1、辽宁工程技术大学 电机与拖动课程设计 设 计 题 目： 三相异步电动机调速设计 院（系、部）： 电气与控制工程学院 电气工程系课程设计标准评分课程设计成绩评定表学期 姓名 专业 电力系统及其自动化 班级 电力 11-02班课程名称 电机与拖动课程设计设计题目 三相异步电动机启动系统设计成绩 评分项目 优 良 中 及格 不及格1.设计态度 非常认真 认真 较认真 一般 不认真2.设计纪律 严格遵守 遵守 基本遵守 少量违反 严重违反3.独立工作能力 强 较强 能独立设计完成 基本独立设计完成 不能独立设计完成设计表现4.上交设计时间 提早或按时 按时 迟交半天 迟交一天 迟交一天以上5.设计内容
2、设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，内容完整，结果正确设计思路清晰，结构方案合理，设计参数选择正确，条理清楚，内容较完整，极少量错误设计思路较清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有少量错误设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有些错误设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误6.设计书写、字体、排版规范、整洁、有条理，排版很好较规范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，排版有问题较多不规范、不整洁、
3、无条理，排版有问题很大设计说明书7.封面、目录、参考文献 完整 较完整 基本完整 缺项较多 不完整8.绘图效果 很出色 较出色 一般 较差 很差图纸 9.布局 合理、美观 较合理 基本合理 有些混乱 布局混乱10.绘图工程标准 符合标准 较符合标准 基本符合标准 个别不符合标准 完全不符合标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即 5为不及格，整个设计不及格，其他 4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合 5，其余九项要有 4项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩： 评定教师签字：目录第
4、一章 绪论 .31.2 课程目的 .41.3 课程意义 .41.4 课程内容 .4第二章 相关技术与理论 .42.1 电动机的基本结构 .42.2 电动机的分类 .62.3 三相异步电动机的工作原理 .7第三章 三相异步电动机的调速方法 .73.1 三相异步电动机的调速 .73.2 绕线型异步电动机的转子串电阻调速与定子降压调速实验 .13第四章 异步电动机使用过程中的注意事项 .154.1 电机运行过程中的注意事项 .164.2 启动前的检查工作 .16第五章 设计心得体会 .17参考文献 .181第一章 绪论1.1 摘要电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空
5、、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用着。随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中( 现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来 与单相电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动
6、性能和调节电动机的随着工业的不断发展，三相异步电动机的需求会越来越大，三相异步电动机的应用越来越广泛，三相异步电动机的操作系统是一个非常庞大而复杂的系统，它不仅为现代化工业、家庭生活和办公自动化等一系列应用提供基本操作平台，而且能提供多种应用服务，使人们的生活质量有了大幅度的提高，摆脱了人力劳作的模式。而三相异步电动机主要应用于工业生产的自动化操作中是三相异步电动机的主要应用之一，因此本课程设计课题将主要以在工业中三相交流异步电动机调频变速方法的应用过程可能用到的各种技术及实施方案为设计方向，为工业生产提供理论依据和实践指导。1.2 课程目的笼式三相异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便
7、宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。正由于此，通过此课程设计，实现三相异步电动机的调速控制与应用。1.3 课程意义 这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们在学习中起到主导地位，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力21.4 课程内容在这次课程设计任务中，主要工作在于1. 了解三相异步电动机的结构和工作原理2. 了解异步电动机调速的意义、方法及其在工程上的应用，重点掌握绕线式三相
8、异步电动机的串电阻调速方法，掌握绕线式异步电动机调压调速的原理和方法3. 三相异步电动机使用过程中的注意事项及故障处理4. 心得体会第二章 相关技术与理论2.1 电动机的基本结构2.1.1 定子部分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。 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
9、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3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。 定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘） 。 （1）对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。 （2）相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。 （3）匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。 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
10、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2.1.2 转子部分 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 300400 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，并形成电磁转矩而电动机旋转。 构造：分为鼠
11、笼式转子和绕线式转子。 （1）鼠笼式转子：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。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于 100KW 以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。 （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。 2.1.3 电动机其他附件 其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为 0.2mm1.5mm。气隙太
12、大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差 2.2 电动机的分类 三相异步电动一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，因而分类也较繁多。 1 按电动机尺寸大小分类 4大型电动机：定子铁心外径 D1000mm 或机座中心高 H630mm。 中型电动机：D=5001000mm 或 H=355630mm。 大型电动机：D=120500mm 或 H=80315mm。 2 按电动机外壳防护结构分类 3 按电动机冷方式分类 电动机按冷却方式可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。可参见国家标准 GB/T1993-93旋转电机冷却方式
13、 。 4 按电动机的安装形式分类 IMB3：卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘。 IMB5：卧式，机座不带底脚，端盖上有凸缘。 IMB35：卧式，机座带底脚，端盖上有凸缘。 5 按电动机运行工作制分类 S1；连续工作制 S2：短时工作制 S3S8：周期性工作制 6 按转子结构形式分类 三相笼型异步电动机 三相绕线型异步电动机 2.3 三相异步电动机的工作原理电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则
14、导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力 F，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来第三章 三相异步电动机的调速方法3.1 三相异步电动机的调速异步电动机比起直流电动机来,省去了换向器,使得结构更简单、结实、紧凑,它具有维修工作量小、运行效率高、转动惯量小、动态响应快的特点。过去由于对它缺少相应的控制手段,实现速度的调节比较困难,所以在20世纪的大部分年代里,交流电动机主要在不调速的场合应用。近年来,由于电力电子和微电子技术的飞速发展,新器件和新的控制系统的不断推出,使交流电气
15、传动也具有与直5流电气传动同样优良的调速性能,从而使交流调速得到了迅速发展。三相异步电动机的转速公式为 ，其中 sn为旋转磁场的速度，n 为转)1(60)1(spfsn子转速为旋转磁场的频率，s 为转差率。所以异步电动机的调速可由三个方面入手；一是改变定子绕组的极对数；二是改变电源频率；三是改变电动机的转差率。此外还有改变定子电压调速法。3.1.1变极对数调速法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。变极调速的异步电动机一般采用鼠笼式转子,因为鼠笼式转子的极对数能自动地随着定子极对数的改变而改变,使定、转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。若为绕线型
16、转子,则定子极对数改变时,转子绕组必须相应地改变接法以得到与定子相同的极对数, 很不方便。特点如下: 具有较硬的机械特性,稳定性良好;无转差损耗,效率高; 接线简单、控制方便、价格低;有级调速,级差较大,不能获得平滑调速。本方法适用于自动化程度要求不高,不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。如下图所示接法，则形成两级绕组若改为下图接法，则形成四级绕组63.1.2 改变定子电压调速法当异步电动机定子与转子回路的参数为恒定时,在一定的转差率下,电动机的电磁转矩与加在其定子绕组上电压的平方成正比,因此,改变电动机的定子电压就可改变其机械特性的函数关系,从而改变电动
17、机在一定输出转矩下的转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,其调速范围较小,使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。 晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点是: 调压调速线路简单 ,易实现自动控制; 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中 ,效率较低。调压调速系统一般适用于100KW 以下的生产机械。目前,已成功地大量使用在电梯、卷扬机械与化纤机械等工业装置3.1.3改变转差调速1.转子外加电阻调速法，这种方法只适用于绕线型异步电动机转子回路中串入调速电阻时，电动机的 Te-s 曲线将发生变化，若此时电机的负载转矩和空载转矩 Tl+
