绕线型三相异步电动机串电阻启动

1、课程设计名称： 电机与拖动课程设计 题 目：绕线型三相异步电动机串电阻启动 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气09-1 姓 名： XXX 学 号： XXXXXXXXXX XXXX大学课程设计成绩评定表学 期20102011学年第二学期姓 名XXX专 业电气工程及其自动化班 级电气09-1课程名称电机与拖动论文题目绕线型三相异步电动机串电阻启动设计评定标准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语：任课教师时 间年 月 日备 注课 程 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

2、、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、设计计划电子技术课程设计共1周。第1-2天：针对选题查资料第3-4天：进行理论分析及论证第5天：编写整理设计报告；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；2、对电枢串电阻启动进行优缺点分析；指导教师：教研室主任： 时 间： 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

3、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 启动目录引言11三相异步电动机21.1 三相异步电动机的基本结构2 定子2 转子21.2 三相异步电动机的工作原理21.2.1 旋转磁场21.2.2 电磁转矩的产生31.3 异

4、步电动机的启动方法31.4 异步电动机的启动指标32 绕线形异步电动机串电阻启动42.1 启动过程分析42.1.1 串联启动电阻Rst和Rst启动42.1.2 切除启动电阻Rst252.1.3 切除启动电阻Rs152.2 启动电阻的计算5 选择起动转矩Tst1和切换转矩Tst252.2.2 求出起动转矩比5 求出起动级数m5 重新计算，校验T ,是否在规定范围内7 求出转子每相绕组的电阻R7 计算各级总电阻7 求出各级起动的电阻83 实际例子分析93.1 电动机相关参数93.2 计算起动转矩T193.3 计算切换转矩T293.4 计算切换转矩比93.5 计算起动级数 93.6 计算转子每相绕组

5、的电阻103.7 重新计算，校对T2 是否在规定范围内103.8 求出各级起动电阻104 结论115 心得体会12参考文献13引言三相异步电动机是目前工农业中使用最广泛的电动机，有着结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点。但是启动电流大是所有电动机的共同缺点，启动电流大有很多危害，而电动机启动的两个指标就是要求启动电流不能过大、启动转矩不能太小。本设计研究了绕线型三相异步电动机的电枢串电阻启动方案，通过理论分析和计算，并以实际例子给出了各级启动电阻，使电动机能以较大启动转矩启动而且启动电流在允许范围内。最后对电枢串电阻启动的优缺点做了详细分析。1 三相异步电动机异步电机是交流电机的一种，

6、主要用作电动机使用。而三相异步电动机结构简单、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。三相异步电动机按不同的方式可分为笼型和绕线型；三相、两相和单相等。1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机主要由固定不动的定子部分和可以转动的转子两大部分构成。定子是用硅钢片叠成的圆筒形铁心，其内圆周有槽，用于安放三相对称绕组；转子是用硅钢片叠成的圆柱形铁心，与定子铁心共同形成磁路，转子外圆周有槽用以安放转子绕组。转子绕组有鼠笼式和绕线式两种。定子三相异步电动机的定子主要有以下几部分组成：定子铁芯：导磁和嵌放定子三相绕组，由彼此绝缘、厚度为0.5mm硅钢片冲制涂漆叠压而成；内圆

7、均匀开槽，槽形有半闭口、半开口和开口槽三种；定子绕组：由绝缘导线绕制并按一定规律连接成三相对称绕组，嵌放在定子铁芯槽内；机座：由铸铁或铸钢制成，定子铁芯装在机座内，起支撑和固定作用；端盖：由铸铁或铸钢制成，固定在机座两端，用以支撑转子和防护外物的侵入；转子三相异步电动机的转子主要由以下几部分组成：转子铁芯：一般由0.5mm厚的硅钢片叠成圆筒形，用于导磁和嵌放转子 绕组；转子绕组：是三相绕组，采用星形联结；有笼型绕组和绕线型绕组；转轴：有钢材料制成。转子铁心固定在转轴上，通过转轴可以拖动生产机械；风扇：一般安装在转轴上，做冷却用；1.2三相异步电动机工作原理旋转磁场定子三相对称绕组中通以频率为f

