淄博職業(yè)學(xué)院《電機(jī)控制技術(shù)》課單元教學(xué)設(shè)計(jì)方案教師：序號(hào)：4.4.2授課時(shí)間授課班級(jí)上課地點(diǎn)教學(xué)單元名稱(chēng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)課時(shí)數(shù)0.5教學(xué)目標(biāo)電動(dòng)機(jī)怎樣起動(dòng)。培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。教學(xué)重點(diǎn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與其他的關(guān)系教學(xué)難點(diǎn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與其他的關(guān)系目標(biāo)群體普專(zhuān)教學(xué)環(huán)境實(shí)訓(xùn)室教學(xué)方法項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、講練結(jié)合等時(shí)間安排教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)，無(wú)論采用哪一種降壓起動(dòng)方法來(lái)減小起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都隨著減小。所以，對(duì)某些重載下起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械（如起重機(jī)、帶運(yùn)輸機(jī)等）不僅要限制起動(dòng)電流，而且還要求有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在這種情況下就基本上排除了采用籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的可能性，而采用起動(dòng)性能較好的繞線式異步電動(dòng)機(jī)。通常繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)用轉(zhuǎn)子電路串接電阻或串接頻敏變阻器的方法實(shí)現(xiàn)起動(dòng)。1.轉(zhuǎn)子電路串接起動(dòng)電阻器繞線電阻異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)?shù)碾娮瑁瓤山档推饎?dòng)電流，又可提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。其原理如圖4-21所示。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中接入適當(dāng)?shù)碾娮瑁ㄊ筊2增大），不僅可以使起動(dòng)電流減小，而且可以使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大。如果使轉(zhuǎn)子回路的總電阻（包括串入電阻）R2與電動(dòng)機(jī)漏感抗X20相等，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)到最大值。起動(dòng)時(shí)，先將變阻器調(diào)到最大位置如圖4-22中R′′′Q，然后合上電源開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，電磁轉(zhuǎn)矩將沿著Tem=f(n)曲線而變化，如圖4-35所示。例如起動(dòng)后轉(zhuǎn)速沿曲線4變化，轉(zhuǎn)速由零升到某值時(shí)，切除一段電阻（由R′′′Q減小到R′′Q），此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速跳變（由a點(diǎn)到A點(diǎn)），使轉(zhuǎn)矩沿曲線3變化。之后，將串入的電阻逐漸切除，直到全部切除為止，轉(zhuǎn)速上升到正常轉(zhuǎn)速，此時(shí)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于D點(diǎn)（曲線1）。起動(dòng)完畢后，要用舉刷裝置把電刷舉起，同時(shí)把集電環(huán)短接。當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，應(yīng)把電刷放下，且將電阻全部接入，為下次再起動(dòng)作好準(zhǔn)備。圖4-21繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)圖4-22繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)不僅能在轉(zhuǎn)子回路串入電阻減小起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且還可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速，因此，廣泛地應(yīng)用于起動(dòng)較困難的機(jī)械（如起重吊車(chē)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等）上。但它的結(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，操作和維護(hù)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。2.繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器頻敏變阻器是一個(gè)三相鐵心繞組（三相繞組接成星形），鐵心一般做成三柱式，由幾片或幾十片較厚（30～50mm）的E形鋼板或鐵板迭裝制成，其結(jié)構(gòu)和起動(dòng)線路如圖4-23所示。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電阻繞組中的三相交流電通過(guò)頻敏變阻器，在鐵心中便產(chǎn)生交變磁通，該磁通在鐵心中產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流，使鐵心發(fā)熱，產(chǎn)生渦流損耗，頻敏變阻器線圈的等效電阻隨著頻率的增大而增加，由于渦流損耗與頻率的平方成正比，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)（s=1），轉(zhuǎn)子電流（即頻敏變阻器線圈中通過(guò)的電流）頻率最高（f2=f1），因此頻敏變阻器的電阻和感抗圖4-23頻敏電阻器降壓起動(dòng)a）頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)示意圖；b）起動(dòng)線路圖最大。起動(dòng)后，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的逐漸升高，轉(zhuǎn)子電流頻率（f2=sf1）便逐漸降低，于是頻敏變阻器鐵心中的渦流損耗及等效電阻也隨之減小。實(shí)際上頻敏電阻器相當(dāng)于一個(gè)電抗器，它的電阻是隨交變電流的頻率而變化的，故稱(chēng)為頻敏變阻器，它正好滿足了繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求。由于頻敏變阻器在工作時(shí)總存在著一定的阻抗，使得機(jī)械特性比固有機(jī)械特性軟一些，因此，在起動(dòng)完畢后，可用接觸器將頻敏變阻器短接，使電動(dòng)機(jī)在固有特性上運(yùn)行。頻敏變阻器是一種靜止的無(wú)觸點(diǎn)變阻器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)平滑、運(yùn)行可靠、成本低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。[例3]現(xiàn)有一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)如下：PN=10kW，nN=1460r/min，UN=380/220V，星/三角聯(lián)結(jié)，ηN=0.868，cosφ1N=0.88，IQ/IN=6.5，TQ/TN=1.5，試求：（1）額定電流和額定轉(zhuǎn)矩；（2）電源電壓為380V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的接法及直接起動(dòng)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；（3）電源電壓為220V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的接法及直接起動(dòng)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；（4）要求采用星-三角起動(dòng)，其起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)能否帶60%和25%PN負(fù)載轉(zhuǎn)矩。解（1）IN=星形聯(lián)結(jié)時(shí)，UN=380V故相應(yīng)額定電流：三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，UN=220V，則相應(yīng)額定電流：不管星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，定子繞組相電壓相同（等于其額定相電壓），則TN=9550PN/nN=9550×10/1460N·m（2）電源電壓為380V時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行應(yīng)為星形聯(lián)結(jié)，直接起動(dòng)時(shí)：IQΥ=6.5INΥ=6.5×19.9A=129.35ATQΥ=1.5TN=1.5×65.4N·m=98.1N·m（3）電源電壓為220V時(shí)，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行應(yīng)為三角形聯(lián)結(jié)，直接起動(dòng)時(shí)：IQD=6.5IND=6.5×34.4A=224ATND=1.5TN=1.5×65.4N·m=98.1N·m（4）星-三角起動(dòng)只適用于正常運(yùn)行為三角形的電動(dòng)機(jī)，故正常運(yùn)行應(yīng)在三角形，相應(yīng)電源電壓為220V。起動(dòng)時(shí)為星形聯(lián)結(jié)，定子繞組相電壓等于其額定相電壓的1/，即127V。所以IQΥ=×IQD=1/3×224A=74.6ATQΥ=×TQD=1/3×98.1N·m=32.7N·m60%TN負(fù)載下起動(dòng)時(shí)的反抗轉(zhuǎn)矩T2Q=0.6TN=0.6×65.4N·m=39.2N·mT2Q>TQ，故不能移動(dòng)。25%TN負(fù)載下起動(dòng)時(shí)的反抗轉(zhuǎn)矩T2Q=0.25TN=0.25×65.4N·m=1