D09-2-07 電機(jī)與電氣控制 沈亮

淄博職業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)PAGEPAGEIV課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱單相交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、控制原理及應(yīng)用姓名沈亮學(xué)號(hào)0702310107所在系電子電氣工程系專業(yè)年級(jí)D09電氣二班指導(dǎo)教師李賢溫職稱教授2011年10月7日目錄摘要……………IIIABSTRACT…………IV第1章緒論…………11.1課題背景…………11.2課題意義…………11.3課題主要工作……………………1第2章相關(guān)技術(shù)與理論……………22.1電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)………………22.1.1定子部分………………………22.1.2轉(zhuǎn)子部分………………………22.1.3工作原理………………………22.2電動(dòng)機(jī)的分類……………………22.2.1電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)………………22.2.2罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)………32.3電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩………………32.4單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法………………….22.4.3.52.5單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速…………42.5.1串電抗器調(diào)速2.5.2抽頭法調(diào)速2.5.3晶閘管調(diào)速第3章常見(jiàn)故障分析………………63.1開(kāi)機(jī)時(shí)調(diào)節(jié)6W，勵(lì)磁電流電壓無(wú)輸出…………63.2勵(lì)磁電壓高而勵(lì)磁電流偏低……………………63.3合勵(lì)磁電路主開(kāi)關(guān)時(shí)，勵(lì)磁電流即有輸出……63.4同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁不能自行投入………63.5運(yùn)行過(guò)程中勵(lì)磁電流電壓上下波動(dòng)……………63.6勵(lì)磁裝置輸出電壓調(diào)不到零位…………………6第4章應(yīng)用…………7第5章總結(jié)…………8參考文獻(xiàn)………………9謝辭…………………10

摘要隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，單相交流異步電動(dòng)機(jī)的需求會(huì)越來(lái)越大，單相交流異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，單相交流異步電動(dòng)機(jī)的操作系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它不僅為現(xiàn)代化工業(yè)、家庭生活和辦公自動(dòng)化等一系列應(yīng)用提供基本操作平臺(tái)，而且能提供多種應(yīng)用服務(wù)，使人們的生活質(zhì)量有了大幅度的提高，擺脫了人力勞動(dòng)的模式。單相交流異步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化操作中。關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嘟涣鳟惒诫妱?dòng)機(jī)、自動(dòng)化、工業(yè)生產(chǎn)

ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofindustry,singlephaseACasynchronousmotorofthegrowingdemand,singlephaseACasynchronousmotorisappliedmoreandmorewidely,singlephaseACasynchronousmotor'soperatingsystemisaverycomplicatedsystem,itnotonlyformodernindustry,homeandofficeautomationapplicationssuchasaseriesofbasicoperatingplatform,butalsoprovideavarietyofservices,sothatpeople'squalityoflifehasbeengreatlyimproved,getridofthehumanlabormodel.SinglephaseACasynchronousmotorismainlyusedintheindustrialproductionautomationoperation.Keywords:SinglephaseACasynchronousmotor,Automation,Industrialproduction淄博職業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE10第1章緒論1.1課題背景電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。在機(jī)械、冶金、石油、煤炭、化學(xué)、航空、交通、農(nóng)業(yè)以及其他工種工業(yè)中，電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用著。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高，需要采用各種各樣的控制電機(jī)作為自動(dòng)化系統(tǒng)的元件，人造衛(wèi)星的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，點(diǎn)擊也是不可缺少的。此外在國(guó)防、文教、醫(yī)療及日常生活中（現(xiàn)代化的家電工業(yè)中）電動(dòng)機(jī)也愈來(lái)愈廣泛地應(yīng)用起來(lái)。1.2課題意義這次課程設(shè)計(jì)可以使我們?cè)趯W(xué)校學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)踐中，使我們?cè)趯W(xué)習(xí)中起到主導(dǎo)地位，使我們?cè)趯?shí)踐中掌握相關(guān)知識(shí)，能夠培養(yǎng)我們的職業(yè)技能，課程設(shè)計(jì)是以任務(wù)引領(lǐng)，以工作過(guò)程為導(dǎo)向，以活動(dòng)為載體，給我們提供了一個(gè)真實(shí)的過(guò)程，通過(guò)設(shè)計(jì)和運(yùn)行，反復(fù)調(diào)試、訓(xùn)練、便于我們掌握規(guī)范系統(tǒng)的電機(jī)方面的知識(shí)，同時(shí)也提高了我們的動(dòng)手能力。1.3課題主要工作在這次課程設(shè)計(jì)中，我們的主要工作在于⒈電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理⒉電動(dòng)機(jī)的分類⒊電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩⒋電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式與調(diào)速方法⒌使用電動(dòng)機(jī)中的注意事項(xiàng)及故障處理第2章相關(guān)技術(shù)與理論2.1電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（如圖）單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1.前端蓋2.定子3.轉(zhuǎn)子4.后端蓋5.引出線6.電容器2.1.1定子部分異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過(guò)而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來(lái)嵌放定子繞圈。（a）定子鐵心（b）定子沖片定子鐵心及沖片示意圖2.1.2轉(zhuǎn)子部分是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，一方面用來(lái)安放轉(zhuǎn)子繞組。2.1.3當(dāng)單相定子繞組中通入單相交流電，在定子內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化而空間位置不動(dòng)的脈動(dòng)磁場(chǎng)。分析表明，此交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可分解成兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因而在電動(dòng)機(jī)靜止時(shí)正反兩個(gè)轉(zhuǎn)矩相等，即，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，不能自行起動(dòng)。2.2電動(dòng)機(jī)的分類單相異步電動(dòng)機(jī)分為電容分相式和罩極式兩種。2.2.1電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)引出：為使單相異步電動(dòng)機(jī)能自行起動(dòng)，必須使轉(zhuǎn)子在起動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。原理：采用分相法產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。結(jié)論：(1)具有90°相位差的兩個(gè)電流通過(guò)空間位置相差90°的兩相繞組時(shí)，產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?；\型轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)。（分析過(guò)程）(2)在接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，切斷起動(dòng)繞組；或者運(yùn)行時(shí)不斷開(kāi)起動(dòng)繞組以提高功率因數(shù)和增大轉(zhuǎn)矩。（實(shí)現(xiàn)方法）(3)改變電容C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。（過(guò)程）2.2.2結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蜗嗬@組繞在磁極上，在磁極的約1/3部分套一短路銅環(huán)。（原理）特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。適應(yīng)對(duì)象：常用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的設(shè)備中，如風(fēng)扇、吹風(fēng)機(jī)等。2.3電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通220V單相交流電）轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)增加時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動(dòng)后，外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。其原理分析如下：定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)（F），可用正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成而等效。即：2.4單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式包括：全壓直接啟動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、Y-Δ起動(dòng)、軟起動(dòng)器、變頻器。