三相异步电动机能耗制动系统

《电机与拖动》课程设计三相异步电动机能耗制动系统Systemofthreephaseasynchronousmotorenergyconsumptionbraking学生姓名刘庆_学生学号20120501157学院名称信电工程学院专业名称电气工程及其自动化指导老师韩成春2015年1月22日《电机与拖动》课程设计说明书摘要本文介绍了基于三相异步电动机的制动方法——能耗制动。正常运行的电动机，切断电动机定子侧的三相交流电源，并将电动机的定子绕组任意两相出线端接到直流电源上，则直流电源将在定子内形成固定磁场，转子靠惯性旋转并切割此固定磁场，在转子绕组中产生感应电动势并形成感应电流，此电流与固定磁场相互作用，便产生电磁转矩，这个电磁转矩与转子转动方向相反，达到制动状态。转子动能消耗在转子电阻内，这个过程就是能耗制动。关键词三相异步电动机；能耗制动；直流电源；制动转矩；定子绕组《电机与拖动》课程设计说明书目录1、绪论..........................................................................................................................11.1课题研究背景..................................................................................................11.2课题研究意义..................................................................................................11.3课程设计的目的和任务..................................................................................12、三相异步电动机的结构和工作原理......................................................................22.1三相异步电动机的结构...................................................................................22.2三相异步电动机的工作原理...........................................................................22.2.2转差率...........................................................................................................33、三相异步电动机的能耗制动..................................................................................43.1三相异步电动机能耗制动的原理...................................................................43.2三相异步电动机能耗制动电路.......................................................................43.3能耗制动过程分析..........................................................................................64、三相异步电动机的选取和制动参数的计算..........................................................74.1三相异步电动机的型号...................................................................................74.3计算直流电压、电流以及串入电路的电阻值...............................................84.4制动时间的确定...............................................................................................9结论..............................................................................................................................10心得..............................................................................................................................11参考文献......................................................................................................................12附录..............................................................................................................................13附录1....................................................................................................................13附录2....................................................................................................................14致谢..............................................................................................................................15《电机与拖动》课程设计说明书11、绪论1.1课题研究背景异步电动机主要用作电动机，其功率范围从几瓦到上万千瓦，是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备和家用电器提供动力。例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等，大都采用三相异步电动机拖动；电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。异步电动机也可作为发电动机，用于风力发电厂和小型水电站等。三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子和转子构成，定子是静止不动的部分，转子是旋转部分，在定子与转子之间有一定的气隙。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点，被广泛应用于各个领域。1.2课题研究意义正是因为三相异步电动机的大量使用，一旦发生故障将造成生产和生活的巨大损失，所以三相异步电动机的的控制就显得极为重要。其中电动机的制动方面自然而然的就成为人们研究的热门课题。三相异步电动机的制动方法有很多种，本文将重点分析三相异步电动机的能耗制动方式。1.3课程设计的目的和任务（1）掌握电机相关的基础知识（2）学会将理论知识转化为实际操作的能力（3）掌握三相异步电动机能耗制动的的工作原理及方法（4）设计出能够应用与实际的电动机能耗制动的系统《电机与拖动》课程设计说明书22、三相异步电动机的结构和工作原理2.1三相异步电动机的结构定子由铁心、绕组与机座三部分组成。转子由铁心与绕组组成，转子绕组有鼠笼式和线绕式。鼠笼式转子是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成；线绕式转子绕组与定子绕组一样，由线圈组成绕组放入转子铁心槽里。鼠笼式与线绕式两种电动机虽然结构不一样，但工作原理是一样的。图2-1鼠笼式三相异步电动机图2-2绕线式三相异步电动机2.2三相异步电动机的工作原理2.2.1旋转磁场定子三相绕组通入三相交流电即可产生旋转磁场。当三相电流不断地随时间变化时，所建立的合成磁场也不断地在空间旋转，如下图所示。旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致，任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。图2-3三相异步电动机旋转磁场若定子每相绕组由P个线圈串联，绕组的始端之间互差360°/P，将形成P对磁极的旋转磁场。旋转磁场的转速（同步转速）可用下式表示：060=fnp式(2.1)《电机与拖动》课程设计说明书3定子旋转磁场旋转切割转子绕组，转子绕组产生感应电动势，其方向由“右手螺旋定则”确定。由于转子绕组自身闭合，便有电流流过，并假定电流方向与电动势方向相同，如下图：图2-4转子绕组的旋转方向转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下，产生电磁力，其方向由“左手螺旋定则”判断。该力对转轴形成转矩(称电磁转矩)，并可见，它的方向与定子旋转磁场(即电流相序)一致，于是，电动机在电磁转矩的驱动下，顺着旋转磁场的方向旋转，且一定有转子转速。有转速差是异步电动机旋转的必要条件，异步的名称也由此而来。电动机长期稳定运行时，电磁转矩T和机械负载转矩T2相等，即T=T2。由此可知，三相异步电动机的工作原理可以简述为：定子三相电压1U产生定子三相电流1I，三相电流通过定子三相绕组产生旋转磁场Φ，由于转子与旋转磁场存在着相对运动，在转子绕组中产生了感应电动势2E。由于转绕组是闭合的，因而产生了感应电流2I，2I与旋转磁场相互作用产生了电磁转矩T，从而使转子拖动生产机械以转速n运转。转差率旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度。用符号s表示，转差率的计算公式为：00-s=Nnnn式(2.2)在正常运行范围内，异步电动机的转差率很小，仅在0．01--0．06之间。《电机与拖动》课程设计说明书43、三相异步电动机的能耗制动三相电动机在切断电源后，由于惯性，总要经过一段时间才能完全停止。有时候，要求电机在断电后能迅速而又准确的停止运转，这就需要对电动机进行制动。制动方法大致可分机械制动和电气制动两类。常用的机械制动装置有电磁抱闸和电磁离合器两种。电气制方法有反接制动、能耗制动、回馈制动和电容制动等。能耗制动具有制动准确可靠、能耗少、制动转矩平滑、对电网及机械设备冲击小等优点，在各个领域有着广泛的应用。能耗制动消耗的能量较少，制动所需电流小。能耗制动的效果与通入定子绕组的电流的大小和电动机的转速有关，在转速一定时，直流电流越大，制动效果越好，所以能耗制动适合一些电动机容量较大的环境，要求制动平稳的场合。不足的地方是，在电机低速时制动力矩也随之减小，制动效果并不理想。3.1三相异步电动机能耗制动的原理能耗制动方法是将正常运行的电动机，切断电动机定子侧的三相交流电源，并将电动机的定子绕组任意两相出线端接到直流电源上，则直流电源将在定