《電機(jī)與拖動(dòng)》課程設(shè)計(jì)——繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)

電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)摘要進(jìn)一少鞏固和加深“電機(jī)與拖動(dòng)”課程的基本知識(shí)，了解繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)知識(shí)在工程實(shí)際中的應(yīng)用。綜合運(yùn)用“電機(jī)與拖動(dòng)”課程和等候課程的理論及生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題，進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。通過(guò)計(jì)算和繪圖，學(xué)會(huì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)資料等，培養(yǎng)電機(jī)設(shè)計(jì)的基本技能。掌握繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的原理與步驟；培養(yǎng)獨(dú)立的思維和動(dòng)手能力。一、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)原理本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。為了理解這一課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，首先必須了解一些與之相關(guān)的內(nèi)容。三相異步電動(dòng)機(jī)的定義：旋轉(zhuǎn)電機(jī)都是利用電與磁的互相轉(zhuǎn)化和互相作用制成的。三相異步電動(dòng)機(jī)則是利用三相電流通過(guò)三相繞組產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理：為了能形象的說(shuō)明問(wèn)題，將定子三相繞組通入三相電流后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)用一對(duì)旋轉(zhuǎn)的磁極來(lái)表示，它以同步轉(zhuǎn)速n0順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。于是，轉(zhuǎn)子繞組切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它的方向可用右手定則來(lái)確定。在N極下，穿出紙面，在S極下，進(jìn)入紙面。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，在交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用下，其中就有交變的感應(yīng)電流流動(dòng)。各導(dǎo)體中的感應(yīng)電流的有功分量和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同相，兩者的方向一致。根據(jù)安培定律，導(dǎo)體中電流的有功分量和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)互相作用而產(chǎn)生電磁力F，它們的方向按照左手定則來(lái)決定。電磁力將對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。至于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中電流的無(wú)功分量，因滯后感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)90，根據(jù)左手定則，這時(shí)電磁力F的作用彼此抵消，不會(huì)構(gòu)成電磁轉(zhuǎn)矩。由于轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組才會(huì)切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是小于同步轉(zhuǎn)速，兩者不可能相等，故稱為異步電動(dòng)機(jī)，又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。二、異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1定子（靜止部分）1）定子鐵心作用：電機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。構(gòu)造：定子鐵心一般由0.350.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組.定子鐵心槽型有以下幾種：半閉口型槽：電動(dòng)機(jī)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(jī)中。半開(kāi)口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機(jī)。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過(guò)絕緣處理后再放入槽內(nèi)。開(kāi)口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機(jī)中。2）定子繞組作用：是電動(dòng)機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。構(gòu)造：由三個(gè)在空間互隔120電角度、隊(duì)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(gè)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(xiàng)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(duì)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。電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)的接線：電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個(gè)線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號(hào)為1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號(hào)為6（W2）、4（U2）、5（V2），.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時(shí)均應(yīng)按這個(gè)序號(hào)排列。