1、白城職業技術學院畢業設計說明書4|2極雙速異步電動機運行控制學生姓名： 專業班級： 電氣自動化 指導教師： 職 稱： 教授 起止日期： 2021.3.5-2021.6.20 白 城 職 業 技 術 學 院摘 要 本文首先分析了三相異步電動機的根本機構及工作原理， 然后分析了三相異步電動機的“星形 “三角形啟動的工作原理。所謂星-三角啟動 即工作時通過改變電機的接線方式而改變起動電壓，從而降低啟動電流。 本設計用于控制電機定子繞組由“星形至“三角形的換接啟動、運行及停止。采用星-三角啟動方式時，電流特性很好，適用于無載或者輕載起動的場合。 同任何別的降壓啟動方式相比，其結構最簡單，價格也最廉價。

2、除此之外，星三角啟動方式還有一個優點，即當負載較輕時，可以讓電動機在星形接法下運行。 此時，額定轉矩與負載可以匹配，這樣能使電動機的效率有所提高。 本設計主要介紹了4|2極雙速異步電動機的變極原理、繞組排列、繞組接法、以及雙速電動機的低高速運行控制，實現“三角形低速運行，“星行高速運行關鍵詞：上下速運行，星-三角啟動，雙速，變極調速，電動機Abstract42Double Speed Asynchronous Motor This paper firstly analyzes the three-phase asynchronous motors basic structure and ope

3、rating principle of three-phase asynchronous motor, and then the Star triangle start working principle. The so-called star delta starting that work by changing the electrical wiring mode and change the start voltage, thereby reducing starting current. This design is used to control the motor stator

4、winding consists of a Star to triangular transfer start, operation and stop. The star delta starting mode, current characteristics of good, applicable to the no load or light load. As any other reduced voltage starting means photograph is compared, its structure simple, the price is the cheapest. In

5、 addition, the star delta starting mode still has an advantage, namely when the load is light, can make motor run in star-shaped connection method. At this time, rated torque and the load can be matched, which can make the motor efficiency improvement. This paper introduces the design of the 4|2pole

6、 double speed asynchronous motor pole-changing principle, winding arrangement, winding and double speed motor, low speed operation control, achieve triangle speed, Star high speed operationKey words: high and low speed operation, star delta starting, two-speed pole-changing adjustable-speed motor目 錄

7、 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc319665830 摘 要 PAGEREF _Toc319665830 h I HYPERLINK l _Toc319665831 Abstract PAGEREF _Toc319665831 h II HYPERLINK l _Toc319665832 第一章 緒論 PAGEREF _Toc319665832 h 1 HYPERLINK l _Toc319665833 第二章4|2極異步電動機的運行設計 PAGEREF _Toc319665833 h 2 HYPERLINK l _Toc319665834 技術要求 PAGEREF

8、 _Toc319665834 h 2 HYPERLINK l _Toc319665835 各元器件的選擇 PAGEREF _Toc319665835 h 2 HYPERLINK l _Toc319665836 熔斷器(FU)的選擇 PAGEREF _Toc319665836 h 2 HYPERLINK l _Toc319665837 接觸器KM1，KM2，KM3的選擇 PAGEREF _Toc319665837 h 2 HYPERLINK l _Toc319665838 熱繼電器FR的選擇 PAGEREF _Toc319665838 h 2 HYPERLINK l _Toc319665839

9、時間繼電器的選擇 PAGEREF _Toc319665839 h 3 HYPERLINK l _Toc319665840 導線截面(S)的選擇 PAGEREF _Toc319665840 h 3 HYPERLINK l _Toc319665841 第三章三相異步電動機的根本結構 PAGEREF _Toc319665841 h 4 HYPERLINK l _Toc319665842 .1定子的結構組成 PAGEREF _Toc319665842 h 4 HYPERLINK l _Toc319665843 .2轉子的結構組成 PAGEREF _Toc319665843 h 4 HYPERLINK

