【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)常需要堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩較大的異步電動機(jī)，加大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的方法是增大轉(zhuǎn)子電阻。對于繞線型異步電動機(jī)，則可在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串電阻。對于鼠籠型異步電動機(jī)，只有設(shè)法加大鼠籠本身的電阻值。 繞線式三相異步電動機(jī)的啟動 轉(zhuǎn)子回路串電阻 繞線型三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入電阻，可以減小定子電流。當(dāng)所串入的電阻 RS合適，可以增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)所串電阻折合值 為：39。SR 公式 2639。39。 39。212SRX+= 公式 2739。 39。39。即 Sm=1，電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩達(dá)最大值。為什么在繞線型三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，定、轉(zhuǎn)子電流減小了，而堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩卻能增大？從電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式 知道，在氣隙每極磁239。cos?ICmT?通量 一定時，電磁轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)子有功電流 成正比。已知串入電阻 RSm?239。后，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角為： 公式 28sRX??22arctn?即 角比不串 時小很多，使得 值增大。盡管剛起動時，因?yàn)榇娮??SRo?北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11使得 減小，但 值的增大，使得轉(zhuǎn)子有功電流 反而增大了，從SR2I2cos?2cos?I而增大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)然，過分增大所串電阻 ，雖然 會增大，其極限值SR為 1，因轉(zhuǎn)子電流減小使堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩也跟著減小。圖 27（ a）是繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的示意圖，為了簡單，也有采用圖 27（b）不對稱電阻。 圖 2—7（a）繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻 圖 2—7（b）不對稱電阻繞線型三相異步電動機(jī)多用在拖動那些要求堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機(jī)械，如起重機(jī)械，球磨機(jī)，空壓機(jī)，皮帶運(yùn)輸機(jī)以及礦井提升機(jī)等。為了減小繞線型三相異步電動機(jī)運(yùn)行時電刷與集電環(huán)間的摩擦損耗，有些電機(jī)安裝了電刷提起裝置。當(dāng)電動機(jī)起動完畢后，把轉(zhuǎn)子三相繞組彼此短路，將電刷從集電環(huán)上舉起。 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動對于那些單純?yōu)榱讼拗破饎与娏髟龃蠖罗D(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的繞線型異步電動機(jī)，可以采用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動，如圖 28 所示。頻敏變阻器是一個三相鐵心線圈，它的鐵心是由實(shí)心鐵板或鋼板疊加而成，板的厚度為 3050mm。圖 28 中，接觸器點(diǎn) K 斷開時，電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器起動。起動過程結(jié)束后，接觸器點(diǎn) K再閉合，切除頻敏變阻器，電動機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。頻敏變阻器每一相的等效電路與變壓器空載運(yùn)行時的等效電路是一致的。忽北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）12略繞組漏阻抗時，其勵磁阻抗為勵磁電阻與勵磁電抗串聯(lián)組成，用表示。但是，與一般變壓器勵磁阻抗不完全相同，主要表現(xiàn)在以下PPZRjX=+兩點(diǎn)：（1）頻率為 50HZ的電流通過時，阻抗 比一般的變壓器勵磁阻PPZRjX=+抗小的多。這樣，串在轉(zhuǎn)子回路中，又不致使堵轉(zhuǎn)電流過小而減小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。（2）頻率為 50HZ的電流通過時， ＞ 。其原因，頻敏變阻器中磁通密P度取的較高，鐵心處于飽和狀態(tài)，勵磁電流較大，因此，勵磁電抗 較小。而PX鐵心是厚鐵板或后鋼板的，磁滯，渦流損耗都比較大，頻敏變阻器的單位重量鐵心中的損耗，與一般變壓器相比較要大幾百倍，因此 較大。 