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1、课 程 设 计I淮 阴 工 学 院课程设计说明书作 者: 成志超学 号：1121106105学 院: 机械工程学院专 业: 机械电子专业题 目: 三相异步电动机能耗制动系统设计指导者： 高荣 殷永华课 程 设 计II目 录1 绪论 .12 三相异步电动机的结构和工作原理 .22.1 三相异步电动机的结构 .22.2 三相异步电动机的工作原理 .22.3 三相异步电动机制动方式 .33 三相异步电动机的能耗制动方式 .63.1 能耗制动的原理 .63.2 能耗制动的设计 .63.3 能耗制动的分析 .7结论 .10心得 .11参考文献 .12课 程 设 计11 绪论三相异步电机转子结构有笼型和绕
2、线式两种。定子由定子铁芯，定子绕组和机座三部分构成。定子铁芯的作用作为电机磁路的一部分和嵌放定子绕组。铁芯一般采用导磁性良好，比损耗小的 0.5mm 厚的低硅钢片叠成。定子绕组是电机的电路，其作用是感应电动势，流过电流。定子绕组在槽内部分与铁芯间绝缘。转子由铁芯，转子绕组和转轴构成。转子铁芯是电机磁路的一部分，一般由 0.5mm 硅钢片冲制后叠压而成。转轴起支撑转子铁芯和输出机械转矩的作用。转子绕组有笼型和绕线式。本次设计主要用到笼型，重点介绍下笼型。在转子铁芯均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁芯两端放置两个端环，分别把所有伸出槽外部分与端环连接起来。如果去掉铁芯剩下的绕组就像一个松鼠笼子
3、。三相异步电机之所以得到广泛应用，主要由于它结构简单，运行可靠，制造容易，价格低廉，兼顾耐用，而且有较高的效率和相当好的的工作特性。但是尚不能较大范围内平滑调速以及它必须从电网吸收之后的无功功率。在交流电力拖动系统中, 异步电动机既可运行于电动状态, 又可运行于电磁制动状态, 随生产机械的不同要求而定。三相异步电动机的能耗制动, 是通过将运行在电动状态的异步电机的定子脱离交流电源时, 立即在定子两相绕组通入直流励磁电流的方法, 使定子产生静止磁场的。当转子由于惯性仍在旋转时, 其导体切割此磁场便感应电流并产生与转子转向相反的电磁制动转矩而实现制动。它广泛用于矿井提升及起重运输等生产机械上。课
4、程 设 计22三相异步电动机的结构和工作原理2.1三相异步电动机的结构2.1.2磁路部分定子铁心（由 0.35mm0.5mm 厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈） ；转子铁心（用 0.5mm 厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来放置转子绕组（绕线形的）或铸铝的铝条） 。2.1.3电路部分定子绕组（三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。 ）转子绕组（有绕线形和鼠笼形） 。2.1.4机械部机座、
5、端盖、轴和轴承等等分。2.2 三相异步电动机的工作原理作电动机运行的三相异步电机，三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线课 程 设 计3式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速
6、。当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速 n1 沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以 n1 转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定） 。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定） 。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差 120度电角度） ，通入三相对称
7、交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路） ，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。分类：单层与双层单层绕组就是在每个定子槽内只嵌置一个线圈有效边的绕组，因而它的线圈总数只有电机总槽数的一半。单层绕组的优点是绕组线圈数少工艺比较简单；没有层间绝缘故槽的利用率提高；单层结构不会发生相间击穿故障等。缺点则是绕组产生的电磁波形不够理想，电机的铁损和噪音都较大且起动性能也稍差，故单层绕组一般只用于小容量异步电动机中。 单层绕组按照其线圈的形状和端接部
8、分排列布置的不同，可分为链式绕组、交叉链式绕组、同心式绕组和交叉式同心绕组等几种绕组形式。单 层 同 心 绕 组 和 交 叉 同 心 式 绕 组 的 优 点 为 绕 组 的 绕 线 、 嵌 线 较 为 简 单 ， 缺 点 则 为线 圈 端 部 过 长 耗 用 导 线 过 多 。 现 除 偶 有 用 在 小 容 量 2 极 、 4 极 电 动 机 中 以 外 ， 目 前 已很 少 采 用 这 种 绕 组 形 式 。 2.3 三相异步电动机制动方式三相异步电动机制动的方式有：1）能耗制动能耗制动方法是将正常运行的电动机突然从电源上切断，并将电动机定子绕组任意两相出线端接到直流电源上则直流电源将在定
9、子内形戚固定磁场转子靠惯性旋转并切割此固定磁场，在转子绕组中感生电动势和转子电流，此电流与固定磁场相互作课 程 设 计4用便产生电磁转矩，这个电磁转矩与转子转动方向相反。达到制动状态，转子动能消耗在转子电阻内，这个过程就是电动机能耗制动过程。2）反接制动倒拉反接制动。起重机在吊物时，如果重物鞍重电动机不但吊不起来重物反而使电动机转速降低甚至转速为零或倒转边就是倒拉反接制动状态。电动机拖动重物上升电动机是处于电动运行状态。电源反接制动。为了使正常运行的电动机快速停车或反转其要改接三相电源的相序即可也就是将电动机弓 f 出的三相引出线任意调换两个引出线位置再接到电源上则使电动机定子旋转磁场反转使转
10、子电动势和电流反向流动而产生与转向相反的自动转矩。3）回馈制动回馈制动也叫再生发电制动。起重机下放重物时的回馈制动原理图如图 3 所示。当起重机下放重物时。如果重物很重，转子转速超过电动机的同步转速时(即 s120r/min-KS+SB1KM1+KM1+KM2+M+（串 R 反接制动）N 120r/min-KS+SB1+SB1KM1+KM1+SB1+KM2+(自锁)M+（串 R 反接制动）N40r/min-KS- KM2 M-c)手动控制的简单能耗制动线路，要停车时按下 SB1 按钮，到制动结束放开按钮（KM2 无自锁） 。 （复合按钮手动控制） d)自动控制，简化操作。 （时间继电器自动控制
11、切除直流电源） e)图中直流电源中串接可调电阻 RP，调节制动电流大小。 3.3.3三相异步电动机机械特性的表达式物理表达式T=CTJ m2Icos式中：异步机的转矩系数： 异步机每极磁通m1wTJkWpC222222 cos)/(cos XsRsR222XsEI课 程 设 计9图 3.2 在不同转速 22IcosT和 的 乘 积 求参数表达式有以上表达式可以画出机械特性曲线图3.3所示图 3.3 异步电动机的机械特性图21210XsRUmTx课 程 设 计10结论（1）能耗制动是一种应用广泛的电气制动方法。该线路的设计思想是在电动机要停车时切除三相电源的同时，将直流电源接入定子绕组，利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动转矩，从而达到制动的目的。（2）由于将直流电源接入定子的两相绕组，绕组中流过直流电流，产生了一个静止不动的直流磁场。此时电动机的转子由于惯性作用仍按原来的方向旋转，转子导体切割直流磁通，产生感生电流。（3）在静止磁场和感生电流相互作用下，产生一个阻碍转子转动的制动力矩，因此电动机转速迅速下降。当转速降至零时，