10、l _Toc319665844 .3異步電動機工作原理 PAGEREF _Toc319665844 h 4 HYPERLINK l _Toc319665845 .4電動機-起動分析 PAGEREF _Toc319665845 h 5 HYPERLINK l _Toc319665846 第四章 4/2極雙速電動機 PAGEREF _Toc319665846 h 8 HYPERLINK l _Toc319665847 .1 4|2極雙速異步電動機的概況 PAGEREF _Toc319665847 h 8 HYPERLINK l _Toc319665848 4.2 4/2極變極調速的根本原理 PAG

11、EREF _Toc319665848 h 8 HYPERLINK l _Toc319665849 .2.1 控制線路原理 PAGEREF _Toc319665849 h 9 HYPERLINK l _Toc319665850 電氣原理圖 PAGEREF _Toc319665850 h 10 HYPERLINK l _Toc319665851 .2.3 電氣布置圖 PAGEREF _Toc319665851 h 11 HYPERLINK l _Toc319665852 安裝接線圖 PAGEREF _Toc319665852 h 12 HYPERLINK l _Toc319665853 元器件明細

12、表 PAGEREF _Toc319665853 h 13 HYPERLINK l _Toc319665854 .3 2/4 極性能比擬 PAGEREF _Toc319665854 h 14 HYPERLINK l _Toc319665855 . 過載保護 短路保護 PAGEREF _Toc319665855 h 14 HYPERLINK l _Toc319665856 .1過載熱保護及裝置 PAGEREF _Toc319665856 h 14 HYPERLINK l _Toc319665857 .2過載電流保護及裝置 PAGEREF _Toc319665857 h 14 HYPERLINK l

13、 _Toc319665858 .3短路保護及裝置 PAGEREF _Toc319665858 h 14 HYPERLINK l _Toc319665859 總 結 PAGEREF _Toc319665859 h 16 HYPERLINK l _Toc319665860 參考文獻 PAGEREF _Toc319665860 h 17 HYPERLINK l _Toc319665861 致 謝 PAGEREF _Toc319665861 h 18第一章 緒論 4/2極雙速異步電動機是變極電機中應用最廣泛的一種變極調速方法。與其它變速方法相比，變極電機不需要附加的外部設備，屬于電機本體的設計。變極電

14、機的設計中，花費時間最多的是研究繞組的排列。通過槽電流表和槽磁動勢圖定性地分析電機的諧波磁場對電機運行性能的影響，由此確定電機所選槽配合是否適宜。更重要的是在系列電機的設計中，應充分利用現有的機床設備和模具，提高電機沖片的通用性以降低電機的生產本錢。所以，在工廠中，對現有的單速電機進行繞組改繞是4/2極雙速電機設計的主要方法。改繞計算主要是計算電動機磁路各局部磁通密度數值，不使其過大而致鐵心嚴重飽和。由于改繞只涉及定子局部，因此改繞計算也只涉及氣隙與定子鐵心軛部、齒部三個磁通密度數值的計算。計算磁通密度數值的目的就是限制鐵心軛部和齒部的磁密在允許的范圍內。一般情況下，極數多時，由于極距減小，齒

15、部磁密相對較高，容易飽和，可作為取定對象；極數少時，由于極距增大，軛部磁密相對較高，可作為取定對象。因此，4/2極雙速電動機的設計和計算方法與單速電動機相同，只是在設計與計算過程中需要綜合考慮兩種極數下電機性能的特點。 4/2極雙速異步電動機是一種只有一套定子繞組，通過外部接線變換獲得 多種轉速的電動機。它屬與有級調速設備，具有間單、可靠、高效及易于繞制的優點，在許多工業領域的變速拖動中有著廣泛應用。 YD系列變極雙速三相異步電動機是YIP44三相異步電動機的派生產品是現代JDO2系列變極雙速三相異步電動機的更新換代產品。全系列11個機座 號，9種速比，共103個規格。目前已鑒定定型批量生產的

16、機座號為80180七個機座號，共65個規格。 YD系列電動機的安裝尺寸及外型尺寸、絕緣等級、防護等級、冷卻方法、結構及安裝型式、使用條件、 額定電壓、額定功率等均與Y系列IP44電動機相同。機座號與速比、功率的關系以及力能指標均與國際同類產品的先進水平相近。變極雙速三相異步電動機由于具有可隨負載性質的要求而分級地變化轉速，從而到達功率的合理匹配和間化變速系統的特點。電動機用于各式萬能、組合、專用切削機床以及礦山冶金、紡織、印染、化工、農機等部門需要調速的各種傳動機構。第二章4|2極異步電動機的運行設計 1、 課題名稱：4/2極雙速電動機的運行控制2、 設計要求：分別用兩個按鈕操作電動機的高速和