3）機(jī)座作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用構(gòu)造：機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動(dòng)機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩端端蓋開(kāi)有通風(fēng)孔，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對(duì)流，以利于散熱。2轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）1）轉(zhuǎn)子鐵心作用：作為電機(jī)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(lái)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(lái)沖制轉(zhuǎn)子鐵心，定子和轉(zhuǎn)子鐵心沖片如圖所示。一般小型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動(dòng)機(jī)（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）轉(zhuǎn)子繞組作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)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(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動(dòng)機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對(duì)于100KW以上的電動(dòng)機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。如圖所示。（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(gè)對(duì)稱的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路聯(lián)接。如圖所示。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動(dòng)機(jī)廣泛。但通過(guò)集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動(dòng)機(jī)的起、制動(dòng)性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車、電梯、空氣壓縮機(jī)等上面采用。3）其它附件1、端蓋：支撐作用。2、軸承：連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分。3、軸承端蓋：保護(hù)軸承。4、風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機(jī)。3銘牌（如圖所示）1）型號(hào) Y112M4Y異步電動(dòng)機(jī)112中心高度（毫米）M機(jī)座類別（L長(zhǎng)機(jī)座、M中機(jī)座、S短機(jī)座）4磁極數(shù)2）額定功率PN指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，瓦或千瓦。UN1、IN1、hN、cosjN分別為電動(dòng)機(jī)額定的線電壓、線電流、效率、功率因數(shù)。3）額定電壓UN1指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)定子繞組所加的線電壓，單位為V或KV。4）額定電流IN1指電動(dòng)機(jī)加額定電壓、輸出額定功率時(shí)，流入定子繞組中的線電流，單位為A。5）額定轉(zhuǎn)速nN指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min.6）額定頻率fN規(guī)定工頻為50HZ。7）額定功率因數(shù)cosjN指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)定子邊的功率因數(shù)。8）接法指電動(dòng)機(jī)定子三相繞組與交流電源的聯(lián)接方法。9）防護(hù)等級(jí)指電動(dòng)機(jī)外殼防護(hù)的型式三相異步電動(dòng)機(jī)包括：鼠籠型和繞線型。繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣也是三相繞組，都采用星形聯(lián)結(jié)。它的三個(gè)首端分別與轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)彼此絕緣的銅質(zhì)滑環(huán)相連接。每個(gè)滑環(huán)上都用彈簧壓著一個(gè)固定不動(dòng)的電刷，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滑環(huán)與電刷之間保持滑動(dòng)接觸。轉(zhuǎn)子繞組的三個(gè)首端通過(guò)電刷引到接線盒中，以便在轉(zhuǎn)子電路中串入附加電阻，改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能。 起動(dòng)的定義：起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，直至最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。起動(dòng)要求：（1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大。只有Tst>TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能改變?cè)瓉?lái)的靜止?fàn)顟B(tài)，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。一般要求Tst(1.11.2)TL。Tst越大于TL，起動(dòng)過(guò)程所需要的時(shí)間就越短。（2）起動(dòng)電流不要超過(guò)允許范圍。對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于起動(dòng)瞬間s=1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度很大，轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流都很大，所以起動(dòng)電流遠(yuǎn)大于額定電流。在電源容量與電動(dòng)機(jī)的額定功率相比不是足夠大時(shí)，會(huì)引起輸電線路上電壓降的增加，造成供電電壓的明顯下降，不僅影響了同一供電系統(tǒng)中其他負(fù)載的工作，而且會(huì)延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)本身的起動(dòng)時(shí)間。