绕线型异步电动机串电阻

1、辽宁工程技术大学电机与拖动课程设计课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 绕线型异步电动机串电阻启动 学 期：2013-2014学年第2学期专 业： 电气技术 班 级： 电技12-2 姓 名： 周立君 学 号： 1205020229 指导教师： 王巍 辽宁工程技术大学课 程 设 计 成 绩 评 定 表评定标准评定指标标准评定合格不合格单元电路及整体设计方案合理性正确性创新性仿真或实践是否进行仿真或实践技术指标或性能符合设计要求有完成结果设计报告格式正确内容充实语言流畅标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小 项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年 月 日课 程 

2、设 计 任 务 书一、设计题目 绕线型三相异步电动机串电阻启动设计 二、设计任务 1、分析绕线型三相异步电动机的启动过程； 2、给出启动级数、各级启动电阻计算公式； 3、以实际例子说明启动级数和各级启动电阻的计算过程； 三、设计计划 电机与拖动课程设计共计1周内完成：1、第12天查资料,熟悉题目；2、第35天方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书；3、第6天准备答辩；4、第7天答辩。 四、设计要求 1、以实际例子说明启动级数和各级启动电阻的计算步骤； 

3、;2、对电枢串电阻启动进行优缺点分析；    指导教师：王巍时      间： 年 月 日摘要三相异步电动机是交流电机的一种，主要用作电动机使用，因其结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便，是当前工农业当中应用最普遍的电动机。但是启动电流大是所有电动机启动的共性，电动机启动过程要求启动电流不能超出允许范围而且启动转矩不能太小，启动电流过大可能导致绕组烧坏，启动转矩太小会导致电动机启动过程缓慢甚至不能启动。所以，研究一种可行而适用易操作的启动方案就变得十分必要了。本课题研究绕线型三相异步电动机的电

4、枢串电阻启动，通过理论计算，给出启动级数、各级启动电阻等详细参数，以达到增加最初起动转矩，使电动机以最大转矩T起动，避免因直接起动产生较大电流而带来的危害，提高启动的平稳性的可观效果。 关键词：异步电动机；电枢串电阻；启动目录1 综述12 异步电动机原理及结构22.1异步电动机结构22.2旋转磁场32.3工作原理43 电动机的启动指标54 启动过程65 启动级数未定的计算86 启动级数已定时，启动电阻的计算117 具体设计12结论13设计体会14参考文献151 综述根据我们在教材电机与拖动上学到的知识了解到绕线式三相异步电动机转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动机的启动转矩，启

5、动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。它可用在重载和频繁启动的生产机械上。这样做电路设计一方面可以减小起动电流，另一方面可以增加最初起动转矩，当串入某一合适电阻时，还能使电动机以它的最大转矩T起动。当然，所串联的电阻超过一定数值后，最初起动转矩反而会减小。由于绕线异步电动机的转子串联合适的电阻，不但可以减少起动电流，而且可以增大起动转矩，因而，要求起动的转矩大或起动频繁的生产机械常用绕线型异步电动机。2 异步电动机原理及结构2.1异步电动机结构电机都是由固定不动的定子和可以转动的转子两大部分组成。1）定子定子铁心是由定子铁心、定子绕组和机座三部分构成，铁心一般采用0.5mm厚的电工硅

6、钢片叠压而成，硅钢片的两面还会涂有绝缘漆以减少涡流损耗，目的是为减少旋转磁场在铁心中引起的铁损耗。2）气隙气隙的大小对异步电动机的运行性能有很大影响。为了减少电机的励磁电流，提高功率因数，气隙应该尽可能的小。在中小型异步电动机中，气隙大约为0.21.5 mm。3）转子转子有转子铁心、转子绕组和转轴等组成。转子铁心所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。 转子绕组分为鼠笼式转子和绕线式转子。4）其它

