1、毕 业 论 文 三相异步电动机的各种启动及调速系统设计与应用北京交通大学毕业设计（论文）成绩评议题目： 三相异步电动机的起动及调速系统设计与应用 系别： 专业： 电气工程及其自动化 北京交通大学毕业设计（论文）i摘要 文章从理论上研究了三相异步电动机的启动方法与调速系统的设计，给出了三相异步电动机在工作时采用了电动机拖动生产机械，有足够大的启动转矩，保证了生产机械正常启动。启动平滑，设备安全可靠，结构简单，操作方便等特点。有许多启动方法，如：直接启动，鼠笼式异步电动机降压启动，三相鼠笼式异步电动机 Y-启动绕线式三相异步电动机的启动及各种运行状态。调速就是在一定的负载下，根据生产的需要人为的改
2、变电动机的转速，这是生产机械经常向电动机提出的要求。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品质量。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。 关键词：三相异步电动机；电机转速；功率因数北京交通大学毕业设计（论文）iiABSTRACTArticle theoretically studied three-phase asynchronous motor startup method and speed control system design, and gives the three-phase asynchr
3、onous motor work when using the motor drag machinery, are large enough to start torque, ensure the production machinery booting normally. Starting smoothness, equipment, safe and reliable, simple structure, convenient operation, etc. There are many start-up methods, such as: direct start, a rat trap
4、 type three-phase asynchronous motor step-down start, a rat trap type asynchronous motor Y - train start winding type three-phase asynchronous motor start-up and various operating status. Speed is in certain load, according to the needs of the production of the artificial change the turning speed of
5、 the motor, this is often manufacturing machinery to motor of the request. Speed the performance often affect production machinery work efficiency and product quality. Variable-frequency regulating speed technology is based on the basic principle of the motor speed and work power input frequency is
6、proportional to the relationship, by changing the motor work power frequency to change the motor speed purpose.Keywords: three-phase asynchronous motor; the motor speed; power factoriii目 录摘 要 .iABSTRACT.ii目 录 .iii第一章 绪 论 .1第二章 三相异步电动机启动方案 .32.1 三相异步电动机直接启动 .32.2 三相鼠笼式异步电动机启动 .42.2.1 定子串电抗器启动 .42.2.2
7、 星-三角启动 .62.2.3 自耦减压启动 .82.3 绕线式三相异步电动机的启动 .102.3.1 转子回路串电阻 .102.3.2 转子串频敏变阻器起动 .11第三章 三相异步电动机调速系统 .143.1 概述 .143.2 异步电动机调速系统的组成 .14第四章 三相异步电动机调速系统的设计与应用 .224.1 三相异步电动机调压调速系统的工作原理 .224.2 三相异步电动机调速系统的结构原理图以及系统实现 .22第五章 三相异步电动机仿真模型的建立 .265.1 实验方法 .265.2 实验结果与分析 .285.2.1 三相异步电动机 Simulink 仿真模型的建立 .285.2
8、.2 结论分析 .31结 论 .33致 谢 .34参考文献 .35附录 一 .36iv附录 二 .39北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）1第一章绪 论在实际应用中，电机的电能转换成机械能的主要设备，机电能量转换效率更高；二是应根据用于控制和调节电动机机械生产技术的旋转速度。电机的调速性能和如何提高产品质量，提高劳动生产率和节约能源有着决定性的直接影响。因此，控制技术一直是研究的重点。长期以来，由于其优越的性能的直流电机速度和覆盖在工程中广泛应用的结构复杂的缺点。在额定转速下运行的直流电动机，保持恒定的励磁电流，电枢电压的方法可以改变恒转矩速度；在额定转速运行，保持电枢电压恒定，可以改变励磁的
9、方法实现恒功率速度。转速，电流双闭环直流调速系统能获得优良的静动态特性，调速。因此，在十九年代，在该领域的变速驱动器，直流调速一直占据主导地位。近年来，科学的快速发展为交流调速技术的发展和技术有了极为有利的条件和物质基础，创造了。交流电机调速控制系统不仅具有直流电机的性能，且成本低于直流电机系统，可靠性高。目前，国外先进工业国家的基本呈下降趋势，直流传动装置的生产，和交流变频调速装置，大幅度提高生产。以日本为例，1975在调速领域，交流直流占 80%，占 20%；1985 直流交流占 80%，占 20%。到目前为止，除了另一个地方去日本继续由直流电机驱动，调速系统是在几乎所有的交流变频装置采用
