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1、辽宁工程技术大学课程设计辽宁工程技术大学 电机与拖动课程设计 设 计 题 目：交流电动机转子串电阻启动设计 专 业 班 级： 矿山机电工程 姓 名： 张玄 学 号： 1107250325 指 导 教 师： 田立勇 日 期： 2014-6-21 课程设计成绩评定表学期姓名刘龙涛专业矿山机电工程班级矿电11-3课题名称电力拖动与控制课程设计论文题目PLC控制交流电动机转子串电阻启动设计评定标准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15综合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语任课老师田立勇时间2013年6月21日备注辽宁工程技术大学课程设计课程设计任务书
2、一、设计题目交流电动机转子串电阻启动分析与设计二、设计任务一部三相绕线型异步电动机，PaN=70kW，UaN=440V，IaN =497A，nN =1445r/min， =2.6, =290V，=86A, 负载转矩=200NM。采用转子串电阻起动时，求起动级数和各级启动电阻大小,并设计控制电路。三、设计计划电机与拖动课程设计共计2周内完成：1、查资料,熟悉题目,整理资料；2、方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书；3、准备答辩；4、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：田立勇时
3、间：2013年 6月6日目 录引言11 三相异步电动机21.1 三相异步电动机的基本结构21.2三相异步电动机工作原理41.3 异步电动机的额定参数51.3.1 三相异步电动机的额定参数51.3.2 三相异步电动机的能流图51.4 三相异步电动机的转矩特性和机械特性62、电动机转子串电阻启动原理92.1 转子串电阻启动原理92.2 启动电阻的使用原则92.3 三相交流异步电机启动方法介绍92.4 启动过程112.5 启动电阻的计算133 电子元件的选型143.1 交流接触器的选型143.1.1 交流接触器的结构与工作原理143.1.2 CJ20系列交流接触器143.1.3 热继电器选型153.
4、2 晶体管时间继电器173.3 L1型螺旋式熔断器174 主电路及PLC硬件系统的设计194.1 PLC的基本结构194.2 硬件系统的设计204.3 PLC梯形图21结束语23参考文献24摘 要: 进一少巩固和加深“电机与拖动”课程的基本知识,了解绕线型异步电动机转子串电阻起动设计知识在工程实际中的应用。综合运用“电机与拖动”课程和等候课程的理论及生产实际知识去分析和解决直流电动机调速设计中的一些问题,进行电机设计的训练。通过计算和绘图学会运用标准、规范的手册、图册和查阅有关资料等培养电机设计的基本技能。掌握绕线型异步电动机转子串电阻起动的原理与步骤培养独立的思维和动手能力。1三相异步电动机
5、1.1三相异步电动机的基本结构（1）定子(静止部分) 定子铁心作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。构造：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。定子铁心槽型有以下几种：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。定子绕组作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。构造：由三个在空间互
6、隔120电角度、对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
7、和维修时均应按这个序号排列。机座作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。（2）转子(旋转部分)三相异步电动机的转子铁心：作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在
8、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。三相异步电动机的转子绕组作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。1)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。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。2)绕线式转子：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。特点：结构较复杂，故
9、绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。（3）其它附件端盖：支撑作用。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。1.2三相异步电动机工作原理当向三相定子绕组中通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
10、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。1.3.1 异步电动机的额定参数三相异步电动机
11、的额定值刻印在每台电动机的铭牌上,一般包括下列几种：1)型号：为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列,每种系列用各种型号表示。2）额定功率PN：是指电动机在制造厂所规定的额定情况下运行时,其输出端的机械功率,单位一般为千瓦（kW）。一般规定电动机的外加电压不应高于或低于额定值的5%。3）额定电流IN是指电动机在额定电压和额定输出功率时,定子绕组的线电流,单位为安。4）额定频率fN，我国电力网的频率为50赫兹（Hz），因此除外销产品外,国内用的异步电动机的额定频率为50赫兹。5）额定转速nN，是指电动机在额定电压、额定频率下,输出端有额定功率输出时, 电动机的转速,单位为转/
12、分(r/min)。与此转速对应的转差率称为额定转差率SN。6)额定效率N是指电动机在额定情况下运行时的效率, 是额定输出功率与额定输入功率的比值。即7)电动机的工作方式（定额）：反映异步电动机的运行情况，可分为三种基本方式：连续运行、短时运行和断续运行。8）温升（或绝缘等级）9）电动机重量10）额定功率因数cosN,因为电动机是电感性负载,定子相电流比相电压滞后一个角，cos就是异步电动机的功率因数。1.3.2 三相异步电动机的能流图电源的输入功率P1 =U1I1cos1电动机的输出功率P2 （铭牌功率）P2 = P1-P损耗=P2/P1=( P1-P损耗)/ P11.4 三相异步电动机的转矩
13、特性和机械特性（1）转矩特性 电磁转矩（以下简称转矩）是三相异步电动机最重要的物理量之一。机械特性是它的主要特性。T=KmI2 cos2因为所以.转矩特性式中，K与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数； U1 、U定子绕组电压，电源电压； R2转子每相绕组的电阻； X20 电动机不动（S=1）时转子每相绕组的感抗。（2）机械特性 在异步电动机中，转速 n=(1-S)n0，为了符合习惯画法，可将曲线换成转速与转矩之间的关系曲线，即称为异步电动机的机械特性。a固有机械特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有（自然）机械特性
14、。根据 ，三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步电动机的运行性能，这四个特殊点是：电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转速。电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为 ，式中: PN电动机的额定功率；PN nN电动机的额定转速，一般 SN电动机的额定转差率，一般 TN电动机的额定转矩。电动机的启动工作点。将S=1代入转矩公式中，可得，可见，异步电动机的启动转矩Tst与U、 R2及X20有关。当施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明显减小；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。通常把在固有机械特性上启动转矩Tst与额定转矩TN之比 lst=Tst/TN 作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。一般电