7、附件 端盖：支撑作用。 轴承：连接转动部分与不动部分。 轴承端盖：保护轴承。风扇：冷却电动机。10图2-1 三相异步电动机结构2.2旋转磁场旋转电机都是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。在变压器中，交变电流通过集中的绕组产生交变的磁场，三相异步电动机则是利用三相电流通过三相绕组产生在空间旋转的磁场。因此，先要了解旋转磁场的问题。1）旋转磁场旋转磁场是由三相电流通过三相绕组，或者多相电流通过多相绕组产生的。三个匝数相同，形状尺寸一样，轴线在空间互差120°的绕组称为三相绕组。三相电流通过三相绕组时所产生的合成磁场是个旋转磁场。磁场旋转时会在每相绕组中产生感应电动势。 电角度=磁极对

8、数×机械角度2）旋转磁场的转速旋转磁场的转速称为同步转速，用n0表示。n0=601/p式中，p为电机的极对数。旋转磁场的转向由三相电流流入三相绕组的相序决定。改变电流相序，旋转磁场的转向随之改变。2.3工作原理三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作

9、用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子 沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。如图1-2所示。图1-2 三相异步电动机工3 电动机的启动指标 启动是指电动机从静止状态开始转动起来，直至最后达到稳定运行。对于任何一台电动机，在启动时，都有下列两个基本的要求。

10、1）只有Tst >TL时，电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运转。一般要求Tst(1.11.2)TL。Tst越大于TL，启动过程所需要的时间就越短。2）启动电流不要超过允许范围 对三相异步电动机来说，由于启动瞬间s=1，旋转磁场与转子之间的相对运动速度很大，转子电路的感应电动势及电流都很大，所以启动电流远大于额定电流。在电源容量与电动机的额定功率相比不是足够大时，会引起输出电线路上电压降的增加，造成供电电压的明显下降，不仅影响了同一供电系统中其他负载的工作，而且会延长电动机本身的启动时间。此外在启动过于频繁时，还会引起电动机过热。在这两种情况下，就必须设法减小启动电流。4 启动过

11、程绕线型异步电动机的转子串联合适的电阻不但可以减小启动电流，而且还可以增大启动转矩，因而，要求启动转矩大或频繁启动的生产机械常采用绕线型异步电动机拖动。容量较小的三相绕线型异步电动机可采如图三所示转子串联启动变阻器的方法启动。启动变阻器通过手柄接成星形。启动先把变阻器调到最大值，再合上电源开关S，电动机开始启动。随着转速的升高，逐渐减小启动变阻器的电阻，知道全部切除，使转子绕组短接。容量较大的绕线型异步电动机一般采用分级启动的方法以保证启动过程中都有较 大的启动的转矩和较小的启动电流。现以两级启动为例介绍其启动步骤和启动过程。图中机械特性只画出了每条特性的noM段，并近似用直线代替。 图3-1

12、 绕线型异步电动机的启动 启动步骤如下：1） 串联启动电阻Rst1和Rst2启动启动前开关S1和S2断开，使得转子每相串入电阻R和R加上转子每相绕组自身的电阻R2，转子电路每相总电阻为 R22=R2+R+R然后合上电源开关S，这时电动机的机械特性为图四中的特性。由于启动转矩T1远大于负载转矩TL，电动机拖动生产机械开始启动工作点沿特性 a由a1点向a2点移动。 图3-22） 切除启动电阻Rst2当工作点到达a2点，即电磁转矩T等于切换转矩T2时，合上开关S2切除启动电阻Rst2转子每相电路的总电阻变为R21=R2+R1这时电动机的机械特性变为特性b。由于切除Rst2的瞬间，转速来不及改变，故工

13、作点由特性a上的a2点平移特性b上的b1点，使这时的电磁转矩仍等于T1，电动机继续加速，工作点特性b由b1点向b2点移动。3）切除启动电阻Rst1当工作点到达b2点，即电磁转矩T又等于切换转矩T2时，合上开关S1，切除启动电阻Rst，电动机转子电路短接，转子每相电路的总电阻变为R20=R2机械特性变为固有特性c。工作点由b2点平移至c1点，使得这时的电磁转矩T仍正好等于T1。电动机继续加速，工作点沿特性c由c1点向c2点移动，经过c2点，最后稳定运行在p点。整个启动过程结束。5 启动级数未定的计算1)选择启动转矩T1和切换转矩T2T1=（0.80.9）TMT2=（1.11.2）TL2)求出起切

