電機課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第1章 緒論1.1摘要 電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備。在機械、冶金、石油、煤炭、化學(xué)、航空、交通、農(nóng)業(yè)以及其他各種工業(yè)中，電動機被廣泛地應(yīng)用著。隨著工業(yè)自動化程度不斷提高，需要采用各種各樣的控制電機作為自動化系統(tǒng)的元件，人造衛(wèi)星的自動控制系統(tǒng)中，電機也是不可缺少的。此外在國防、文教、醫(yī)療及日常生活中(現(xiàn)代化的家電工業(yè)中)電動機也愈來愈廣泛地應(yīng)用起來 與單相電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞

2、線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的 隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，三相異步電動機的需求會越來越大，三相異步電動機的應(yīng)用越來越廣泛，三相異步電動機的操作系統(tǒng)是一個非常龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，它不僅為現(xiàn)代化工業(yè)、家庭生活和辦公自動化等一系列應(yīng)用提供基本操作平臺，而且能提供多種應(yīng)用服務(wù)，使人們的生活質(zhì)量有了大幅度的提高，擺脫了人力勞作的模式。而三相異步電動機主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動化操作中是三相異步電動機的主要應(yīng)用之一，因此本課程設(shè)計課題將主要以在工業(yè)中三相交流異步電動機調(diào)頻變速方法的應(yīng)用過程可能用到的各種技術(shù)及實

3、施方案為設(shè)計方向，為工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。1.2課程目的 籠式三相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。正由于此，通過此課程設(shè)計，實現(xiàn)三相異步電動機的變頻調(diào)速控制與應(yīng)用。1.3課程意義 這次課程設(shè)計可以使我們在學(xué)校學(xué)的理論知識用到實踐中，使我們在學(xué)習(xí)中起到主導(dǎo)地位，是我們在實踐中掌握相關(guān)知識，能夠培養(yǎng)我們的職業(yè)技能，課程設(shè)計是以任務(wù)引領(lǐng)，以工作過程為導(dǎo)向，以活動為載體，給我們提供了一個真實的過程，通過設(shè)計和運行，反復(fù)調(diào)試、訓(xùn)練、便于我們掌握規(guī)范系統(tǒng)的電機方面的知識，同時也提高了我們的動手能力1.4課程內(nèi)容 在這次課程設(shè)計任務(wù)中，主要工

4、作在于1. 了解三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理2. 了解異步電動機調(diào)速的意義、方法及其在工程上的應(yīng)用，重點掌握繞線式三相異步電動機的串電阻調(diào)速方法，掌握繞線式異步電動機調(diào)壓調(diào)速的原理和方法3. 三相異步電動機使用過程中的注意事項及故障處理4. 心得體會第2章 相關(guān)技術(shù)與理論2.1電動機的基本結(jié)構(gòu)2.1.1定子部分 1、定子鐵心 作用：電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。定子鐵心槽型有以下幾種：半閉口型槽：電動機的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。開口

5、型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機中。2、定子繞組作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。構(gòu)造：由三個在空間互隔120電角度、隊稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。定子繞組的主要絕緣項目有以下三種：（保證繞組的各導(dǎo)電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。（1）對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。（2）相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。（3）匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。3、機座作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護、散熱等作用。構(gòu)造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼

6、板焊成，微型電動機的機座采用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風(fēng)孔，使電動機內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱2.1.2轉(zhuǎn)子部分1、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心：作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。構(gòu)造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動機（轉(zhuǎn)子直徑在300400毫米以上）的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。2、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁

7、場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而電動機旋轉(zhuǎn)。構(gòu)造：分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。（1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導(dǎo)條和兩個環(huán)行的環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對于100KW以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。（2）繞線式轉(zhuǎn)子：繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯(lián)接。2.1.3電動機其他附件其他部分包括端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇則用來通風(fēng)冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉(zhuǎn)子之

8、間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動機運行時的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差2.2電動機的分類三相異步電動一般為系列產(chǎn)品，其系列、品種、規(guī)格繁多，因而分類也較繁多。1按電動機尺寸大小分類大型電動機：定子鐵心外徑D1000mm或機座中心高H630mm。中型電動機：D=5001000mm或H=355630mm。大型電動機：D=120500mm或H=80315mm。2按電動機外殼防護結(jié)構(gòu)分類3按電動機冷方式分類電動機按冷卻方式可分為自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。可參見國家標(biāo)準GB/T1993-93旋轉(zhuǎn)電機冷卻

9、方式。4按電動機的安裝形式分類IMB3：臥式，機座帶底腳，端蓋上無凸緣。IMB5：臥式，機座不帶底腳，端蓋上有凸緣。IMB35：臥式，機座帶底腳，端蓋上有凸緣。5按電動機運行工作制分類S1；連續(xù)工作制S2：短時工作制S3S8：周期性工作制6按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式分類三相籠型異步電動機三相繞線型異步電動機2.3三相異步電動機的工作原理 電動機的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎(chǔ)上的。當(dāng)磁極沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因為運動是相對的，假如磁極不動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動勢來

