电机课程设计.docx

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电机课程设计

盛年不重来，一日难再晨。

及时宜自勉，岁月不待人。

课程设计任务书

课程名称：

三相异步电机启动方案选择

姓名：

梁笑

专业：

09电气工程及其自动化

班级：

1班

学号：

090320113

指导老师：

袁晓玲、马宏忠

1，三相交流异步电动机的起动特性…………………………………..3

2,影响三相交流异步电动机的起动特性的因素………………………4

3，三相异步电机主要起动方式比较…………………………………..4

3.1直接启动……………………………………………………….4

3.2、用自偶变压器降压启动..............................4

3.3、Y－△降压启动……………………………………………….4

3.4、转子串电阻启动....................................5

3.5、转子串频敏变阻器启动..............................5

3.6、软件启动………………………………………………………5

3.7、变频器………………………………………………………..5

4，Y－△起动的原理…………………………………………………..6

5，Y—Δ起动时的系统性能研究………………………………………7

5.1Y—Δ起动自动控制…………………………………………..7

5.2Y—Δ起动手动控制…………………………………………..8

6，三相异步交流电机的Y—Δ起动…………………………………..9

一，三相交流异步电动机的起动特性

电动机的启动特性中最主要的是它的启动转矩。

设启动转矩为Tst，为了机组能转动起来，必须大于拖动机械在n=0时的静负载力矩TL加上静摩擦阻力。

图1：

电动机负载特性曲线

上图中曲线1表示异步机的T-s曲线，曲线2和3表示两种不同的负载特性曲线，为了能转动起来，必须要求a点在b点或c点的上面，否则机组将转动不起来。

根据力矩平衡关系可以得出，为了保证能顺利加速到额定转速，在整个启动过程中，必须保持正的加速度，也就要求电动机的电磁力矩T在整个启动过程中大于负载的制动力矩TL。

在相同的惯量下，力矩的差额越大，加速越快。

惯量大得机械，起动就较慢。

对于重复起动的生产机械来说，加速过程的时间长短对劳动生产率的影响是很大的。

电动机起动特性的另一个问题是起动电流，在起动时电流的大小可以用等值电路来求得。

异步机在额定电压下的起动电流常大于额定电流好几倍。

起动电流太大的影响是：

一方面将影响电源的电压，太大的起动电流将产生较大的线路压降，使得电源电压在起动时下降，特别当电源容量较小时电压降更多，可能影响电源上其它电机的运行。

另一个方面，大的起动电流将在线路及电机中产生损耗引起发热，特别是当加速力矩较小，机组的转动惯量J较大，起动很慢的情况下，损耗将很多而发热也更严重。

由上面可以看出，对电动机起动的要求是不同的，须看负载的特性，电网的情况等因素而定。

有时要求有大的起动力矩，有时要求限制启动电流的大小，有时两个要求须同时满足。

总的来说，要考虑下列各问题：

a.应该有足够大的启动转矩，适当的机械特性曲线；

b.尽可能小的启动电流；

c.启动的操作应该很方便；所用的启动设备应该尽可能简单、经济；启动过程中的功率损耗应尽可能的少。

二，影响三相交流异步电动机的起动特性的因素

三相异步电机启动应该满足以下基本要求

1）电动机有足够大的启动转矩;

2）一定大小启动转矩前提下，启动电流越小越好;

3）启动所需设备简单，操作方便;

4）启动过程中功率损耗越小越好。

由于起动时转差率较大（起动瞬间s=1）,转子功率因数很小,所以起动转矩不大,但转子绕组中的电流很大,从而使得定子绕组中的电流相应增大,一般为额定电流的4~7倍,这么大的起动电流起动瞬间将产生较大的压降,使电网电压波动过大,影响电网上其它电机和设备的正常运行,而且过大的起动电流会使电机本身受到电磁力的冲击,如果经常起动便造成绕组过热而使绝缘老化,减少使用寿命,而起动转矩不够将使电动机根本无法起动。

