毕业设计(论文)-交流异步电动机的参数及机械特性的测量.doc
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1、沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计(论文)摘要本文所研究的是交流异步电动机的参数及机械特性的测量。交流异步电动机是各行各业中使用最广泛的电动机。因为其构造简单,运行可靠,效率较高,价格低廉以成为各种轻、重工业企业不可缺少的机电设备。从广义上讲电动机就是电能转化成机械能的机电设备。在它的发展历程中,经历了漫长的时期。电动机的总类也繁多,按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机;按转子的结构又可分为鼠笼式电动机和线绕式电动机等等。由于各种电动机的参数有所不同,使用时的选择性也较多。因此在使用电动机之前,了解其参数及机械特性对正确使用电动机和提高电动机的使用率都是十分必要的。在本次毕业设计中我所选用
2、的是实验室某交流异步电动机为标准来进行实验要求的测定和计算。关键词:交流异步电动机;参数;机械特性AbstractThis paper studied the exchange of AC asynchronous motor parameters and the measurement of mechanical properties. AC asynchronous motor is the most widely used in various sectors of the motor. Because of its simple structure, reliable operatio
3、n, high efficiency and low prices to a variety of light and heavy industrial enterprises of the electrical and mechanical equipment indispensable. In broad terms the motor is converted into mechanical energy of the electrical and mechanical equipment. In the course of its development, after a long p
4、eriod of time. The general category of motor has many uses can be divided into the drive by using electric motors and motor control; according to the structure of the rotor can be divided into motor and wound squirrel-cage motors and so on.As a result of a variety of different electrical parameters,
5、 use is also more selective at the time. Therefore, before using the electric motor, its parameters and mechanical properties of the proper use of electric motors and electric motors to improve the utilization rate is very necessary. During the graduation project, I selected a laboratory as a standa
6、rd asynchronous motor for the determination of experimental and computational requirements.Key words: AC induction motor; parameters; mechanical properties目录1绪论11.1交流异步电动机的应用及优点11.2国内外发展概况22总体设计方案43电路及相关设备简介63.1交流异步电动机63.1.1交流异步电动机的结构及各部分的作用63.1.2交流异步电动机的工作原理63.1.3交流异步电动机的机械特性83.1.4交流异步电动机的保护电路83.1.
7、5交流异步电动机的控制123.1.6变压器123.1.7三相调压器143.1.8电枢反应163.2直流电动机173.2.1直流电动机的构造173.2.2直流电动机工作原理173.2.3直流电动机的特点183.2.4直流电动机四种励磁方式各及自的特点183.2.5两个定理与两个定则183.2.6整流滤波203.3仪器仪表203.3.1电桥203.3.2功率表213.3.3转速表214电动机的参数及机械特性测量234.1实验设备234.2实验步骤264.2.1静态法264.2.2直流电压法264.2.3电桥法274.2.4堵转试验274.2.5机械特性测量285测量数据及数据误差分析325.1测量
8、数据325.2数据及误差分析345.2.1二瓦特计法测功率分析345.2.2.数据分析355.2.3误差分析355.3调试分析35结论37致谢38参献考文39 39 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计(论文)1绪论1.1交流异步电动机的应用及优点电能是现代社会最主要的能源之一,电机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中,电动机被广泛的应用着。随着工业自动化程度不断提高,需要采用各种各样的控制电动机作为自动化系统的元件,人造卫星的自动控制系统中,电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电机愈来愈广泛的应
