自控电机起动方式原理分析.doc

驻马店职业技术学院毕业（设计）论文设计题目： 自控电机起动方式原理分析学生姓名： 徐红霞 学 号： 0962930167 专 业： 机电一体化 指导教师： 王海彦 2012年6月摘要本文先从异步电动机起动装置产生的原因和存在的问题出发，介绍无刷白控电 机软起动辭的原理和结构特点，说明无刷口控电机软起动器的优势和代替其它电机 起动装置的必然性本文先从课题的捉出简单介绍了起动机的一些情况，接着又对无刷口控电机软 起动器的工作原理做了介绍，重点介绍了软启动器的特点及结构，特別是対电机软 起动器的丿1、停模式的介绍，然后又介绍了温度对电机的危害及解决途径和无刷口 控电机达到的效果与应用做了简单的介绍关键词：软启动器 启动电流 起动转矩 无刷自控电机 鼠笼电机 绕 线电机目录第］章绪论 111. 1社会的发展 111.2传统起动设备存在的问题 111.3绕线式电机常用的起动方法和存在的问题 111.4无刷电机的发展概况 2第2章 无刷口控电机软启动器的工作原理 442. 1无刷口控电机软起动器的简介 442. 2无刷自控软启动器工作原理 552. 3无刷自控电机软起动器结构及特点 62. 4无刷口控电机拖动系统及其实现方法 992.5常见的危害分析 10102. 5. 1对电机的危害 10102. 5. 2对电机控制装置的危害 10第3章 温度变化对解决途径电机的危害及解决途径 12123. 1电机的呼吸现象 12123.2电机温度保护机理 143.3 设计装置工作原理 1515第4章 无刷口控电机达到的效果与应用 17174.1无刷口控电机达到的效果 17174. 2无刷口控电机的应用 1818总结 20错误！未定义书签。

致谢 21错误！未定义书签参考文献 2222第1章绪论1.1社会的发展随着生产设备的大型化，工业领域的球磨机，破碎机，风机，水泵，打浆机 等设备中的电机容量越来越來大交流电动机以结构简单运行可靠，维护方便， 价格便宜等特点得到了广泛的应用但是它的起动一直是一个很难解决的问题1 •启动屯流是额定电流的5-7倍，对供电设备，屯机及所拖动的机械设备造成极 大的损害2•起动时因过大的起动电流产生过大的电压降，严重威胁着邻近用电设备的安全 坯仃3.起动转矩只有额定转矩的0. 4-1. 2倍（电机容量越大起动转矩倍率越小）,对 起动转矩比较人的负载（如球磨机，抽油机等）为了能正常起动电机，必须增加屯 机容量，造成电机大马接小车1. 2传统起动设备存在的问题传统的鼠笼式异步电动机设备（星型-三角形降压启动，自耦变压器降压启动, 转了串电阻降压起动）属降压启动，这种方法是把电机接到一个比较低的电压上， 等其转速上升以后再按一定的规律将屯压升高到额定值由于启动屯流T和电源 电压U成正比，因此适当降低电压U可以达到控制启动屯流过大的口的，但是又 由于电磁转矩T与电源电圧U的平方成正比，所以启动电流的减小是以牺牲起动 转矩为代价的，只有当电流降低50%时启动转矩降低75%,绕线式异步电动机串电 阻多级起动，能极大地增加电机起动转矩，减少启动电流，但复朵的起动控制装 置，起动过程中需频繁切换起动电阻，造成多次冲击电流，绕线式异步电动机串 频敏变阻器起动，频敏变阻器仍属电抗器，起动电流达到屯机额定屯流的3-4倍 起动转矩不足额定转矩的1・5倍，电压稍低点起动就困难。