14、转矩比=T1/T23)求出启动级数m利用图示启动过程中的机械特性，根据几何关系推导启动级数m的计算公式如下由特性c与水平虚线构成的直角三角形求得T1/TM =（no-nc1）/(no-nMc) =sc1/sMc T2/TM =（no-nc2）/(no-nMc) =sc2/sMc式中nc1和nc2是工作在 c1点和c2点时的转速，nMc是TM与特性c交点上的转速（即临界转速）。sc1、sc2和sMc是与之对应的转差率。同理可以求得T1/TM = sa1/sMa = sb1/sMb = sc1/sMcT2/TM =sa2/sMa =sb2/sMb =sc2/sMc由于sb1=sa2，对应两式相除，

15、可得：=T1/T2 =sMa/sMb =(R22/X2)/(R22/X2) =R22/R21由于sc1=sb2对应两式相除，可得：=T1/T2 =sMb/sMc =(R21/X2)/(R20/X2) =R21/R20可见， R22=R21R21=R20所以R22=2R20=R21若是m级启动，则R2m=mR20=mR2式中错误！未指定书签。R2m=R2+Rst1+Rst2+Rstm因此= 由前面的分析还可以得到sc1/sMc=sa1/sMasc1=sa1*sMc/sMa=R2/R22若是m级启动，则sc1=R2/R2m此外，在固有特性c上工作时T1/TN=sc1/sNSc1=sN 将这些关系代

16、入公式，可得：= 两边取对数，便得到启动级数m的计算公式：m= 若m不是整数可取相近整数4)重新计算，校验T2是否在规定的范围之内。A若m是取相近整数，则重新计算，并计算出T2，校验T2是否在规定的范围之内。B若不在规定的范围之内，需加大启动级数m，重新计算和T2，直到T2满足要求为止。5)求出转子每相绕组的电阻R2转子每相绕组的电阻可以通过实测或者通过铭牌上提供的转子绕组额定线电压（开路时的线电压）U2N和转子绕组的额定线电流（满载时的线电流）I2N进行计算。由于转子绕组为星型联结，相电流等于线电流。因此在额定状态下运行时I2N=由于sN很小，sNX2可以忽略不计，则 I2N=由此求得R2的

17、计算公式为 R2=6)计算各级总电阻由前面的分析知道R20=R2R21=R2R22=R21=2R2R2m=mR27)求出各级启动电阻Rst1=R21-R2Rst2=R22-R21Rstm=R2m-R2(m-1)6 启动级数已定时，启动电阻的计算1选择T12求出3求出T2，并检验T2是否在规定的范围之内，否则加大启动级数m，重新计算，直到T2符合要求为止。4求出R25用最后确定的和m求出各级总电阻。6求出各级启动电阻7 具体设计1)选择启动转矩T1 = = =266.32 取 。2)求出起切转矩比 3)求出切换转矩T2 由于,所以m和合适。4)求出转子每相绕组电阻5)求出各级总电阻6)求出各级启

18、动电阻结论由绕线型异步电动机课程设计，我们得到以下结论：绕线式三相异步电动机转子回路串接电阻，既可以减小启动电阻，又可以增加最初启动转矩，当然，所串联的电阻超过一定数值后，最初启动转矩反而会减小当串入某一合适电阻时，还能使电动机以它的最大转矩启动。由于绕线异步电动机的转子串联合适的电阻，不但可以减少启动电流，而且可以增大启动转矩，使绕线型异步电动机具有十分优秀的启动性能。因而，要求启动转矩大或启动频繁的生产机械常采用绕线型异步电动机拖动。为了使整个启动尽量保持较大的启动转矩，在转子回路接入可以逐级切除2的启动变阻器，启动变阻器切换使启动转矩保持在所设定的启动转矩最大和最小值之间。启动转矩一般取0.85左右。这种启动方法比较简单，启动性能非常好，允许频繁启动。此设计的弊端是多级调节控制电路较复杂，电阻耗能大。设计体会课