课程设计 三相交流异步电动机制动方法的应用.docx

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课程设计三相交流异步电动机制动方法的应用

课程设计报告

三相交流异步电动机制动方法的应用

目录

第1章绪论2

1.1课题的背景2

1.2课题的意义2

1.3本课题的主要工作2

第2章三相交流异步电动机的结构和工作原理2

2.1三相交流异步电动机的结构2

2.2三相异步电动机的工作原理2

第3章三相异步电动机的制动方法2

3.1何谓三相异步电动机的制动2

3.2三相异步电动机的制动方法2

（1）机械制动2

a电磁抱闸断电制动控制电路2

b电磁抱闸通电制动控制电路2

（2）电力制动2

a反接制动2

①反接制动的方法2

②反接制动的控制线路2

③反接制动控制线路工作原理分析：

2

b能耗制动2

①能耗制动的方法2

②能耗制动控制线路2

③线路工作原理分析2

c回馈制动（又称发电制动、再生制动）2

第4章总结2

致谢2

第1章绪论

1.1课题的背景

由于生产机械的不断更新和发展，对电动机的起动性能也提出了越来越高的要求。

电动机作为重要的动力装置,已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。

直流电动机其调速在过去一直占统治地位,但由于本身结构原因,例如换向器的机械强度不高,电刷易于磨损等,远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。

相比之下，三相异步交流电动机拥有延长设备的使用寿命，有强大的降噪能力，操作智能化，维护简便、通用性强等众多特性,特别是三相鼠笼式异步电动机,由于其结构简单、制造方便、价格低廉,而且坚固耐用,惯量小,运行可靠等优势,在工业生产中得到了极广泛的应用,也正在发挥着越来越重要的作用。

三相异步电动机在各种电动机中的应用最广，需求量最大，在工业生产、农业机械化交通运输、国防工业等电力拖动装置中占有很大的比重，这是因为三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点，另外还具有较高的运行效率和较好的工作特性，能满足各行业大多数生产机械的传动要求。

因此三相交流异步电动机的技术在我国有极为广泛的发展前景。

1.2课题的意义

通过本课题的设计，了解三相异步电动机的基本自动方式.进一步了解三相异步电动机的结构、工作原理、三相异步电动机的分类及用途、各种制动方式和三相异步电动机在应用中经常出现的问题。