17、低速運行；高速運行時應先接成低速然后經延時后換接到高速；應有短路保護和過載保護；電氣原理，電氣布置圖，接線圖，元器件明細表。3、 技術指標 1型 號：YD132M-4/2 2功 率：10KW6P 3額定電壓：380伏 5接 法：YY熔斷器(FU)的選擇QF通常選用電動機保護型,應按Ie來選擇。在-起動時，起動電流僅為直接起動時電流的1/3倍，所以選用電動機保護型的FU完全能滿足起動要求。接觸器KM1，KM2，KM3的選擇KM1，KM2 的額定電流值以Ie/為依據選擇。需要說明的是，起動電流持續的時間很短，缺乏以燒毀電氣設備，因此KM3的額定值可按1/3Ie來選擇。一些設計中，KM1，KM2，K

18、M3全部用Ie來選擇，顯然是浪費的。熱繼電器FR的選擇FR的主要作用是用于電動機的過載保護，在電動機運行的過程中假設過載時間太長，繞組溫升超過允許值，絕緣老化速度加快就會縮短電動機的使用壽命、在嚴重的情況下甚至會燒壞。所以正確選用FR尤為重要，其熱元件的額定電流值應以IFRIe/為依據選擇，保證Ie/值KH可調范圍之內。熱繼電器的保護對象是電動機，應選用時應了解電動機的技術性能、啟動情況、負載性質以及電動機允許過載能力等。時間繼電器的選擇1、體積小、精度高、延時時間長、工作可靠。2、線圈(或電源)的電流種類和電壓等級應與控制電路相同；3、按控制要求選擇延時方式和觸點型式；4、校核觸點數量和容量

19、，假設不夠時，可用中間繼電器進行擴展。5、延時范圍的選用導線截面(S)的選擇條件：首先應符合發熱條件，即導線允許平安電流與允許電流密度兩者值的大小允許平安電流指在不超過它們最高工作溫度條件下允許長期通過的最大電流即負載電流，符號I；允許電流密度指導線芯的單位面積S允許長期通過的最大電流，符號Im。計算方法： S = I / Im I = S Im根本值： Im=5A/mm2(銅導線 即 1mm2單位面積銅導線允許長期通過最大電流5A因為 P=UIcos* P=10KW UL=UP UL=380V UP=220V cos=0.8 =0.8 所以 IL= 即；額定電流為IP=由此可選10mm2的銅

20、導線Im=3A/mm2(鋁導線 即 1mm2單位面積鋁導線允許長期通過最大電流因為：P=UIcos* 根據公式結合上面的計算方法就可算出鋁導線為16mm2導線規那么一般是：、4m、6m、10m、16mm2、25mm2、35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、120mm2、150mm2、185mm2等等。一般銅線平安電流最大為：4平方毫米銅電源線的平安載流量。 從這個角度講，可以選擇4平方的銅線或10平方的鋁線。 導線的阻抗與其長度成正比，與其線徑成反比。在使用電源時，特別要注意輸入與輸出導線的線材與線徑問題。以防止電流過大使導線過熱而造成事故。第三章三相異步電動機的根本結構三相異步電動

21、機由兩個根本局部構成：固定局部定子和轉子，轉子按其結構可分為鼠籠型和繞線型兩種。定子由定子鐵心、機座、定子繞組等局部組成，定子鐵心是異步電動機磁路的一局部，一般由厚的硅鋼片疊壓而成，用壓圈及扣片固緊，各片之間相互絕緣，以減少渦流損耗。定子繞組是由帶有絕緣的鋁導線或銅導線繞制而成的，小型電機采用散下線圈或稱軟繞組，大中型電機采用成型線圈，又稱為硬繞組。轉子由轉子鐵心、轉子繞組、轉子支架、轉軸和風扇等局部組成，轉子鐵心和定子鐵心一樣，也是由硅鋼片疊壓而成。鼠籠型轉子的繞組是由安放在轉子鐵心槽內的裸導條和兩端的環形端環連接而成，如果去掉轉子鐵心，繞組的形狀象一個籠子；繞線型轉子的繞組與定子繞組相似，

