電氣工程課程設(shè)計(jì)-繞線式異步電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-10 09:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （報(bào)告） 3 圖 1 異步電動(dòng)機(jī)工作原理 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 設(shè)將定子三相繞組聯(lián)成星形接法，三相繞組的首端 u v w1 分別與三相交流電的相線 a、 b、 c 相連接。為了討論方便，選定交流電在正半周時(shí)，電流從繞組的首端流入，從末端流出；反之，在負(fù)半周時(shí)，電流流向相反。定子繞組在三相交流電不同相位時(shí) 合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 定子三相對(duì)稱繞組中通以頻率為 f1的三相對(duì)稱電流便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 由下式確定 n0 =pf160 式中， P 為電機(jī)的極對(duì)數(shù) 。 n0 又稱為同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向由三相電流通入三相繞組的相序決定 。改變電流相序，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向隨之改變。 異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) Y 形的電阻，或直接通過短路端環(huán)短三相 異步電動(dòng)機(jī)主要由靜止的和轉(zhuǎn)動(dòng)的兩部分構(gòu)成，其靜止部分稱為定子。定子是用硅鋼片疊成的圓筒形鐵心，其內(nèi)圓周有槽用來安放三相對(duì)稱繞組：三相對(duì)稱繞組每相在空間互差 120176。，可聯(lián)接成 Y 形或 Δ形。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，是用硅鋼片疊成的圓柱形鐵心，與定子鐵心共同形成磁路。轉(zhuǎn)子外圓周有槽用以安放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式兩種。鼠籠式：將銅條扦入槽內(nèi)，兩端用銅環(huán)短接，或直接用熔鋁澆鑄成短路繞組。線繞式：對(duì)稱三相繞組 ， 通入對(duì)稱三相電流 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來 轉(zhuǎn)子繞組在磁場(chǎng)中 三相 交流 電能 轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生 e 和 i 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（磁場(chǎng)能量） 電磁 轉(zhuǎn)矩 機(jī)械負(fù)荷 旋轉(zhuǎn)起來 磁感線切割 轉(zhuǎn)子繞組 電氣工程課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 4 安放三相對(duì)稱繞組，其一端接在一起形成 Y 形，另一端引出連接三個(gè)已被接成路。 3 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)指標(biāo) 起動(dòng)是指電 動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)起來，直至最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于任何一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，在起動(dòng)時(shí)，都有下列兩個(gè)基本的要求。 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大。堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)剛接通電源，轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)，工作點(diǎn)在特性曲線上的 S 點(diǎn)。這時(shí)的轉(zhuǎn)差 s=1,轉(zhuǎn)速 n=0,對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 Tst 稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說明了電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)能力。一般要求 Tst LT （ ～ ） TL ，電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)起來。 stT 大，電動(dòng)機(jī)才能重載起動(dòng)； stT 小，電動(dòng)機(jī)只能輕載，甚至空載起動(dòng)。所以只有 stT ≧ LT 時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能改變?cè)瓉淼撵o止?fàn)顟B(tài)，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。一般要求 stT LT （ ～ ） 。 stT 越大于 LT ，起動(dòng)過程所需要的時(shí)間就越短。 起動(dòng)電流 對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)來說，由于起動(dòng)瞬間 s=1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)于轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很大，轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流都很大，所以起動(dòng)電流遠(yuǎn)大于額定電流。在電源容量與電動(dòng)機(jī)的額定功率相比不是足夠大時(shí)，會(huì)引起輸電線路上電壓的增加，造成供電電壓的明顯下降，不僅影響了同一供電系統(tǒng)中其他負(fù)載的工作，而且會(huì)延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)時(shí)間。此外在起動(dòng)過于頻繁時(shí)，還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過熱。在這兩種情況下，就必須設(shè)法減 小起動(dòng)電流。 