绕线异步电动机串电阻起动.docx

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绕线异步电动机串电阻起动

课程设计名称：

《电机与拖动》课程设计

题

启动设计

目：

绕线式异步电动机转子串阻

专业:

班级:

姓名:

学号:

1.异步电动机的基本结构和工作原理1

1.1旋转磁场1

1.2异步电动机结构1

1.2.1定子1

1.2.2转子1

1.3异步电动机工作原理1

2.异步电机启动方法2

2.1绕线式异步电动机转子串电阻启动2

2.2转子回路串接频敏变阻器启动控制…2

3.异步电机起动过3

3.1串联起动电阻Rst1和Rst2起动3

3.2切除起动电阻R…………………………………………………………4

3.3切除起动电阻Rst1…………………………………………………………4

4.起动级数未定时起动电阻的计算…………………………………5

4.1选择起动转矩Tst和切换转矩Ts25

4.2求出起动转矩比B5

4.3求出起动级数m…………………………………………………………5

4.4重新计算B,校验T2,是否在规定范围内6

4.5求出转子每相绕组的电阻R2…………………………………………6

4.6计算各级总电阻…………………………………………………………8

4.7求出各级起动的电阻……………………………………………………8

5.电动机的具体设计9

6.结论10

7.参考文献11

1.异步电动机的基本结构和工作原理

1.1旋转磁场

定子三相对称绕组中通以频率为f1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

式中，P为电机的极对数。

n0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。

1.2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°,可联接成丫形或△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丫形，另一端引出连接三个已被接成路。

1.2.1定子

定子铁芯：

导磁和嵌放定子三相绕组：

0.5mm硅钢片冲制涂漆叠压而成；内圆均匀开槽；槽形有半闭口；半开口和开口槽三种：

适用于不同的电机

定子绕组：

电路；绝缘导线绕制线圈；由若干线圈按一定规律连接成三相对称绕组交流电机的定子绕组称为电枢绕组

机座：

支撑和固定作用；铸铁或钢板焊接

1.2.2转子

转子铁芯：

导磁和嵌放转子绕组；0.5mm硅钢片；外圆开槽

转子绕组：

分为笼型和绕线型两种

笼型绕组：

电路；铸铝或铜条优缺点

绕线型绕组：

对称三相绕组：

星接；集电环优缺点

气隙：

气隙大小的影响：

中小型电机的气隙为0.2mm-2mm

1.3异步电动机工作原理

转子绕组切割旋转磁场产生感应电势，并在短路的转子绕组中形成转子电流，转子电

流与旋转磁场相互作用产生电磁力，形成转动力矩，使转子随旋转磁场以转速n转动并带

动机械负载。

转子和旋转磁场之间转速差的存在是异步电动机转动的必要条件，转速差以转差率s衡量

S=n°--^X100%

n。

2.异步电机启动方法

绕线式异步电动机与鼠笼式异步电动机的主要区别是绕线式异步电动机的转子采用三相对称绕组，启动时通常采用转子串电阻启动，或者是采用频敏变阻器启动。

2.1绕线式异步电动机转子串电阻启动

启动时，在绕线式异步电动机的转子回路中串入合适的三相对称电阻，如果正确选取电阻器的电阻值，使转子回路最大转矩产生在电动机启动瞬间，从而缩短起动时间，达到减小启动电流增大启动转矩的目的。

随着电动机转速的升高，可变电阻逐级减小。

启动完毕后，可变电阻减小到零，转子绕组被直接短接，电动机便在额定状态下运行。

这种启动方法的优点是不仅能够减少启动电流，而且能使启动转矩保持较大范围，故在需要重载启动的设备如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等场合被广泛采用。

其缺点是所需的启动设备较多，一部分能量消耗在启动电阻，而且启动级数较少。

2.2转子回路串接频敏变阻器启动控制

频敏变阻器是一种阻抗值随频率明显变化（敏感于频率）、静止的无触点电磁元件，它实质上是一个铁心损耗非常大的三相电抗器。

在电动机启动时，将频敏变阻器串接在转子绕组中，由于频敏变阻器的等值阻抗随转子电流频率减小而减小，从而达到自动变阻的目的，因此只需要用一级频敏变阻器就可以平稳地把电动机启动起来。

串接频敏变阻器启动的不足之处：

由于有电感存在，使功率因数较低，启动转矩并不很大。

因此当绕线式异步电动机在轻载启动时，采用频敏变阻器法启动优点较明显，如重载启动，一般采用串电阻启动。

3.异步电机起动过程

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。

启

动过程如下：

3.1串联起动电阻Rsti和Rst2起动

起动前开关S1和S2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R2，转子电路每相总电阻为

R22二R2+R'+R

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Tst远大

于负载转矩Tl，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。

（a）

电路图

（b）机械特性

3.2切除起动电阻R

Rst2转子每相电路的总电阻变为：

R21=R2+Rst1

这时电动机的机械特性变为特性d。

由于切除Rst2的瞬间，转速来不及改变，故工作点由特性a上的c点平移到特性d上e点，使这时的电磁转矩仍等于丁引，电动机继续加速，工作点沿特性由e点向f点移动。

3.3切除起动电阻Rst1

当工作点到达f点，即电磁转矩T等于切换转矩Ts2时，合上开关S切除起动电阻Rst1。

电动机转子电路短接，转子每相电路的总电阻变为：

R20=R2

机械特性变为固有特性g，工作点由f点评至h点，使得这时的电磁转矩T仍正好等于TS1,电动机继续加速，工作点沿特性g由h向i移动，经过i点，最后稳定运行在P点.整个起动过程结束。