22、做成三相繞組，在內部星型或三角型。當定子繞組接至三相對稱電源時，流入定子繞組的三相對稱電流，在氣隙內產生一個以同步轉速n1旋轉的定子旋轉磁場，設旋轉磁場的轉向為逆時針，當旋轉磁場的磁力線切割轉子導體時，將在導體內產生感應電動勢e2，電動勢的方向根據右手定那么確定。N極下的電動勢方向用表示，S極下的電動勢用表示，轉子電流的有功分量i2a與e2同相位，所以既表示電動勢的方向，又表示電流有功分量的方向。轉子電流有功分量與氣隙旋轉磁場相互作用產生電磁力fem,根據左手定那么，在N極下的所有電流方向為的導體和在S極下所有電流流向為的導體均產生沿著逆時針方向的切向電磁力fem,在該電磁力作用下，使轉子受到

23、了逆時針方向的電磁轉矩Mem的驅動作用，轉子將沿著旋轉磁場相同的方向轉動。驅動轉子的電磁轉矩與轉子軸端拖動的生產機械的制動轉矩相平衡，轉子將以恒速n拖動生產機械穩定運行，從而實現了電能與機械能之間的能量轉換，這就是異步電動機的根本工作原理。起動分析1 電動機-起動根本控制原理圖圖一電動機-起動根本控制原理圖2電動機-起動過程分析電動機-起動過程分為2個階段：第1階段，電動機定子繞組接起動.當按下起動按鈕SS時，接觸器 KM1得電，配電回路中主觸點閉合，使電動機定子繞組端子1,3,5接通電源；同時接觸器KM3得電，其主觸點閉合，使電動機定子繞組端子2,4,6短接，此時電動機定子繞組接成形，并開始

24、起動運轉。展開的示意圖如圖二(a)圖二(a)電動機定子繞組形接法第2階段，電動機定子繞組接線，轉入正常運行圖二(b)經時間繼電器KT延時，電動機運行到達一定轉速，KT常閉觸點翻開，接觸器KM3失電，其主觸點斷開、常閉輔助觸點閉合，使接觸器KM2得電( 接觸器KM2,KM3互鎖), KM2主觸點閉合，定子繞組端子1和6、2和3、4和5相接，此時電動機定子繞組接成形，-起動過程結束，進入正常形運行狀態展開的示意圖如圖二(b)圖二(b) 電動機定子繞組形接法圖二(b)3 電動機定子繞組形接法和形接法的電流、電壓分析。我們簡單分析一下電動機定子繞組接法和接法時電流、電壓的變化設定子每相繞組阻抗為Z，電

25、動機額定電流為Ie,額定電壓為Ue圖三(a) 定子繞組為形接法 圖三(b) 定子繞組為接法 當電動機定子繞組為形接法時,見圖三(a),定子繞組端電壓為相電壓：那么有：UAN=(1/)UeIAN=IA()=UAN/Z=Ue/(Z)當電動機定子繞組為形接法時，見圖三(b)，定子繞組端電壓為線電壓：那么有：UAB=UeIAB=UAB/Z=Ue/ZIA()=Ie=IAB=(Ue)/Z由上述可知： IAB=(1/)IA() IA()= (1/3)IA()所以，定子繞組形接法時線路電流只有接法時線路電流的1/3倍；定子繞組接法時繞組內的電流為線路電流的1/倍.第四章 4/2極雙速電動機.1 4|2極雙速異