本次课程设计将对三相异步电动机的制动方式进行分析，进一步分别讨论了三相异步电动机的几种制动方式特性以及在不同设备中的应用情况。

1.3本课题的主要工作

介绍三相异步电动机的基本原理和其启动方法，详细介绍机械自动和电力自动的方法，以及制动方法的使用事项和使用过程中的故障处理。

第2章三相交流异步电动机的结构和工作原理

2.1三相交流异步电动机的结构

三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。

此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，

如下图示：

1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇

2.2三相异步电动机的工作原理

当向三相定子绕组中通过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。

第3章三相异步电动机的制动方法

3.1何谓三相异步电动机的制动

在切断电源以后，利用电气原理或机械装置使电动机迅速停转的方法称为三相异步电动机的制动。

3.2三相异步电动机的制动方法

（1）机械制动

采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。

如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器。

a电磁抱闸断电制动控制电路

电磁抱闸断电制动控制电路如图1所示。

合上电源开关QS和开关K，电动机接通电源，同时电磁抱闸线圈YB得电，衔铁吸合，克服弹簧的拉力使制动器的闸瓦与闸轮分开，电动机正常运转。

断开开关电动机失电，同时电磁抱闸线圈YB也失电，衔铁在弹簧拉力作用下与铁芯分开，并使制动器的闸瓦紧紧抱住闸轮，电动机被制动而停转。

图中开关K可采用倒顺开关、主令控制器、交流接触器等控制电动机的正反转，满足控制要求。

倒顺开关接线示意图如图2所示。

这种制动方法在起重机械上广泛应用，如行车、卷扬机、电动葫芦（大多采用电磁离合器制动）等。

其优点是能准确定位，可防止电动机突然断电时重物自行坠落而造成事故。

b电磁抱闸通电制动控制电路

电磁抱闸断电制动其闸瓦紧紧抱住闸轮，若想手动调整工作是很困难的。

因此，对电动机制动后仍想调整工件的相对位置的机床设备就不能采用断电制动，而应采用通电制动控制，其电路如图3所示。

当电动机得电运转时，电磁抱闸线圈无法得电，闸瓦与闸轮分开无制动作用；当电动机需停转按下停止按钮SB2时，复合按钮SB2的常闭触头先断开切断KM1线圈，KM1主、辅触头恢复无电状态，结束正常运行并为KM2线圈得电作好准备，经过一定的行程SB2的常开触头接通KM2线圈，其主触头闭合电磁抱闸的线圈得电，使闸瓦紧紧抱住闸轮制动；当电动机处于停转常态时，电磁抱闸线圈也无电，闸瓦与闸轮分开，这样操作人员可扳动主轴调整工件或对刀等。

机械制动主要采用电磁抱闸、电磁离合器制动，两者都是利用电磁线圈通电后产生磁场，使静铁芯产生足够大的吸力吸合衔铁或动铁芯（电磁离合器的动铁芯被吸合，动、静摩擦片分开），克服弹簧的拉力而满足工作现场的要求。

电磁抱闸是靠闸瓦的摩擦片制动闸轮．电磁离合器是利用动、静摩擦片之间足够大的摩擦力使电动机断电后立即制动。

（2）电力制动

a反接制动

1反接制动的方法

   异步电动机反接制动有两种，一种是在负载转矩作用下使电动机反转的倒拉反转反接制动，这种方法不能准确停车。

另一种是依靠改变三相异步电动机定子绕组中三相电源的相序产生制动力矩，迫使电动机迅速停转的方法。

   反接制动的优点是：

制动力强，制动迅速。

缺点是：

制动准确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动零件，制动能量消耗大，不宜经常制动。

因此反接制动一般适用于制动要求迅速、系统惯性较大，不经常启动与制动的场合。

2反接制动的控制线路

单向启动反接制动控制线路

当电动机正常运转需制动时，将三相电源相序切换，然后在电动机转速接近零时将电源及时切掉。

控制电路是采用速度继电器来判断电动机的零速点并及时切断三相电源的。

速度继电器KS的转子与电动机的轴相连，当电动机正常运转时，速度继电器的常开触头闭合，当电动机停车转速接近零时，KS的常开触头断开，切断接触器的线圈电路。

③反接制动控制线路工作原理分析：

（1）单向启动：

（2）反接制动：

（a）单向启动

（b）反接制动原理示意图1

c）反接制动原理示意图2

单向启动反接制动控制线路原理示意图

（a）单向启动（b）反接制动原理示意图1（c）反接制动原理示意图2

b能耗制动

   当电动机切断交流电源后，立即在定子绕组的任意二相中通入直流电，迫使电动机迅速停转的方法叫能耗制动。

①能耗制动的方法

   先断开电源开关，切断电动机的交流电源，这时转子仍沿原方向惯性运转；随后向电动机两相定子绕组通入直流电，使定子中产生一个恒定的静止磁场，这样作惯性运转的转子因切割磁力线而在转子绕组中产生感应电流，又因受到静止磁场的作用，产生电磁转矩，正好与电动机的转向相反，使电动机受制动迅速停转。