此外在起動(dòng)過(guò)于頻繁時(shí)，還會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。在這兩種情況下，就必須設(shè)法減小起動(dòng)電流。下面來(lái)完整地?cái)⑹隼@線型異步電動(dòng)機(jī)串電阻起動(dòng)：為了使整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中盡量保持較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩且減小起動(dòng)電流，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的繞線型異步電動(dòng)機(jī)可以采用逐級(jí)切除起動(dòng)電阻的轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)。容量較小的三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)可采用轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)起動(dòng)變阻器的方法起動(dòng)。起動(dòng)變阻器通過(guò)手柄接成星形。起動(dòng)前先把起動(dòng)變阻器調(diào)到最大值，再合上電源開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動(dòng)變阻器的電阻，直至全部切除，使轉(zhuǎn)子繞組短接。 容量較小的繞線型異步電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過(guò)程中都有較大 的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流。一、 轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng) 圖1 圖2圖1，圖2所示為繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)的接線圖與機(jī)械特性，起動(dòng)過(guò)程如下：1、接觸器觸點(diǎn)K1，K2，K3斷開(kāi)，繞線型異步電動(dòng)機(jī)定子接額定電壓，轉(zhuǎn)子每相電路串入起動(dòng)電阻Rst1,Rst2,Rst3,加上轉(zhuǎn)子每相繞組自身的電阻r2，轉(zhuǎn)子每相電路總電阻為R3=r2+Rst1+Rst2+Rst3。電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，起點(diǎn)為機(jī)械特性曲線3上的a點(diǎn)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1TM。2、轉(zhuǎn)速上升工作點(diǎn)由a點(diǎn)到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩T2為了加大電磁轉(zhuǎn)矩加速起動(dòng)過(guò)程，接觸器觸點(diǎn)K3閉合，切除起動(dòng)電阻Rst3。轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻為R2=r2+Rst1+Rst2，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變?yōu)樘匦?。忽略異步電動(dòng)機(jī)的電磁慣性，只計(jì)拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械慣性，由于切除瞬間轉(zhuǎn)速來(lái)不及改變，則電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)從b變到機(jī)械特性曲線2上的c點(diǎn)，該點(diǎn)上電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T=T1。3、轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，工作點(diǎn)沿特性2由c到d點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩T等于切換轉(zhuǎn)矩T2。接觸器觸點(diǎn)K2閉合，切除起動(dòng)電阻Rst2，此時(shí)轉(zhuǎn)子每相電路的總電阻R2=r2+Rst1。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)從d平行移到機(jī)械特性曲線1上的e點(diǎn)，該點(diǎn)上的電磁轉(zhuǎn)矩T=T1。轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，工作點(diǎn)沿特性1由e點(diǎn)移動(dòng)到f點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩T等于T2，接觸器觸點(diǎn)K1閉合，切除起動(dòng)電阻Rst1，此時(shí)轉(zhuǎn)子每相電路總電阻R1=r2，運(yùn)行點(diǎn)從f變?yōu)楣逃袡C(jī)械特性曲線上的g點(diǎn)，該點(diǎn)上T=T1。4、轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，工作點(diǎn)沿特性0由g點(diǎn)向h點(diǎn)移動(dòng)，經(jīng)過(guò)h點(diǎn)，最后穩(wěn)定運(yùn)行在j點(diǎn)，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。上述起動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子回路外串電阻分三級(jí)切除，故稱為三級(jí)起動(dòng)T1為最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，T2為最小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩或切換轉(zhuǎn)矩。二、作圖法計(jì)算起動(dòng)電阻轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)需要定量計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻的大小，由于三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性不是直線，準(zhǔn)確計(jì)算將會(huì)很麻煩。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常把異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性近似看成直線，這對(duì)在0<s<sm范圍的機(jī)械特性來(lái)說(shuō)，誤差不算太大，而s>sm范圍，沒(méi)有運(yùn)行點(diǎn)，不需要考慮。