10、。在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力F，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來第3章 三相異步電動機的調(diào)速方法3.1三相異步電動機的調(diào)速 異步電動機比起直流電動機來,省去了換向器,使得結(jié)構(gòu)更簡單、結(jié)實、緊湊,它具有維修工作量小、運行效率高、轉(zhuǎn)動慣量小、動態(tài)響應(yīng)快的特點。過去由于對它缺少相應(yīng)的控制手段,實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)比較困難,所以在20世紀的大部分年代里,交流電動機主要在不調(diào)速的場合應(yīng)用。近年來,由于電力電子和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,新器件和新的控制系統(tǒng)的不斷推出,使交流電氣傳動也具有與直流電氣傳動同樣優(yōu)

11、良的調(diào)速性能,從而使交流調(diào)速得到了迅速發(fā)展。三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為，其中為旋轉(zhuǎn)磁場的速度，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為旋轉(zhuǎn)磁場的頻率，s為轉(zhuǎn)差率。所以異步電動機的調(diào)速可由三個方面入手；一是改變定子繞組的極對數(shù)；二是改變電源頻率；三是改變電動機的轉(zhuǎn)差率。此外還有改變定子電壓調(diào)速法。3.1.1變極對數(shù)調(diào)速法這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機定子極對數(shù)達到調(diào)速目的。變極調(diào)速的異步電動機一般采用鼠籠式轉(zhuǎn)子,因為鼠籠式轉(zhuǎn)子的極對數(shù)能自動地隨著定子極對數(shù)的改變而改變,使定、轉(zhuǎn)子磁場的極對數(shù)總是相等而產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩。若為繞線型轉(zhuǎn)子,則定子極對數(shù)改變時,轉(zhuǎn)子繞組必須相應(yīng)地改變接法以得到與定子相同的

12、極對數(shù),很不方便。特點如下:具有較硬的機械特性,穩(wěn)定性良好;無轉(zhuǎn)差損耗,效率高;接線簡單、控制方便、價格低;有級調(diào)速,級差較大,不能獲得平滑調(diào)速。本方法適用于自動化程度要求不高,不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械,如金屬切削機床、升降機、起重設(shè)備、風(fēng)機、水泵等。如下圖所示接法，則形成兩級繞組若改為下圖接法，則興城四級繞組3.1.2改變定子電壓調(diào)速法 當(dāng)異步電動機定子與轉(zhuǎn)子回路的參數(shù)為恒定時,在一定的轉(zhuǎn)差率下,電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與加在其定子繞組上電壓的平方成正比,因此,改變電動機的定子電壓就可改變其機械特性的函數(shù)關(guān)系,從而改變電動機在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比,因此最大轉(zhuǎn)矩下降很

13、多,其調(diào)速范圍較小,使一般籠型電動機難以應(yīng)用。為了擴大調(diào)速范圍,調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機,如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機,或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源,目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點是:調(diào)壓調(diào)速線路簡單,易實現(xiàn)自動控制;調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中,效率較低。調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機械。目前,已成功地大量使用在電梯、卷揚機械與化纖機械等工業(yè)裝置3.1.3改變轉(zhuǎn)差調(diào)速1. 轉(zhuǎn)子外加電阻調(diào)速法，這種方法只適用于繞線型異步電動機當(dāng)

14、轉(zhuǎn)子回路中串入調(diào)速電阻時，電動機的Te-s曲線將發(fā)生變化，若此時電機的負載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩Tl+T0保持不變，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率改變，則轉(zhuǎn)速改變。這種方法的優(yōu)點是方法簡單、調(diào)速范圍廣，缺點是調(diào)速電阻需要消耗一定功率，此方法主要應(yīng)用于中、小容量的感應(yīng)電機，例如橋式起重機所用的電機。2串級調(diào)速 轉(zhuǎn)子回路串入調(diào)速電阻，損耗較大。為了利用這部分電功率，可以在轉(zhuǎn)子回路中接入一個轉(zhuǎn)差頻率的功率變換裝置，把這部分功率送回電網(wǎng)，即達到調(diào)速的目的，又獲得較高的效率。3雙饋電機 如圖所示，為一雙饋電機結(jié)構(gòu)，定子由三相交流電源供電，轉(zhuǎn)子由三相交流電源經(jīng)變壓器降壓，再經(jīng)交-交變頻器把工頻變?yōu)檗D(zhuǎn)差頻率，然后接至轉(zhuǎn)子。此變頻器的頻率、幅值、相位和相序均可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)差率的傳遞方向也可以改變。這種定、轉(zhuǎn)子兩邊均由交流電源供電的電機，稱為雙饋電機。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時，雙饋電機的工作情況與普