三相异步电动机能耗制动控制设计课件.docx

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三相异步电动机能耗制动控制设计课件

（学校名字）

《电机与拖动》课程设计

三相异步电动机能耗制动控制设计

Three-phaseasynchronousmotorbrakingcontroldesign

学生姓名

xxx

学院名称

xxx

专业名称

xxx

指导教师

xxx

xx年

xx月

xx日

摘要

三相异步电动机是利用电磁感应原理实现电能转换成机械能的电工设备，三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

三相异步电动机的能耗制动主要用于能耗制动的过程——迅速停机和能耗制动的运行——下放重物。

将电机与三相电源断开而与直流电源接通，电动机像发电机一样，将拖动系统的动能转换成电能消耗在电机内部的电阻中以实现三相异步电动机的能耗制动。

关键词三相异步电动机；能耗；制动；电磁感应

Abstract

Three-phaseasynchronousmotorisusedtoachievetheprincipleofelectromagneticinductiontoconvertmechanicalenergyofelectricaldevices,three-phaseasynchronousmotorrotorspeedbelowthespeedoftherotatingmagneticfield,therotorwindingsandthemagneticfieldbecausethereisrelativemovementbetweentheinducedelectromotiveforceandcurrent,andinteractionofelectromagneticandmagnetictorquetoachieveenergyconversion.Three-phaseinductionmotorismainlyusedfordynamicbrakingbrakingprocess-therapidrun-downandbraking-decentralizationofweight.DisconnectthemotorwiththreephasepowersupplywithDCpowersupplyconnected,thesamemotorasgenerator,thedrivesystem'skineticenergyintoelectricalenergyconsumptioninthemotor'sinternalresistanceinordertoachievethethree-phaseasynchronousmotorbraking.

KeywordsThree-phaseasynchronousmotorEnergyconsumptionBrake

Electromagneticinduction

目录

1绪论1

1.1课题的背景1

1.2课题的意义1

1.3本课题的主要工作1

2三相异步电动机的结构和工作原理2

2.1三相异步电动机的结构2

2.2三相异步电动机的工作原理2

3三星异步电动机的能耗制动4

3.1能耗制动的方法4

3.2能耗制动的控制电路4

3.3能耗制动的的工作原理分析4

3.4能耗制动的特点4

3.5能耗制动在实际中的应用4

结论5

心得6

参考文献7

1绪论

1.1课题的背景

由于生产机械的不断更新和发展，对电动机的启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，但由于本身的结构原因，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，价格低廉，而且坚固耐用，惯量小，制造简单，结构简单，运行可靠等优势，在工业生产中得到了极广泛的应用，也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的应用中最广，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，能满足各行各业大多数生产机械的转动要求。

    因此，三相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。

本次课程设计进一步了解能耗制动的有关知识，知道能耗制动的优点和缺点，以及能耗制动在生产、生活中的应用。

1.3本课题的主要工作

本课题主要介绍三相异步电动机的结构及其原理，并且介绍三相异步电动机能耗制动方法。

通过所学的课程设计三相异步电动机能耗制动的控制电路，并且对此电路进行研究。

了解能耗制动在社会生产过程中以及生活中的应用。

2三相异步电动机的结构和工作原理

2.1三相异步电动机的结构

三相异步电动按转子结构不同，可分为笼型和绕线型两类。

绕线型一般用于启动和调速要求较高的场合；按机壳的保护方式可分为防护式、封闭式、防爆式三类，这些不同的结构可以满足各种不同的环境需要。

。

图2-1：

三相异步电动机的结构

1.定子

三相异步电动机的定子主要由定子铁芯、定子绕组、机座和端盖组成。

图2-2定转子结构图

1、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0.35~0.5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。

2、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

空间互隔120°电角度、队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。

3、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

　三相异步电动机转子主要由转子铁芯、转子绕组等组成。

1、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转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300~400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。

2、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：

分为笼式转子和绕线式转子。

（1）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。

（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.气隙以及其他部分

与其它旋转机一样，异步电动机定、转子之间也必须有一定气隙。

异步电动气隙很小，一般为0.2mm-2mm.其他部分还有端盖、轴承、轴承端盖、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。

3三相异步电动机的能耗制动

3.1能耗制动的方法

为了避免较大的反接制动电流，三相交流异步电动机常采用能耗制动控制电路。

图3-1三相异步电动机能耗制动（左），机械特性图（右）

方法：

将三相异步电动机与三相交流电源断开，接入直流电，在转子回路中串入电阻。

 原理：

转子切割直流稳恒磁场产生电流，电流守稳恒磁场的作用产生制动转矩，即将转子的动能转变为电能，消耗在转子电阻上。

其简单电路图和机械特性如上图。

能耗制动按接入直流电源的控制方法，有时间原则控制和速度原则控制，相应的控制元件为时间继电器和速度继电器。

这里介绍时间原则控制

3.2能耗制动的控制电路

3.2.1实训仪器和设备

1、二极管4个2、三相异步电动机1台

3、熔断器7个4、交流接触器2个

5、热继电器1个6、按钮2个

7、滑动变阻器1个8、万用表1快

9、直流电源1个10、接线端子板1组

11、电工工具1套12、导线若干

仪器型号的选择：

二极管：

采用1N5391型号，起整流作用，属于普通二极管，主要参数为1.5A/50V.

熔断器：

采用RN型户内高压限流熔断器，起电路保护作用，参数为1.5A~2.5A.

交流接触器：

采用CJX8（B）型系列，用于供远距离接通与分断电力线路或频繁的控制交流电动机之用，具有失压保护作用，主要参数为：

50Hz/370V.