PR 圖 28 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動繞線型三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動時（s=1） ，轉(zhuǎn)子回路頻率為50HZ，因?yàn)?＞ ，轉(zhuǎn)子回路主要是串入了電阻，提高了轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)，PRX既限制了堵轉(zhuǎn)電流，又提高了堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。起動過程中，隨著轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子回路頻率 逐漸降低，頻敏變阻器中鐵損耗減1sf小，電阻 也小；電抗 也小。正因如此，電動機(jī)在幾乎整個起動過程中始終PRPX北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）13保持較大的電磁轉(zhuǎn)矩。為了用戶的方便，頻敏變阻器的等效阻抗是可以調(diào)節(jié)的。實(shí)際的頻敏變阻器線圈上都有幾級中間抽頭，供使用時選擇一個比較合適的等效阻抗值。鐵損和磁密的平方成正比，改變線圈的匝數(shù)將引起等效阻抗的較大變化。中間抽頭受到結(jié)構(gòu)條件的限制，只能是有限的幾種，不可能適應(yīng)緊密調(diào)節(jié)的需要。為了將起動電流和起動轉(zhuǎn)矩比較準(zhǔn)確的整定在要求的數(shù)值上，頻敏變阻器都裝有調(diào)節(jié)氣隙長度的活動鐵心。氣隙越大，磁密越小，等效阻抗也愈小。北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）14第三章 三相異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 概述本次設(shè)計主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“異步電動機(jī)交流調(diào)速”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握 Matlab 語言設(shè)計的基本方法。應(yīng)用場合: 應(yīng)用異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，一般工業(yè)場合以及特殊伺用機(jī)床。系統(tǒng)功能介紹:本系統(tǒng)以三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為被控對象，根據(jù)工業(yè)場合的具體需要，調(diào)節(jié)定子電壓對電動機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速。 異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成交流調(diào)壓調(diào)速是一種比較簡便的調(diào)速方法。常見的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)由以下六大基本部分組成：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）、觸發(fā)裝置（GT）、晶閘管交流調(diào)壓器（TVC）、測速發(fā)電機(jī)（TG）、軟啟動器以及三相異步電動機(jī)（M ）。這里主要介紹三相異步電動機(jī)（M）的結(jié)構(gòu)，和測速發(fā)電機(jī)（ TG）、晶閘管交流調(diào)壓器（TVC）和軟啟動器四大部分的具體結(jié)構(gòu)以及工作原理。一、三相異步電動機(jī)異步電動機(jī)(asynchronous motor) 又稱感應(yīng)電動機(jī),是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種交流電動機(jī)。 異步電動機(jī)按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩種形式:有鼠籠式、繞線式異步電動機(jī)。 作電動機(jī)運(yùn)行的異步電機(jī)。因其轉(zhuǎn)子繞組電流是感應(yīng)產(chǎn)生的，又稱感應(yīng)電動機(jī)。異步電動機(jī)是各類電動機(jī)中應(yīng)用最廣、需要量最大的一種。在中國，異步電動機(jī)的用電量約占總負(fù)荷的60％多。交流電動機(jī)，特別是鼠籠型異步電動機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護(hù)方便，而且堅固耐用，慣量小，運(yùn)行可靠，對環(huán)境要求不高，因此在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）15極廣泛的應(yīng)用。其突出的優(yōu)點(diǎn)是：電機(jī)制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)容易，可以實(shí)現(xiàn)高壓大功率及高速驅(qū)動，適宜在惡劣條件下工作，并能獲得和直流電機(jī)控制系統(tǒng)相媲美或更好的控制性能。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng)；與其他電機(jī)相比，異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用、維護(hù)方便，運(yùn)行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步電動機(jī)為例，與同功率、同電動機(jī)相比，前者重量只及后者的二分之一，成本僅為三分之一。