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机电一体化论文:三相异步电动机的起动与保护
1 三相交流异步电动机
三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的 HYPERLINK /view/3812837.htm \t _blank 电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。定子绕组通过三相交流电源后,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。三相异步电动机实物图如图1-1所示。
图1-1 三相异步电动机
1.1 三相交流异步电动机-基本结构
异步电动机是由定子(固定部分)和转子(转动部分)两个基本部分组成,它们之间由气隙分开。异步电动机分为鼠笼式电动机和绕线式电动机两种。
1.1.1 定子结构
⑴、机座:用铸铁或铸钢制成的,起支撑作用。
⑵、定子铁芯:是由内圆周表面均匀冲有槽孔的圆环形硅钢片叠压而成的圆筒,因而,在铁芯内圆周上形成了均匀分布的轴向线槽,用来放置定子绕组。
⑶、定子绕组:
用带有绝缘包皮的导线(如漆包铜线等)绕成匝数相同的线圈,再分三组按一定的规律将线圈对称放置在定子铁芯的轴向线槽内,其中每一组称为一相绕组,这就成为三相对称绕组U1U2,V1V2,W1W2。根据电源的线电压和每相绕组的额定电压,定子绕组可接成Y形或△形。
定子的作用:产生旋转磁场,并从电网吸收电能。
1.1.2 转子结构
⑴、转轴
⑵、转子铁芯:是由外圆周表面冲有槽的硅钢片叠成的圆柱体,装在转轴上
⑶、转子绕组:放置在转子铁芯槽内,有两种形式:鼠笼式,绕线式
①鼠笼式转子
在转子铁芯的每个槽中放一根铜条,在铁芯两端槽口处,用两个导电的铜环分别把所有槽里的铜条短接成一个回路,抽掉铁芯,形状像“鼠笼”。这种转子绕组回路不能外接电阻,起动及调速性能较差。
②绕线式转子
与定子绕组相似,是对称的星形(Y)连接的三相绕组,三根端线接到装在转轴上的三个彼此绝缘的滑环上,通过一组电刷与外电阻相连接。这种转子绕组中可以串联外接起动电阻或调速电阻,从而改善起动及调速性能,所以绕线式异步电动机适用于要求具有较大启动转矩的有一定调速范围的场合。
转子的作用:产生电磁转矩,并输出机械能。
1.2 三相交流异步电动机-工作原理
三相异步电动机转动的基本工作原理是: (1) 三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。(2) 转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流;(3) 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用,从而形成电磁转距,驱使电动机转子转动。
2 三相异步电机的典型启动方式
2.1 直接启动
直接启动就是用闸刀开关或接触器把电机直接接到具有额定电压的电源上。在变压器容量允许的情况下,鼠笼式异步电动机应该尽可能采用全电压直接起动,既可以提高控制线路的可靠性,又可以减少电器的维修工作量。电动机单向起动控制线路常用于只需要单方向运转的小功率电动机的控制。例如小型通风机、水泵以及皮带运输机等机械设备。图2-1是电动机单向起动控制线路的电气原理图。这是一种最常用、最简单的控制线路,能实现对电动机的起动、停止的自动控制、远距离控制、频繁操作等。
图2-1 电动机单向起动控制线路的电气原理图
直接启动方法主要受电网配电变压器的容量限制,过大启动电流可能会使电压下降,影响在同一电网上其他设备的正常运行。一般异步电机的功率小于7.5千瓦时允许直接启动,对于更大容量的电机能否使用要视配电变压器的容量和各地电网部门而定。
2.2 降压启动
鼠笼式异步电动机采用全压直接起动时,控制线路简单,维修工作量较少。但是,并不是所有异步电动机在任何情况下都可以采用全压起动。这是因为异步电动机的全压起动电流一般可达额定电流的4-7倍。过大的起动电流会降低电动机寿命,致使变压器二次电压大幅度下降,减少电动机本身的起动转矩,甚至使电动机根本无法起动,还要影响同一供电网路中其它设备的正常工作。
2.2.1 Y—△降压起动控制线路
降压起动中Y—△降压起动是比较常见的,这一线路的设计思想是按时间原则控制起动过程。所不同的是,在起动时将电动机定子绕组接成星形,每相绕组承受的电压为电源的相电压220V,减小了起动电流对电网的影响。而在其起动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法,每相绕组承受的电压为电源的线电压380V,电动机进入正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机,均可采用这种线路。定子绕组接成Y—△降压起动的自动控制线路如图2-2所示。
图2-2 Y—△降压起动控制线路
图中,可以看到主电路中有三组主触点,其中接触器KM2和KM3主触点一定不能同时闭合,意味着电源将被短路。所以,控制线路的设计必须保证一个接触器吸和时,另一个接触器不能吸和,这就叫做互锁。也就是说KM2和KM3两个接触器需要互锁。通常的方法是在控制线路中解除其KM2与KM3
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