9、用起来。各种电动机中应用最广的是交流异步电动机(又称感应电动机)。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固,但功率因数较低,调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机。同步电动机不但功率因数高,而且其转速与负载大小无关,只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器,结构复杂,价格昂贵,维护困难,不适于恶劣环境。20世纪70年代以后,随着电力电子技术的发展,交流电动机的调速技术渐趋成熟,设备价格日益降低,已开始得到应用 。电动机在规定工作制式(连续式、短时运行制、断续周期运行制)下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率,使用时需注意
10、铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配,避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多,能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看,调速大致可分两种:1保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗,调节输出功率以调节电动机的转速。2控制电动机输入功率以调节电动机的转速。在现实当中交流异步电动机的种类和型号越来越多,而且各种机械电子设备和家用电器等所需要的电机型号也不同,因此在选用交流异步电动机之前了解其参数和机械特性是十分必要的。在毕业设计中,所选择的课题是交流异步电动机的参数及机械特性的测量,我选用的是实验室的某台鼠笼式
11、交流异步电动机为测试对象,以进行所需要实验数据的测定和计算。1.2国内外发展概况在1821年英国科学家法拉第首先证明可以把电力转变为旋转运动。最先制成电动机的人,据说是德国的雅可比。他于1834年前后制成了一种简单的装置:在两个U型电磁铁中间,安装一个六臂轮,每臂带两根棒型磁铁。通电后,棒型磁铁与U型磁铁之间产生相互吸引和排斥作用,带动轮轴转动。后来,雅可比做了一个大型的装置,并安装在小艇上,用320个丹尼尔电池供电,1838年小艇在易北河上首次航行,时速只有2.2km/h。与此同时,美国的达文波特也成功地制出了驱动印刷机的电动机,印刷过美国电学期刊电磁和机械情报。但这两种电动机都没有多大商业
12、价值,用电池作电源,成本太大、不实用。直到第一台实用直流发动机问世,电动机才行了广泛应用。1870年比利时工程师格拉姆发明了直流发电机,在设计上,直流发电机和电动机很相似。后来,格拉姆证明向直流发动机输入电流,其转子会象电动机一样旋转。于是,这种格拉姆型电动机大量制造出来。效率也不断提高。与此同时,德国的西门子接制造更好的发电机,并着手研究由电动机驱动的车辆,于是西门子公司制成了世界电车。1879年,在柏林工业展览会上,西门子公司不冒烟的电车赢得观众的一片喝彩。西门子电机车当时只有3马力,后来美国发明大王爱迪生试验的电机车已达1215马力。但当时的电动机全是直流电机,只限于驱动电车。1888年
13、南斯拉夫出生的美国发明家特斯拉发明了交流电动机。它是根据电磁感应原理制成,又称感应电动机,这种电动机结构简单,使用交流电,无需整流,无火花,因此被广泛应用于工业的家庭电器中,交流电动机通常用三相交流供电。1902年瑞典工程师丹尼尔森首先提出同步电动机构想。同步电动机工作原理同感应电动机一样,由定子产生旋转磁场,便转子绕组用直流供电,转速固定不变,不受负载影响。因此同步电动机特别适用于钟表,电唱机和磁带录音机。直流电动机是直流激磁,工作特性接其激磁绕组的接线方式不同而有区别。串激电动机起动转矩大,适用于牵引和起重,并激电动机转速随负载大小而变动较小,且可以调节,可用为定速或调速之用,复激电动机兼
14、有以上两种激磁方式发动机的特性。交流换向器电动机,即转子具有换向器的交流电动机。因它既可用于交流 又可用于直流,故称作交直流两用电动机或通用电动机,多用于家用电器。电动机作为重要的动力装置,已被广泛用于工业、农业、交通运输、国防军事设施以及日常生活中。直流电动机其调速在过去一直占统治地位,但由于本身结构原因,例如换向器的机械强度不高,电刷易于磨损等,远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。而交流电动机,由于其结构简单、制造方便、价格低廉,而且坚固耐用,惯量小,运行可靠等优势,在工业生产中得到了极广泛的应用,也正在发挥着越来越重要的作用。2总体设计方案本次毕业设计中需要完成的是通过经典的测
15、试方法测量交流异步电动机的参数及机械特性,并以实验室某一型号交流异步电动机为测量对象。一测量电动机的参数,分别通过直流法、交流法、电桥法测量及堵转实验。二测量电动机的机械特性,通过D-F系统对电动机在空载和加载情况下分别测量和计算,并绘制其机械特性曲线。三除交流电动机外还涉及到直流电动机、三相调压器、单相调压器、整流滤波、电桥、使用功率表、转速表等仪器仪表及相关内容。电动机参数的测量如图2.1。图2.1交流电动机的参数测量D-F系统测量电动机空载和加载时的械特性如图2.2。图2.2 D-F系统测量电动机的机械特性3电路及相关设备简介3.1交流异步电动机3.1.1交流异步电动机的结构及各部分的作
