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1、课程设计课程电机与拖动题目三相绕线式异步电动机的起动控制系统设计院系物理与电气信息工程学院专业班级学生姓名学生学号指导教师目录1设计要求22方案设计23单元电路设计、参数计算和器件选择23.1单元电路设计23.2参数计算43.3器件选择64. 电路的工作原理65. 总结6参考文献错误！未定义书签。绕线式三相异步电动机，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。它可用在重载 和频繁启动的生产机械上。1. 设计要求三相绕线式异步电动机的起动控制系统设计，学习和掌握三相异步电动机的启 动特性，起动是指电动机从静止状态开始转动起来，直至
2、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=l,转速n=0,对应的电磁转矩Tst称为起动转矩。堵转状态说明了电动机的直接起动能力。因为只有在TstTl一般要求Tst（1.11.2）T l，电动机才能起动起来。Tst大，电动机才能重载起动；T st小，电 动机只能轻载，甚至空载起动。所以只有TstT厶时，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T st （1.11.2） T l。T st越大于T l， 起动过程所需要的时间就越短。
3、（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，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。2. 方案设计常见的三相绕线转子异步电动机的起动方法：（1）转子回路串接频敏电阻器起动对于单纯限制启动电流、增大启动转矩的绕线式异步电机，可采用转子串频敏变 阻器启动
4、。频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成，每一相的等效电路与变压器空载 运行的等效电路一致。2）转子串电阻分级起动a. a a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 串联合适的电阻，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。3.单元电路设计、参数计算和器件选择3.1 单元电路设计（1）转子回路串接频敏电阻器起动的电路设计接触器触点K断开时，电机转子串入频敏变阻器启动。启动
5、过程结束后，接触器 触点K再闭合，切除频敏变阻器，电机进入正常运行。图 3.1 绕线式异步电动机转子串频敏变阻器启动与一般变压器励磁阻抗不完全相同，励磁阻抗由励磁电阻与励磁电抗串联组成， 用 Zp= R + jXp 表示。主要表现 在以下两点：1）频率为50Hz的电流通过时，阻抗 Zp = R + jXp比一般变压器励磁阻抗小得 多。这样串在转子回路中，即限制了启动电流，又不至于使启动电流过小而减少 启动转矩。2） 频率为50Hz的电流通过时，R Xp 。因频敏变阻器中磁密取得较高， 铁芯处于饱和状态，励磁电流较大，因此励磁电抗较小，启动转矩高。这样，转 子回路功率因数提高了。频敏变阻器在启动
6、过程中始终保持较大电 磁转矩。启动结束后，转子回路电流频率很 低，ZP = R + jXP很小，近似为零，频敏 变阻器自动不起作用。这时，可闭合接触器 触点K来切除频敏变阻器。图 3.2 转子串频敏变阻器的机械特性1-固有机械特性 2-人为特性频敏变阻器：三相铁心线圈Rad ff 1st!, Tst t，希随 n f-Rad 自动减小起动：f2=flpFe 大 fRm 大n tS -f2 pFe IRm自动、无级地减小电阻正常运行：Rm很小(2) 转子串电阻分级起动为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩，绕线式异步电动机看采用逐级切除 转子起动电阻的分级启动。起动接线图和特性曲线如图 8.l3
7、 所示。1) 接触器触点 Kl、 K2、 K3 全断开，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部 电阻RS1+ RS2 + RS3，电动机开始启动。启动点为机械特性曲线3上的a点，启 动转矩 TTL (负载转矩)电动机加速到b点时，T=T2TL，为了加速起动过程, 接触器K3闭合，切除起动电阻R3,特性变为曲线1,因机械惯性，转速瞬时不 变，工作点水平过渡到 c 点，使该点 T=T1。3) 因Ts1TL，转速沿曲线1继续上升，到d点时K2闭合，R2被切除，电动机 运行点从d转变到特性曲线1上的e点。依次类推，直到切除全部电阻，电动机 便沿着固有特性曲线3加速，经h点，最后稳定运行于j点(T=TL
