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1、1. 三相绕线型异步电动机的基本结构 三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构式相同的他们都由静止的定子和旋转的转子这两大基本结构构成。此外在定子和转子之间有一定的气隙下图表示绕线式三项异步电机的结构。 图1 三相异步电机1.1定子部分 三相异步电动机定子部分由定子铁芯，定子绕组和机座构成。定子铁芯：导磁和嵌放定子三相绕组：一般有0.5mm硅钢片冲制涂漆（使片与片间绝缘，减少旋转磁场在定子铁芯中引起的铁芯损耗）叠压而成；内院均匀开槽；槽形有半闭口，半开口槽以及开口槽三种。定子绕组：绝缘导线绕制线圈，由若干线圈按一定规律连接成三相对称绕组交流电机的定子绕组。其主要作用使通以电流，
2、产生感应电动势以实现机电能量转换。机座：一般采用钢板和铸铁焊接而成。起支撑和固定作用。 图1-1 常见的定子 1.2转子部分转子铁芯：一般由0.5mm的硅钢片叠成。起导磁作用和定子铁芯以及气隙共同构成电机的整个磁路。转子绕组：分为鼠笼型和绕线型，本文主要讨论的是绕线型。其构成用绝缘导线镶嵌到转子铁芯内，且连接成星形的三项对称绕组，然后把三个端线分别接到转子轴上的三个集电环，再把电流通过电刷引出。气隙：异步电动机的定，转子之间一定有气隙。气隙大小影响异步电机的运行性能。具体表现在，气隙大则磁阻大，产生相同大小的旋转磁场，需要较大的励磁电流，而励磁电流几乎是无功功率，使得功率因数变坏，但气隙过小的
3、话将引起装配困难和运行不可靠，一般来说异步电动机气隙为0.3-1.5mm 图1-2常见的转子2. 三相绕线型异步电动机工作原理2.1基本工作原理 同三相异步电机工作原理类似，绕线型异步电机，接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电源产生的三相磁动势并产生旋转磁场该旋转磁场与转子导体有相对切割运动，根据电磁定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。转子和旋转磁场之间的转速差的存在时异步电动机转动的必要条件，转速差率s的衡量 图2-1基本工作原理图 2.2旋转磁场 设将定子三相绕组联成星型接法，三相绕组的首端U1，V
4、1，W1分别与交流电的相线a,b,c相连接。为方便讨论，选定交流电在正半周时，电流从绕组的首端流入，从末端流出，反之，在负半周时，电流的流向相反。电流流向相反。定子绕组在三相交流电不同相位时合成旋转磁场。定子三项对称绕组中通以频率为f1的三相对称电流便会产生旋转磁场。旋转磁场的转速由下式确定。 n0=60f1/p式中，p为磁极对数。n0又称同步转速旋转磁场的转向由三相电流通入三相绕组的相序决定。改变电流相序，旋转磁场的转向就会发生改变。3. 绕线型异步电动机的启动基本要求 讨论三相异步电动机的串电阻启动，我们就得先知道，什么是启动，启动有哪些指标。具体指的是，电动机从静止状态开始转动起来。直到
5、稳定运行。对于任何一台电动机。在启动时，都有以下的两个基本要求。3.1启动转矩 绕线型异步电机要想正常启动必须要足够大的启动转矩（当U1=,f1=fn,n=0时的电磁转矩称为启动转矩或堵转转矩）。具体是因，启动状态时，电机刚刚接通电源，转子尚未转动时的工作状态。工作点在特性曲线上的S点。这时的转差S=1，转速n=0，对应的电磁转矩（一般来说（1.11.2），电动机才能启动起来，大，电动机才能重载启动起来，反之，则电动机只能轻载，甚至空载启动，所以只有当时，电动机才能改变原来的静止状态，拖动生产机械运转。动态转矩等于启动转矩与负载转矩的差，一般三相异步电动机启动转矩应为额定转矩1.12倍。3.2
