【正文】 份； 設(shè)計(jì)必須根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃按期完成； 設(shè)計(jì)說明書必須經(jīng)指導(dǎo)教師審查簽字方可答辯。 1 三相異步電動(dòng)機(jī) ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 ............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 三相異步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù) ............................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 三相異步 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性 .................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。要想討論電力拖動(dòng)中經(jīng)常遇到的 繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻啟動(dòng)問題，首先我們要先了解三相異步電動(dòng)機(jī) ，這是討論問題的基礎(chǔ)。由于異步電動(dòng)機(jī)在性能上有缺陷，所以異步電動(dòng)機(jī)主要作電動(dòng)機(jī)使用。三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，是當(dāng)前工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最普通的電動(dòng)機(jī)；單相異步電動(dòng)機(jī)容量較小，性能較差，在實(shí)驗(yàn)室和家用電器中應(yīng)用較多；兩相異步電動(dòng)機(jī)通常用作控制 電機(jī)。我的設(shè)計(jì)為三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻啟動(dòng)。 構(gòu)造：定子鐵心一般由 ~ 毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。一般用于小型低壓電機(jī)中。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。 ② 定子繞組 作用：是電動(dòng)機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 電角度、對(duì)稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個(gè)線圈按一 定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。 1)對(duì)地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。 3)匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。凡制造和維修時(shí)均應(yīng)按這個(gè)序號(hào)排列。 構(gòu)造：機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動(dòng)機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。 （ 2） ?轉(zhuǎn)子 ?(旋轉(zhuǎn)部分 )? ① 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心： 作用：作為電機(jī)磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。 ② 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組 作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。 1)鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導(dǎo)條和兩個(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。小型籠型電動(dòng)機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對(duì)于 100KW 以上的電動(dòng)機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動(dòng)機(jī)廣泛。 （ 3） ?其它附件 ① 端蓋 ： 支撐作用。 ③ 軸承端蓋 ： 保護(hù)軸承。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 4 當(dāng)向三相 定子繞組 中通入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速n1沿 定子和轉(zhuǎn)子 內(nèi)圓空間作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致的感生電流。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩 ，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 5 異步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù) 異步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù) 三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值刻印在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的銘牌上 ,一般包括下列幾種： 1)型號(hào) ： 為了適應(yīng)不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動(dòng)機(jī)制成不同的系列 ,每種系列用各種型號(hào)表示。一般規(guī)定電動(dòng)機(jī)的 外加 電壓不應(yīng)高于或低于額定值的 5%。 4） 額定頻率 fN， 我國電力網(wǎng)的頻率為 50 赫茲（ Hz），因此除外銷產(chǎn)品外 ,國內(nèi)用的異步電動(dòng)機(jī)的額定頻率為 50 赫茲。 6)額定效率 η N是指電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行時(shí)的效率 , 是額定輸出功率與額定輸入功 率的比值。 