10、。当定子电压来改变电动机的机械特性曲线，可以有不同的设置，因为电机电压的转矩的最大转矩的平方成正比，所以要低得多，速度范围很小，所以很难适用普通笼型电动机。电压调节器的主要设备是可提供电源电压的变化，共模电压串联饱和电抗器，自耦变压器、晶闸管调压器（TVC）等。高压晶闸管。目前，有三对反并联晶闸管或三双向晶闸管交流电压调节器分别串接在三相电路，主电路的连接方法有多种方案，具有输出电压相位控制的变化。机械调压调速的生产通常适用于以下 100kw。总之，随着现代科技的迅速发展，电气传动控制技术的发展，控制手段的不断更新，控制模式进行了优化，其控制技术和设备已成为现代生活的一部分。数北京交通大学海滨
11、学院毕业设计（论文）2控技术的新取得了控制技术更加完善，更加以人为本，使控制技术更为先进合理整个组合将带来巨大的经济效益和社会效益。北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）3第二章 三相异步电动机启动方案2.1 三相异步电动机直接启动三相异步电动机直接启动是指电动机直接加额定电压，定子回路不串任何电器元件时的启动。特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。三相异步电动机的启动要满足生产机械对异步电动机启动性能的要求启动转矩要大，以保证生产机械的正常启动。缩短启动时间；启动电流要小。以减小对电网的冲击。由三相异步电动机机械特性的物理表达式知道，在额定电压下直接起动三相异步电动机。即转差率 S=1
12、，主磁通额定磁通的 1/2，功率因数 cos 很小，造成了起动电流相当大而起动转矩 并不大的结果。例如，对于普通鼠笼式异步电动机，起动电流= （47 ）I N （ 为起动电流倍数）起动转矩 =TN（0.91.3） 对于绕线式三相异步电动机的起动转矩 TST N 。起动电流过大，对电网冲击大。使电网电压降低，对电机前端供电变压器影响大。使得变压器输入电压幅度下降，超过了额定值的允许偏差=10%或更严重。这样，一方面影响了异步电机本身，由于 Tst 与电压 U 的平方成正比，导致Tst 下降更多，当重载时电机将不能起动；另一方面，影响由同一台供电变压器供电的其它负载，如电灯会变暗，用电设备失常，重
13、载的异步电机可能停转等。下面两种情况不能直接启动。变压器与 电机容量之比不足够大。启动转矩不能满足要求。综上所述，三相异步电机直接起动的情况只适应于供电变压器容量较大，电动机容量小于 7.5kw 的小容量鼠笼式异步电机。对于大容量鼠笼式异步电机和绕线式异步电动机可采用如下方法：（1）降低定子电压；（2）加大定子端电阻或电抗；（3）对于绕线式异步电机还可以采用加大转子端电阻或电抗的方法。对于鼠笼式异步电机，可以结构上采取措施，如增大转子导条的电阻，改进转子槽形。总结： 直接起动即全压起动。直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取
14、决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。 北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）4一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下：1：若电动机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的 20%时允许直接启动； 2：若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的 30%时也允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。 全压起动条件：（1）异步电动机功率低于 7.5KW（2） kf 小于或等于 1/4 乘以 3 加电源总容量/启动电动机容量直接起动时的影响：f(3)（1）起动电流较大，可达额定电流的 47
15、 倍，甚至达到 812 倍。（2）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。（3）过大的起动电流使电动机受到电动力的冲击，绕组变形可能造成短路而烧毁电动机。（4）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对同一线路中的其他电器设备造成影响。 2.2 三相鼠笼式异步电动机启动2.2.1 定子串电抗器启动起动时电抗器接入定子电路，起动后，切除电抗器，进入正常运行。三相异步电动机直接起动时，每相等效电路如图 2-1 所示。电源额定电压直接加在短路阻抗 上，定子侧串入电抗 X 起动时，每相等效电nU. kkjXRZ路如图 2-2 所示，Un 加在（j X+ ）上，而 上的电压是 U/。定子侧串电抗起动
16、kZ可以理解为增大定子侧电抗值，也可以理解为降低定子侧实际所加电压，其目的是减小起动电流。在定子侧串入电抗后，其堵转电流为 I北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）5图 2-1 直接起动 图 2-2 定子串电抗起动kkNsZUjXI.1. )(三相异步电动机直接起动的时候转子功率因数很低，这是由于电动机设计时，短路阻抗中 ， 所致，一般的说， 。因此，KKRj=+K0.9KXZ串电抗起动时，可以近似把 ZK的模值与 X 相加，而不考虑阻抗角，误差不大。设串电抗时电动机定子电压 与直接起动时定子的额定电压 比值为 u，则：1.UNU.1KnzZ=+1ksIX221()()ks ZTUu=+式中，
17、分别是定子串电抗与不串电抗时候的堵转电流； 分别是定.SI ,ST子串电抗与不串电抗时候的堵转转矩，当选定 u 时，定子应串的电抗为：kZX.1从减小起动电流和改善电网电压品质的角度看，定子回路中串电阻或是串电抗效果是一样的。但是串电阻将增加起动损耗，浪费电能，只有在电机容量较小时才允许使用，大中型电机仅采用串电抗起动。定子回路串电阻或是电抗都能减小起动电流，使得电网的冲击电流减小，对改善电网的稳定性是有利的。但是，问题的另一面是，随着起动电流的减小，电机产生的起动转矩也随着变化，有必要对起动转矩进行校验，看它是否能满足生产工艺的要求，拖动系统是否能顺利的升速到要求的转速根据图示的等值电路，起动时的电磁功率为：UN Rk jXkIs jXRkjXkU1IsUN