6、启动电流 对与启动电流的总体要求是启动电流不能过大。对于异步电动机由于启动瞬间s=1，旋转的磁场于转子之间的相对运动速度很大，使得转子电流，定子电流均较大，致使启动电流大于额定电流。在电源容量与电动机的额定功率比不是足够大时，会引起输电线路上电压的增加，使得供电电压下降，电机的启动转矩减小，影响统一供电系统的其他负载的工作，此外电动机本身也会受到较大的电磁转矩的冲击。还会引起电机频繁启动，过热，一般要求启动电流在电网上的电压降不得超过10%，偶尔启动不得超过15%。3.3其他 启动设备要尽可能的简单，价格低廉，便于操作以及维护。4.三相绕线型异步电动机串电阻启动 三相绕线型异步电动机在正常运行
7、时，转子上的三相绕组通过滑环彼此短接。如果在此情况下启动电动机，定，转子绕组中含有较大的电流，而且启动转子回路的功率因数很低，堵转转矩较小，往往不能满足启动要求。为了改善启动性能，通常采用转子回路串对称电阻以及转子接频敏变阻器等方法启动。4.1转子串多级电阻的启动 绕线型三相异步电动机转子回路串电阻，一方面可以减小堵转电流，另一方面可以增加堵转转矩。当串入得电阻合适时，还能使得电动机以最大转矩启动。当然，所串的电阻超过一定的数值后，堵转转矩反而会减小。通常使用三相启动变阻器。启动变阻器分级切换应使得启动转矩保持在设定的最大值与切换转矩之间变动，启动转矩最大值一般取得最大转矩的85%左右，下图4
8、-1(a)(b)分别是转子串三级电阻分级启动接线图和相应的机械特性曲线。 图4-1（a） 图4-1（b）4.1.1 转子穿多级电阻启动的过程1 KM1闭合，电动机在额定电压下转子每相传入总电阻开始启动，启动点对应机械特性曲线上的h点，其中转子回路总电阻为=+r 堵转转矩为，它小于最大转矩。2 电动机转速升高g点时，电动机的电磁转矩为，它大于负载转矩为了加大电磁转矩以加速启动过程，接触器KM2闭合，切除启动电阻，忽略电动机的电磁惯性，只考虑拖动系统的机械惯性，电动机运行从g点移动到机械特性曲线上的的f点，其中转子回路总电阻变为，该点上电动机的电磁转矩升为。3 电动机从f点转速继续升高到e,电动机
9、电磁转矩降为，接触器KM3闭合，又切除启动电阻，电动机运行点从e点移动到机械特性曲线上的d点，其中转子回路总电阻变为，该点上电动机的电磁转矩为T1，4 电动机转速又继续升高，到达c点时，电动机电磁转矩为，接触器KM4闭合，又切除启动电阻，电动机运行点从c点移到机械特性曲线r上的b点，该点上电动机的电磁转矩为。5 电动机转速又继续升高，最后稳定运行在a点。 上述启动过程中，转子回路的启动器分为三级切除，故称为三相启动。接触器KM4闭合时，转子绕组便被直接短路。为了在电路运行时，减小电刷在滑环上的摩擦，启动次数不多的大容量绕线式异步电动机常装有电刷提升装置，在启动结束后，将电刷举起，同时把滑环直接
10、短路。当电动机停止转动时，应把电刷重新放下，并将启动变阻器的全部电阻接入，以便下次重新启动。4.1.2 转子串多级电阻时电阻值的计算 启动电阻的计算 为了充分利用电机的过载能力，加快启动过程，选取最大的驱动转矩为 0.85切换转矩一般取值为 (1.11.2) 为了简化计算在段，可略去机械特性的实用表达式可近似为 由于转子回路串电阻，故不变，当s不变时，电磁转矩与临界转差率 成反比 另外，临界转差率与转子电路的总电阻R成正比。即 综合上述式子，得 分析图中b,c两点转速相等，b点转矩为，对应电阻为r，c点转矩为，对应电阻为R10，故 分析图中d,e两点及g,f两点，同理可得推广到一般情况，启动级
11、数为m时有： 令 称为启动转矩比，有下式 =r = 求得，每级的分段电阻 多级启动电阻计算 转子串多级电阻计算，可以分为启动级数m已知和未知两种。 当启动级数m已知时，图中，当T=时考察b,h两点有 在固有特性上，考察b点和额定电有 故 在启动级数m已知情况下，利用上述启动电阻的计算可求得转子电路总电阻和转子电路上每级分段电阻。 当启动级数m未知时：a 按照=/初选，其中 =0.85, =(1.1-1.2)b 求启动级数m：利用 反求出m 求得m，并取合适的整数 重新求解 利用 =r = 和 求得转子电路每级电路总电阻和转子电路每级的分段电阻。4.2 转子串频敏变阻器启动 采用转子串电阻启动，