三，三相异步电机主要起动方式比较

3.1、直接启动

直接启动的优点是所需设备少，启动方式简单，成本低。

电动机直接启动的电流是正常运行的5倍左右，理论上来说，只要向电动机提供电源的线路和变压器容量大于电动机容量的5倍以上的，都可以直接启动。

这一要求对于小容量的电动机容易实现，所以小容量的电动机绝大部分都是直接启动的，不需要降压启动。

对于大容量的电动机来说，一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接启动的条件，另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机，影响电动机的使用寿命，对电网不利，所以大容量的电动机和不能直接启动的电动机都要采用降压启动。

直接启动可以用胶木开关、铁壳开关、空气开关（断路器）等实现电动机的近距离操作、点动控制，速度控制、正反转控制等，也可以用限位开关、交流接触器、时间继电器等实现电动机的远距离操作、点动控制、速度控制、正反转控制、自动控制等。

3.2、用自偶变压器降压启动

采用自耦变压器降压启动，电动机的启动电流及启动转矩与其端电压的平方成比例降低，相同的启动电流的情况下能获得较大的启动转矩。

如启动电压降至额定电压的65％，其启动电流为全压启动电流的42％，启动转矩为全压启动转矩的42%。

自耦变压器降压启动的优点是可以直接人工操作控制，也可以用交流接触器自动控制，经久耐用，维护成本低，适合所有的空载、轻载启动异步电动机使用，在生产实践中得到广泛应用。

缺点是人工操作要配置比较贵的自偶变压器箱（自偶补偿器箱），自动控制要配置自偶变压器、交流接触器等启动设备和元件。

启动电流小，起动转矩较大，只允许连续启动2～3次，设备价格较高，但性能较好，使用用较广。

3.3、Y－△降压启动

定子绕组为△连接的电动机，启动时接成Y，速度接近额定转速时转为△运行，采用这种方式启动时，每相定子绕组降低到电源电压的58％，启动电流为直接启动时的33％，启动转矩为直接启动时的33％。

启动电流小，启动转矩小。

Y－△降压启动的优点是不需要添置启动设备，有启动开关或交流接触器等控制设备就可以实现，缺点是只能用于△连接的电动机，大型异步电机不能重载启动。

启动电流小，但二次冲击电流大，其动转矩较小，允许启动次数较高，设备价格较低，适用于钉子绕组为三角形接线的6个引出端子的中小型电机。

3.4、转子串电阻启动

绕线式三相异步电动机，转子绕组通过滑环与电阻连接。

外部串接电阻相当于转子绕组的内阻增加了，减小了转子绕组的感应电流。

从某个角度讲，电动机又像是一个变压器，二次电流小，相当于变压器一次绕组的电动机励磁绕组电流就相应减小。

根据电动机的特性，转子串接电阻会降低电动机的转速，提高转动力矩，有更好的启动性能。

在这种启动方式中，由于电阻是常数，将启动电阻分为几级，在启动过程中逐级切除，可以获取较平滑的启动过程。

根据上述分析知：

要想获得更加平稳的启动特性，必须增加启动级数，这就会使设备复杂化。

3.5、转子串频敏变阻器启动

频敏变阻器启动原理是：

电动机定子绕组接通电源电动机开始启动时，由于串接了频敏变阻器，电动机转子转速很低，启动电流很小，故转子频率较高，f2≈f1，频敏变阻器的铁损很大，随着转速的提升，转子电流频率逐渐降低，电感的阻抗随之减小。

这就相当于启动过程中电阻的无级切除。

当转速上升到接近于稳定值时，频敏电阻器短接，启动过程结束。

转子串电阻或频敏变阻器虽然启动性能好，可以重载启动，由于只适合于价格昂贵、结构复杂的绕线式三相异步电动机，所以只是在启动控制、速度控制要求高的各种升降机、输送机、行车等行业使用。