作圖法計(jì)算起動(dòng)電阻首先應(yīng)作出分級(jí)起動(dòng)的機(jī)械特性，然后根據(jù)作圖的結(jié)果，計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻。當(dāng)起動(dòng)級(jí)數(shù)確定時(shí)，例如m=6，起動(dòng)機(jī)械特性作圖步驟如下：（1） 先畫固有機(jī)械特性。固有機(jī)械特性為過(guò)理想空載運(yùn)行點(diǎn)和額定工作點(diǎn)的直線。理想空載運(yùn)行點(diǎn)：T=0,n=n1；額定工作點(diǎn)：nN已知，TN=11.55。（2） 確定最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1及切換轉(zhuǎn)矩T2。考慮電源電壓可能向下波動(dòng)，取T1（0.70.8）TM；切換轉(zhuǎn)矩T2(1.31.6)TL。（3） 作第一級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性。根據(jù)T1，確定起動(dòng)點(diǎn)a(sa=1,Ta=T1)。過(guò)a點(diǎn)與理想空載運(yùn)行點(diǎn)畫直線，即為第一級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性曲線3。（4） 作第二級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性。根據(jù)T2，確定第一級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性上的切換點(diǎn)b，從b點(diǎn)平行右移找出第二級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性上的c點(diǎn)(sc=s2,Tc=T1)。過(guò)c點(diǎn)及理想空載點(diǎn)畫直線，即為第二級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性曲線2。（5） 作第三級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性。第二級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性上的T=T2的點(diǎn)為切換點(diǎn)d，從d平行右移找到第三級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性上的e點(diǎn)(se=s1,Te=T1)。過(guò)e點(diǎn)及理想空載點(diǎn)的直線為第三級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性曲線1。（6） 完成作圖。第三級(jí)起動(dòng)機(jī)械特性上T=T2的點(diǎn)為切換點(diǎn)f。三級(jí)起動(dòng)時(shí)，從f點(diǎn)平行右移找出g點(diǎn)(ng=gf,Tg=T1)。若g點(diǎn)也為固有機(jī)械特性上的點(diǎn)，即g點(diǎn)為三直線焦點(diǎn)時(shí)，則作圖正確，完成了作圖。若g點(diǎn)不在固有機(jī)械特性上，則作圖不正確，需要修改T1或T2大小，重新作圖，直到正確為止。 根據(jù)正確作圖結(jié)果，可以計(jì)算各級(jí)起動(dòng)電阻值。為此，先看一個(gè)比例關(guān)系。機(jī)械特性線性化后，方程式為T=s轉(zhuǎn)子回路串入不同的電阻后，若T=常數(shù)，則有s sM (r2+R)其中r2+R為轉(zhuǎn)子回路總電阻?；蛘呖梢詫憺?常數(shù)利用上面這個(gè)比例關(guān)系，根據(jù)作圖結(jié)果，可以推導(dǎo)出各級(jí)起動(dòng)電阻的如下計(jì)算方法。圖1中，T=T1不變，轉(zhuǎn)子回路串入不同電阻值時(shí)，則有=令R1=r2+Rst1，R2=r2+Rst1+Rst2，R3=r2+Rst1+Rst2+Rst3，則有=即R1=r2R2=r2R3=r2各級(jí)起動(dòng)電阻則為Rst1=R1-r2=(-)r2=r2Rst2=R2-R1=r2=r2Rst3=R3-R2=r2=r2其中，轉(zhuǎn)子繞組是Y接法，每相電阻按下式計(jì)算：r2z2s=式中U2N為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（線值），由電動(dòng)機(jī)銘牌或產(chǎn)品目錄給出；I2N為轉(zhuǎn)子額定線電流，由銘牌或產(chǎn)品目錄給出；z2s=r2+jx2s=r2+jsNx2，為額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子實(shí)際阻抗，sN<<1,r2>>sNx2。三、解析法計(jì)算起動(dòng)電阻（一） 起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)起動(dòng)電阻的計(jì)算1、 選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1和切換轉(zhuǎn)矩T2一般選擇T1=(0.80.9)TM T2=(1.11.2)TL 2、求出起切轉(zhuǎn)矩比= 3、求出起切級(jí)數(shù)m，利用圖1所示起動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械特性，根據(jù)幾何關(guān)系推導(dǎo)起動(dòng)級(jí)數(shù)m的計(jì)算公如下：由特性0與水平虛線構(gòu)成直角三角形求出= =式中ng和nh是工作在g和h點(diǎn)的轉(zhuǎn)速，nM0是TM和特性0交點(diǎn)上的轉(zhuǎn)速（臨界轉(zhuǎn)速）。sg、sh、sM0是與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率。同理可以求得=由于sc=sb對(duì)應(yīng)兩式相除，并參照式SM=可得=由于se=sd，對(duì)應(yīng)兩式相除可得=由于sg=sf，對(duì)應(yīng)兩式相除可得=可見(jiàn)R3=R2R2=R1R1=R0所以R3=R2=2R1=3R0若是m級(jí)起動(dòng)則Rm=mR0=m r2式中Rm=r2+Rst1+Rst2+ +Rstm因此=由前面的分析還可以得到=sg=sa=1=若是m級(jí)起動(dòng)則sg=此外在固有特性0上工作時(shí)=sg=sN將這些關(guān)系代入公式可得= 兩邊取對(duì)數(shù)便得到起動(dòng)級(jí)數(shù)m的計(jì)算公式m 若m不是整數(shù)，可取相近整數(shù)4、重新計(jì)算，檢驗(yàn)T2是否在規(guī)定范圍之內(nèi)。若m是取相近整數(shù)，則需重新由式計(jì)算，并由式求出T2，檢驗(yàn)T2是否在式所規(guī)定的范圍之內(nèi)。