12、在负载功率较大时，追案子电流变化大，转矩变化也大，对机械冲击较大。启动级数m越多，控制线路就越复杂。电阻器占地面积大，启动损耗大，平稳性差，启动过程的电磁专户随转速的变化而变化。为了克服这些缺点，可在转子中串接频敏变阻器启动。4.2.1频敏变阻器 频敏变阻器的结构，外形像一台没有副边绕组的三相变压器，它由铁芯由一定厚度的几片或几十片的钢板或铁板叠成，绕组接成Y形，然后接到电动机转子绕组的初线段，如图 频敏变阻器的硅钢片比一般的变压器后100倍（3到4cm）左右，起等效电路和机械特性分别如下图。图中 为每相线圈绕组电阻，是反映铁芯损耗的等值电阻，表示铁芯组的励磁电抗值。 图4-2-1(a)频敏变
13、阻器的简图 图4-2-1（b）机械特性图4.2.2 启动过程 电动机启动时，n=0,s=1,f2=f1=50Hz，此时频率最高。转子电流流经频敏变阻器的线圈，子啊截面较小的铁芯中建立磁场，磁通密度很高，从而使铁芯中产生较大的磁损耗，而因铁芯饱和其值较小，即。这时相当于在电机的转子回路串接一个电阻，从而减小启动电流，提高启动转矩。 电机启动后，随着转速n的上升，转子频率f2减小，励磁电阻减小，励磁电抗也随之减小，相当于转子阻抗自动减小。 当n=时，s很小，磁损耗较小，即很小，机械特性接近固有特性。稳定运行时，由于频敏变阻器的阻抗使机械特性总比固有特性软一些，启动完毕后一般都要用接触器将频敏变阻器
14、短接。 频敏变阻器的优点；它是一种静止的无触点启动设备，具有恒力矩的启动特性，因而使启动过程中的电流和机械冲击小，控制系统比较简单，易于时限自动控制。结论 三相异步电动机的启动电流很大，但启动转矩并不大，而作为电机启动的要求，需要较大的启动转矩，最好能达到适合范围里的最大，于此同时我们有得考虑启动电流的影响，启动电流不能太多，因此，为了满足生产机械对启动转矩和电网对启动电流的限制，电机有不同的启动方法，本文主要讨论的是三相绕线型异步电机的串电阻启动的可行性，并作出相应的设计计算。具体分为了，转子串多级电阻的启动 转子串频敏变阻器的启动来那个方面来说，重点在转子串多级电阻启动。选取了典型的三相启
15、动变阻器做以说明，进而推广到一半的情况。进而得出结论。各级电阻阻值的选取计算，设计。总体来说，对于绕线型异步电动机，采用转子串电阻或串频敏变阻器的启动方法，启动性能还是很不错的。设计体会 在此次的课程设计中手先选题，对于选题我一直徘徊在，异步电机的变频调速，和串电阻启动，同步电机变频调速中选择。而在具体实施中我选择了串电阻启动，在查资料中，却是给了我许多启发，在图书馆中也查询了，相应的图书，和教科书。在了解之后，具体从原理，实现条件，参数的计算，和相应的注意事项，串电阻的启动优缺点，都有一定的了解，在实际实施，书写时，出现了许多问题，不过总的下来再翻阅了相应的资料和找人解决，终于将本文写完了，
16、虽然，此次课程设计，不算太好但总体来说还是，从总体上设计出了穿电阻启动的方式。参考文献【1】陈隆昌，阎治安，刘新正. 控制电机【M】.西安：西安电子科技大学出版社，2000.【2】顾绳谷.电机及拖动基础（第三版）【M】.北京：机械工业出版社，2004.【3】唐介.电机与拖动【M】.北京;高等教育出版社，2003.【4】周绍英，牛秀岩.电机与拖动【M】.北京.中央广播电视大学出版社，1994.【5】杨长能. 电机与拖动基础【M】 重庆:重庆大学出版社，1989年.【6】李浚源.电机学（第三版）【M】.武汉;华中工学院出版社，1983.【7】李发海，王岩.电机与拖动基础（第三版）【M】.北京;清华大学出版社，2005.
