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1、哈尔滨工业大学电机与拖动课程设计设计题目：绕线式异步电动机转子串电阻起动分析与设计院（系、部）：航天学院专业班级：自动化姓名：学号：指导教师：日期：电气工程系课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期2013/2014 第 2 学期姓名专业自动化班级课程名称电机与拖动课程设计设计题目绕线式异步电动机转子串电阻起动分析与设计成绩评分项目优良中及格不及格设 计 表 现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真2设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3.独立工作能力强较强能独立设计完成基本独立设 计完成不能独立设 计完成4.上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以 上设 计 说 明
2、书5.设计内容设计思路清 晰，结构方案 良好，设计参 数选择正确， 条理清楚，内 容完整，结果 正确设计思路清 晰，结构方案 合理，设计参 数选择正确， 条理清楚，内 容较完整，极 少量错误设计思路较 清晰，结构方 案基本合理， 设计参数选 择基本正确， 调理清楚，内 容基本完整， 有少量错误设计思路基 本清晰，结构 方案基本合 理，设计参数 选择基本正 确，调理清 楚，内容基本 完整，有些错 、口 误设计思路不 清晰，结构方 案不合理，关 键设计参数 选择有错误， 调理清楚，内 容不完整，有 明显错误6设计书写、字体、 排版规范、整洁、 有条理，排版 很好较规范、整 洁、有条理， 个别排版有
3、 问题基本规范、整 洁、有条理， 个别排版有 问题基本规范、整 洁、有条理， 排版有问题 较多不规范、不整 洁、无条理， 排版有问题 很大7.封面、目录、参 考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图 纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10.绘图工程标准符合标准较符合标准基本符合标 准个别不符合 标准完全不符合 标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级； 如优秀评定，设计内容要符合5，其余九项要有4项符合才能
4、评定为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩：评定教师签字：课程设计任务书一、设计题目绕线式异步电动机转子串电阻起动分析与设计二、设计任务一台JR71-4型三相绕线式异步电动机，拖动一个横转矩负载。已知：P =20kW，n =1420r/min，f =50Hz，U =187V，/ =68.5A，NN N2N2N伽=2.3，TL=100Nm。1、若要求启动电流是I =2.5In，求最大的串联电阻，设计其起stn动级数并计算每级的电阻值。2、最大允许的起动转矩T1=1.8Tn，起动切换转矩T2=Tn，试设计其起动级数并计算每级的电阻值。三、设计计划电机与拖动课程设计共计1周内完成：1、第12天查资
5、料，熟悉题目；2、第35天方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书；3、第6天准备答辩；4、第7天答辩。四、设计要求1、设计工作量为完成设计说明书一份；2、设计必须根据进度计划按期完成；3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。指导教师：教研室主任：时 间：摘要绕线式异步电动机转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动机的启动转矩，启 动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。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。因而绕线异步电动机的转子要串入合适的电阻，不但可以 减少起动电流，而且可以增大起动转矩。由于三相异步电动机直接启动时，启动转矩和启动电流很大容易造
6、成电机和设备的损 坏，因此本次设计对三相异步电动机启动做了研究，目的是保证电动机安全启动。本此设计针对绕线型异步电动机转子串电阻做了阐述，根据启动电流和启动转矩的要 求设计合适的电阻与启动级数来保证电动机安全平稳的启动。 关键词：异步电动机；串电阻；启动目录1 引言 12 电动机的原理和结构 12.1 工作原理 12.2 异步电动机结构 22.2.1 定子 22.2.2 气隙 22.2.3 转子 22.2.4 其他 33 电动机的起动指标 33.1 起动转矩要足够大 33.2 起动电流不要超过允许范围 34 起动过程 44.1串联起动电阻R和R起动4st2 st24.2切除起动电阻R55 起动
7、级数未定时起动电阻计算 55.1 计算推导过程 55.2 具体设计 76 结论 9参考文献 101 引言对于三相异步电动机的起动，由于起动瞬间S=l,转子电路感应电动势及电流都比较 大且远大于其额定值，故不能直接起动，故产生许多方法起动，本设计将讨论绕线型三相 异步电动机转子串电阻起动。绕线型三相异步电动机转子电路串合适电阻不但可以减小起动电流，而且可以增大起 动转矩，对于转矩大或频繁起动的生产机械引用的尤为广泛。不仅使电机有足够大的起动 转矩，使拖动系统有较大的加速转矩，尽快达到正常运行状态，而且可以减小对电网的冲 击，影响其他设备。而且绕线型异步电动机具有起动性能好、起动转距高、起动电流小
