鼠笼式转子（共7篇）
鼠笼式转子 篇1
摘要：本文对深槽型鼠笼式转子三相异步电动机与普通型鼠笼式转子三相异步电动机的启动原理进行了阐述, 并对两种鼠笼式转子三相异步电动机的启动性能进行了深入的对比分析, 说明了深槽型鼠笼式转子三相异步电动机启动性能的优越性。
关键词：深槽型鼠笼式转子,普通型鼠笼式转子,三相异步电动机,启动
1 引言
三相异步电动机由于结构简单、价格低廉、维护方便等优点被广泛应用于现代企业中, 根据转子结构划分, 三相异步电动机转子分为鼠笼式和绕线式。由于鼠笼式转子结构无法形成开路状态, 所以在转子回路中无法串入电阻, 只能采取降压启动方法;绕线式转子是在三相异步电动机转子槽中安放绕组, 三相绕组一端短路, 另一端分别连接转子轴上的滑环, 滑环通过电刷连接外电路并可以短接, 能够在绕线式转子回路中串入电阻, 这样即可以采取转子回路串电阻启动方法。绕线式转子三相异步电动机具有更好的启动性能, 但造价高。根据绕线式转子三相异步电动机启动原理并结合普通型鼠笼式转子结构, 开发出深槽型鼠笼式转子三相异步电动机, 下面就深槽型鼠笼式转子与普通型鼠笼式转子三相异步电动机的启动原理及启动性能进行分析。
2 普通型鼠笼式转子三相异步电动机启动原理及特性
普通型鼠笼式转子是在三相异步电动机转子槽中安放铜条, 两侧分别用铜环将铜条端部短路;或者由铸铝一次浇筑而成鼠笼状结构, 故称鼠笼式转子。由于鼠笼式转子结构无法形成开路状态, 所以在转子回路中无法串入电阻, 只能从定子回路入手采取措施改善电动机的启动性能。
2.1 定子回路串电阻或电抗器启动
在电动机定子回路中串入电阻或电抗器, 分担部分电压, 降低电动机定子绕组两端电压, 从而降低电动机的启动电流。
2.2 星--角启动
适用于定子绕组三角接法电动机, 启动时将定子绕组星接, 启动完毕改为角接。该方法使电动机启动过程中电动机定子绕组两端电压降低为额定运行时电压的1/√3, 从而降低电动机的启动电流。
2.3 自耦变压器降压启动
自耦变压器实为降压变压器, 将自耦变压器一次绕组接电源, 二次绕组接电动机定子绕组两端, 降低电动机定子绕组两端电压, 从而降低电动机的启动电流。
2.4 普通型鼠笼式转子三相异步电动机启动方式下电动机输出转矩
以上所述传统的鼠笼式转子三相异步电动机启动方式均属于降压启动范畴, 即通过降低电动机定子绕组两端电压来达到降低启动电流的目的。由于三相异步电动机电磁转矩与电动机定子绕组两端电压的平方成正比例关系, 上述方法在达到降低电动机启动电流的目的同时, 损失了大部分的输出转矩。所以该方法具有局限性, 只适用于空载启动或轻载启动。
3 绕线式转子三相异步电动机启动原理及特性
绕线式转子是在三相异步电动机转子槽中安放绕组, 三相绕组一端短路, 另一端分别连接转子轴上的滑环, 滑环通过电刷连接外电路并可以短接。这样即可以在绕线式转子回路中串入电阻。
3.1 转子回路串电阻启动
在绕线式三相异步电动机转子回路中串入对称电阻, 降低电动机启动电流。启动过程中, 分级切除对称电阻, 从而保证电动机足够的输出转矩。
3.2 转子回路串频敏变阻器启动