和直流電機(jī)一樣，三相異步電動機(jī)主要也由靜止的定子和轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子與轉(zhuǎn)子之間有—個較小的氣隙。 異步電動機(jī)的定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座三部分組成。定子鐵心是異步電動機(jī)主磁通磁路的一部分。為了使異步電動機(jī)能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，希望有一個較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)磁場，同時由于旋轉(zhuǎn)磁場對定子鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，定子鐵心中的磁通的大小與方向都是變化的，必須設(shè)法減少由旋轉(zhuǎn)磁場在定子鐵心中所引起的渦流損耗和磁滯損耗，因此，定子鐵心由導(dǎo)磁性能較好。對于容量較大(10kw 以上)的電動機(jī)，在硅鋼片兩面涂以絕緣漆，作為片間絕緣之用。定子鐵心上的槽形通常有三種：半閉口槽，半開口槽及開口槽。從提高電動機(jī)的效率和功率因數(shù)來看，半閉口槽最好。定子繞組 定子繞組是異步電機(jī)定子部分的電路，它也是由許多線圈按一定規(guī)律聯(lián)接面成。能分散嵌入半閉口槽的線圈由高強(qiáng)度漆包圓銅線或圓鋁線繞成，放入半開口槽的成型線圈用高強(qiáng)度漆包扁沿線或扁銅線，或用玻璃絲包扁銅線繞成。開口槽也放入成型線圈，其絕緣通常采用云母帶，線圈放入槽內(nèi)必須與槽壁之間隔有“槽絕緣”，以免電機(jī)在運(yùn)行時繞組對鐵心出現(xiàn)擊穿或短路故障。一般根據(jù)定子繞組在槽內(nèi)布置的情況，有單層繞組及雙層繞組兩種基本型式。容量較大的異步電動機(jī)都采用雙層繞組。雙層繞組在每槽內(nèi)的導(dǎo)線分上下兩層放置，上下層線圈邊之間需要用層間絕緣隔開。小容量異步電動機(jī)常采用單層繞組。槽內(nèi)定子繞組的導(dǎo)線用槽楔緊固。槽楔常用的材料是竹、膠布板或環(huán)氧玻璃布板等非磁性材料。機(jī)座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。中小型異步電動機(jī)一般都采用鑄鐵機(jī)坐，并根據(jù)不同的冷卻方式而采用不同的機(jī)座型式。例如小型封閉式電動機(jī)、電機(jī)中損耗變成的熱量全都要通過機(jī)座散出。為了加強(qiáng)散熱能力，在機(jī)座的外表面有很多均勻分布的散熱筋，以增大散熱面積。對于大中型異步電動機(jī)，北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）16一般采用鋼板焊接的機(jī)座。轉(zhuǎn)速的直流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機(jī)主磁通磁路的一部分，疊成，鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。整個轉(zhuǎn)子鐵心的外表面成圓柱形。轉(zhuǎn)子繞組分為籠型和繞線型兩種結(jié)構(gòu)，下面分別說明這兩種繞組結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)。 籠形繞組，由于異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)的電流是由電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生的，不需由外電源對轉(zhuǎn)子繞組供電，因此繞組可自行閉合；繞組的相數(shù)亦不必限定為三相。因此籠形繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成，因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)正常運(yùn)行時，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的相對轉(zhuǎn)速不大，即轉(zhuǎn)差率在5％之下，所以導(dǎo)條中的感應(yīng)電動勢不大，如導(dǎo)條與鐵心之間不加絕緣，由導(dǎo)條與鐵心之間的接觸電阻來限制導(dǎo)條間的漏電流也是可以的，一般無須用絕緣材料把導(dǎo)條與鐵心隔開，藝極為簡單?；\型繞組就可以由插入每個轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)條和兩端的環(huán)形端環(huán)組成。如果去掉鐵心，整個繞組的外形就象一個關(guān)松鼠的籠子，所以具有這種籠型繞組的轉(zhuǎn)子，習(xí)慣上稱為籠型轉(zhuǎn)子。為了節(jié)約用銅和提高生產(chǎn)率，小容量籠型異步電動機(jī)一般都采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條和端環(huán)一次鑄出。對容量大于100kW的電機(jī)，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常用銅條插入轉(zhuǎn)子內(nèi)，在兩端焊上端環(huán)，構(gòu)成籠形繞組?；\型轉(zhuǎn)子上既無集電環(huán)，又無絕緣，所以結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)行可靠。 繞線型繞組，它與定子繞組一樣也是一個對稱三相繞組，這個對稱三相繞組接成星形，并接到轉(zhuǎn)軸上三個集電環(huán)，再通過電刷使轉(zhuǎn)子繞組與外電路接通。這種轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是，通過集電環(huán)和電刷可在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻或其它控制裝置，以便改善電動機(jī)的起動性能或調(diào)速特性。