同时，绕线式异步电 动机滑环，碳刷是造成电机运行维护工作量大，故障率高的跟木原因1.3绕线式电机常用的起动方法和存在的问题（1）起动柜：它是将绕线式电机转了冋路通过滑环，碳刷引入地面的频敏变阻起 动柜内，在屯机起动时，串入频敏变阻器，随着电机转速的増加转子电流频率的 降低，频敏变阻阻抗逐步减少，达到连续限制电机起动电流的FI的，电机起动结 束后，还需通过接触器或短路环将频敏变阻短接（部分中小型电机在转子上装有短 路环）串频敏变阻器起动，由于频敏变阻器实际上是一个电感元件，它降低了电 机起动时的功率因数即如要产生电机额泄转矩的起动转矩，电机起动电流须是 电机额定电流的2.5倍以上因此，它一般用在对起动转矩要求不太高的风机， 水泵，空压己和球磨机电机上它的变形产品：无刷无环启动器是将频敏变阻器 直接安装在电机转子上，实现电机无刷运行无刷无环起动器存在以下问题：（1） 起动电流一经岀厂，就无法调整.（2）重量是无刷自控电机软起动器的1・8倍以上, 且起动器最大功率无法越过500KW3）电机正常运行时，频敏变阻器不短接，会 产生一定的功率损耗2）绕线式异步电机串电阻多级起动柜，它也是将电机转子电流引入启动柜内， 通过时间，电流或凸轮控制器改变电阻的人小，达到增加电机起动转矩，减少起 动电流的1=1的。

但复杂的起动控制装置，且起动过程中需频繁切换起动电阻，造 成多次冲击电流，因此，它只用在对起动转矩要求特高的起重机，轧钢机等设备 上它的变形产品是：绕线式异步电动机液态电阻启动柜，它是将绕线式电机转 子回路通过滑环碳刷引入地面，将液体电阻串入电机的转子回路，通过伺服电机 改变液体电阻的大小，达到无极连续调整电机起动转矩和起动电流的H的它与 凸轮控制器改变电阻相比，最人的优点是:无级连续调整电机电流；缺点是：常见 的绕线式异步电动机液态电阻起柜，没有考虑装置的密封和防爆，没有考虑环境 温度对装置的影响，造成寿命低应用范I韦I小，不能安装在有振动的地方（如行车上） 和北方的室外，造价高等缺点柜式起动设备均需将转了电流通过电刷、滑环、电缆等引到地面控制柜，电刷 与滑环间磨下的的碳粉会导致电机绝缘的降低，引发电动机故障滑环，电刷压 力弹簧锈蚀，引起电刷与滑环间打火因对电机保养提出了更高的要求同时电 机起动过程人为给定，不能适应不同负载；起动装置元器件多，二次回路复杂， 故障率高，维护保养技术要求高，拖动系统综合价格髙是他们共同的另一•个同病曲于上述起动装置一些无法克服的缺陷，为满足客户的要求，开发了无刷口控 软启动器。

1・4无刷电机的发展概况无刷电机是无刷绕线式三项界步电动机的简称，它采用在电机转子上安装一 个频敏变阻器的方法，改善电动机的气动性能它虽能增加电机起动转矩，减少 起动电流；根除绕线电机碳粉、电机火花引起的绕组匝间短路、击穿和集电环烧 损等故障但电机正常运转时，转了电流要通过频嫩电阻，从而降低了电机的效 率和增加了转子频敏电阻的发热量频敏变阻器是一个电感，起动比较小，同时, 为减少这个发热量，和照顾电机的起动力矩，电机的起动电流一般均人于额定电 流4倍以上，因它的主耍性能同深槽或双鼠笼电机相当，所不同的是一个利用“集 肤效应”且在转了内部减少起动电流，另一个是增加一套频皱变阻器且放在电机 转轴上，且均以牺牲电机的效率为前提，不能在实际生产中广泛地应用电机是把电能转换成机械能的设备，分布于各个用户处，电机按使用电源不同 分为直流电机和交流电机电机广泛应用于工业，商业，工用设施和家用电器等 各种领域，作为风机，水泵，机床等各种设备的动力2008年全球金融危机给国内齐行业造成了不同的影响，因此国家出台了一系 列拉动内需的措施促进经济复苏，2008年11月国家出台扩大内需的十项措施，计 划在2010年底以前投资，加大民生工程和基础设施建设，陆续出台了钢铁业调整 振兴计划，因此催生的投资和消费拉动了相关设备行业的发展，给电机行业带来 了机遇。