由于这种制动方法是在定子绕组中通入直流电以消耗转子惯性运转的动能来进行制动的，所以称为能耗制动。

   能耗制动的优点是制动准确、平稳，且能量消耗较小。

缺点是需附加直流电源装置，设备费用较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。

所以，能耗制动一般用于要求制动准确、平稳的场合。

②能耗制动控制线路

   对于10KW以上容量较大的电动机，多采用有变压器全波整流能耗制动控制线路。

如图2-74所示为有变压器全波整流单向启动能耗制动控制线路，该线路利用时间继电器来进行自动控制。

其中直流电源由单相桥式整流器VC供给，TC是整流变压器，电阻R是用来调节直流电流的，从而调节制动强度。

单向启动能耗制动控制线路

3线路工作原理分析

（1）单向启动运转：

（2）能耗制动停转：

c回馈制动（又称发电制动、再生制动）

   这种制动方法主要用在起重机械和多速异步电动机上。

   当起重机在高处开始下放重物时，电动机转速n小于同步转速n1，这时电动机处于电动运行状态，但由于重力的作用，在重物的下放过程中，会使电动机的转速n大于同步转速n1，这时电动机处于发电运行状态，转子相对于旋转磁场切割磁力线的运动方向会发生改变，其转子电流和电磁转矩的方向都与电动运行时相反，电磁力矩变为制动力矩，从而限制了重物的下降速度，不致于重物下降得过快，保证了设备和人身安全。

   对多速电动机变速时，如使电动机由二级变为四级时，定子旋转磁场的同步转速n1由3000转／分变为1500转／分，而转子由于惯性仍以原来的转速n（接近3000转／分）旋转，此时n>n1，电动机产生发电制动作用。

   发电制动是一种比较经济的制动方法。

制动时不需改变线路即可从电动运行状态自动地转入发电制动状态，把机械能转换成电能再回馈到电网，节能效果显著。

缺点是应用范围较窄，仅当电动机转速大于同步转速时才能实现发电制动。

第4章总结

1.三相异步电动机自动方法方法有两大类：

机械制动和电力制动。

2.机械制动

采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。

如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器。

3.电力制动

（1）反接制动

异步电动机反接制动有两种，一种是在负载转矩作用下使电动机反转的倒拉反转反接制动，这种方法不能准确停车。

另一种是依靠改变三相异步电动机定子绕组中三相电源的相序产生制动力矩，迫使电动机迅速停转的方法。

 反接制动的优点是：

制动力强，制动迅速。

缺点是：

制动准确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动零件，制动能量消耗大，不宜经常制动。

因此反接制动一般适用于制动要求迅速、系统惯性较大，不经常启动与制动的场合

（2）能耗制动的方法

   先断开电源开关，切断电动机的交流电源，这时转子仍沿原方向惯性运转；随后向电动机两相定子绕组通入直流电，使定子中产生一个恒定的静止磁场，这样作惯性运转的转子因切割磁力线而在转子绕组中产生感应电流，又因受到静止磁场的作用，产生电磁转矩，正好与电动机的转向相反，使电动机受制动迅速停转。

由于这种制动方法是在定子绕组中通入直流电以消耗转子惯性运转的动能来进行制动的，所以称为能耗制动。

   能耗制动的优点是制动准确、平稳，且能量消耗较小。

缺点是需附加直流电源装置，设备费用较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。

所以，能耗制动一般用于要求制动准确、平稳的场合。

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4.发电制动是一种比较经济的制动方法。

制动时不需改变线路即可从电动运行状态自动地转入发电制动状态，把机械能转换成电能再回馈到电网，节能效果显著。

缺点是应用范围较窄，仅当电动机转速大于同步转速时才能实现发电制动。

5.制动方式应根据实际情况合理选用。

致谢

本课题的研究工作是在导师张勇教授的悉心指导下完成的，从课题的选题至最后的定稿都凝聚了导师大量的心血和汗水。

......。

导师严谨求实的治学态度、平易近人的风格、勤勤恳恳的工作作风、博大精深的理论造诣和正直为人的高尚品德深深地感染着我，一直是我奋发钻研的源泉。

值此课题完成之际，谨向导师致以最崇高的谢意！

感谢那些曾经帮助过我的老师、同学和朋友！

正是由于各位的倾心指导、谆谆教诲，鼎力帮助，使我得以顺利完成课程设计。