频敏变阻器是阻值可以根据转子电频率变化而变化的可变电阻, 将频敏变阻器串入绕线式三相异步电动机转子回路中, 启动初始阶段转子电频率高, 频敏变阻器阻值高, 随着转子转速的逐渐提高, 转子电频率逐渐降低, 频敏变阻器阻值随之降低, 这样既降低了电动机启动电流, 还可以平滑地切除电阻。
3.3 绕线式转子三相异步电动机启动方式下电动机输出转矩
三相异步电动机的输出转矩与转子电流的有功分量成正比例关系, 绕线式三相异步电动机转子回路中串入对称电阻, 降低了启动电流, 但是由于功率因数提高了, 不但没有降低电动机的启动转矩, 反而提升了启动转矩。该方法适用于重载启动, 较比普通鼠笼式三相异步电动机启动性能更为优良。
4 深槽型鼠笼式转子三相异步电动机启动原理及特性
深槽型鼠笼式转子是在普通型鼠笼式转子基础上, 加大了铁芯槽设计深度, 根据金属导电的“趋肤”效应, 三相异步电动机启动时由于电流大, 深槽上部电荷密度远大于下部电荷密度, 增加了转子电阻, 提高了转子电路功率因数, 不但降低了启动电流, 反而提升了启动转矩。随着转子转速的提高, 转子电流逐渐减小, 深槽上部电荷密度随之减小, 转子电阻也逐渐减小, 使电动机平稳地完成启动过程。
5 结束语
深槽型鼠笼式转子三相异步电动机是根据绕线式转子三相异步电动机启动原理并结合普通型鼠笼式转子结构研发出的新型鼠笼式转子电动机, 具有造价低、启动转矩大优点, 可以满足大负载启动需求。体现出良好的启动性能和经济适用性。
参考文献
[1]杨宗豹, 主编.电机及拖动基础.冶金工业出版社.2003.
[2]许晓峰, 主编.电机及拖动基础.高等教育出版社.2000.
鼠笼式转子 篇2
一、养成重视日常维护和保养的习惯
电动机具有结构简单, 运行可靠, 使用方便, 价格低廉等特点。为保证时机的正常工作对运行的电动机要按电动机完好质量标准的要求进行检查, 运行中的电动机与被拖动设备的轴心要对正, 运行中无明显的振动, 一定要保持通风良好、风翅等要完整无缺。要时刻观察和测量电动机电网电压和正常工作电流, 电压变化不应超过额定电压的±5%, 电动机的额定负荷电流不能经常超过额定电流, 以防时机过热, 同时检查电机起动保护装置的动作是否灵活可靠。检查电动机各部分温升是否正常, 还要经常检查轴承温度, 滑动轴承不得超过度, 滚动轴承不得超过70度, 滚动轴承运转中的声音要清晰、无杂音。对于电动机的运转环境要做到防砸、防淋、防潮。对于环境不良, 经常挪动、频繁起动、过载运行等要加强日常维护和保养, 及时发现和消除隐患。
二、掌握通过观察电动机工作异常, 发现电气常见故障的检查分析方法
(一) 电动机不能起动或起动困难
应检查分析:电源缺相;电动机过载;被拖动机械卡住;定子内部首端位置接错, 或有断线、短路;电源电压较低;原为角接误接成星接;鼠笼型转子的笼条端脱焊, 松动或断裂。
(二) 电动机运行中检查
1) 起动后发热超过温升标准或冒烟。应检查分析:电源电压过低造成在额定负载下温升过高;电动机通风不良或环境湿度过高;电动机过载或单相运行;电动机起动频繁或正反转次数过多;定子和转子相擦。
2) 电动机运行时声音不正常。应检查分析:定子绕组连接错误, 局部短路或接地, 造成三相电流不平衡而引起噪音;轴承内部有异物或严重缺润滑油。