若不在范圍之內(nèi)，需加大起動(dòng)級(jí)數(shù)m，重新計(jì)算和T2，直到T2滿足要求的值。5、求出轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻r2轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻可以通過(guò)實(shí)測(cè)或者通過(guò)銘牌上提供的轉(zhuǎn)子繞組額定線電壓（開(kāi)路時(shí)的線電壓）U2N和轉(zhuǎn)子繞組的額定線電流（滿載時(shí)的線電流）I2N進(jìn)行計(jì)算。由于轉(zhuǎn)子繞組為星形聯(lián)結(jié)，相電流等于線電流。因此，在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)I2N=由于sN很小，sNX2可以忽略不計(jì)，則I2N=由此求得r2的計(jì)算公式為 r2= 6、計(jì)算各級(jí)總電阻R0r2R1r2R2=R1=2r2R3=2R2=3r2Rm=Rm-1=mr27、求出各級(jí)起動(dòng)電阻Rst1= R1- r2Rst2= R2- R1Rst3= R3- R2Rstm=Rm-Rm-1（二） 起動(dòng)級(jí)數(shù)已定時(shí)，起動(dòng)電阻的計(jì)算1、 按式選擇T1。2、 按式求出。3、 按式求出T2，并檢驗(yàn)T2，T2是否在規(guī)定范圍內(nèi)，否則加大起動(dòng)級(jí)數(shù)m，重新計(jì)算，直到T2符合要求為止。4、 按式求出r2。5、 用最后確定的和m按求出各級(jí)總電阻。6、 用求出各級(jí)起動(dòng)電阻。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容某廠一臺(tái)JR41-4型三相繞線線型異步電動(dòng)機(jī)，用其拖動(dòng)某生產(chǎn)機(jī)械，參數(shù)如下：PN=40 KWnN=1432 r/minU2N=297VI2N=88Aamt=2.6欲采用轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：TL=200m，起動(dòng)級(jí)數(shù)m=3。試設(shè)計(jì)各級(jí)起動(dòng)電阻按如上原理進(jìn)行計(jì)算：解：（1）選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TN= Nm=266.88 NmTM=MTTN=2.6266.88 Nm=693 .89 NmT1=(0.80.9)TM=(0.80.9)693.89 Nm=(555.11624.50) Nm取T1=596 Nm（2）求出起切轉(zhuǎn)矩比sN=0.0453=2.146（3）求出切換轉(zhuǎn)矩T2T2= Nm=277.73 Nm由于T2>1.1TL，所以所選m和合適。（4）求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻r2=0.0884 （5）求出各級(jí)總電阻R1=r2=2.1460.0884 =0.190R2=R1=2.1460.190 =0.408 R3=R2=2.1460.408 =0.876 （6）求出各級(jí)起動(dòng)電阻Rst1= R1- r2=(0.190-0.0884) =0.102 Rst2= R2- R1=(0.408-0.190) =0.218 Rst3= R3- R2=(0.876-0.408) =0.468 四、設(shè)計(jì)結(jié)論通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使我進(jìn)一步理解了繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)的起動(dòng)過(guò)程及起動(dòng)電阻的計(jì)算方法。容量較小的三相繞組型異步電動(dòng)機(jī)可采用轉(zhuǎn)子電路串起動(dòng)變阻器的方法起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸減小起動(dòng)變阻器的電阻直到全部切除，使轉(zhuǎn)子繞組短接。容量較大的繞組型異步電動(dòng)機(jī)一般采用分級(jí)起動(dòng)的方法以保證起動(dòng)過(guò)程中有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的起動(dòng)電流。起動(dòng)電阻可通過(guò)畫圖法和解析法求出。繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)不僅能在轉(zhuǎn)子回路串入電阻以減小起動(dòng)電流增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，還可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速。因此，廣泛地應(yīng)用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大或起動(dòng)頻繁的生產(chǎn)機(jī)械（如起重吊機(jī)和卷?yè)P(yáng)機(jī)等）上。但他的結(jié)構(gòu)比籠型異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，造價(jià)高，效率也稍低。在起動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)切除電阻時(shí)，轉(zhuǎn)矩突然增大，會(huì)在機(jī)械部件上產(chǎn)生沖擊。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，轉(zhuǎn)子電流很大，起動(dòng)設(shè)備也將變的龐大，操作和維修工作量大，為了克服這些缺點(diǎn)，目前多采用頻敏變阻器作為起動(dòng)電阻。五、體會(huì)這次是我第一次做課程設(shè)計(jì)，剛開(kāi)始我們都認(rèn)為很簡(jiǎn)單，現(xiàn)在看來(lái)這不是件容易的事情，我們要在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)熟練的運(yùn)用知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)要真正的理解知識(shí)點(diǎn)，不能模棱兩可，還要善于總結(jié)，才能做好課程設(shè)計(jì)。作為一名大二的自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，我認(rèn)為做這樣的設(shè)計(jì)是非常必要的，因?yàn)樗鼰o(wú)論對(duì)我們的理論知識(shí)還是動(dòng)手操作能力都是一個(gè)鍛煉，對(duì)我們今后的發(fā)展是很有幫助的。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中我收集了大量資料，為這次設(shè)計(jì)做出了充分的準(zhǔn)備。