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三相绕线式异步电动机的起动控制系统设计

2016-03-31 15:27:03 水阻柜网 阅读

绕线式三相异步电动机,转子回路中可以外串三相对称电阻,以增大电动机的启动转矩,启动结束后可以切除外串电阻,电动机的效率不受影响。它可用在重载和频繁启动的生产机械上。

1.设计要求

三相绕线式异步电动机的起动控制系统设计,学习和掌握三相异步电动机的启动特性,起动是指电动机从静止状态开始转动起来,直至最后达到稳定运行。对于任何一台电动机,在起动时,都有下列两个基本的指标要求:

(1)起动转矩要足够大

堵转状态时电动机刚接通电源,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T水阻柜网称为起动转矩。

堵转状态说明了电动机的直接起动能力。因为只有在T水阻柜网>T水阻柜网<一般要求T水阻柜网>(1.1~1.2)T水阻柜网,电动机才能起动起来。T水阻柜网大,电动机才能重载起动;T水阻柜网小,电动机只能轻载,甚至空载起动。所以只有T水阻柜网≧T水阻柜网时,电动机才能改变原来的静止状态,拖动生产机械运转。一般要求T水阻柜网>(1.1~1.2)T水阻柜网。T水阻柜网越大于T水阻柜网

起动过程所需要的时间就越短。      

(2)起动电流不要超过允许范围

对三相异步电动机来说,由于起动瞬间s=1,旋转磁场于转子之间的相对运动速度很大,转子电路的感应电动势及电流都很大,所以起动电流远大于额定电流。在电源容量与电动机的额定功率相比不是足够大时,会引起输电线路上电压的增加,造成供电电压的明显下降,不仅影响了同一供电系统中其他负载的工作,而且会延长电动机本身的起动时间。此外在起动过于频繁时,还会引起电动机过热。在这两种情况下,就必须设法减小起动电流。

2.方案设计

常见的三相绕线转子异步电动机的起动方法:

(1)转子回路串接频敏电阻器起动

对于单纯限制启动电流、增大启动转矩的绕线式异步电机,可采用转子串频敏变阻器启动。频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成,每一相的等效电路与变压器空载运行的等效电路一致。

(2)转子串电阻分级起动

一方面可以减小起动电流,另一方面可以增加最初起动转矩,当串入某一合适电阻时,还能使电动机以它的最大转矩T起动。当然,所串联的电阻超过一定数值后,最初起动转矩反而会减小。由于绕线异步电动机的转子串联合适的电阻,不但可以减少起动电流,而且可以增大起动转矩,因而,要求起动的转矩大或起动频繁的生产机械常用绕线型异步电动机。

3.单元电路设计、参数计算和器件选择

3.1单元电路设计

(1)转子回路串接频敏电阻器起动的电路设计

接触器触点K断开时,电机转子串入频敏变阻器启动。启动过程结束后,接触器触点K再闭合,切除频敏变阻器,电机进入正常运行。

 

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图3.1绕线式异步电动机转子串频敏变阻器启动


与一般变压器励磁阻抗不完全相同,励磁阻抗由励磁电阻与励磁电抗串联组成,用  水阻柜网 表示。主要表现 在以下两点:

1)频率为50Hz的电流通过时,阻抗  水阻柜网比一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中,即限制了启动电流,又不至于使启动电流过小而减少启动转矩。

2)频率为50Hz的电流通过时,水阻柜网  。因频敏变阻器中磁密取得较高,铁芯处于饱和状态,励磁电流较大,因此励磁电抗较小,启动转矩高。这样,转子回路功率因数提高了。

水阻柜网频敏变阻器在启动过程中始终保持较大电磁转矩。启动结束后,转子回路电流频率很低,              很小,近似为零,频敏变阻器自动不起作用。这时,可闭合接触器触点K来切除频敏变阻器。

 

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图3.2 转子串频敏变阻器的机械特性

1-固有机械特性  2-人为特性

(2) 转子串电阻分级起动

为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩,绕线式异步电动机看采用逐级切除转子起动电阻的分级启动。起动接线图和特性曲线如图8.13所示。

1) 接触器触点K1、K2、K3全断开,电动机定子接额定电压,转子每相串入全部电阻水阻柜网,电动机开始启动。启动点为机械特性曲线3上的a点,启动转矩 T<Tm。

2) 由于Ts1>TL (负载转矩)电动机加速到b点时,T=T2>TL,为了加速起动过程,接触器K3闭合,切除起动电阻R3,特性变为曲线1,因机械惯性,转速瞬时不变,工作点水平过渡到c点,使该点T=T1。


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3) 因Ts1>TL,转速沿曲线1继续上升,到d点时K2闭合,R2被切除,电动机运行点从d转变到特性曲线1上的e点。依次类推,直到切除全部电阻,电动机便沿着固有特性曲线3加速,经h点,最后稳定运行于j点(T=TL)。


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3.2参数计算

转子串电阻起动电阻的计算:

起动电阻的计算有两种方法:作图法和解析法。下面仅对解析法进行分析。为简

化计算,机械特性采用实用表达式简化后的近似表达式为    水阻柜网            

 

根据转子回路串电阻后的机械特性和近似表达式,在线性段有下列两个结论:

三相异步电动机各阻值电阻若干频敏电阻器

4.电路的工作原理

三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转,称为旋转磁场,转速的大小由电动机极数和电源频率而定。转子在磁场中相对定子有相对运动,切割磁杨,形成感应电动势。转子铜条是短路的,有感应电流产生。转子铜条有电流,在磁场中受到力的作用。转子就会旋转起来。第一:要有旋转磁场,第二:转子转动方向与旋转磁场方向相同,第三:转子转速必须小于同步转速,否则导体不会切割磁场,无感应电流产生,无转矩,电机就要停下来,停下后,速度减慢,由于有转速差,转子又开始转动,所以只要旋转磁场存在,转子总是落后同步转速在转动。

5.总结

采用频敏变阻器起动,具有起动平滑、操作简便、运行可靠、成本低廉等优点,因此在绕线式电动机中应用较广。

绕线式三相异步电动机转子回路串接电阻,一方面可以减小起动电流,另一方面可以增加最初起动转矩,当串入某一合适电阻时,还能使电动机以它的最大转矩T起动。

总之,转子回路串三相对称可变电阻起动,这种方法既可限制起动电流,又可增大起动转矩,串接电阻值取得适当,还可使起动转矩接近最大转矩起动,适当增大串接电阻的功率,使起动电阻兼作调速电阻,一物两用,适用于要求起动转矩大,并有调速要求的负载。缺点:多级调速控制电路较复杂,电阻耗能大。

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