3) 电动机振动。应检查分析:电动机安装基础不平;电动机转子不平衡;皮带轮或联轴器不平衡;转轴轴头弯曲或皮带轮偏心;电动机风扇不平衡。
三、电动机常见故障的处理
(一) 机械故障的分析和处理
1) 定、转子铁芯故障检修。定、转子都是由相互绝缘的硅钢片叠成, 是电动机的磁路部分。轴承过度磨损或装配不良, 这时应用细锉等工具去除毛刺, 消除硅钢片短接, 清除干净后涂上绝缘漆, 并加热烘干;倒槽歪斜向外张开用小嘴钳、木榔头等工具予以修整, 使齿槽复位, 并在不好复位的有缝隙的硅钢片间加入青壳纸、胶木板等硬质绝缘材料;铁芯表面锈蚀, 用砂纸打磨干净, 清理后涂上绝缘漆;因绕组接地产生高热烧毁铁芯或齿部。可用凿子或刮刀等工具将熔积物剔除干净, 涂上绝缘溱烘干;铁芯与机座间结合松动, 拧紧原有定位螺钉。若定位螺钉失效, 可在机座上重钻定位孔并攻丝, 旋紧定位螺钉。
2) 轴承故障检修。转轴通过轴承支撑转动, 是负载最重的部分, 又是容易磨损的部件。轴承缺油时, 钢圈破裂。轴承内混有沙土等杂物或轴承零件有轻度磨损时。对轴承外表面上的锈斑可用00号砂纸擦除, 然后放入汽油中清洗;或轴承有裂纹、内外圈碎裂或轴承过度磨损时, 应更换新轴承。更换新轴承时, 要选用与原来型号相同的轴承。
3) 转轴故障检修。a.轴弯曲, 若弯曲不大, 可加压矫正, 矫正后的轴表面用车床切削磨光;如弯曲过大则需另换新轴。b.轴颈磨损, 轴颈磨损不大时, 可在轴颈上镀一层铬, 再磨削至需要尺寸;磨损较多时, 可在轴颈上进行堆焊, 再到车床上切削磨光;如果轴颈磨损过大时, 也在轴颈上车削2~3mm, 再车一套筒趁热套在轴颈上, 然后车削到所需尺寸。c.轴裂纹或断裂, 轴的横向裂纹深度不超过轴直径的10%~15%, 纵向裂纹不超过轴长的10%时, 可用堆焊法补救, 然后再精车至所需尺寸。若轴的裂纹较严重, 就需要更换新轴。
4) 机壳和端盖的检修。机壳和端盖若有裂纹应进行堆焊修复若遇到轴承镗孔间隙过大, 造成轴承端盖配合过松, 一般可用冲子将轴承孔壁均匀打出毛刺激性, 然后再将轴承打入端盖, 对于功率较大的电动机, 也可采用镶补或电镀的方法最后加工出轴承所需要的尺寸。
(二) 定子绕组维修和处理
三相异步电动机定子绕组是电机工作的核心, 也是维修中的主要部位, 其绕线工艺步骤如下:
1) 按相带顺序列出各相所属槽号。
2) 画出绕组展开图。
3) 绕制线圈时先制作绕线模。
4) 嵌线工艺应注意:绝缘的选用;槽绝缘的裁剪与放置;嵌线工具理线板, 压线板用法;嵌线工艺。
嵌线时须注意:绕缉端部引线须放在一侧。同时边嵌线边放好相绝缘。
5) 放绕组端言部相绝缘。
6) 封糟口。
7) 端部整形。
8) 端部接线应注意:将过桥线及引线在绕组端部排列整齐;套好绝缘套管后, 与端部绕组一起包扎;布置引线位置时, 要考虑出线口位置。注意铬铁的用法, 防止熔锡流入线圈内部;防止焊接时间过长烧损线头附近绝缘。
9) 绕组的绝缘浸漆与烘干处理。
四、结语
随着电动机的广泛使用, 电机的维修和保养已经得到了大家的高度重视, 只有加强电动机的日常维修和保养才能够经济, 安全的为社会创造更多的财富。在职业教育中应加强学生这方面的能力培养。
参考文献
[1]扬天明.电机绕组维修技术.化学工业出版社, 2009.