8、的三相对称电流便会产生旋转磁场。旋转磁场的转速由下式确定： n= (1-1)式中，P为电机的磁极对数，n为同步转速也即旋转磁场的转速，f1为定子频率。同步转速的方向由三相电流通入三相绕组的相序决定，改变电流相序，旋转磁场的转向也会随之改变。转子和旋转磁场之间转速差的存在是异步电动机转动的必要条件。转速差以转差率s衡量： S=×100% （1-2）电磁转矩的产生转子和旋转磁场间存在转速差，转子绕组切割旋转磁场产生感应电动势，并在短路的转子绕组中形成感应电流,感应电流的有功分量与旋转磁场相互作用产生了电磁力F，从而形成电磁转矩，使得转子随旋转磁场以转速n转动并带动机械负载运行。1.3异步

9、电动机启动方法起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的过程。对于绕线式异步电动机，转子回路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。转子回路串电阻启动又分无极启动和有极启动。1）无极启动容量较小的三相绕线型异步电动机常采用转子回路串联启动变阻器的无极启动方法启动。启动变阻器通过手柄接成星形，启动前先把启动变阻器调到最大值，再合上电源开关，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，直到全部切除，使转子绕组短接。2）有极启动 容量较大的三相绕线型异步电动机一般采用有极启动，以保证启动过程中有加大的启动转矩和较小的启动电流。1.4电动机启动指标1

10、）启动转矩要足够大只有启动转矩Ts大于负载转矩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Ts>=（1.1-1.2）TL。Ts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，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，会引起输电线路上压降的增加，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2 绕线型异步电动机电枢串电阻起

11、动2.1 起动过程分析容量较大的绕线型异步电动机一般采用有极启动（又称分级起动），以保证起动过程中都有较大的起动转矩和较小的起动电流。它的启动电阻Rst由若干启动电阻串联，即Rst=Rst1+Rst2+Rst3+Rstm。启动瞬间转子串入最大启动电阻Rst，使启动转矩为要求值Ts1，随着转速n的增加，每当转矩T降至某希望值Ts2时，切除一段启动电阻，使T又等于Ts1，Ts2称为切换转矩。因而在启动过程中转矩在启动转矩Ts1和切换转矩Ts2之间变化，直到全部启动电阻被切除。现以两级起动为例介绍其起动步骤和起动过程。原理电路和机械特性如图2-1所示，n1g为固有特性，n1d为串联Rst1时的人为特

12、性，n1a为串联Rst=Rst1+Rst2时的人为特性。起动步骤如下： 串联起动电阻R和R起动起动前开关S和S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R，转子电路每相总电阻为R= R+R+R然后合上电源开关S，这时电动机的机械特性为图中n1a。由于启动转矩T远大于负载转矩T，电动机拖动生产机械开始起动，工作点沿特性n1a由a点向c点移动。 (a)电路图 （b）机械特性图2-1电枢串电阻启动原理图 切除起动电阻R当工作点到达c点，即电磁转矩T等于切换转矩T时，合上开关S切除起动电阻R转子每相电路的总电阻变为：R=R+R这时电动机的机械特性变为特性n1d。由于切除R的瞬间，转速

13、来不及改变，故工作点由特性n1a上的c点平移到特性n1d上e点，使这时的电磁转矩仍等于T，电动机继续加速，工作点沿特性由e点向f点移动。 切除起动电阻R 当工作点到达f点，即电磁转矩T等于切换转矩T时，合上开关S切除起动电R。电动机转子电路短接，转子每相电路的总电阻变为：R=R，机械特性变为固有特性n1g，工作点由f点平移至h点，使得这时的电磁转矩T仍正好等于T,电动机继续加速，工作点沿特性n1g由h向i移动，经过i点，最后稳定运行在P点.整个起动过程结束。2.2 起动电阻计算 选择起动转矩T和切换转矩T一般选择T=(0.8-0.9)T （2-1）T=(1.1-1.2)T （2-2）求出起动转

