电机及拖动项目报告(2)

1、电机及拖动课程项目课程名称： 电机及拖动指导教师：肖莹项目名称：异步电机的结构及绕线式异步电机转子串电阻启动的计算班级、组次：过程控制2班7组姓名：徐磊 洪婕 史秋冬 武号课题组的分工或贡献：每人完成的百分比或者每人负责的内容2016年11月异步电机的结构及绕线式异步电机转子串电阻启动的计算简要：主要目的是拆解和观察鼠笼型异步电机的基本组成部分，熟悉鼠笼型异步电机的结构、类型及铭牌数据。强调学生动手操作能力；增强学生对异步电机结构的感性认识，掌握异步电机内部结构及工作原理；掌握异步电机绕组组成、绕制、嵌线及异步电机装配过程；了解异步电机测试、检修方法，并能对异步电动机进行初步的维护保养及常见故

2、障排除与检修； 分析异步电机的基本工作原理，分析异步电机的旋转磁场，分析异步电机的启动特性、调速特性和制动特性。前言：(1）背景及目的:为了深入了解并掌握电机及其拖动的相关知识，深入分析交流电机的结构及其交流电机的制动特性，提高解决工程实际问题的能力和独立思考问题的基本能力，本组以交流电机为例进行了相关的项目研究。(2）范围:所研究的范围包括对于交流电机的拆解并记录相关数据；调查交流电动机在实际生化中的应用；研究鼠笼异步电机的结构和四象限运行的特性分析(3）相关领域所做的工作特色：交流电机适用范围广，工作效率高，并向节能环保方向发展，电动机行业成为节能潜力最大的产业之一。同时随着机电一体化的发

3、展，国际上技术领先的国家已经大量采用电力电子技术、计算机技术、传感器技术改造电机产品，新技术的应用给电机行业带来了新出的发展机遇。(4）项目切入点：主要研究异步电机的结构及绕线式异步电机转子串电阻启动的计算。1 任务实施及内容记录1.1拆解电机步骤及数据记录（1）复习鼠笼异步电机的结构及工作原理；了解内部基本结构，各部分所起的作用； (2) 观察鼠笼异步电机的结构，记录异步电机的铭牌数据，将有关数据填入表6中。 根据名牌数据计算额定转矩并判断电机的极数和同步转速表1 鼠笼异步电机的铭牌数据型号Y90-4额定功率1.1kw额定电压380V额定电流2.75A接法Y额定转速1400额定频率50HZ绝

4、缘等级B工作方式S1计算额定转矩7503.46N.M判断电机极数2判断同步转速n1>1400（3）用手拨动电动机的转子，观察其转动情况是否良好。（4）拆卸异步电动机拆除电动机的所有引线；拆卸轴承盖和端盖；抽出转子。(a) 拆卸电动机引线 一般电动机拆卸时,先拆卸电动机的引线,记录三相绕组是Y形接法还是形接法。拆线前必须先切断三相电源线，即关断电源开关。拆线时做好绝缘处理，每拆下一个线头，应用绝缘带包好线头，用白布作好标记，以便接线时不会弄错。(b）拆卸联轴器和风扇罩、风扇叶 先拆下固定螺丝，再拆下风扇罩。(c）拆卸端盖 在拆卸滚动轴承端盖时，必须在机壳和端盖上作记号，以免装配时弄错位置。

5、卸时可先卸小盖，然后松下大螺丝，再卸大盖。一般小型电动机都只拆风扇一侧的端盖，将另一侧的轴承盖螺丝拆下，并将转子、端盖、轴承盖和风扇一起抽出。(d） 抽出转子 小型电动机的转子可用手取出，注意不要擦伤铁心和绕组。转子风扇若大于定子内孔时,应从有风扇一侧取出。 （5）观察结构、检查电机定子绕组 观察对应部件；定子绕组的连接形式；前后端部的形状；绝缘材料的放置等。获取定子绕组的相关参数：槽数Z1 24 、线圈节距y 6 、极对数p 2 。计算：极距 6 、每极每相槽数q 2 、槽距角 30° 。（6）观察并记录电机转子部分：导条个数；（7）观察并记录定转子之间的气隙 1.43 mm（为定

6、子铁心内径 82.40 mm减去转子铁心外径 29.54 mm），定子铁心长度 97.26 mm，转子铁心长度 95.50 mm。（8）异步电动机的装配按照拆卸的相反方向进行装配。安放转子加装端盖安装风扇按照铭牌数据要求接好电源引线，接好线盒。（9）异步电动机的运行连接电源并启动，记录稳定后电机的空载转速 1500r/min ；此时指导教师在场验收。1.2定转子作用1.2.1定子作用异步电机的定子由机座、定子铁芯和定子绕组等组成定子铁芯: 定子磁路的一部分，装在机座里。 用0.5或0.35mm厚的硅钢片叠压而成(两面涂有绝缘漆) 当直径<1m时，用整圆硅钢片，否则用扇形硅钢片 定子铁芯内