8）溫升（或絕緣等級(jí)） 9）電動(dòng)機(jī)重量 10） 額定功率因數(shù) cosφ N,因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是電感性負(fù)載 ,定子相電流比相電壓滯后一個(gè)角， cosφ 就是異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。機(jī)械特性是它的主要特性。 二、 機(jī)械特性 在異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)速 n=(1S)n0，為了符合習(xí)慣畫法，可將曲線換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即稱為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 根據(jù) 2202222 )(SXR USRT ?? ，00nnnS ?? 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖所示。 ? ? NNN ,2 SSnnTT ??? 電動(dòng)機(jī)額定工作點(diǎn)。 ? ? 1,0,3 st ??? SnTT 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)工作點(diǎn)。 當(dāng)施加在定子每相繞組上的電壓降低時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)明顯減??； 當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)增大；而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會(huì)使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大為減小。一般 ~ ?? ? ? mmm a x ,4 SSnnTT ??? 電動(dòng)機(jī)的臨界工作點(diǎn)。它表征了電動(dòng)機(jī)能夠承受沖擊負(fù)遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 8 載的能力大小，是電動(dòng)機(jī)的又一個(gè)重要運(yùn)行參數(shù)。 改變定子電壓 U、定子電源頻率 f、定子電路串入電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性 （ 1）降低電動(dòng)機(jī)電源電壓時(shí)的人為特性 pf60n0? 00202 n nnXRS mm ??? 202max 2XUKT ? 2202222 XR URKTst ?? Nmaxm /TT?? n0不變， Sm不變， Tmax 隨 電壓 的減小而大大的減小 Tst 隨著電壓的減小而大大的減小 改變電源電壓的人為特性如圖所示 ，如當(dāng)定子繞組外加電壓為 UN、 、 時(shí)，轉(zhuǎn)子輸出最大轉(zhuǎn)矩分別為 Ta=Tmax、 Ta= 和 Ta= 。 由于異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng) 電壓的波動(dòng)非常敏感，運(yùn)行時(shí)，如電壓降低太多，會(huì)大大降低它的過載能力與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，甚至使電動(dòng)機(jī)發(fā)生帶不動(dòng)負(fù)載或者根本不能啟動(dòng)的現(xiàn)象。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 9 （ 2）定子電路接入電阻或電抗時(shí)的人為特性 在電動(dòng)機(jī)定子電路中外串電阻或電抗后，電動(dòng)機(jī)端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低 ,這種情況下的人為特性與降低電源電壓時(shí)的相似 .。 pf60n0? 00202 n nnXRS mm ??? 202max 2XUKT ? 2202222XR URKTst ?? Nmaxm /TT?? fn?0 fS /1m? fT /1st? 不變maxT 因此，改變電源頻率的機(jī)械特性如圖所示 （ 4）轉(zhuǎn)子電路串電阻時(shí)的人為特性 在三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻后［見圖 (a)］，轉(zhuǎn)子電路中的電阻為 2r2 RR? 0n 不變， maxT 不變， mS 隨著串 接電阻的增 而增大，此時(shí)的人為特性將是一根比固有特性較軟 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 10 的一條曲線，如圖所示。這是因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增高，轉(zhuǎn)子電流、電機(jī)轉(zhuǎn)矩將逐漸降低。由式（ 1）可以看出，若使轉(zhuǎn)子回路電阻 2R與轉(zhuǎn)差率 s成正比例減少，則電動(dòng)機(jī)在加速過程中可以獲得恒定的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電阻值的改變是靠開關(guān)電器將金屬電阻一段段的短接來實(shí)現(xiàn)的，所以電阻值的變化不連續(xù)，有級(jí)。啟動(dòng)電阻分級(jí)數(shù)越少，則在啟動(dòng)過程中沒次短接電阻所引起的啟動(dòng)電流沖擊幅度就大，軸上轉(zhuǎn)矩的突變也大。對(duì)容量較大的電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電阻分級(jí)要多些。 （ 1） 籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法： 起動(dòng) 所謂直接啟動(dòng)，是指將電動(dòng)機(jī)的定子繞組通過找到開關(guān)或接觸器直接接入電遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 11 源 ，在額定電壓下進(jìn)行 啟 動(dòng)。 直接啟動(dòng)的啟動(dòng)電流很大， 一般 在有獨(dú)立變壓器供電的情況下，若 電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng) 頻繁， 則電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的 20%允許直接啟動(dòng)；若 電動(dòng)機(jī) 不經(jīng)常啟動(dòng) ， 則電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的 30%也允許直接啟動(dòng)。 