8、)。R s3R s1R s23.2 参数计算转子串电阻起动电阻的计算:起动电阻的计算有两种方法：作图法和解析法。 下面仅对解析法进行分析。为简化计算，机械特性采用实用表达式简化后的近似表达式为根据转子回路串电阻后的机械特性和近似表达式，在线性段有下列两个结论：D在同一条机械特性上，若Tm和m为常数时，则T X S对不同电阻值的机械特性，若Tm为常数，当s为常数时,2）转子回路串电阻后有T x丄x-s R + Rm 2 S面根据以上两个比例关系推导启动电阻的计算方法。在不同串电阻机械特性上，1R +R ，则有2SR71 =R2RT72 =RZ1令T1 =aT2R T ,7 2 = 1T R T2
9、 Z1 2，为启动转矩比，则RT73 = 1R T722R71R2RR=72 = 73 = aRR7172启动时各级电阻则为R71 =aR2R = aR72 71R = aR= a 3 R73 722(1-1)R =aR= a mR7m7 (m1)2R当T=T1时，如图8.13所示，可以得到7mR7mRs20在固有机械特性上，根据T x s , 则有SN = TsT01，或Sn =s0，把上两式代入（1-1）中的最后一R1式，得到a m = Zm =R s/T 故有a20 N 1或者把上两式代入（1-1）中的最后式，得到R 1 Ta m = Zm =NR s s aT20 N 2曰是得N(1-
10、2)N2起动电阻的计算步骤有两种情况：（1）已知起动级数 m 时，计算步骤如下a =n1）先按TlW0.85Tm，选取Tl,在由式s T计算a值；r N 12）校核是否T2=T1/a=（1.1-1.2）TL,不合适则需选取较大的T1，甚至增加启动级数m,并重新计算a,再校核T2，直至T2大小合适为止；sE3）先计算R2 N二肯广，再计算各级电阻R1 =aR2 N，Rst1 = R1 - R2 N nR = a 2 R , R = R R22N st221R =amR ,R =R Rm2 N stm mm 1m =叫 snT1)lga（2）若起动级数 未知时，则按下方法计算 值。1）根据 T1W
11、0.85 Tm 和 T2 $（1.1 1.2） TL,计算 a=T1/T2 和2）并对a取相邻的最大整数；然后再根据取值的m,修正a，再校核T2（或 T1），直至合适为止；3）按式上面式子计算各级电阻。3.3 器件选择三相异步电动机 各阻值电阻若干 频敏电阻器4.电路的工作原理三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场，转速的大小由电 动机极数和电源频率而定。转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁杨，形成 感应电动势。转子铜条是短路的，有感应电流产生。转子铜条有电流，在磁场中 受到力的作用。转子就会旋转起来。第一：要有旋转磁场，第二：转子转动方向 与旋转磁场方向相同，第三：转子转速
12、必须小于同步转速，否则导体不会切割磁 场，无感应电流产生，无转矩，电机就要停下来，停下后，速度减慢，由于有转 速差，转子又开始转动，所以只要旋转磁场存在，转子总是落后同步转速在转动 5总结采用频敏变阻器起动，具有起动平滑、操作简便、运行可靠、成本低廉等优 点，因此在绕线式电动机中应用较广。绕线式三相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。总之，转子回路串三相对称可变电阻起动，这种方法既可限制起动电流，又 可增大起动转矩，串接电阻值取得适当，还可使起动转矩接近最大转矩起动，适 当增大串接电阻的功
13、率，使起动电阻兼作调速电阻，一物两用，适用于要求起动 转矩大，并有调速要求的负载。缺点：多级调速控制电路较复杂，电阻耗能大。通过这段时间的课程设计，从无知到认知，到深入了解，设计过程中，我查 阅了大量的有关资料，并与同学交流，学到了不少知识，同时我也体验到了工作 的艰辛，促使自己努力学习更多的知识，为自己今后的工作奠定良好的基础。参考文献 唐介，控制微电机，北京：高等教育出版社， 1987 年 王 东主编，电机学，杭州：浙江大学出版社，1990年 李发海等编，电机学，北京：科学出版社， 1991 年 谢桂林，刘允编，电力拖动与控制，徐州中国矿业大学出版社，1997 年 杨长能主编，电机学，重庆：重庆大学出版社， 1994 年 郑朝科等编，电力拖动基础，北京：北京理工大学出版社， 2000 年 李海发主编，电机学，北京：科学出版社， 2001 年 秦曾发，电工实用手册，北京：中国电力出版社， 1990 年
