三相异步电动机降压启动_课程设计

第2章三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机由两个基本部分构成：固定部分——定子和转子，转子按其结构可

分为鼠笼型和绕线型两种。

2.1 定子的结构组成

定子由定子铁心、机座、定子绕组等部分组成，定子铁心是异步电动机磁路的一部分，一般由0.5毫米厚的硅钢片叠压而成，用压圈及扣片固紧，各片之间相互绝缘，以减少涡流损耗。

定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成的，小型电机采用散下线圈或称软绕组，大中型电机采用成型线圈，又称为硬绕组。

2.2 转子的结构组成

转子由转子铁心、转子绕组、转子支架、转轴和风扇等部分组成，转子铁心和定子铁心一样，也是由0.5毫米硅钢片叠压而成。鼠笼型转子的绕组是由安放在转子铁心槽内的裸导条和两端的环形端环连接而成，如果去掉转子铁心，绕组的形状象一个笼子；绕线型转子的绕组与定子绕组相似，做成三相绕组，在内部为星型或三角型。

2.3 工作原理

当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内产生一个以同步转速n

1

旋转的定子旋转磁场，设旋转磁场的转向为逆时针，当旋转磁场的磁力

线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势e

2

，电动势的方向根据右手定则确定。

N极下的电动势方向用⊗表示，S极下的电动势用Θ表示，转子电流的有功分量i

2a 与e

2

同相位，所以Θ

⊗和既表示电动势的方向，又表示电流有功分量的方向。转子电流有功

分量与气隙旋转磁场相互作用产生电磁力f

em

,根据左手定则，在N极下的所有电流方向为⊗的导体和在S极下所有电流流向为Θ的导体均产生沿着逆时针方向的切向电磁力

f em ,在该电磁力作用下，使转子受到了逆时针方向的电磁转矩M

e

的驱动作用，转子将沿

着旋转磁场相同的方向转动。驱动转子的电磁转矩与转子轴端拖动的生产机械的制动转矩相平衡，转子将以恒速n拖动生产机械稳定运行，从而实现了电能与机械能之间的能量转换，这就是异步电动机的基本工作原理。

第4章三相异步电机启动出现的问题

4.1 异步电动机启动时的要求

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。

4.2 三相异步电动机启动问题

电动机的起动特性中最主要的是它的起动力矩。设起动力矩为Ｍ，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Ｍ加上静摩擦阻力。

图4-1电动机负载特性曲线

图4-1曲线1表示异步机的M—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，在整个起动过程中，必须保持正的加速度，也就要求电动机的电磁力矩M在整个起动过程中大于负载的制动力矩。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，有时要求限制起动电流的大小，有时两个要求须同时满足。总的来说，要考虑下列各问题：

1.应该有足够大的起动力矩，适当的机械特性曲线；

2.尽可能小的起动电流；

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

第5章三相异步电动机起动方式

三相交流异步电动机直接起动，虽然控制线路结构简单、使用维护方便，但起动电流很大（约为正常工作电流的4~7倍），如果电源容量不比电动机容量大许多倍，则起动电流可能会明显地影响同一电网中其它电气设备的正常运行。因此，对于鼠笼型异步电动机可采用：定子串电阻（电抗）降压起动、定子串自耦变压器降压起动、星形—三角形降压起动等方式；而对于绕线型异步电动机，还可采用转子串电阻起动或转子串频敏变阻器起动等方式以限制起动电流。

5.1 直接启动

直接启动就是用闸刀开关或接触器把电机直接接到具有额定电压的电源上。在变压器容量允许的情况下，鼠笼式异步电动机应该尽可能采用全电压直接起动，既可以提高控制线路的可靠性，又可以减少电器的维修工作量。电动机单向起动控制线路常用于只需要单方向运转的小功率电动机的控制。例如小型通风机、水泵以及皮带运输机等机械设备。图5-1是电动机单向起动控制线路的电气原理图。这是一种最常用、最简单的控制线路，能实现对电动机的起动、停止的自动控制、远距离控制、频繁操作等。

图5-1电动机单向起动控制线路的电气原理图

直接启动方法主要受电网配电变压器的容

量限制，过大启动电流可能会使电压下降，影响在同一电网上其他设备的正常运行。一般异步电机的功率小于7.5千瓦时允许直接启动，对于更大容量的电机能否使用要视配电变压器的容量和各地电网部门而定。

5.3 定子串电阻降压起动控制

定子串电阻(电抗)降压起动是指起动时，在电动机定子绕组上串联电阻(电抗)，起动电流在电阻上产生电压降，使实际加到电动机定子绕组中的电压低于额定电压，待电动机转速上升到一定值后，再将串联电阻(电抗)短接，使电动机在额定电压下运行。

图5-4 定子串电阻降压起动控制线路

由上图可见，按下起动按钮SB

后，电动机M先串电阻R降压起动，经一定延时（由时

2

间继电器KT确定）后，全压运行。且在全压运行期间，时间继电器KT和接触器KM1线圈均断电，不仅节省电能，而且增加了电器的使用寿命。

在鼠笼式电动机的定子绕组中串电阻（或电抗）而降压起动的方法。起动时将电阻（或电抗）串入鼠笼式电动机定子绕组中降低电压起动，待电动机转速上升到一定值后再将电阻（或电抗）短路，电动机在额定电压下正常运转。电阻（或电抗）降压起动法，只适用于起动转矩较小，而起动次数不太频繁的电动机上。