4.起动级数未定时起动电阻的计算

4.1选择起动转矩Tst和切换转矩Ts2

般选择

Ts1=（0.8-0.9）TM

Ts2=（1.1-1.2）TL

4.2求出起动转矩比B

B=Ts1/Ts2

4.3求出起动级数m

利用图所示起动过程中的机械特性，根据集合关系推导起动级数m所计算公式如下：

由特性2与水平虚线构成的直三角形求得。

Ts1/Ts2=（n1-nh）/（n1-nMg）

=Sh/SMg

Ts2/TM=n1-ni/n1-nMg

=S1/SMg

式中nh和ni是工作在h点和i点时的转速，nMg是TM与特性g交点在的转速（即临界转速）。

Sh,Si和SMg是与之对应的转差率。

同理可以求得

TS1/TM=Sb/SMa

=Se/SMk

=Sh/SMg

Ts2/TM=Sc/SMa

=Sf/SMg

=Si/SMg

由于Se=Sc,对应两式相除，可得

B=Tsi/Ts2

=SMa/SMd

=（R22/X2）/（R21/X2）

=R22/R21

由于Sh=Sf

B=TS1/Ts2

=SMd/SMg

=R21/X2/R20/X2

=R21/R20

可见

R22=BR21

R21=BR20

所以

2

R22*R20

=BR21

若是m级起动，则

R2m=R2+Rst1+Rst2+……+Rstm

因此

由前面的分析还可以得到

Sh/SMg=Sb/SMa

Sc1=Sb

若是m级起动，则

Sg=R2/R2m

此外，在固有特性c上工作时

Ts1/TN=Sg/SN

将这些关系带入B公式，可得

mTN

B=■SnTl

两边取对数，便得到了起动级数m的计算公式

m=lg

若m不是整数可取相近整数

4.4重新计算B,校验T2,是否在规定范围内

若m是取相似整数，则需要重新计算B,并求出Ts2，校验Ts2是否在式所规定的范围之内。

若不在规定范围内，需加大启动级数m,重新计算B和Ts2,直到Ts2满足要求为止。

4.5求出转子每相绕组的电阻R2

转子每相绕组的电阻可以通过实测或者通过名牌上提供的转子绕组额定线电压U2N

和转子绕组的额定线电流I2-进行计算。

由于转子绕组为星形连接，相电流等于线电流，因此，在额定状态下运行时

由于S-很小，SNX2可以忽略不计，则

S-U2N

因此求得R2的计算公式为R2=31

4.6计算各级总电阻

由前面的分析知道

R20=R2

R21=BR2

2

R22=BR1=Br2

R2m=BmR2

4.7求出各级起动的电阻

Rst1=R21-R2

Rst2=R22-R21

5.电动机的具体设计

启动级数已知时启动电阻计算

已知启动m=3,TL=200N.m,Pn=40kw,n=1435r/min,a=2.6,U2n=290v,l2n=86A

（1）选择启动转矩T1

60Pn6040103

Tm=amtTN=2.6*266.32=692.43N.m

「=（0.8-0.9）Tm

=（0.8-0.9）*692.43

=（553.94-623.19）N.m

取T1=580N.m

（2）求出起切转矩比：

SN（n0-n）/n0=（1500-1435）/1500=0.04332.2

（3）求出切换转矩T2

T2=T1/B=580/2.2=263.64N.m

T2基本在规定范围之内.

由于T2>1.仃l,所以所选m和B合适.

（4）求出转子每相绕组电阻R2

SNU2N

0.0844

R2=3I2N=0.0433*290罷86

（5）求出各级起动电阻

Rst1=（B-1）R2=（2.2-1）*0.0844Q=0.1Q

22

Rst2=（B-B）R2=（2.2-2.2）*0.0844Q=0.22Q

3232

Rst3=（B-B）R2=（2.2-2.2）*0.0844Q=0.49Q

6.结论

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。

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。

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三

相启动变阻器，启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值之间。

起动转矩一般取0.85T左右。

这种启动方法的优点是不仅能够减少启动电流，而且能使启动转矩保持较大范围，故在需要重载启动的设备如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等场合被广泛采用。

绕线型转子异步电动机还可以在小范围内进行调速。

其缺点是所需的启动设备较多，一部分能量消耗在启动电阻，而且启动级数较少。

在电动机启动时，将频敏变阻器串接在转子绕组中，由于频敏变阻器的等值阻抗随转子电流频率减小而减小，从而达到自动变阻的目的，因此只需要用一级频敏变阻器就可以平稳地把电动机启动起来。

串接频敏变阻器启动的不足之处：

由于有电感存在，使功率因数较低，启动转矩并不很大。

因此当绕线式异步电动机在轻载启动时，采用频敏变阻器法启动优点较明显，如重载启动，一般采用串电阻启动。

7.参考文献

⑴唐介，控制微电机，北京：

高等教育出版社，1987年

⑵王东主编，电机学，杭州：

浙江大学出版社，1990年

⑶李发海等编，电机学，北京：

科学出版社，1991年

⑷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

⑸杨长能主编，电机学，重庆：

重庆大学出版社，

1994年