30kw三相异步电动机星三角电机课程设计报告书.doc

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电机课程设计报告书

课题：

30kw三相异步电动机星三角

起动电气控制系统设计

院（系）：

机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

学生姓名：

学号：

指导老师：

题目类型：

¨理论研究¨实验研究þ工程设计¨工程技术研究¨软件开发

2014年12月15日

前言

实训主要内容：

设计型号为Y200L-4额定功率为30kw的三相异步电动机星三角起动电气控制系统主线路、控制线路，要求控制方案安全、可靠、规范、合理、简洁、清楚，在此基础上要求经济投入尽可能的少。

首先查阅型号为Y200L-4额定功率为30kw的三相异步电动机的各种参数，根据各种参数计算验证电机的额定电流，计算结果应与查得的额定电流相符。

电流验证无误后，再设计并绘制电气控制系统原理图，并根据电机额定电流计算电机带上额定负载时电路各处的电流值，计算各种电器（如交流接触器、热继电器、熔断器、自动空气开关、时间继电器、电缆线等）的相关参数，然后选择电器具体的型号，并绘制电器元件明细表。

最后，绘制电气安装接线图，并再实验台上进行接线、通电、调试、运行。

工作过程简介：

小组成员通过网络收集电机的各项参数，再由课本上具体了解电机起动、星型-三角形（Ｙ－△）起动的控制过程和原理。

收集到的资料和电机的各项参数后，根据三相异步电动机的各项参数计算公式和方法验证所设计控制方法的可行性。

最后根据比较的结果选择合理的控制方法和对应的各种器件。

对应设计的控制电路图连接电器，调试直到系统稳定运行。

目录

正文 1

1．系统概述 1

2．系统各部分设计、计算及选择 2

2.1三相异步电动机工作原理 2

2.2Y200L-4/30kw三相异步电动机各参数 2

2.3电动机额定电流与转矩的的计算 2

2.4电路各处电流值的计算及元器件的选择 3

2.4.1断路器QF的选择 3

2.4.2交流接触器KM的选择 3

2.4.3熔断器FU的选择 3

2.4.4热继电器FR的选择 3

2.4.5时间继电器KT的选择 4

2.4.6电缆的选择 4

2.5电气控制工作原理及其原理图 4

2.5.1电路的工作原理 4

2.5.2电机控制原理图 5

3．设计方案的安装调试或验证 5

4．结束语-----------------------------------------------------------6

5.鸣谢-------------------------------------------------------------6

参考文献-----------------------------------------------------------6

元器件明细表-------------------------------------------------------7

附图表 8

正文

1.系统概述

三相笼型异步电动机的起动方法有三种，分别是：

直接起动、减压起动和软起动。

但较为常用的有以下几种：

直接起动，也就是全压起动，是一种最简单的起动方法。

起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压（即全压）直接加到电动机的定子绕组上，显然，其起动电流比较大，可达额定电流的4-7倍。

对于经常起动的电动机，过大的起动电流将造成电动机发热，影响电动机寿命；同时电动机绕组（特别是端部）在点动力的作用下，会发生形变，可能造成短路而烧坏电动机；过大的起动电流，会使线路压降增大，造成电网电压显著下降而影响接在同一电网的其他异步电动机的工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。

减压起动的方法有四种，以下对其中三种做简要介绍：

1.电阻减压或电抗减压起动，电动机起动过程中，在定子电路串联电阻获电抗，起动电流在电阻或电抗上产生压降，降低了电动机定子绕组上的电压，起动电流得到减小。

这两种起动方法具有起动平稳、运行可靠、构造简单等优点。

如用电阻减压起动，则还有起动阶段功率因数较高等优点。

但是，电压降低后，起动转矩Tst和电压的二次方成正比的二次方成正比地减小，因此这两种起动方法一般用在轻载起动的场合。

电抗减压起动通常用于高压电动机，电阻减压起动一般用于低压电动机。

但其成本较高，起动时电能损耗较多，因此实际应用不多。

2.自耦减压起动，是利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动电流。

适用于容量较大的低压电动机作减压起动用，应用很广泛，有手动及自动控制线路。

其优点是电压抽头可供不同负载起动时选择；缺点是体积大，质量大，价格高，需维护检修。

3.星形-三角形（Ｙ－△）起动，所谓Ｙ－△降压启动方法是把电机接线△盒中的６个接线端子（三相）利用接触器使其先接成Ｙ接法启动，当达到相对稳定的转速时再转换成△接法运行。

保持线电压不变，使每一相绕组的电压在启动时降低到线电压的1/，从而使启动电流减小为直接启动时的三分之一，达到减小电网线路电压降的目的。

只能用于正常运转时定子绕组为三角形联结的电动机，即额定电压为380V/660V的电动机。

其缺点是起动电压只能降到1/，不能像自耦减压起动那样，可按不同的负载选择不同的起动电压。

但其优点是体积小、质量轻、价廉物美、运行也可靠，而且检修方便。

这也是我们选择这种起动方法运用于设计中的主要原因。

大型生产机械的拖动电机功率比较大，因而电动机起动时会使电网的电压降低，电动机的起动力矩减小以致不能带负载进行起动，还会影响其他负载的正常工作，因此大功率的电动机需要降压起动。