14、矩比 = T/ T （2-3）求出起动级数m利用图所示起动过程中的机械特性，根据集合关系推导起动级数m所计算公式如下：由特性2与水平虚线构成的直三角形求得：T/ T=(n-n)/(n-n)=S/ST/T=(n-n)/n-n=S/S式中n和n是工作在h点和i点时的转速，n是T与特性g交点在的转速（即临界转速）。S,S和S是与之对应的转差率。同理可以求得：TS1/T=S/S=S/S= S/ ST/T=S/S=S/S=S/ S由于S= S,对应两式相除，可得：=T/T =S/S= (R/ X2)/ (R/ X2)= R/ R由于S=S=TS1/T =S/S= R/ X/ R/ X= R/ R可见R=

15、RR=R所以R=×R=R若是m级起动，则R=R=R式中R2m= R+R+R+R因此=由前面的分析还可以得到S/S=S/SS=S若是m级起动，则S=R/R此外，在固有特性c上工作时Ts1/T=S/SS= S将这些关系带入公式，可得=两边取对数，便得到了起动级数m的计算公式M=若m不是整数可取相近整数 重新计算，校验T,是否在规定范围内若m是取相似整数，则需要重新计算，并求出T，校验T是否在式（2-2）所规定的范围之内。若不在规定范围内，需加大启动级数m,重新计算和T,直到T满足要求为止。 求出转子每相绕组的电阻R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U和转

16、子绕组的额定线电流I进行计算。由于转子绕组为星形连接，相电流等于线电流。因此，在额定状态下运行时由于S很小，SX可以忽略不计，则I=因此求得R2的计算公式为R=计算各级总电阻由前面的分析知道R=RR=RR=R=RR=mR求出各级起动的电阻根据前面分析可知，计算各级起动电阻的一般公式为：式中，i=1,2，m。R=R-RR=R-RR=R-R3 实际例子分析3.1 电动机相关参数本设计以JR41-4型三相绕线型异步电动机的启动为设计对象。该电动机的相关参数如下：；，。3.2 计算起动转矩取=580 Nm3.3 计算切换转矩由公式（2-2），在之间，现取=3.4计算切换转矩比由公式得，3.5 计算起动

17、级数 由公式计算起动级数m所以m取整取3级。3.6 计算转子每相绕组的电阻3.7 重新计算，校对是否在规定范围内由公式，计算出=，所以，所选m和合适。3.8 求出各级起动电阻4 结论有级起动也就是一种特殊的串电阻起动，经过计算可确定级数m，m值越大起动越平稳，但电路也更为复杂，所以应该恰当选择级数m值（实际电机的m值一般2到4级），同时也要注意起动转矩的取值（起动转矩一般取0.85T左右）。绕线式三相异步电动机转子回路串联电阻启动，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。有级起动避免了因直接起动产生较大电流而带来的危害，同时

18、起动平稳性较好，容易控制。将设计好的起动器串入转子回路，即可实现有级起动，操作简单，实用性强，而且这种起动方式初期投资很低，不需要其他控制电路。总之，转子回路串三相对称可变电阻器起动，这种方法既可限制起动电流，又可增大起动转矩，串接电阻值取得适当，还可使起动转矩接近最大转矩起动，适当增大串接电阻的功率，使起动电阻兼作调速电阻，一物两用。这种方案适用于要求起动转矩大，并有调速要求的负载。但是也有缺陷：当所串联的电阻超过一定数值后，会使得最初起动转矩减小；多级调速控制电路较复杂，电阻耗能会比较大。5 心得体会经过一周的努力，课程设计圆满完成了。通过这段时间的不断学习，从无知到认知，到深入了解，渐渐了我喜欢上了这个全新的专业，让我深刻的体会到学习过程的乐趣。在整个课程设计过程中，我每天都有进步和体会。课程设计不仅是对这个学科里所学知识的总结、对所学知识的一种检验，也是对自己能力的提升。通过课程设计，让我更加明白学习是一个长期的积累过程，今后的工作、生活中应该不段学习，努力提高自己的知识和综合能力。设计过程中，我查阅了和课题相关的大量资料，并与同学交流，学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获还是很多的。在设计中培养了我独立思考解决问题的能力，树立了对自己能力的信心，让我充分体会到在创造过程中探索的艰辛和成功的喜悦。课程设