其中軟啟動(dòng)器和變頻器啟動(dòng)為潮流。當(dāng)然也不是一定要使用軟啟動(dòng)器和變頻器啟動(dòng)。2.4在電網(wǎng)容量和負(fù)載兩方面都允許全壓直接起動(dòng)的情況下，可以考慮采用全壓直接起動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是操縱控制方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，而且比較經(jīng)濟(jì)。主要用于小功率電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，從節(jié)約電能的角度考慮，大于11kw的電動(dòng)機(jī)不宜用此方法。2.4利用自耦變壓器的多抽頭減壓，既能適應(yīng)不同負(fù)載起動(dòng)的需要，又能得到更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，是一種經(jīng)常被用來(lái)起動(dòng)較大容量電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)方式。它的最大優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，當(dāng)其繞組抽頭在80%處時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)直接起動(dòng)時(shí)的64%。并且可以通過(guò)抽頭調(diào)節(jié)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。至今仍被廣泛應(yīng)用。2.4.3對(duì)于正常運(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，如果在起動(dòng)時(shí)將定子繞組接成星形，待起動(dòng)完畢后再接成三角形，就可以降低起動(dòng)電流，減輕它對(duì)電網(wǎng)的沖擊。這樣的起動(dòng)方式稱為星三角減壓起動(dòng)，或簡(jiǎn)稱為星三角起動(dòng)（Y-Δ起動(dòng)）。采用星三角起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流只是原來(lái)按三角形接法直接起動(dòng)時(shí)的1/3。如果直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流以6～7Ie計(jì)，則在星三角起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流才2～2.3倍。這就是說(shuō)采用星三角起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降為原來(lái)按三角形接法直接起動(dòng)時(shí)的1/3。適用于無(wú)載或者輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。并且同任何別的減壓起動(dòng)器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，價(jià)格也最便宜。除此之外，星三角起動(dòng)方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，可以讓電動(dòng)機(jī)在星形接法下運(yùn)行。此時(shí)，額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載可以匹配，這樣能使電動(dòng)機(jī)的效率有所提高，并因之節(jié)約了電力消耗。2.4這是利用了可控硅的移相調(diào)壓原理來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓起動(dòng)，主要用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制，起動(dòng)效果好但成本較高。因使用了可控硅元件，可控硅工作時(shí)諧波干擾較大，對(duì)電網(wǎng)有一定的影響。另外電網(wǎng)的波動(dòng)也會(huì)影響可控硅元件的導(dǎo)通，特別是同一電網(wǎng)中有多臺(tái)可控硅設(shè)備時(shí)。因此可控硅元件的故障率較高，因?yàn)樯婕暗诫娏﹄娮蛹夹g(shù)，因此對(duì)維護(hù)技術(shù)人員的要求也較高。2.4變頻器是現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域技術(shù)含量最高，控制功能最全、控制效果最好的電機(jī)控制裝置，它通過(guò)改變電網(wǎng)的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。因?yàn)樯婕暗诫娏﹄娮蛹夹g(shù)，微機(jī)技術(shù)，因此成本高，對(duì)維護(hù)技術(shù)人員的要求也高，因此主要用在需要調(diào)速并且對(duì)速度控制要求高的領(lǐng)域。在以上幾種起動(dòng)控制方式中，星三角起動(dòng)，自藕減壓起動(dòng)因其成本低，維護(hù)相對(duì)軟起動(dòng)和變頻控制容易，目前在實(shí)際運(yùn)用中還占有很大的比重。但因其采用分立電氣元件組裝，控制線路接點(diǎn)較多，在其運(yùn)行中，故障率相對(duì)還是比較高。從事過(guò)電氣維護(hù)的技術(shù)人員都知道，很多故障都是電氣元件的觸點(diǎn)和連線接點(diǎn)接觸不良引起的，在工況環(huán)境惡劣(如粉塵，潮濕)的地方，這類故障更多，但檢查起來(lái)確頗費(fèi)時(shí)間。另外有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要，要更改電機(jī)的運(yùn)行方式，如原來(lái)電機(jī)是連續(xù)運(yùn)行的，需要改成定時(shí)運(yùn)行，這時(shí)就需要增加元件，更改線路才能實(shí)現(xiàn)。有時(shí)因?yàn)樨?fù)載或電機(jī)變動(dòng)，要更改電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式，如原來(lái)是自藕起動(dòng)，要改為星三角起動(dòng)，也要更改控制線路才能實(shí)現(xiàn)。2.5單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法主要有變頻調(diào)速、晶閘管調(diào)速、串電抗器調(diào)速和抽頭法調(diào)速等。變頻調(diào)速設(shè)備復(fù)雜、成本高、很少采用。目前較多采用的是串電抗器調(diào)速、抽頭法調(diào)速和晶閘管調(diào)速。2.5在電動(dòng)機(jī)的電源線路中串聯(lián)起分壓作用的電抗器，通過(guò)調(diào)速開(kāi)關(guān)選擇電抗器繞組的匝數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電抗值，從而改變電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，如右圖所示。串電抗器調(diào)速，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易調(diào)整調(diào)速比，但消耗的材料多，調(diào)速器體積大。2.5如果將電抗器和電機(jī)結(jié)合在一起，在電動(dòng)機(jī)定子鐵心上嵌入一個(gè)中間繞組(或稱調(diào)速繞組)，通過(guò)調(diào)速開(kāi)關(guān)改變電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)的大小及橢圓度，可達(dá)到調(diào)速的目的。根據(jù)中間繞組與工作繞組和啟動(dòng)繞組的接線不同，常用的有T形接法和L形接法，如圖所示。抽頭法調(diào)速與串電抗器調(diào)速相比較，抽頭法調(diào)速時(shí)用料省，耗電少，但是繞組嵌線和接線比較復(fù)雜。。2.5利用改變晶閘管的導(dǎo)通角，來(lái)實(shí)現(xiàn)加在單相異步電動(dòng)機(jī)上的交流電壓的大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，這種方法能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生一些電磁干擾。目前常用于吊式風(fēng)扇的調(diào)速上。