星形-三角形起动的特点在于起动电流只是原来三角形接法的1/3，起动电流特性好、结构简单、价格低。

缺点：

起动转矩也相应下降为原来三角形接法的1/3，转矩特性差，因而本线路适用于Ｙ/△接法的电动机轻载启动的场合。

实验室里的控制电机属于大功率轻载，所以合适用于星三角起动方式。

交流接触器在断开大电流或高电压电路时，在动、静触头之间会产生很强的电弧。

电弧是触头间气体在强电场作用下产生的放电现象，电弧的产生将会使电路切断时间延长，电动机在切换的瞬间由于星形和三角形都接通，使得电动机产生抖动，电动机有可能在抖动中损坏，尤其在搭载负载的情况下会电动机烧掉。

在电路切换时加入时间继电器，给电路一个缓冲的时间，然后再实现转换，这样就能够消除由于交流接触器产生电弧而导致的问题。

时间继电器还起到自动转换电路的作用。

2．系统各部分设计、计算及选择

2.1三相异步电动机工作原理

当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内产生一个以同步转速n1旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为逆时针，当旋转磁场的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势e2，电动势的方向根据右手定则确定。

N极下的电动势方向用⊗表示，S极下的电动势用Θ表示，转子电流的有功分量i2a与e2同相位，所以Θ⊗和既表示电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。

转子电流有功分量与气隙旋转磁场相互作用产生电磁力fem,根据左手定则，在N极下的所有电流方向为⊗的导体和在S极下所有电流流向为Θ图1：

三相电动机的结构示意图

的导体均产生沿着逆时针方向的切向电磁力fem,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩Me的驱动作用，转子将沿着旋转磁场相同的方向转动。

驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速n拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。

2.2Y200L-4/30kw三相异步电动机各参数

Y系列全程为全封闭自扇冷式三相鼠笼型异步电动机。

使用非常普遍，应用于一般无特殊要求的机械设备、如农业机械、食品机械、风机、水泵、机床、拌搅机、空气压缩机等

课设题目中的三相异步电动机型号为Y200L-4

其中：

Y--------------------------------表示的是Y系列

200-------------------------------表示的是机座中心高度

L---------------------------------表示的是长铁芯

4---------------------------------表示此电机是4级

附表：

Y200L-4三相异步电动机参数表

型号TYPE

功率

转速

电流

效率

功率因素

堵转电流/额定电流

堵转转矩/额定转矩

最大转矩/额定转矩

额定电压

kw

r/min

A

%

cosφ

Ist/In

Tst/Tn

Tmax/Tn

V

Y200L-4

30

1470

56.8

92.2

0.87

7

2

2.2

380

由台州恒富电动机厂网站查得。

网址：

2.3电动机额定电流与转矩的的计算

电动机的额定电流：

In===56.8（A）

根据公式计算的额定电流值与电动机铭牌的额定电流值相一致。

计算电动机的额定转矩：

Tn=9550=9550=194.90（Nm）

2.4电路各处电流值的计算及元器件的选择

2.4.1断路器QF的选择

断路器通常选用电动机保护型，应按Ie来选择。

在Ｙ－△起动时，起动电流仅为直接起动时电流的1/3倍。

所以选用电动机保护型QF完全能够满足起动要求。

断路器的电流一般按额定电流的1.5-2.5倍来选取，为满足电机的超载运行QF的电流（1.5-2.5A）xIn=（1.5-2.5A）x56.8A=85.2-142A选取：

DZ158100A3P

2.4.2交流接触器KM（主交流接触器KM1，Y接触器KM3，△接触器KM2）的选择。

主接触器KM1流过的电流为电机的额定电流，故KM1的电流56.8A。

选取：

交流接触器CJT1（CJ10）-60A 380V 银点。

主接触器KM1，角接触器KM2都串联在电动机的绕组中，所以它们具有相同的相电流。

KM1、KM2的额定电流值以Ie/为依据选择。

起动电流持续的时间很短，不足以烧毁电气设备，因此KM3的额定值可按（1/3）Ie来选择。

KM2接触器的电流：

I（K1 K2）=Ie/=56.8/ A=32.79A。

选取：

交流接触器选取：

CJT1-40 380V 银点。

KM3接触器的电流：

I（K3）= 0.33*Ie=0.33*56.8A=18.9 A。

选取：

交流接触器20A（LC1） CJX2-3210   380V 银点。

2.4.3熔断器FU的选择

主回路FU1按电动机额定电流选定，一般选择主回路选额定电流的1.5-2.5倍。

FU1熔断器整定电流：

IFU1=Ie*（1