7、圆开有很多槽，用来放置定子绕组。 开口槽用于大、中型容量高压异步电机 半开口槽用于中型500V以下的异步电机 半闭口槽用于低压小型异步电机定子绕组: 高压大、中型容量异步电机常采用Y接， (只有三根线引出) 中、小型低压异步电机常会引出六根线头， (根据需要可接Y或) 定子绕组用包有绝缘的铜或铝导线绕成机座: 用于固定与支撑定子铁芯。若是端盖轴承电机，还要 支撑转子部分，因此须有足够的机械强度和刚度。中、 小型异步电机常用铸铁，大型电机常用钢板焊接制作1.2.2转子的作用异步电机的转子由转子铁芯、转子绕组和轴承等组成转子铁芯:电机磁路的一部分，0.5或0.35mm厚的硅钢片叠压而成 右图给出了

8、转子槽型图。转子铁芯固定在转轴上绕线式:转子绕组也是三相绕组，可接Y或形。 绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用电刷引出。 鼠笼式: 与定子结构相差很大。绕组自己构成回路，每个槽 放置一根导体，再用两个端环把所有导条短路 2 绕线式异步电机在现实生活中的应用场合:主要作为电动机使用。它是工农业生产及国民经济各部门中应用最为广泛而且需要量最大的一种电机。金属切削机床、轧钢设备、鼓风机、粉碎机、水泵、油泵、轻工机械、纺织机械、矿山机械等，绝大部分都采用异步电动机拖动。人们的日常生活中，异步电机的应用也日益广泛，如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调机等家用电器中，都用到单相异步电机。电力拖动中，绝大多数的

9、拖动电机为异步电动机，其用电量约占电网总负荷的60%。3 绕线式三相异步电动机的启动绕线式异步电机启动方式包括（1）串电阻启动 ，（2）降压启动 ，（3）变频启动  ，（4）直接启动共四种3.1绕线式电动机直接启动绕线式电动机直接启动，它是通过加大电动机转子绕组阻值以减小转子电流 进而减小定子绕组电流，可以满载负荷启动 所以它是可以直接启动的。这直接启动一般只实用小于20千瓦以下的小功率电动机。3.2绕线式电动机降压启动降压起动的主要目的是为了限制起动电流， 但同时也限制了起动转矩，因此，这种方法只适用于轻载或空载情况下起动。3.3 主要说明下面两种启动

10、方式：3.3.1 转子串频敏変阻器启动 1.启动过程对于单纯为了限制启动电流、增大启动转矩的绕线式异步电动机，可以采用转子串频敏变阻器启动。（1）频敏变阻器的电阻（电抗）随线圈中所通过的电流频率而变。刚起动时，电机转差率最大(S=1)，转子电流（即频敏电阻线圈通过的电流）频率最高，等于电源频率。因此，频敏变阻器的电阻最大，这就相当于起动时在转子回路中串接一个较大电阻，从而使起动电流减小。（2）随着电动机转速的加快，转差率s逐渐减小，转子电流频率(s*f1)逐渐降低，频敏变阻器电阻也逐渐减小，最后把电动机的转子绕组短接，频敏变阻器从转子电路中切除。2.启动条件(1)频率为50HZ的电流通过时，阻

11、抗=+ j比一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，既限制了启动电流，又不至于启动电流过小而减小启动转矩。(2)频率为50HZ的电流通过时，>。因为频敏变阻器中磁密取得较高，铁心处于饱和状态，励磁电流较大，因此励磁电抗较小。而铁心是厚铁板或者厚钢板的，磁滞、涡流损耗都很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，比一般变压器的要大几百倍，因此较大。3.转子串频敏变阻器的机械特性：绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器启动时，s=1，转子回路中电流的频率为50HZ。转子回路串入=+ j，而>,因此转子回路主要是串入了电阻，而且>。这样，转子回路功率因数大大提高了，既限制了启动电流