鼠笼式转子 篇3
在日常的应用电子教学中, 由于电动机运转的异常而直接导致整个实践教学的中断, 甚至影响其他低压控制器设备及学生的人身安全,这些都是我们必须努力避免的。
1.三相异步电动机简介
三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成。定子绕组用来在磁场中转动,切割磁感线,而转子绕组是用作产生感应电势并产生电磁转矩的。日常教学使用的主要是三相鼠笼式异步电动机,该电机转子绕组是自己短路的绕组,在转子在每个槽中放有一根导体(材料为铜或铝),导体比铁芯长,在铁芯两端用两个端环将导体短接,形成短路绕组。若将铁芯去掉,则剩下的绕组形状似松鼠笼子,故称鼠笼式绕组。
2.三相鼠笼式异步电动机的常见故障及处理方法
教学中,由于三相鼠笼式异步电动机的使用频率非常高且会进行频繁的启动制动, 因此三相电动机往往也容易出现一些人为故障,大体归纳为电磁故障和机械故障两个方面。下面介绍一些教学中常见的故障。
2.1完 成 接 线 后 ,三 相 异 步 电 动 机 不 能正 常 启 动
处理方法:(1)当电动机无法启动时,可使用电工电子实训台上的交流电压表测量三相电压,若电压太低,则应设法调节实训台交流电源的旋钮,增大电源电压。 (2)若检测后发现三相电压正常而电机不转, 则可能是电机转子部分故障或卡阻严重,此时应迅速切断电动机电源,防止因电机卡阻停转导致电机定子绕组烧坏,甚至冒烟。 (3)若电机直接接三相电源可以启动, 而连接交流接触器和继电器等控制设备时无法启动,则要检查接触器各触头及接线柱的接触情况;检查热继电器过载保护触头的开闭情况和工作电流的调整值是否合理检查熔断器熔体的通断情况, 对熔断的熔体在分析原因后应根据电动机启动状态的要求重新选择。
2.2接 通 电 源 后 , 三 相 异 步 电 动 机正 常 启 动 后 , 其 转速 低于额定值
处理方法:(1) 检查三相异步电动机的各相端电压的大小,若检测后发现端电压偏低,则电机起动转矩减小,转速降低。 (2)若发现电机运行过程中,电机转速下降并伴有杂音,则应打开电机端盖,检查鼠笼转子导条是否断裂或开焊,检查鼠笼导条有没有电弧灼痕,有无断裂和细小裂纹,端环连接是否良好。
2.3异 步 电 动 机运 行 时 ,三 相 电 流 不 平 衡 。
处理方法:(1)若三相电压不平衡导致电动机运行时三相电流不平衡,可检查电源电压,做出处理。 (2)若个别绕组匝间短路,则将造成各相阻抗不相等,在不平衡电压的作用下,使得三相电流不平衡。 (3)由于定子线圈接线有错误或部分线圈匝数有错误所造成相间电流不平衡。
2.4异 步 电 动 机运 行 时 温 升 过 高
处理方法:(1)检查电机负载机械的功率是否超过三相电机的最大输出功率,一般教学过程中这种情况不多见。 (2)检查电机工作环境温度、通风和电机积尘情况,这些因素也会引起三相电机温升过高。解决的办法有利用鼓风机,风扇吹风,增加空气流动, 同时要注意清除电动机本身风扇的油污及灰尘,以改善自冷条件。 (3)若在电动机运行过程中,突然发生温升过高,则可能为电机定子绕组有匝间短路,或者因轴承运行中损坏,从而引起局部温升过高。这时可以打开端盖,观察是否有烧焦。然后用手摸定子和转子的绕组部分,比较其温度大小,找出短路处,分开短路部分,若轴承损坏则可更换轴承。
3.对电机进行故障诊断时应注意的原则
三相鼠笼式异步电动机是日常教学中最常见的电力拖动设备,其特点是容易操作、结构简单、维护方便。但是要准确判断三相异步电动机的各种机械故障, 除要掌握其基本工作原理以外,更重要的是在问题中反复摸索,不断总结积累经验,这样才能在面对纷繁复杂的故障时从容应对。
3.1排 查 三 相 异 步 电 机 故 障 的 原 则
3.1.1首先必须了解学生操作情况 , 询问该电动机故障前后的运行情况和故障发生的过程、现象;其次对事故现场进行观察,看设备外表有无明显的损伤或异常气味;再次用手转动电机转子,检查它是否灵活或松动、响声等,可初步了解电动机内部的损坏程度和故障部位。