4 起動(dòng)過程 繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻不但可以減小起動(dòng)電流，而且還可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械常采用繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 容量較小的三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)可采用轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)起動(dòng)變阻器的方法起動(dòng)。起動(dòng)變阻器通過手柄接成星形。起動(dòng)先把起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，再合上電源開關(guān) S，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)變阻器的電阻，直到全部切除，使轉(zhuǎn)子繞組短接。 容量較大的繞線型異步電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過程中都有電氣工程課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 5 較大的起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng) 電流?，F(xiàn)以兩級(jí)起動(dòng)為例介紹其起動(dòng)步驟和起動(dòng)過。原理電路和機(jī)械特性如圖 1 所示。圖中機(jī)械特性只畫出了每條特性的 n1 M 段，并近似用直線代替。起動(dòng)步驟如下： 串聯(lián)起動(dòng)電阻 st1R 和 2stR 起動(dòng) 起動(dòng)前開關(guān) S1 和 S2 斷開，使得轉(zhuǎn)子每相串入電阻 R″和 R′，加上轉(zhuǎn)子每相繞組自身的電阻 R2 ，轉(zhuǎn)子電路每相總電阻為 RR ?????? 222 RR 然后合上電源開關(guān) S，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為圖中的特性，由于轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst 遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL ，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械開始起動(dòng)，工作點(diǎn)沿特性 a 由 b 點(diǎn)向 c 點(diǎn)移動(dòng)。 圖 2 電動(dòng)機(jī)特性圖 圖 3 電動(dòng)機(jī)特性圖 切除起動(dòng)電阻 R 當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá) c 點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩 T 等于切換轉(zhuǎn)矩 T 2s 時(shí)，合上開關(guān) S1 切除起動(dòng)電阻 R 2st 轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋? 1221 stRRR ?? 這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)樘匦?d。由于切除 R 2st 的瞬間，轉(zhuǎn)速來不及改變，故工作點(diǎn)由特性 a 上的 c 點(diǎn)平移到特性 d 上 e 點(diǎn)，使這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩仍等于 T 1s ，電動(dòng)N1 2 I F G 1 C TW A TS1 Ts2 TL 0 S M R1 R 2 S1 S2 3 T D P 電氣工程課程設(shè)計(jì)（報(bào)告） 6 機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性由 e 點(diǎn)向 f 點(diǎn)移動(dòng) 。 切除起動(dòng)電阻 1stR 當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá) f 點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩 T 等于切換轉(zhuǎn)矩 T 2s 時(shí)，合上開關(guān) S1 切除起動(dòng)電阻 R 1st 。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路短接，轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻變?yōu)椋?R20 =R2 。 機(jī)械特性變?yōu)楣逃刑匦?g，工作點(diǎn)由 f 點(diǎn)評(píng)至 h 點(diǎn)，使得這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩 T 仍正好等于 T 1S ,電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，工作點(diǎn)沿特性 g 由 h 向 i 移動(dòng)，經(jīng)過 i 點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在 P 點(diǎn) .整個(gè)起動(dòng)過程結(jié)束。 5 線路保護(hù)環(huán)節(jié) 短路保護(hù) 短路時(shí)通過熔斷器 FU的熔體熔斷切開主電路。 過載保護(hù) 通過熱繼電器 FR實(shí)現(xiàn)。由于熱繼電器的熱慣性比較大，即使熱元件上流過幾倍額定電流的 電流，熱繼電器也不會(huì)立即動(dòng)作。因此在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間不太長(zhǎng)的情況下，熱繼電器經(jīng)得起電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的沖擊而不會(huì)動(dòng)作。只有在電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載下 FR 才動(dòng)作，斷開控制電路，接觸器 KM 失電，切斷電動(dòng)機(jī)主電路，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 欠壓和失壓保護(hù) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行時(shí)，如果電源電壓由于某種原因消失，那么在電源電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)就將自行起動(dòng)，這就可能造成生產(chǎn)設(shè)備的損壞，甚至造成人身事故。對(duì)電網(wǎng)來說，同時(shí)有許多電動(dòng)機(jī)及其他用電設(shè)備自行起動(dòng)也會(huì)引起不允許的過電流及瞬間網(wǎng)絡(luò)電壓下降。為了防止電壓恢復(fù)
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