12、，又提高了启动转矩。由于存在，电动机最大转矩稍有下降。3.3.2绕线式三相异步电动机转子串电阻分级启动1、 启动过程转子串电阻分级启动 (a) 接线图 (b)机械特性 (1)接触器触点K1、K2、K3断开，绕线式异步电动机定子接额定电压，转子每相串入启动电阻，启动点为机械特性曲线3上的a点，启动转矩大于负载转矩TL，电动机开始启动。 (2)转速沿机械特性曲线3上升至b点时，T=T2(>TL)，为了加大电磁转矩加速启动过程，接触器触点K3闭合，切断启动电阻Rs3。忽略异步电动机的电磁惯性，只计拖动系统的机械惯性，电动机运行点从b移至机械特性曲线2上的c点，又获得了足够电磁转矩，转速继续上升

13、。 (3)转速沿曲线2上升至d点时，接触器触点K2闭合，切断启动电阻Rs2。电动机运行点从d移至机械特性曲线1上的e点，该点电磁转矩T=T1。 (4)当转速升至f点时，T=T2，接触器触点K1 闭合，切断所有外接电阻，电动机运行点从f移至固有机械特性曲线上的g点，该点电磁转矩T=T1。 (5)转速继续升速，经h点最后稳定运行在工作点 j 。2、 启动条件：最大启动转矩为0.85，切换转矩为1.1。4设计一个绕线式异步电机转子回路串电阻启动系统4.1转子回路串电阻3级启动的接线和3级启动机械特性曲线图如下：串电阻启动近似机械特性图4.2绕线式异步电机转子串电阻分级启动的启动电阻计算方法：图解法和

14、解析法。4.2.1图解法（1）先画固有机械特性（2）确定最大启动转矩T1及切换转矩T2（3）作第一级启动机械特性（4）作第二级启动机械特性（5）作第三级启动机械特性（6）完成画图为简化计算，通常把异步电动机的机械特性近似为直线，根据实用转矩公式有忽略S/Sm R2，Rs分别为电机转子每相电阻和外串电阻当转子电路串电阻时，最大转矩Tm保持不变，而临界转差率sm与转子电路的总电阻成正比，即在保持Tem不变时，由式（9-17）可知s sm，即：ssmR2+R2c （9-19）说明，在转矩为恒值的条件下，转差率与转子电路的总电阻成正比，可以写成：下图为异步电动机的转子电路串三级电阻启动的机械特性图。图

15、 9-9异步电动机转子串电阻启动近似机械特性图图中，当Tem=T1并保持不变，应用式（9-20）得 R2为转子每相电阻，。将线段KB和KD代入式（9-23）得同理，可以得到第二级机械特性所串电阻值R2c2和第一级机械特性所串电阻值R2c3，计算式为2. 解析法（1）利用线性化的异步电机机械特性可知，在同一条机械特性上，Tems （9-27） （2）转子回路串电阻后，对不同电阻值的机械特性上Tm相同，当s为常数时，有根据以上两个比例关系启动电阻的计算方法可分三种情况：（1）已知启动级数m和T1时首先计算 校验 若不满足，则增大，甚至修改m,并重新计算，再检验计算 （2）当已知启动级数m和T2时首

16、先计算 校验 若不满足，则修改计算 （3）当已知T1、T2时首先计算 计算 检验 m取整后计算 计算 【例9-3】用一部三相绕线型异步电动机拖动某生产机械运行。已知该电动机的PN=40KW,nN=1435r/min,=2.6,E2n=290V，I2N=86A。起动时的负载转矩TL=200NM,采用转子电路串电阻起动。起动级数m=3。求各级应串联的起动电阻。(1)选择起动转矩T1额定转矩 TN=60PN/2nN=(60×40×103)/(2×3.14×1435) NM =266.32 NM最大电磁转矩 TM= TN=2.6×266.32 NM最大

17、起动转矩 T10.85TM=0.85×692.43 NM=588.57 NM取 T1=588.57 NM(2)求出起切转矩比SN=(n0-nn)/n0=(1500-1435)/1500=0.0433=(3)校核切换转矩T2 T2=T1/=588/2.2 =267.28 NM 由于T2>1.1TL，合适。(4)求出转子每相绕组电阻 R2=SN·E2N/(I2N)=(0.0433×290)/(1.73×86) =0.084(5)求出各级总电阻 Rz1=R2=2.2×0.084=0.185 Rz2=2 R21=2.22×0.084=0

18、.407 Rz3=3 R23=2.23×0.084=0.894(6)求出各级起动电阻 Rs1=Rz1-R2=(0.185-0.084) =0.101 Rs2=Rz2-Rz1=(0.407-0.185) =0.222 Rs3=Rz3-Rz2=(0.894-0.407) =0.487项目实施结论与体会：绕线式三相异步电动机转子回路串接电阻，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。通常，为了使整个起动尽量保持较大的起动转矩，在转子回路接入可以逐级切除的三相启动变阻器，启动变阻器切换使起动转矩保持在所设定的起动转矩最大和最小值之间。