3.1.2可 利用万用表测量三相电源电压及检查电机的绝缘情况,如电机的直阻、接地电阻等。
3.1.3检 查三相电动机的熔断器是否烧断 、交流接触器 、热继电器等有无不正确的断开及闭合。
3.1.4检 查三相异步电机绕组接线方法是否和铭牌上的连接方法匹配。
3.1.5检查空载启动时 ,三相电机本体有无故障 ,必须仔细观察其响声、气味、振动、温升、电流、电压及转速等现象;根据实际情况作出正确判断。
结语
三相鼠笼式异步电动机在电机拖动、电气工程等专业日常教学中使用非常广泛,而该电机的维护和与检修更是我们必须面对的一大难题,如何更方便、更快速地维护与检修三相异步电动机,保证教学顺利稳定的实施,值得我们不断探索总结。
摘要：三相鼠笼式异步电动机作为职业学校应用电子专业主干课程中的重要实验设备,时常会在教学过程中发生一些故障,这些故障是人为和客观原因导致的。文章通过对三相异步电动机的各种故障分析诊断,有效维护电子教学设备的正常使用,保证实践教学的顺利开展,为广大电子实践教师提供一些电动机维护和修理的经验。
鼠笼式转子 篇4
一、引言
在工程的仿真及计算中, 一般是在认为电机的各阻抗参数是不变的前提下进行的, 在稳态的运行情况下, 这种处理是可行的。但是在电机起动过程中, 由于转子电阻受到挤流效应的影响, 电机参数将会发生显著变化, 进而影响起动过程。本文在考虑电机自身固有非线性特性的基础上, 结合这些因素修改异步电机模型, 并进行仿真比较, 得到考虑挤流效应后电机起动电流的变化情况。
二、挤流效应对转子电阻的影响
采用解析法对异步电动机的起动过程进行了分析, 分析时做了如下假定:
1.槽内磁场强度矢量各处均平行于槽底。
2.忽略铁心磁阻不计。
3.槽轴向无限长, 忽略边端效应。
工程上采用简化计算, 先计算一个系数ξ, ξ为导条相对高度, 其计算公式为:
式中, hB为转子导条高度, 单位为cm;b B为导条宽度, 单位为cm;br为转子导条槽宽度, 单位为cm;f为导条电流频率;ρB为电阻系数。
根据ξ可以确定转子挤流效应系数, 鼠笼导条电阻增加系数KF及电抗减小系数KX的算式分别是
转子起动电阻的计算
式中, lB为转子导条长度;为转子端环电阻;l为铁心长度, 长度单位均为cm。
根据上述公式可以计算得出不同转速下转子电阻变化情况, 本文采用型号为Y225M-8的22kW的异步电机转子槽为刀形槽为例, 计算得出的转子电阻在起动过程中的曲线如图1所示。可以看出转子电阻在起动过程中由于挤流效应一开始变得很大, 是稳态时转子电阻的2倍多, 对起动过程影响较大。
三、计算结果分析
仍以上述22kW异步电动机为例, 起动电流计算结果如图2所示, 图中IA和IA1分别为考虑挤流效应前后的电流波形。可以看出考虑挤流效应时异步电机起动过程要更快些, 不考虑转子电阻变化时电机在0.35s后才进入稳态, 在0.35s前的起动过程可以看出挤流效应对起动的暂态过程影响较大。
四、结论
本文采用解析法研究了挤流效应对异步电动机起动过程的影响, 结果表明由于起动时转子电流频率较高, 转子导条挤流效应导致转子电阻增加会导致电机起动过程。
摘要：本文采用解析法研究了挤流效应对异步电动机起动过程的影响。以一台22kw的异步电动机为例, 分析了考虑挤流效应对参数影响后的电机起动过程的电流的变化情况。结果显示在考虑参数变化时, 电机具有更快的响应速度。
关键词：挤流效应,异步电机,起动过程
参考文献
[1]陈世坤主编, 电机设计[M], 机械工业出版社2008
[2]湘潭电机厂编, 交流电机设计手册[M], 湖南人民出版社, 2003
[3]M.Liwschitz-Garik.Computation of Skin Effect in Bars of Squirrel Cage Rotors.Transactions on AIEE.1995, 18-26.