通過(guò)這次設(shè)計(jì)我對(duì)繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)有了更深刻的理解，還從知識(shí)的海洋里發(fā)掘了許多以前不曾學(xué)過(guò)的內(nèi)容，對(duì)本門課程進(jìn)行了補(bǔ)充和擴(kuò)展。與此同時(shí)，我的獨(dú)立思考能力也得到了相應(yīng)的提高，我的打字速度也加快了，學(xué)會(huì)了很多計(jì)算機(jī)方面的技能，使我在疲憊的同時(shí)，獲得了以前從沒(méi)有過(guò)的收獲和快樂(lè)。通過(guò)一周的努力終于結(jié)束我的第一次課程設(shè)計(jì)，在奮斗的過(guò)程中我體會(huì)到了成功背后的艱辛和困難，也讓我感到了生活的充實(shí)和學(xué)習(xí)的快樂(lè)，以及獲得知識(shí)的滿足。我希望以后能多有這樣的機(jī)會(huì)做課程設(shè)計(jì)，使我在熟悉課本知識(shí)的同時(shí)提高工作效率，培養(yǎng)自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)自己成為一個(gè)全面發(fā)展的高級(jí)應(yīng)用型人才。六、致謝 我的本次電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)是在孟慶春、王繼強(qiáng)、王巍三位老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的。他們嚴(yán)肅認(rèn)真,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染著我。在完成課題的過(guò)程中，老師們始終如一的給予了我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。他們一絲不茍的工作作風(fēng)是我學(xué)習(xí)工作的榜樣，他們循循善誘的教導(dǎo)給予我很多新的構(gòu)想。在此向老師們致以誠(chéng)摯的謝意。謝謝七、參考文獻(xiàn)電機(jī)與傳動(dòng) 高等教育出版社 唐介 主編電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 顧繩谷 主編電力拖動(dòng)原理 華中工學(xué)院出版社 李浚源 主編電機(jī)與電氣控制 機(jī)械工業(yè)出版社 譚維瑜 主編電力拖動(dòng)基礎(chǔ) 冶金工業(yè)出版 任興權(quán) 主編電機(jī)學(xué) 浙江大學(xué)出版社 王東 主編電工使用手冊(cè) 中國(guó)電力出版社 秦曾發(fā) 主編課程設(shè)計(jì)名稱：電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)題 目：繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟 動(dòng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程與自動(dòng)化（自動(dòng)化）班 級(jí)： 自動(dòng)化06-2姓 名： 王園園 學(xué) 號(hào)： 0605010221遼寧工程技術(shù)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué) 期第四學(xué)期姓 名王園園專 業(yè)電氣工程與自動(dòng)化（自動(dòng)化）班 級(jí)自動(dòng)化06-2課程名稱電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)論文題目繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)評(píng) 定 標(biāo) 準(zhǔn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)分值得分知識(shí)創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15書(shū)寫規(guī)范性10工作量10總成績(jī)100評(píng)語(yǔ)：任課教師王繼強(qiáng)時(shí) 間2008年7月3日備 注課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一 設(shè)計(jì)題目繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)設(shè)計(jì)二 設(shè)計(jì)任務(wù)RL=0.076 某廠一臺(tái)JR71-4型三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)，用其拖動(dòng)某生產(chǎn)機(jī)械，參數(shù)如下：,，.欲采用轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：，起動(dòng)級(jí)數(shù)m=3。要求：試設(shè)計(jì)各級(jí)起動(dòng)電阻。三 設(shè)計(jì)計(jì)劃電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)共計(jì)1周內(nèi)完成。第12天查資料，熟悉題目；第35天方案分析，具體按步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)及整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；第6天準(zhǔn)備答辯；第7天答辯。四 設(shè)計(jì)要求1設(shè)計(jì)工作量為按要求完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；2設(shè)計(jì)必須根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃按期完成；3設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)必須經(jīng)指導(dǎo)老師審查簽字方可答辯。指 導(dǎo) 教師：孟慶春 王繼強(qiáng) 王巍教研室主任：孟慶春 時(shí) 間：2008 年 7 月 3日目錄一、異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1二、異步電動(dòng)機(jī)的工作原理5三、異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)指標(biāo)6四、異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程10五、起動(dòng)級(jí)數(shù)未定時(shí)啟動(dòng)電阻的計(jì)算14六、起動(dòng)級(jí)數(shù)已定時(shí)，啟動(dòng)電阻的計(jì)算15七、結(jié)論八、設(shè)計(jì)體會(huì)16九、致謝17十、參考文獻(xiàn)18 27