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江西理工大学应用科学学院课程设1江西理工大学应用科学学院电力拖动综合课程设计专业：电气工程及其自动化班级：091班学号：姓名：设计题目：交流电动机拖动设计题目E设计报告格式25分设计内容45分答辩考勤总计得分封面3页面布局5目录格式3图表质量4间行距、字体5页眉页脚5设计题目分析5系统控制方案8设备计算、选型7电气原理图调节器参数整定或程序设计101020主电路5控制电路5总图5江西理工大学应用科学学院课程设1目录第1章设计课题及分析.......................................31．1设计题目.............................................31.2对设计题目的分析......................................3第2章电动机的选择、组成及原理...........................42.1电动机的选型..........................................42.2绕线型异步电动机的基本结构............................42.2.1定子部分..........................................52.2.2转子部分........................................62.2.3其他部分........................................72.3绕线型异步电动机的工作原理............................72.3.1三相交流电机的旋转磁场..........................72.3.2三相电动机的转动原理............................8第3章水闸门拖动系统的运行方案............................103.1速度图..............................................103.2水闸门拖动系统的运行方案.............................10第4章水闸门拖动系统......................................114.1水闸门拖动系统的启动方案.............................114.1.1转子串电阻的分级起动的原理......................114.2水闸门拖动系统的调速方案.............................124.2.1转子串电阻调速的原理............................124.3水闸门拖动系统的制动方案............................13交流电动机E24.3.1转速反向的反接制动的原理........................13第5章水闸门拖动系统的参数计算...........................145.1启动参数的计算......................................145.2调速参数的计算......................................155.3制动参数的计算......................................16参考文献...................................................17设计心得...................................................18江西理工大学应用科学学院课程设3第1章设计课题及分析1．1设计题目某水电厂闸门重60吨，采用绕线异步电动机进行电力拖动，要求启门扬程为9m,启闭速度为0.95m/min，闸门的开度能进行控制，系统的示意图如下：卷扬机传动轴传动轴卷扬机图1-1示意图1.2对设计题目的分析由于是第一次接触此类工程设计题目，经验不足，只能参照模型（起重机）进行设计，而且在一定程度上，水电厂的闸门拖动同起重机的重物起降是相似的。基于以上原因，本人会尽力地达到设计题目的要求，从而圆满完成这次课程设计！闸门电机葫芦葫芦交流电动机E4第2章电动机的选择、组成及原理2.1电动机的选型根据题目的技术要求，本人选用了YZR132M16型绕线式三相异步电动机。YZR系列是最新设计的电动机，具有过载能力大和机械强度高的特点，特别适用于驱动各种类型的冶金及起重机械或其他类似设备。（1）YZR系电动机能在下列环境条件下正常运行：1）冷却介质温度不超过60℃(冶金用电动机)或40℃（起重用电动机）。2）海拔不超过1000米。3）经常的、显著的机械振动和冲击。（2）YZR系电动机在下列负载条件下能正常工作：1）经常的起动与逆转。2）经常的电器或机械制动。（3）电动机的额定频率为50赫，额定电压为380伏（4）接法：功率为132千瓦和小于132千瓦的定子绕组用Y接法，其余的用△接法。（5）型号说明：图2-1型号说明2.2绕线型异步电动机的基本结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件。江西理工大学应用科学学院课程设5图2-2绕线型异步电动机的结构2.2.1定子部分定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。a外壳三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。b定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图2-3所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。交流电动机E6定子铁心定子冲片图2-3定子c定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。这六个出线端在接线盒里的排列如图2-4所示，可以接成星形或三角形。内部连接星形联接三角形联接图2-4连接方式2.2.2转子部分转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。绕线形绕组与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见图2-5江西理工大学应用科学学院课程设71—集电环；2—电刷；3—变阻器图2-5绕线形转子与外加变阻器的连接2.2.3其他部分其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。2.3绕线型异步电动机的工作原理2.3.1三相交流电机的旋转磁场三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场的产生。如图2-6所示，U1U2,V1V2,W1W2为三相定子绕组，在空间彼此相隔120°，接成Y形。三相绕组的首端U1,V1,W1接在三相对称电源上，有三相对称电流通过三相绕组。设电源的相序为U,V,W,的初相角为零，如图2-6波形图所示。图2-6三相交流电流波形图交流电动机E8设：i1=sinwt（2-1）i2=sin(wt-120°)（2-2）i3=sin(wt+120°)（2-3）为了分析方便，假设电流为正值时，在绕组中从始端流向末端，电流为负值时，在绕组中从末端流向首端。当wt=0o的瞬间，i1=0,i2为负值，i3为正值，根据”右手螺旋定则”，三相电流所产生的磁场叠加的结果，便形成一个合成磁场，如图2-7所示，可见此时的合成磁场是一对磁极（即二极），右边是N极，左边是S极。wt=0owt=90o图2-7二极旋转磁场空间120度对称分布的三相绕组通过三相对称的交流电流时，产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距；某相绕组中电流达到最大值时，磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。当wt=90o时，即经过1/4周期后，由零变成正的最大值，i2仍为负值，i3已变成负值，如图2-7所示，这时合成磁场的方位与wt=0o时相比，已按逆时针方向转过了90°。应用同样的方法，可以得出如下结论：当wt=180o时，合成磁场就转过了180o，当wt=300o时合成磁场方向旋转了300°，如图3.6（d）所示；当wt=360o时合成磁场旋转了360°，即转1周。由此可见，对称三相电流i1、i2、i3分别通入对称三相绕组U1U2，V1V2，W1W2中所形成的合成磁场，是一个随时间变化的旋转磁场。以上分析的是电动机产生一对磁极时的情况，当定子绕组连接形成的是两对磁极时，运用相同的方法可以分析出此时电流变化一个周期，磁场只转动了半圈，即转速减慢了一半。由此类推，当旋转磁场具有p对极时（即磁极数为2p），交流电每变化一个周期，其旋转磁场就在空间转动1/p转。因此，三相电动机定子旋转磁场每分钟的转速n1、定子电流频率f及磁极对数p之间的关系是n1=60f/p。2.3.2三相电动机的转动原理三相交流电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，其转速n1=60f/p。旋转磁场的磁力线被转子导体切割，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。转子绕组是闭合的，则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转，且某时刻为上为北极N下为南极S，如图2-8所示。根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，江西理工大学应用科学学院课程设9用⊙表示；在下半部则由外向里，用⊕表示图2-8三相电动机的转动原理原理：定子旋转磁场以速度n0切割转子导体感生电动势（发电机右手定则），在转子导体中形成电流，使导体受电磁力作用形成电磁转矩，推动转子以转速n顺n0方向旋转（电动机左手定则），并从轴上输出一定大小的机械功率。(n不能等于n0)特点：电动机内必须有一个以n0旋转的磁场。－实现能量转换的前提；电动运行时n恒不等于n0（异步）－必要条件nn0；建立转矩的电流由感应产生。图2-9异步电动机的模型流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F的方向可用左手定则确定，如图2-9所示。电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转起来，转速为n。三相电动机的转子转速n始终不会加速到旋转磁场的转速n1。因为只