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1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 电气工程课程设计 题 目 绕线式异步电动机串电阻起动设计 院 系 电气信息工程学院电气工程系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2012年 7 月 18 日东北石油大学课程设计任务书课程 电气工程课程设计 题目 绕线式异步电动机串电阻起动设计 专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 主要内容：通常，为了使整个起动尽量保持较大的起动转矩，在转子回路接入可以逐级切除的起动变阻器，起动变阻器切换使起动转矩保持在所设定的起动转矩最大和最小之间。起动转矩一般取0.85T左右。Y 132 M4三项绕线转自异步电动机，用其拖动技术数据参数如下：PN =15kW
2、 nN=720r/min. MT=2.5 U2N=380V I2N=55A. 基本要求：绕线式异步电动机转子回路串接电阻，一方面可以减小起动电流，另一方面可以增加最初起动转矩，当串入某一合适电阻时，还能使电动机以它的最大转矩T起动。当然，所串联的电阻超过一定数值之后，最初起动转矩反而会减小。由于绕线异步电动机的转子串连合适的电阻，不但可以减少起动电流，而且可以增大起动转矩，因而，要求起动的转矩大或起动频繁的生产机械常用绕线型异步电动机。参考资料：1彭鸿才.电机原理及拖动M.北京：机械工业出版社，19942李岚等.电力拖动与控制M.北京：机械工业出版社，20033唐介.控制微电机M.北京：高等教
3、育出版社，19874杨长能.电力拖动基础M.重庆：重庆大学出版社，19895李发海.电机学M.北京：科学出版社，1991完成期限 2012.7.10至2012.7.18 指导教师 专业负责人 2012年 7 月 9 日目录1设计要求12异步电动机工作原理12.1旋转磁场32.2异步电动机结构33电动机的起动指标43.1起动转矩43.2起动电流44 起动过程44.1串联起动电阻和起动54.2切除起动电阻R54.3切除起动电阻65起动级数未定时起动电阻所计算75.1选择起动转矩和切换转矩75.2求出起动转矩比75.3求出起动级数m75.4重新计算，校验,是否在规定范围内95.5求出转子每相绕组的电
4、阻95.6计算各级总电阻95.7求出各级起动的电阻96绕线式异步电动机串电阻起动的优点117结论11参考文献121设计要求三相绕线式异步电动机的启动空机系统设计，学习和掌握三相异步电动机的气动特性，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指标要求：（1） 起动转矩要足够大堵转状态时电动机刚接通电源，转自尚未转动时的工作状态，工作点在特性曲线上的S点。这是的转差s=1，转速n=0，对应的电磁转矩称为起动转矩。堵转状态说明了电动机的直接起动能了。以为只有在一般要求，电动机才能起动起来。大，电动机才能重载启动；小，电动机只能轻载，甚
5、至空载起动。所以只有是，电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运转。一般要求。越大于，起动过程所需要的时间就越短。（2）设计必须根据进度计划按期完成；（3）设计说明书必须经知道老师审查签字方可答辩。2异步电动机工作原理当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。转子和旋转磁场之间转速差的存在是异步电动机转动的
6、必要条件，转速差以转差率s衡量的。在交流电机中，当定子绕组通过交流电流时，建立了电枢磁动势，它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。所以单相交流绕组通入单相交流产生脉振磁动势，该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势和，从而在气隙中建立正转和反转磁场和。这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流。该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。正向电磁转矩企图使转子正转：反向电磁转矩企图使转子反转。这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。不论是正转磁场还是反转磁场，他们的大小与转差率的关系和三相异步电动机的情况是一样的。电容分相式起动工作原理：起动是开关K
7、闭合，使两绕组电流L1，L2相位差约为，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，起动绕组被切断。罩级式单相电机的工作原理：定子通入电流以后，部分磁通产国短路环，并在其中产生感应电流。短路换种的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，是转子转起来。定子铁心的作用是电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。它的构造是定子铁心一般由0.350.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组. 定子铁心槽型分为三种： 半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用
8、于小型低压电机中。 半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。定子绕组的作用是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。 它的构造是由三个在空间互隔120电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘） （1）对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。 （2）相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。 （3）匝间绝缘：每相定子绕组
9、各线匝间的绝缘。 电动机接线盒内的接线：电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（W2）、4（U2）、5（V2），.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。对称三相绕组，通入对称三相电流转子旋转起来转子绕组在磁场中三相交流电能转子绕组中产生e和i旋转磁场（磁场能量）电磁转矩机械负荷 旋转起来磁感线切割 转子绕组图1 异步电动机工作原理2.1旋转磁场设将定子三相绕组联成星形接法，三相绕组的首端u1、v1、w1分别与三相交流电的相线a、
10、b、c相连接。为了讨论方便，选定交流电在正半周时，电流从绕组的首端流入，从末端流出；反之，在负半周时，电流流向相反。定子绕组在三相交流电不同相位时合成旋转磁场。定子三相对称绕组中通以频率为f的三相对称电流便会产生旋转磁场。旋转磁场的转速 由下式确定n=式中，P为电机的极对数。n又称为同步转速旋转磁场的转向由三相电流通入三相绕组的相序决定。改变电流相序，旋转磁场的转向随之改变。2.2异步电动机结构Y形的电阻，或直接通过短路端环短三相异步电动机主要由静止的和转动的两部分构成，其静止部分称为定子。定子是用硅钢片叠成的圆筒形铁心，其内圆周有槽用来安放三相对称绕组：三相对称绕组每相在空间互差120，可联
11、接成Y形或形。三相异步电动机转动的部分称为转子，是用硅钢片叠成的圆柱形铁心，与定子铁心共同形成磁路。转子外圆周有槽用以安放转子绕组。转子绕组有鼠笼式和线绕式两种。鼠笼式：将铜条扦入槽内，两端用铜环短接，或直接用熔铝浇铸成短路绕组。线绕式：安放三相对称绕组，其一端接在一起形成Y形，另一端引出连接三个已被接成路。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
12、T称为起动转矩。堵转状态说明了电动机的直接起动能力。一般要求T（1.11.2）T，电动机才能起动起来。大，电动机才能重载起动；小，电动机只能轻载，甚至空载起动。所以只有时，电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运转。一般要求（1.11.2）。越大于，起动过程所需要的时间就越短。3.2起动电流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，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
13、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nM段，并近似用直线代替。起动步骤如下：4.1串联起动电阻和起动起动前开关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的电阻R，转子电路每相总电阻为然后合上电源开关S，这时电动机的机械特性为图中的特性，由于转动转矩T远大于负载转矩T，电动机拖动生产机械开始起动，工作点沿特性a由b点向c点移动。N12IFG1CTWATS1Ts2TL0SMR1R 2S1S23TDP 图2 电动机特性图 图3 电动机特性图4.2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时，合上开关