起动电流较大，起动转矩小，允许启动次数由电阻容量决定，多用于降低起动转矩的冲击。

3.6、软启动器

软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。

它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管交流调压器。

运用不同的方法，改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。

在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程，直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作

软启动器的优点是降低电压启动，启动电流小，适合所有的空载、轻载异步电动机使用。

缺点是启动转矩小，不适用于重载启动的大型电机。

通常为斜坡电压启动，也可突跳启动，起动电流、转矩、上升和下降时间可调，有多种控制方式，可带多种保护，允许启动次数较高，设备价格最高。

3.7、变频器

通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。

该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。

然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC）。

变频器同时改变输出频率与电压，也就是改变了电机运行曲线上的n0，使电机运行曲线平行下移。

因此变频器可以使电机以较小的启动电流，获得较大的启动转矩，即变频器可以启动重载负荷。

变频器具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，应用了现代的科学技术，价格昂贵但性能良好，内部结构复杂但使用简单，所以不只是用于启动电动机，而是广泛的应用到各个领域，各种各样的功率、各种各样的外形、各种各样的体积、各种各样的用途等都有。

随着技术的发展，成本的降低，变频器一定还会得到更广泛的应用。

四，Y－△起动的原理

图2Y－△起动的原理图

如上图2所示，所谓Y一△启动，是指启动时电动机绕组接成星形，启动结束进入运行状态后，电动机绕组接成三角形。

在启动时。

电机定子绕组因是星形接法，所以每相绕组所受的电压降低到运行电压的根号三分之一（约57.7％），启动电流为直接启动时的1／3，启动转矩也同时减小到直接启动的1／3。

所以这种启动方式只能工作在空载或轻载启动的场合。

例如，轴流风机启动时应将出风阀门打开，离心水泵应将出水阀门关闭，使设备处于轻载状态。

图1是电动机Y－△启动的一次电路图，U1－U2、V2－V2、Wl－W2是电动机M的三相绕组。

如果将U2、V2和W2在接线盒内短接，则电动机被接成星形；如果将U1和W2、V1和U2、W1和V2分别短接，则电动机被接成三角形。

实现电动机的Y－△启动的二次控制电路见图2。

现在分析Y－△启动电路的工作过程。

按下启动按钮SB2，接触器KM3和时间继电器的线圈得电，KM3的主触点闭合，将电动机的三相绕组接成星形；KM3的辅助触点（常开）KM3－3同时闭合使接触器KM2动作，电动机进入星形启动状态，KM2的辅助触点KM2－1闭合，使电路维持在启动状态。

待电动机转速达到一定程度时，时间继电器KT延时时间到。

其延时触点（常闭）断开，接触器KM3线圈失电．主触点断开，辅助触点（常例）KM3－1闭台。

接触器KMl得电工作．电动机进入三角运行状态。

这里时间继电器的延时时间应通过试验调整在5～15秒之间。

按下停止按钮，或电动机出现异常过电流使热继电器FH动作时，电动机均会停止运行。

电动机停运时绿灯HG点亮；启动过程中黄灯HY点亮；运行过程则红灯HR点亮。

电流表PA和电压表PV用于电动机运行参数的测量。

热继电器的调整．应根据负载轻重和运行电流的大小，在热态（热继电器接入电路，并经过启动电流的预热）实地进行。

观察电流表的读数．按照读数的1.2倍整定其电流调整钮。

电动机出现1.2倍的异常电流时．热继电器会在20分钟内动作。

如果电动机运行电流是随负载不断变化的，则整定值可按较大电流值计算选取．但最大不能超过电动机额定电流的1.2倍。

五，Y—Δ起动时的系统性能研究

5.1Y—Δ起动自动控制

图3三相异步电动机Y—Δ降压启动控制线路图

三相异步电动机的Y—Δ起动自动控制如图3所示。

1，主要元器件介绍：

a.起动按钮（SB2）。

手动按钮开关，可控制电动机的起动运行。

b.停止按钮