26、步電動機的概況4/2極雙速異步電動機是利用改變定子繞組的接法，以改變電機的極數，從而使電機用一套繞組獲得兩種或兩種以上轉速的雙速異步電動機。由于一般異步電動機正常運行時的轉差率s都很小，電機的轉速n=n1(1-s)決定于同步轉速n1。從可見，在電源頻率不變的情況下，改變定子繞組的極對數p，同步轉速n1就發生變化，例如極對數增加一倍，同步轉速就下降一半，隨之電動機的轉速，也約下降一半。顯然，這種調速方法只能做到一級一級地改變轉速，而不是平滑調速。 變極電動機一般都用鼠籠式轉子，因為鼠籠轉子的極對數能自動地隨著定于極對數的改變而改變，使定、轉子磁場的極對數總是相等而產生平均電磁轉矩。假設為繞線式轉

27、于，那么定子極對數改變時，轉子繞組必須相應地改變接法以得到與定于相同的極對數，很不方便。 要使定子具有兩種極對數，容易想到的方法是用兩套極對數不同的定子繞組，每次用其中一套，即所謂雙繞組變極，顯然，這是一個很不經濟的方法，只在特殊情況下才采用。理想的方法是：只裝一套定子繞組而用改變繞組接法來獲得兩種或多種極對數，即所謂4/2極變極。其中倍極比情況(如24極，48極等)，和非倍極比(如46極，68極等)以及三速(如468極等)。4.2 4/2極變極調速的根本原理4/2極雙速異步電動機是利用改變定子繞組的接法，以改變電機的極數，從而使電機用一套繞組獲得兩種或兩種以上轉速的雙速異步電動機，當接電器K

28、M1的主觸點閉合，KM2 KM3的主觸點斷開時，電動機定子繞組為三角形接法，對應“低速擋；當接電器KM1主觸點斷開，KM2 KM3主觸點閉合時，電動機定子繞組為雙星形接法，轉速的改變時通過改變定子繞組的聯結方式，從而改變變磁極對數來實現的。在繞組為三角形接法時，出線端U1 V1 W1接電源，U2 V2 W2端子懸空，繞組為三角形接法，每項繞組中兩個線圈串聯，成四個極，磁極對數p=2，其同步轉速n=60f/P,電動機為低速；當繞組為YY接法時，出線端U1 V1 W1短接，而U2 V2 W2接電源，繞組為雙星形聯結，每個繞組中兩個線圈并聯，成兩個極磁極對數p=1，同步轉速n=60f/p，電動機為高

29、速。其控制電路主要由兩個復合按鈕和四個接觸器組成，SB2為低速啟動按鈕，SB3為高速啟動按鈕。 控制線路原理工作如下：合上QS按下SB2KM1線圈得電KM1常開觸電閉合，KM1主觸點閉合電動機繞組接成，低速運轉按下SB3SB2斷開KT線圈斷電電動機電動機繞組接成，低速運行經延時繼電器KT,KT常開觸點閉合，KM2線圈通電a b ca KM2互鎖觸點分斷，對KM1互鎖b KM2主觸點閉合c KM2自鎖觸點閉合KM3線圈通電a b ca KM3自鎖觸點閉合b KM3主觸點閉合，U1 V1 W1并成一點c KM3互鎖觸點分斷，對KM1互鎖即：電動機繞組接成YY形高速運行注：為了防止“高速擋啟動電流對

30、電網的沖擊，本線路在“高速擋時，先以“低速啟動，待啟動電流過去后，再自動切換到“高速運行。電氣原理圖KM1L1L2L3MKM3QSFU1FRSB1KM2KM2KM3KM1KTKM1KM2KTKM2KM3V1W1U1V2W2U2FU2SB3SB2KM1KM2KM3KTKTKM3 電氣布置圖SB1QSFR線槽KTSB3KM1FUSB2KM3KM2M3線 槽端 子 板安裝接線圖KM1KM2KTKM3QSU44V44W44581115FRFUXTL1 L2 L3U11 V11 W1112 11 811 10 1151212U33V33W33U11V11W11U11 V11 W11U22 V22 W22

31、U22 V22 W22 4 10 7U33 V33 W33 5 9 8U33 V33 11 6 13U11 V11 14 7 8 U22 V22 W22 11 5 8U33 V33 W33 13 6 9SB1SB2SB32345 U11 U22V11 V22W11 W22M3元器件明細表符號名稱型號規格用途數量M電動機YD132M-42 4KW6P1KM1交流接觸器CJ12-100通斷線路2KM2交流接觸器CJ12-100通斷線路2KM3交流接觸器CJ12-100通斷線路2KT時間繼電器JS7-3A控制與隔離1FU1熔斷器RL1-100短路保護1FU2熔斷器RL1-100短路保護1FR熱繼電器

