设计三相异步电动机的能耗制动控制系统

课程设计I淮阴工学院课程设计说明书作者:成志超学号：1121106105学院:机械工程学院专业:机械电子专业题目:三相异步电动机能耗制动系统设计指导者：高荣殷永华课程设计II目录1绪论.............................................................................................................................................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.............................................................................................22.3三相异步电动机制动方式.................................................................................................33三相异步电动机的能耗制动方式.............................................................................................63.1能耗制动的原理.................................................................................................................63.2能耗制动的设计.................................................................................................................63.3能耗制动的分析.................................................................................................................7结论...............................................................................................................................................10心得...............................................................................................................................................11参考文献.......................................................................................................................................12课程设计11绪论三相异步电机转子结构有笼型和绕线式两种。定子由定子铁芯，定子绕组和机座三部分构成。定子铁芯的作用作为电机磁路的一部分和嵌放定子绕组。铁芯一般采用导磁性良好，比损耗小的0.5mm厚的低硅钢片叠成。定子绕组是电机的电路，其作用是感应电动势，流过电流。定子绕组在槽内部分与铁芯间绝缘。转子由铁芯，转子绕组和转轴构成。转子铁芯是电机磁路的一部分，一般由0.5mm硅钢片冲制后叠压而成。转轴起支撑转子铁芯和输出机械转矩的作用。转子绕组有笼型和绕线式。本次设计主要用到笼型，重点介绍下笼型。在转子铁芯均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁芯两端放置两个端环，分别把所有伸出槽外部分与端环连接起来。如果去掉铁芯剩下的绕组就像一个松鼠笼子。三相异步电机之所以得到广泛应用，主要由于它结构简单，运行可靠，制造容易，价格低廉，兼顾耐用，而且有较高的效率和相当好的的工作特性。但是尚不能较大范围内平滑调速以及它必须从电网吸收之后的无功功率。在交流电力拖动系统中,异步电动机既可运行于电动状态,又可运行于电磁制动状态,随生产机械的不同要求而定。三相异步电动机的能耗制动,是通过将运行在电动状态的异步电机的定子脱离交流电源时,立即在定子两相绕组通入直流励磁电流的方法,使定子产生静止磁场的。当转子由于惯性仍在旋转时,其导体切割此磁场便感应电流并产生与转子转向相反的电磁制动转矩而实现制动。它广泛用于矿井提升及起重运输等生产机械上。课程设计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2.1.2磁路部分定子铁心（由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈）；转子铁心（用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来放置转子绕组（绕线形的）或铸铝的铝条）。2.1.3电路部分定子绕组（三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。）转子绕组（有绕线形和鼠笼形）。2.1.4机械部机座、端盖、轴和轴承等等分。2.2三相异步电动机的工作原理作电动机运行的三相异步电机，三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调课程设计3节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。分类：单层与双层单层绕组就是在每个定子槽内只嵌置一个线圈有效边的绕组，因而它的线圈总数只有电机总槽数的一半。单层绕组的优点是绕组线圈数少工艺比较简单；没有层间绝缘故槽的利用率提高；单层结构不会发生相间击穿故障等。缺点则是绕组产生的电磁波形不够理想，电机的铁损和噪音都较大且起动性能也稍差，故单层绕组一般只用于小容量异步电动机中。单层绕组按照其线圈的形状和端接部分排列布置的不同，可分为链式绕组、交叉链式绕组、同心式绕组和交叉式同心绕组等几种绕组形式。单层同心绕组和交叉同心式绕组的优点为绕组的绕线、嵌线较为简单，缺点则为线圈端部过长耗用导线过多。现除偶有用在小容量2极、4极电动机中以外，目前已很少采用这种绕组形式。2.3三相异步电动机制动方式三相异步电动机制动的方式有：1）能耗制动能耗制动方法是将正常运行的电动机．突然从电源上切断，并将电动机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戚固定磁场．转子靠惯性旋转并切割此固定磁场，在转子绕组中感生电动势和转子电流，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课程设计4电阻内，这个过程就是电动机能耗制动过程。2）反接制动倒拉反接制动。起重机在吊物时，如果重物鞍重．电动机不但吊不起来．重物反而使电动机转速降低．甚至转速为零或倒转．边就是倒拉反接制动状态。电动机拖动重物上升．电动机是处于电动运行状态。电源反接制动。为了使正常运行的电动机快速停车或反转．其要改接三相电源的相序即可．也就是将电动机弓f出的三相引出线任意调换两个引出线位置再接到电源上．则使电动机定子旋转磁场反转．使转子电动势和电流反向流动．^^而产生与转向相反的自动转矩。3）回馈制动回馈制动也叫再生发电制动。起重机下放重物时的回馈制动原理图如图3所示。当起重机下放重物时。如果重物很重，转子转速超过电动机的同步转速时(即s0)，则转子绕组感应电动势和电流的方向改变，这时电磁转矩方向也改变，并与转子转向方向相反．起到制动作用，限制重物下降的速度。课程设计5能耗制动就是在切断三相电源的同时，接到直流电源上（如图2.1所示），使直流电流通入定子绕组。理论物理告诉我们，直流电流的磁场是固定不动的，而转子由于惯性继续在原方向转动，根据右手定则和左手定则不难确定这里的转子电流与固定磁场相互作用产生的转矩的方向。实事上，此时转矩的方向恰好与电动机转动的方向相反，因而起到了制动的作用。理论和实验证明，制动转矩的大小与直流电流的大小有关。直流电流的大小一般为电动机额定电流的0.5～1倍。这种制动能量消耗小，制动平稳，但需要直流电源。在有些机床中采用这种制动方法。由于受制动电动机电流的影响，直流电流的大小受到限制，别是在工作环境相对恶劣、三相电动机功率又相对较大的情况下，实施能耗制动有一的困难。要使用能耗制动关键是要选配好直流电源且注意直流电源开关的使用技术，切忌误操作，切忌接线错误。在直流能耗制动中直流电动机的电源，一般来自于交流电路，并通过整流获得，随着大功率整流集成电路的应图2.1能耗制动接线图用与发展，电路电流的整流往往由二极管整流向大功率集成电路稳压、整流方向发展。因此，选择好功率匹配、电流适中，满足能耗制动需求电路的设计，是解决问题的关键。当电动机用于起重设备，特别是机械加工车间的吊装、移位、运行时，应用直流电机反转达到制动目的，因为利用这种方法，一方面稳定性能好，由线路均匀自动输出直流电压，控制直流反转电动机，得到稳定的纯线性直流电压，实现电动机反转，制动交流电机。RI-+课程设计63三相异步电动机的能耗制动方式3.1能耗制动的原理切断电动机的三相交流电源后，立即在定子绕组中通入一个直流电源，以产生一个恒定的磁场，而因惯性旋转的转子绕组则切割磁力线产生感应电流，继而产生与惯性转动方向相反的电磁转矩，对转子起到制动作用。当电动机转速降至零时，再切除直流电源。这种消耗转子的机械能，并将其转化成电能，从而产生制动力的制动方法，称为能耗制动法。3.2能耗制动的设计3.2.1实验物品1、二极管4个2、三相异步电动机1台3、熔断器7个4、交流接触器2个5、热继电器1个6、按钮2个7、滑线变阻器1个8、万用表1快9、直流电源1个10、接线端子板1组11、电工工具1套12、导线若干