热继电器：

采用LR2-D1310N型号，用于保护电机，防止电机过载、缺相，主要参数为：

Ui=750V,imp=6Kv,Ith=5A,其整定范围为4~~6A.

滑动变阻器：

其作用主要有保护电路中用电器的安全以及控制电路中的电流，或说控制某用电器的电压，所选为10欧姆型号。

直流电源：

采用实验室220V电源。

万用表：

采用实验室万用表，即电子万用表。

3.2.2实训线路及原理

1、继电接触器控制大量应用于对电动机的启动、停止、正反转、调速、制动等控制。

从而使生产机械按规定的要求动作；同时，也能对电动机和生产机械进行保护。

2、能耗制动是把处于电动运行状态的电动机定子绕组从三相交流电源上切除，迅速将其接入直流电源，通入直流电流，流过电动机定子绕组的直流电流在电动机气隙中产生一个静止的恒定磁场，而转子因惯性继续按原方向旋转，转子导体切割恒定磁场产生感应电动势和感应电流，转子感应电流与恒定磁场相互作用产生电磁力与电磁转矩，该电磁转矩起制动作用，使电动机转速迅速下降。

3、下图是能耗制动的的电气原理图

图3.2能耗制动电气原理图

3.2.3实训内容和步骤

1、实验板上找到交流接触器等低压元器件，了解其结构及动作原理。

2、先主电路后控制电路连接好后，调整滑线变阻器R的值，以改变电动机两绕组间的直流电压的大小。

经检查通过后以待通电实验。

3、在实验过程中若出现异常现象，切断电源，记录下故障现象，分析并排除故障，然后在通电实验。

3.3能耗制动的工作原理分析

如图3.1是按时间原则控制单向运行能耗制动线路，在电动机正常运行时，若按下停止复合按钮SB1，接触器KM1线圈断电释放，电动机脱离电源，同时KM2线圈、通电延时型时间继电器KT线圈通电并自锁，直流经KM2的主触点接入定子绕组，建立固定磁场，进入能耗制动，当KT整定值到达

时，其延时断开常闭触电断开，切断KM2线圈回路，使KM2和KT释放能耗制动结束。

线路中电阻Rp用于调节直流制动电流，直流电流越大，制动力矩越大，但电流太大会对定子绕组造成损坏，一般根据要求课调节为其电动机空载电流的3-5倍。

I12﹦I2’2+I0’2+2I2’I0’COS（900+φ2）﹦I2’2+I0’2+2I2’I0’sinφ2

3.4能耗制动的特点

a.制动作用的强弱与直流电流的大小和电动机转速有关，在同样的转速下电流越大制动作用越强。

一般取直流电流为电动机空载电流的3～4倍，过大会使定子过热。

b.电动机能耗制动时，制动转矩随电动机的惯性转速下降而减小，故制动平稳且能量消耗小，但是制动力较弱，特别是低速时尤为突出；另外控制系统需附加直流电源装置。

c.一般在重型机床中常与电磁抱闸配合使用，先能耗制动，待转速降至一定值时，再令抱闸动作，可有效实现准确、快速停车。

d.能耗制动一般用于制动要求平稳准确、电动机容量大和起制动频繁的场合，如磨床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等等

3.5能耗制动在实际中的应用

三相异步电动机可用于驱动各种通用机械如压缩机、水泵、破碎机、切削机床、运输机械及其他机械设备，在矿山。

机械。

冶金、石油、化工、电站等各种工矿企业中作原动机用。

用于传动鼓风机、磨煤机、轧钢机、卷扬机的电动机应在订货时提供有关技术资料，并要签订技术协议，作为电机特殊设计的依据，以确保电动机的可靠运行。

三相异步电动机的广泛使用必定带动其各个环节使用，制动也是重要的一部分。

虽然制动有许多方法，但是在特定的场合使用情况不同。

能耗制动时转矩随电动机惯性下降而减小，制动平稳能量消耗小，制动力越来越小。

一般用于制动要求平稳准确、电动机容量大和起制动比较频繁的场合，如磨床，龙门刨床。

在重型机床中常与电磁抱闸配合使用，有效实现准确、快速停车。

结论

（1）能耗制动是一种应用广泛的电气制动方法。

该线路的设计思想是在电动机要停车时切除三相电源的同时，将直流电源接入定子绕组，利用转子感应电流与静止磁场的作用产生制动转矩，从而达到制动的目的。

（2）由于将直流电源接入定子的两相绕组，绕组中流过直流电流，产生了一个静止不动的直流磁场。

此时电动机的转子由于惯性作用仍按原来的方向旋转，转子导体切割直流磁通，产生感生电流。

（3）在静止磁场和感生电流相互作用下，产生一个阻碍转子转动的制动力矩，因此电动机转速迅速下降。

当转速降至零时，转子导体与磁场之间无相对运动，感生电流消失，制动力矩变为零，电动机停转，再将直流电源切除，制动结束。

这种制动方法，实质上是把转子原来储存的机械能，转变成电能，又消耗在转子的制动上，所以称做能耗制动。

心得

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电机与拖动方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在他人的指导下，终于解决了。

在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。

同时，设计让我感触很深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，通过查询资料，也了解了三项电动机的构造与原理。

我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

这对于我们的将来也有很大的帮助。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。

果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

参考文献

[1]《电机与拖动》，戴文进编著，清华大学出版社，2008

[2]《电机与拖动基础》，杨文焕编著，西安电子科技大学出版社，2008

[3]《电机与拖动》，杨天明编著，中国林业出版社出版社，2008

[4]《电机拖动实验系统的研制与开发》，刘晓宇编著，2009

[5]《电机与拖动基础》，赵君有编著，2010