32、JR16-40對電動機和其他用電設備進行過載保護1L導線QFL-5A-400V IP54SB1按鈕LA18-22接通分斷控制線路電流1SB2 SB3按鈕LA18-22上下速控制1.3 2/4 極性能比擬本變極調速電機主要是為了改善提高起動性能.通過電磁計算,4 極的效率比2 極高,即運行極比起動極在運行性能上要優越.由計算也可知,起動性能來說,2、4 極起動時的轉矩倍數相差不大,起動極的起動電流要比運行極的高1.23 倍,且堵轉電流/額定電流和堵轉轉矩/額定轉矩的值運行極都比起動極要低,所以采取2 極起動4 極運行時電機的運行性能要好,即起動性能亦得到很大的提高，而且采用低速起動，高速運行可以

33、減小起動時的機械沖擊，對設備及配套設施有保護作用，通過比擬此種方案，在起動、運行時都有很好的性能。. 過載保護 短路保護過載熱保護及裝置通常，交流電動機的故障主要是定子繞組損壞造成的。這些繞組的損壞大多是電動機過載引起的。電動機過載運行時，會出現電流增加，繞組過熱現象。如果時間過長，就會損壞絕緣。過載熱保護裝置的功能就是在電動機過載情況下，及時切斷電源，限制電動機過熱時間，防止絕緣損壞。其保護原理是通過熱效應元件對電動機過載時增大的電流靈敏反響而發生動作，以斷開電路。常用的有雙金屬片熱繼電器和空氣斷路器。其中熱繼電器純屬過載熱保護裝置，只起過載熱保護，對短路、欠電壓等不具備保護功能；空氣斷路器

34、的保護功能較多，可同時起電流過載熱保護、短路保護、欠電壓保護等多種功能。過載電流保護及裝置1用于小電流過載保護時，造成電動機不能充分發揮其過載能力。這是因為，感應式繼電器的動作電流最長延遲時間只有60s，而實際上電動機在過載20%的情況下至少能完全運行20min。2過載電流保護裝置與電動機之間無直接的熱聯系，當造成絕緣損壞的主要危險過熱不是由電流過大所引起的，而是由通風不良、機械損耗增大等原因引起的，過載電流保護無效。短路保護及裝置1對于單臺電動機，熔體的額定電流Ire應大于或等于電動機額定電流In的1.5-2.5倍，即Ire(1.5-2.5)In。電動機輕載起動時間較短時，系數可取1.5；帶

35、負載起動、起動時間較長或起動頻繁時，系數可取2.5.2對于多臺電動機，熔體的額定電流I Re應大于或等于最大一臺電動機額定電流In,max的1.5-2.5倍加上同時使用的其他電動機額定電流之和In，即Ire(1.5-2.5)In,max+In。3熔斷器的額定電壓和額定電流不應小于線路的額定電壓和所裝熔體的額定電流，熔斷器的型式隨線路要求和安裝條件而定。總 結通過此次課程設計。培養了我綜合運用所學的根底理論課、技術根底課、專業課的知識和實踐技能去分析和解決實際工作中的一般工程技術問題的能力，使我建立了正確的設計思想，學會了如何把三年所學的理論知識運用到實踐當中 去。掌握了雙速異步電動機控制系統的

36、原理、并進一步穩固、擴大和深化了我所學的根本理論，根本知識和根本技能，提高了我的邏輯思維能力。 并且這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識 是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會效勞，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做，難免會遇到過各種 各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的缺乏之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。參考文獻1 馮欣南電機學北京機械工業出版社1985：2662692 陳世坤電機設計第2 版北京機械工業出版社2000：2632803 胡虔生胡敏強電機學北京中國電力出版社19994 李立強單繞組4/8 極變極調速電機解析科技信息學術版2021：235 陳冠洲交流感應電動機軟起動裝置的新開展電器技術1999：1701906 周文俊. 電氣設備實用手冊北