定子繞組串電阻或電抗相當(dāng)于降低定子繞組的外加電壓。但考慮到起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與定子繞組電壓的平方成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)降低的更多。 對(duì)于容量較小的異步電動(dòng)機(jī)，一般采用定子繞組串電阻降壓；但對(duì)于容量較大的異步電動(dòng)機(jī)，考慮到串接電阻會(huì)造成銅耗較大，故采用定子繞組串電抗降壓起動(dòng)。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)完成時(shí) KM吸合，短接電阻或電抗 R。 星 角 起動(dòng)方法雖然簡(jiǎn)單，但電動(dòng)機(jī)定子繞組的六個(gè)出線端都要引 出來，略顯麻煩。 KM2 閉合時(shí)，定子繞組為星形 (Y)接法，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。由控制電路中的時(shí)間繼電器 KT確定星 三角切換的時(shí)間。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，該方法只適合于輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。 圖 24所示為自耦變壓器起動(dòng)的自動(dòng)控制主回路。按啟動(dòng)按鈕后 KM1 線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時(shí)由于 KM1輔助常開觸點(diǎn)閉合，使得接觸器 KM2 線圈通電吸合， KM2 的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭 (例如 65％ )將三相電壓的 65％接入電動(dòng)。自耦變壓器一般有 65％和 80％額定電壓的兩組抽頭。 自耦變壓器起動(dòng)法不受電動(dòng)機(jī)繞組接線方式 (Y 接法或△接法 )的限制，允許的起動(dòng)電流和所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可通過改變抽頭進(jìn)行選擇，但設(shè)備費(fèi)用較高。其優(yōu)點(diǎn)是電壓抽頭可供不同負(fù)載起動(dòng)時(shí)選擇；缺點(diǎn)是質(zhì)量大、體積大、價(jià)格高、維護(hù)檢修費(fèi) 高 。在電動(dòng)機(jī)定子回路中，通過串入限流作用的電力器件實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，叫做降壓或者限流軟起動(dòng)。按限流器件不同可分為：以電解液限流的液阻軟起動(dòng)；以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動(dòng)；以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動(dòng)。 10 年前，電氣工程界就有人預(yù)言，晶閘管軟起動(dòng)將引發(fā)軟起動(dòng)行業(yè)的一場(chǎng)革命。而其主要性能卻優(yōu)于液阻軟起動(dòng)。 但是晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品也有缺點(diǎn)。 （ 2） 繞線異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法： 1. 逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法 ：繞線 式 三相異步電動(dòng)機(jī) 可以在 轉(zhuǎn)子 回路中串入電阻進(jìn)行起動(dòng)，這樣就減小了起動(dòng)電流。適用于中小遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 14 功率低壓電動(dòng)機(jī)。剛起動(dòng)時(shí)，電機(jī) 轉(zhuǎn)差率 最大，轉(zhuǎn)子電流（即頻敏電阻線圈通過的電流）頻率最高，等于電源頻率。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的加快， 轉(zhuǎn)差率 逐漸減小，轉(zhuǎn)子電流頻率逐漸降低，頻敏變阻器電阻也逐漸減小，最后把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 繞組短接，頻敏變阻器從轉(zhuǎn)子電路中切除。 接觸器觸點(diǎn) K1， K2， K3 斷開，繞線型異步電動(dòng)機(jī)定子接額定電壓，轉(zhuǎn)子每相電路串入起動(dòng)電阻 Rst1,Rst2,Rst3,加上轉(zhuǎn)子每相繞組自身的電阻 r2，轉(zhuǎn)子每相電路總電阻為 R3=r2+Rst1+Rst2+Rst3。 轉(zhuǎn)速上升工作點(diǎn)由 a點(diǎn)到達(dá) b點(diǎn)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 T 等于切換轉(zhuǎn)矩 T2為了加大電磁轉(zhuǎn)矩加速起動(dòng)過程，接觸器觸點(diǎn) K3 閉合，切除起動(dòng)電阻 Rst3。忽略異步電動(dòng)機(jī)的電磁慣性，只計(jì)拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械慣性，由于切除瞬間轉(zhuǎn)速來不及改變，則電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)從 b變到機(jī)械特性曲線 2 上的 c點(diǎn)，該點(diǎn)上電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩 T=T1。接觸器觸 點(diǎn) K2 閉合，切除起動(dòng)電阻 Rst2，此時(shí)轉(zhuǎn)子每相電路的總電 阻 R2=r2+Rst1。 轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，工作點(diǎn)沿特性 1 由 e 點(diǎn)移動(dòng)到 f 點(diǎn)，電遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 15 磁轉(zhuǎn)矩 T 等于 T2，接觸器觸點(diǎn) K1 閉合，切除起動(dòng)電阻 Rst1，此時(shí)轉(zhuǎn)子每相電路總電阻 R1=r2，運(yùn)行點(diǎn)從 f 變?yōu)楣逃袡C(jī)械特性曲線上的 g點(diǎn)