16、用一般电动机主要由定子和转子两部分组成,定子是静止不动的部分,转子是旋转部分,在定子与转子之间有一定的气隙。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子绕组镶嵌在定子铁心中,通过电流时产生感应电动势,实现电能量转换。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。电动机运行时,因内部损耗而发生的热量通过铁心传给机座,再由机座表面散发到周围空气中。为了增加散热面积,一般电动机在机座外表面设计为散热片状。电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是作为电动机磁路的一部分。转子绕组的作用是感应电动势,通
17、过电流而产生电磁转矩。转轴是支撑转子的重量,传递转矩,输出机械功率的主要部件。图3.1鼠笼式交流异步电动机结构3.1.2交流异步电动机的工作原理1旋转磁场定子三相绕组通入三相交流电即可产生旋转磁场。当三相电流不断地随时间变化时,所建立的合成磁场也不断地在空间旋转,如图3.2所示。旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致,任意调换两根电源进线,则旋转磁场反转。图3.2旋转磁场若定子每相绕组由P个线圈串联,绕组的始端之间互差360/P,将形成P对磁极的旋转磁场。旋转磁场的转速(同步转速)可用下式表示:n=60f/P。定子旋转磁场旋转切割转子绕组,转子绕组产生感应电动势,其方向由“右手螺旋定则”确定。
18、由于转子绕组自身闭合,便有电流流过,并假定电流方向与电动势方向相同,如图3.3:图3.3电磁力产生转子绕组感应电流在定子旋转磁场作用下,产生电磁力,其方向由“左手螺旋定则”判断。该力对转轴形成转矩(称电磁转矩),并可见,它的方向与定子旋转磁场(即电流相序)一致,于是,电动机在电磁转矩的驱动下,顺着旋转磁场的方向旋转,且一定有转子转速。有转速差是异步电动机旋转的必要条件,异步的名称也由此而来。电动机长期稳定运行时,电磁转矩T和机械负载转矩T2相等,即T=T2。2转差率旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度。3.1.3交流异步
19、电动机的机械特性电动机的机械特性是指电动机的转速n与转矩T的关系,机械特性是电动机力学性能的主要表现。T-S的曲线图如下力图左;T-n的曲线图如下图右,即为电动机的机械特性曲线。图3.4机械特性图在机械特性图中,存在两个工作区:稳定运行区和不稳定运行区。在机械特性曲线的AB段,当复的损坏,还有可能导致触电、火灾等危险。短路保护应该满足以下要求:一是必须在很短的时间内切断电源;二是当电机正常启动、制动时,保护装置不应误动作。常用的短路保作用在电动机轴上的负载转矩发生变化时,电动机能适应负载的变化而自动调节达到稳定运行,故为稳定区。机械特性曲线的BC段,因电动机工作在该区段时其电磁转矩不能自动适应
20、负载转矩的变化,故为不稳定区。3.1.4交流异步电动机的保护电路1短路保护短路是由于绝缘损坏、接线错误等原因导致电流从非正常路径流过的现象。瞬时短路电流可能达到电机额定电流的几十倍甚至上百倍,如果不能及时切断电源,则有可能造成电机不可修护装置有熔断器和断路器。2过流保护过电流是指电动机的工作电流超过其额定值,如果时间久了,就会使电机过热损坏电机,因此需要采取保护措施。过电流时,电流仍由正常路径流通,其值比短路电流值要小。过电流一般是由于负载过大或是启动不正确。为了避免影响电动机正常工作,过电流保护动作值应该比正常启动电流略大一些。过电流保护也要求保护装置能瞬时动作。过电流保护一般采用过电流继电
21、器。3过载保护电动机过载是指其工作电流超过额定值使绕组过热。引起过载的原因很多,如负载的突然增加、电源电压降低、电动机轴承磨损等。过载与过流类似,但也有差别。主要的不同在于动作效应的不同。过电流是由电磁效应来引发保护装置动作,针对电流的瞬时大小;而过载保护则是由电流的热效应,即电流对时间的累积结果来引发保护装置动作。一般情况下同一电路中,过载保护动作电流值要比过电流小,而这两者又均比上面提到的短路保护动作电流值小。值得注意的是,短路保护、过电流保护和过载保护是不能互相代替的。过载保护应采用热继电器或电动机保护器作为保护元件。4失压保护如果电动机在正常工作时突然掉电,那么在电源电压恢复时,就可能
22、自行启动,造成人身事故或机械设备损坏。为防止电压恢复时电动机的自行启动或电器元件自行投入工作而设置的保护,称为失压保护。采用接触器和按钮控制电动机的启动制动就具有失压保护功能。如果正常工作中电网电压消失,接触器会自动释放而切断电动机电源。5欠压保护电动机或电器元件在有些应用场合,当电网电压降到额定电压的60%80%时,就要求能自动切除电源而停止工作,这种保护称为欠电压保护。电动机在电网电压降低时,其转速、转矩都将降低甚至堵转。在负载一定的情况下,一方面电动机电流增大,而其增加幅度还不足以使熔断器和热继电器动作,因此必须要采取欠压保护措施。除了利用接触器本身的欠电压保护作用之外,还可以采用低压断
23、路器或专门的电磁式电压继电器来进行欠电压保护,其方法是将电压继电器线圈跨接在电源上,其动合触头串接在接触器控制回路中。当电网电压低于指定值时,电压继电器动作使接触器释放。6过压保护当由于某种原因使得电动机电源电压超过其额定值时,电动机的定子电流增大,使电动机发热增多,时间久了就会造成电动机损坏。如果电压比额定值高很多,则电动机定子电流就会超出额定值许多而可能烧坏电机。因此,需要进行过电压保护。最常见的过电压保护装置是过电压继电器。电源电压一旦过高,过电压继电器的常闭触头就立即动作,从而控制接触器及时断开电源。过电压继电器的动作电压整定值一般可为电动机额定电压的1.051.2倍。7断相保护异步电
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