起动中不短路的电阻引起的起动电流的冲击幅度越大，轴上转矩的急剧变化也越大。 由于启动电流对供电网的冲击和机械力，启动电阻的等级数必须很少。 一般为5-8级。 对于大容量电机，起动电阻分级较多。电力小的马达采用一般的三相电阻器和油浸起动电阻器，电力大的马达采用小的电阻器。3.3启动过程3.3.1小容量电机的启动小容量的三相绕组异步电动机可以用转子串联起动变阻器的方法起动。 启动变阻器用手柄连接成星形。 启动前将启动变阻器设为最大值，打开电源开关后，电机开始启动。 随着转速的提高，启动电阻器的电阻逐渐减小，切断一切，使转子绕组短路。3.3.2大容量电机的启动大容量绕组异步电动机一般采用逐步起动的方法，保证起动过程中有大转矩和小起动电流。图3-1绕组式异步电动机转子串电阻的起动特性启动电阻的计算步骤如下所示1 )根据生产机械的起动要求和电机容量决定起动电阻的级数m，其中设备级数为I，加速级数为n。2 )根据加速度要求，预先确定加速转矩的上限。 没有z加速度限制时，可以考虑利用电机的启动转矩=(0.80.9)。3 )确定第一加速级的额定滑移率；在第1加速级，在=s=、=1情况下：，要解上式：设定时：第一加速级额定滑差率与临界滑差率的关系如下或者，按如下说明4 )式(将起动电阻级数设为n，将各级的起动电阻的公比设为q，将r和r设为各级的电阻)求出公比q5 )求出第一加速级的阻力6 )利用方式7 )利用方式8 )求出平均起动转矩。加速期间，启动转矩始终在和之间变动，其平均启动转矩可以用算术平均值表示或者用几何平均值表示如果选定，则为确定的值，如下所示在第一加速水平下，代入、上式时4具体设计拖动作为三相绕组式异步电机的生产机械运行。 已知该电动机的PN=40KW，n=1435r/min，=2.6，U2n=290V，I2N=86A。 启动时的负载转矩TL=200NM，通过转子电路串联电阻启动。 启动级数m=3。 求各级串联连接的起动电阻。1 )选择起动转矩T1TN=60pn/2nn=(604703 )/(23.141435 ) nm=266.32 nmTM=2.6266.32 NMt1=(0.80.9 ) TM=(0.80.9 ) 692.43 nm=(553.94623.19) NM设T1=600 NM2 )求出起切转矩比sn=(n0-nn )/n0=(1500-1435 )/1500=0.0433=3 )求出切换转矩T2T2=T1/=580/2.2=263.64 NM因为T21.1TL，选择m和是合适的。4 )求出转子各相绕组电阻R2=snu2n/(i2n )=(0.0433290 )/(1.7386 )=0.0844五)寻求各级总抵抗R21=R2=2.20.084=0.186r2=r21=2.20.186=0.408R23=R23=2.20.408=0.899六)求各级起动电阻；RS t1=r21-R2=(0.186-0.0844 )=0.102rst2=R2-r21=(0.408-0.186 )=0.222rst3=r23-R2=(0.899-0.408 )=0.491五个结论在绕线式异步电动机中，一般采用的是转子电路的串联变阻器起动方式，只要是为了限制起动电流，增大起动转矩即可。 但这种启动方式频繁启动容易引起温度上升，结构复杂，使用不多。由此可知，上述几种启动方式的共同特征是控制电路简单，启动转矩几乎不能调整，启动中存在二次冲击电流，负载机械存在冲击转矩，受电网电压变动的影响，电网电压下降时，电机锁定，启动困难。 另外，上述几种起动方法在停止时瞬间停止，在负荷重的时候给予剧烈的机械冲击。 当三相交流电流流过三相定子绕组时，在定子室内产生旋转磁场。 旋转前静止的转子导体相当于通过旋转磁场使转子导体相对切断磁场的磁力线，在转子导体中产生感应电流(电磁感应原理)。 当存在这些感应电流时，子导体在生产现场运动(电流效应电磁力)。 由于转子内的导体始终对称配置，导体产生的电磁力正好相反，形成电磁转矩使转子旋转。 由于流过转子导体的电流由定子的旋转磁场感应，因此也称为感应电动机。 另外，转子的转速始终低于定子的旋转磁场的转速，因此也称为异步电动机。绕线式异步电动机能够通