2005〜2009年我国电机行业销售收入和利润总额都保持增长态势2009年 1〜11月我国电机制造行业销售收入比2008年同期收入增长17.55%,截止到2009 年］1月份利润总额比2008年同期增长了 16. 00%H前，节能减排越来越受到国家的重视，电机作为用电大户，节能潜力巨大， 电机生产金业应该开发超高效率电机，高效永磁同步电机，中型高低压电机，再 生能源配套发电机等新产的技术攻关和开发，以环保指标作为开发新产品的要求, 大力降低噪音，提高行业技术水平电机正向着小型，微型化方向发展，很多企 业纷纷转型，改进生产技术开发新产品微电机市场规模迅速扩大，微电机市场 前景广阔电动汽车受益与国家产业政策，发展迅速，劳动电动汽车电机行业迅 速发展第2章无刷自控电机软启动器的工作原理及结构特点2.1无刷自控电机软起动器的简介无刷自控电机软启动器就是一种利用安装在绕线式异步电机转子上，利用电 机启动时产生的离心力，自动控制串入转子冋路附加电阻的大小，达到增加电机 电机启动转矩，减少电机启动电流目的软启动黠克服了鼠笼式界步电动机启动 电流大，启动转矩小；绕线式异步电动机装有碳刷、滑环和复朵的启动装置等缺 点：而保留了鼠笼电动机结构简单、维护工作量小；绕线电机起动电流小，启动 转炬大等优点的电动机。

它的典型结构如图2-1所示无刷自控电机能根据屯机转 速，自动控制串入电机转子内的电阻大小，达到增加电机起动转矩，减少电机起 动电流和实现绕线式异步电动无刷运行的忖的它不但能使异步电动机启动的电 流和实现绕线式界步电动无刷运行的目的它不但能使界步电动机启动的电流 5-7Ie降到0.4-1.7IC时，电机的启动转矩(0. 4-1. 6Me)和启动时间保持不变,还能 使电机以最人转矩(1 6—3 IMe)启动它可以代替鼠笼电机及其启动装置；绕线 屯机的滑环、碳刷及其启动装置它可利用普通绕线式异步屯动机，去掉滑环、 碳刷及启动装置，并更换成无刷自控电动机启动器后获得图2-1 无刷口控电机软起动器结构图无刷自控屯机软起动器是将起动屯阻直接按装在屯动机的转轴上，利用电机 旋转时产生的离心力作为动力，控制电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加 起动转矩、使绕线式异步电动机实现无刷自控运行的装置它主要有机壳、电解 液、动极板、弹簧、接线柱、安全阀、排气阀等构成它的内部原理是当电机起 动时，一方面，随着电机转速的升高，动极板在离心力的作用下，逐步靠近机壳, 串入电机转了内的电阻逐步减少，并在达到额定转速时，与外壳短接，电阻降为 零；另一方面，动极板与机壳间的水电阻，因通过屯流而发热，在水电阻负温度特性的作用下，电阻也会逐步减少。

在上述两方而的作用下，使电动机以恒定电 流、恒定转矩起动2.2无刷自控软启动器工作原理(a)1连杆 2卡销 3螺母9开关座图2 2无刷自控电机控制原理图与离心开关图无刷自控电机控制原理如图2-2(a)所示，即转子电阻由装在转轴上的离心开 关根据电机的转速进行自动控制转了电阻可为普通的恒定电阻或频皱电阻如 用恒定电阻，可适当增加屯阻切换的档数，改善电机的起动性能:如频敏电阻，只 需一个档位全部附加电阻在电机转速接近额定转速时，由离心开关(b)自动短接, 以减少电机在转子附加电阻上的功率消耗，提高电机效率离心开关如图2-2(b)所示，它是由动触头、静触头、弹簧、惯性块和联杆等 原件构成它的动作原理是根据离心力F =mrw2和弹簧里F二KS制成的离心开关 动作的转速，可以通过改变离心开关弹簧的弹力系数K和行程S、惯性块质量m的 人小和惯性块与轴心的距离r等参数进行调整离心开关在转盘上的分布应是对 称的，以减少电机的振动无刷自控电机由于只需一套转子电阻、一套离心开关、一个定子绕组和一个 转子绕组就能实现绕线式三相异步电动机的无刷运行电机启动时，全部附加电 阻均吊入转子线圈中，增加了电机的启动转矩和减少了电机的起动电流：电机转速 接近额定转速(正常运行)时，转了附加电阻又全部曲离心开关短接，保证电机不 因附加电阻而降低效率。

它不但可用与新屯机的开发，还可用于旧电机的改造上但它存在以下不足：1•起动电阻需多级短接才能保证屯动机的启动性能；2.大 容量电机的离心开关制。