第3章常見(jiàn)故障分析3.1開(kāi)機(jī)時(shí)調(diào)節(jié)6W，勵(lì)磁電流電壓無(wú)輸出

原因分析：勵(lì)磁電流電壓無(wú)輸出，肯定是晶閘管無(wú)觸發(fā)脈沖信號(hào)，而六組脈沖電路同時(shí)無(wú)觸發(fā)脈沖很可能是移相插件接觸不良，或者同步電源變壓器4T損壞，造成沒(méi)有移相給定電壓加到六組脈沖電路的1V1基極回路上，從而六組脈沖電路無(wú)脈沖輸出導(dǎo)致晶閘管不導(dǎo)通。3.2勵(lì)磁電壓高而勵(lì)磁電流偏低

原因分析：這是個(gè)別觸發(fā)脈沖消失或是個(gè)別晶閘管損壞的緣故。個(gè)別觸發(fā)脈沖消失可能是脈沖插件接觸不良。另外圖1中三極管1V1、單極晶體管2VU及小晶閘管9VT損壞，或者是電容2C嚴(yán)重漏電或開(kāi)路。如果主回路中晶閘管1VT～6VT中有某一個(gè)開(kāi)路或是觸發(fā)極失靈，同樣會(huì)導(dǎo)致輸出勵(lì)磁電流偏低的現(xiàn)象。3.3合勵(lì)磁電路主開(kāi)關(guān)時(shí)，勵(lì)磁電流即有輸出

原因分析：這是由于圖1所示脈沖電路中的三極管1V1集電極-發(fā)射極之間漏電，即使移相電路還未送來(lái)正確的控制電壓，也會(huì)導(dǎo)致1C充電到2VU導(dǎo)通的程度。2VU即輸出觸發(fā)使小晶閘管9VT導(dǎo)通，2C經(jīng)9VT放電而發(fā)出脈沖令1VT、3VT、6VT之一觸發(fā)導(dǎo)通，使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電路中流過(guò)直流電流。3.4同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁不能自行投入

原因分析：勵(lì)磁不能自行投入?？隙ㄊ亲詣?dòng)投勵(lì)通道電路中斷或工作不正常，因此可能是投勵(lì)插件與插座間接觸不良，或是圖2所示投勵(lì)電路中的三極管3V1、單結(jié)晶體管4VU工作不正常，電容5C漏電、電位器W′損壞。另外是移相插件同樣有接觸不良現(xiàn)象，或者是圖3所示移相電路的小晶閘管10VT損壞等等。3.5運(yùn)行過(guò)程中勵(lì)磁電流電壓上下波動(dòng)原因分析：引起勵(lì)磁電流電壓輸出不穩(wěn)的原因很多，主要有1)脈沖插件可能存在接觸不良，造成個(gè)別觸發(fā)脈沖時(shí)有時(shí)無(wú)。2)圖1所示脈沖電路的電位器4W松動(dòng)，使三極管1V1電流負(fù)反饋發(fā)生變化，造成放大器工作點(diǎn)不穩(wěn)定，從而影響晶閘管主回路輸出的穩(wěn)定性。另外，如果電容2C漏電或單結(jié)晶體管2VU及三極管1V1性能不良，也會(huì)引起觸發(fā)脈沖相位移動(dòng)。3)圖3所示移相電路的電位器6W松動(dòng)或接觸不良，將會(huì)使移相控制電壓Ed間歇性消失，引起勵(lì)磁電流電壓輸出大幅度波動(dòng)。另外，如果穩(wěn)壓管7VS、8VS損壞，都會(huì)使Ey隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)而波動(dòng)，使Ed輸出波動(dòng)，造成晶閘管主回路直流輸出不穩(wěn)。3.6勵(lì)磁裝置輸出電壓調(diào)不到零位

原因分析：移相電路中電阻18R虛焊，阻值增大或減少，會(huì)引起Ed-Ec≠0，使勵(lì)磁輸出電壓無(wú)法調(diào)到零位?？傊?，同步電動(dòng)機(jī)晶閘管勵(lì)磁裝置的故障雖然多種多樣，但大致可分為勵(lì)磁不穩(wěn)、勵(lì)磁大幅度下降甚至失電壓。這些故障大部分是由于插件引起的。第4章應(yīng)用洗衣機(jī)滾筒通常用分相、電容器啟動(dòng)、或永久分相電容器電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。金屬防塵軸承普遍用于臥軸洗衣機(jī)。立軸洗衣機(jī)則更多采用微接觸橡膠密封件。內(nèi)部徑向內(nèi)隙經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以在速度和噪音要求之間取得最佳平衡。潤(rùn)滑通常采用適用于低溫和高溫環(huán)境且具低噪音功能的油脂。屏蔽磁極和永久分相電容器電動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)洗碗機(jī)水泵。用于這些電動(dòng)機(jī)的單列深溝球軸承都根據(jù)其具體應(yīng)用需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。罩殼解決方案一般是采用金屬護(hù)罩，徑向內(nèi)隙經(jīng)過(guò)優(yōu)化以滿足低噪音的要求。這些軸承充填的油脂能適應(yīng)很大的溫度范圍，而且具有低噪音屬性。低功率屏蔽磁極和永久分相電容器電動(dòng)機(jī)可用于抽油煙機(jī)、空調(diào)機(jī)和通風(fēng)機(jī)等家用電器中。第5章總結(jié)通過(guò)這次實(shí)踐，我了解了單項(xiàng)交流異步電動(dòng)機(jī)的用途及工作原理，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。隨著工業(yè)自動(dòng)化，對(duì)工業(yè)智能化程度的要求越來(lái)越高，以及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)要