為了減小電刷的磨損與摩擦損耗，中等容量以上的異步電動機(jī)還裝有一種提刷短路裝置。這種裝置當(dāng)電動機(jī)起動以后而又不需要調(diào)節(jié)速度時，移動其手柄，可使電刷提起，與集電環(huán)脫離接觸，同時使三只集電環(huán)彼此短接起來。異步電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙是很小的，中小型電機(jī)—～2mm。氣隙的大小與異步電動機(jī)的性能關(guān)系極大。氣隙愈大，磁阻也愈大。磁阻大時，產(chǎn)生同樣大小的旋轉(zhuǎn)磁場就需要較大的勵磁電流。勵磁電流是無功電流(與變壓器中的情況一樣)，該電流增大會使電機(jī)的功率因數(shù)變壞。然而，磁阻大可以減少氣隙磁場中的諧波含量，從而可減少附加損耗，且改善起動性能。氣隙過小，會使裝配困難和運(yùn)轉(zhuǎn)不安全。如何決定氣隙大小，應(yīng)權(quán)衡利弊，全面考慮。一般異北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）17步電動機(jī)的氣隙以較小。二、交流測速發(fā)電機(jī)（TG）交流測速發(fā)電機(jī) 有空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)、籠式轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)和同步測速發(fā)電機(jī)3種。 空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)：主要由內(nèi)定子、外定子及在它們之間的氣隙中轉(zhuǎn)動的杯形轉(zhuǎn)子所組成。勵磁繞組、輸出繞組嵌在定子上,彼此在空間相差90176。電角度。杯形轉(zhuǎn)子是由非磁性材料制成。當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時，勵磁后由杯形轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場與輸出繞組軸線垂直，輸出繞組不感應(yīng)電動勢；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，由杯形轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場與輸出繞組軸線重合，在輸出繞組中感應(yīng)的電動勢大小正比于杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，而頻率和勵磁電壓頻率相同，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。反轉(zhuǎn)時輸出電壓相位也相反。杯形轉(zhuǎn)子是傳遞信號的關(guān)鍵，其質(zhì)量好壞對性能起很大作用。由于它的技術(shù)性能比其他類型交流測速發(fā)電機(jī)優(yōu)越，結(jié)構(gòu)不很復(fù)雜，同時噪聲低，無干擾且體積小，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種交流測速發(fā)電機(jī)。 籠式轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)：與交流伺服電動機(jī)相似，因輸出的線性度較差，僅用于要求不高的場合。這樣的繞組工同步測速發(fā)電機(jī)：以永久磁鐵作為轉(zhuǎn)子的交流發(fā)電機(jī)。由于輸出電壓和頻率隨轉(zhuǎn)速同時變化，又不能判別旋轉(zhuǎn)方向,使用不便，在自動控制系統(tǒng)中用得很少,主要供轉(zhuǎn)速的直接測量用。三、晶閘管交流調(diào)壓器（TVC）結(jié)構(gòu)圖如圖 31圖 31 晶閘管交流調(diào)壓器結(jié)構(gòu)圖晶閘管單相交流調(diào)壓器，把三對反并聯(lián)的晶閘管與負(fù)載相串聯(lián)，然后接到交流電源上，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)負(fù)載上的電壓和功率，這一裝置稱為北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）18晶閘管交流調(diào)壓器。晶閘管交流調(diào)壓器在電爐的溫度控制、舞臺的燈光控制及中小功率異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中得到廣泛應(yīng)用。交流調(diào)壓器的輸出仍是交流電壓，因此它可以通過變壓器再進(jìn)行調(diào)壓，但是它的輸出電壓波形與自耦式或感應(yīng)式交流調(diào)壓器不同，不再是正弦波形。其中諧波分量較大，功率因數(shù)也較低（與導(dǎo)通角有關(guān)）。交流調(diào)壓器的晶閘管控制通常采用兩種方式：通斷控制。即把晶閘管作為開關(guān)將負(fù)載電路與電源接通幾個周波，然后再斷開一定周波數(shù)。通過改變通斷時間比達(dá)到調(diào)壓的目的。這里晶閘管起到一個通斷頻率可調(diào)的快速開關(guān)的作用。相位控制。將晶閘管作為這樣一個開關(guān)，在電源電壓每一周期中，在選定的時刻將負(fù)載電路與電源接通，改變選定的時刻即可達(dá)到調(diào)壓的目的。在交流調(diào)壓器中，相位控制應(yīng)用得較多，故下面主要介紹以相位控制的交流調(diào)壓器。通常在大功率或者為完成對某些負(fù)載控制方式時采用三相交流調(diào)壓器。三相交流調(diào)壓器接線形式很多，這些電路各有特點(diǎn)，現(xiàn)分別敘述如下：晶閘管三相全波星形或三