8、等优点。由于起动 时，转子回路中串入附加电阻或频敏变阻器，不仅能改善起动性能，而且还可以实现调 速。绕线式异步电动机通过转子外接电阻进行调速是一种传统的调速方法。但如果转速越 低，这个损耗越大，电动机的效率越低，转子串电阻调速是将转差攻率消耗在转子电阻 上。2 电动机的原理和结构2.1 工作原理三项异步电动机的工作原理应该是：当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电 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）。由于导子
9、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 电动机的三项定子绕组，通入三项交流电后，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。图 2-1 工作原理图2.2 异步电动机结构三相异步电动机
10、主要由定子和转子两部分组成，及其它附件。图 2-2 异步电机结构图2.2.1 定子三相异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖四部分构成。为减少旋转 磁场在铁心中引起的铁损耗，定子铁心一般采用彼此绝缘、厚为 0.5mm 的硅钢片叠成圆筒 形，内壁开有许多均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。定子绕组是由绝缘导线制成的三相 对称绕组，按照一定的连接方式安放于定子铁心槽内。小型异步电动机多采用单层绕组， 容量较大的异步电动机一般采用双层绕组。机座由铸铁或铸钢制成，主要作用是用来固定 和支撑定子铁心，因此，机座需要有足够的机械强度和刚度。端盖由铸铁或铸钢制成，固 定在机座两端，用以支撑转子和防护外
11、物的侵入。2.2.2 气隙气隙的大小对异步电动机的运行性能有很大影响。为了减少电机的励磁电流，提高功率因数，气隙应该尽可能的小。在中小型异步电动机中，气隙大约为0.21.5 mm2.2.3 转子异步电动机的转子有转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心一般由0.5mm 厚的硅钢片叠成圆筒形，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。一般小型异 步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300400毫米 以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。转子绕组分为鼠笼式转子和绕线式转子。鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多 根导条和两个环行的端环组成。绕线式转子：
12、绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对 称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电 路联接。a)图 2-2-3 转子图2.2.4 其他轴承：连接转动部分与不动部分。轴承端盖：保护轴承。风扇：冷却电动机。3 电动机的起动指标起动是指电动机从静止状态开始转动起来，直至最后达到稳定运行。对于任何一台电 动机，在起动时，都有下列两个基本的要求。3.1 起动转矩要足够大堵转状态时电动机刚接通电源，转子尚未转动时的工作状态，工作点在特性曲线上的 S 点。这时的转差 s=1, 转速 n=0, 对应的电磁转矩 T 称为起动转矩。st堵转状态说明了电动机的直接起动能力。因为只
13、有在T T一般要求T (1.1st L st1.2) T，电动机才能起动起来。T大，电动机才能重载起动；T小，电动机只能轻载，L st st甚至空载起动。所以只有T MT时，电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运st L转。一般要求T (1.11.2) T。T越大于T，起动过程所需要的时间就越短。st L st L3.2 起动电流不要超过允许范围对三相异步电动机来说，由于起动瞬间s=1，旋转磁场于转子之间的相对运动速度很 大，转子电路的感应电动势及电流都很大，所以起动电流远大于额定电流。在电源容量与 电动机的额定功率相比不是足够大时，会引起输电线路上电压的增加，造成供电电压的明 显下降，
14、不仅影响了同一供电系统中其他负载的工作，而且会延长电动机本身的起动时间。 此外在起动过于频繁时，还会引起电动机过热。在这两种情况下，就必须设法减小起动电 流。4 起动过程绕线型异步电动机的转子串联合适的电阻不但可以减小起动电流，而且还可以增大起 动转矩，因而，要求起动转矩大或起动频繁的生产机械常采用绕线型异步电动机拖动。容量较小的三相绕线型异步电动机可采用转子电路串联起动变阻器的方法起动。起动 变阻器通过手柄接成星形。起动先把起动变阻器调到最大值，再合上电源开关S,电动机 开始起动。随着转速的升高，逐渐减小起动变阻器的电阻，直到全部切除，使转子绕组短 接。容量较大的绕线型异步电动机一般采用分级起动的方法以保证起动过程中都有较大 的起动的转矩和较小的起动电流。现以两级起动为例介绍其起动步骤和起动过。原理电路 和机械特性如图 1 所示。图中机械特性只画出了每条特性的 n1M 段，并近似用直线代替。 起动步骤如下：4.1串联起动电阻R和R起动st2 st2起动前开关S和S断开，使得转子每相串入电阻R和R,加上转子每相绕组自身 12的电阻R2，转子电路每相总电阻为R = R +R +R，22 2然后合上电源开关S,这时电动机的机械特性为图中的特性，由于转动转矩T远大 st4.2切除起动电阻R当工作点到达 c 点，即电磁转矩 T 等于切换转矩 T