鼠笼式转子 篇5
三相异步电动机由于易调速易转向, 从而广泛应用于工农业生产中。由于异步电动机直接启动会导致启动电流过大, 启动转矩过大, 从而损害生产机械。因此启动时, 常采用降压启动的方法。对于三项鼠笼式异步电动机, 其降压起动方法有延边三角形降压启动方法、定子绕组串电阻降压起动方法、Y/Δ降压起动方法及自耦变压器降压起动方法等。本文主要利用MATLAB对三相异步电动机定子绕组串电阻降压起动和直接启动进行了设计和仿真。
1 异步电动机工作原理
三相鼠笼式异步电动机由定子和转子两部分组成。当三相定子绕组接三相对称电源时, 定子绕组就产生三相对称电流, 从而定子部分产生旋转磁场。因为磁场在转动而转子不动, 就可认为转子在切割磁力线, 根据电磁感应定律, 从而转子绕组产生感应电动势和感应电流。转子绕组受到磁场力的作用, 就转动起来, 其转速低于旋转磁场的转速, 不同步。所以称为三相异步电动机。
2 实例计算和MATLAB仿真
一台鼠笼式三相异步电动机, 已知数据为:PN=28KW, IN=25A, nN=1455r/min, cosφN=0.88, KI=6, KT=1.1, λ=2.3。供电变压器要求起动电流Is≤150A, 起动转矩为73.5N.m。若选择定子绕组串电阻降压起动方法判断是否能采用, 并用MATLAB Simulink仿真, 做出转速、转矩、定子电流和转子电流的波形图并进行分析。
根据经验公式:TN=9550PN/nN KT=Is/IN KT=Tst/TNλ=Tmax/TN
可求得:
电动机的额定转矩TN=9550PN/nN=9550×28/1445=183.78N.m
正常起动转矩应不小于Ts1=KTTL=1.1×73.5=80.85N.m
采用串电阻降压起动Is=KIIN=6×25=150A
满足Is≤Is1=150A
所以, 能采用串电阻降压起动
MATLAB仿真图:
(2) 定子绕组串电阻降压起动仿真模型原理图
3 结果分析
3.1 运行结果
3.2 特性分析
通过比较直接起动和定子绕组串电阻降压起动的仿真结果, 可以看出, 起动转矩和起动电流得到了有效的控制, 定子串电阻起动降低了起动电流, 减小了对电机的冲击, 但降压起动时间比直接起动时间长很多。
一旦起动完毕, 串联电阻即被短接, 电动机进入全电压正常运行。
摘要：三相异步电机广泛应用于工农业生产中。因为三相异步电动机的直接起动会导致启动电流是正常额定电流的5倍左右, 启动转矩过大, 容易对负载产生较大的冲击, 考虑到电流、启动转矩近似的与定子的电压成正比, 因此采用降低定子电压的办法来限制起动电流, 降低启动转矩。本文主要研究基于MATLAB的三相异步电动机定子绕组串电阻降压起动设计和仿真。
关键词：三相异步电动机,降压起动,MATLAB
参考文献
[1]马宏忠.电机学[M].北京:高等教育出版社, 2013.
[2]刘凤春.电机与拖动MATLAB仿真与学习指导[M].机械工业出版社.
[3]姜玉柱.电机与电力拖动[M].北京理工大学出版社.
[4]胡虔生, 胡敏强.电机学中国电力出版社, 2009.
[5]汤蕴璆, 罗应立, 梁艳萍.电机学[M].机械工业出版社, 2008 (10) .
[6]邓建国.基于MATLAB/SIMULINK的异步电动机仿真模型及起动过程的仿真[J].湖南工程学院学报 (自然科学版) , 2002 (01)
鼠笼式转子 篇6
关键词：电动机,起动,技术
1 引言
由于鼠笼式电动机具有结构简单,使用方便,造价低等特点,在工农业生产、机械加工与制造、建筑工程等方面应用广泛,特别是它的适用功率大,自动化控制技术要求越来越高,是高等院校物理实验室和电力拖动实验的重要组成部分,也是检验学生动手能力和探索实验创新能力的重要实验之一。本文结合电动机原理和物理技术,着重对鼠笼式电动机Y-Δ换接起动进行技术性改进,以提高自动化程度,适应现代科学技术水平发展的需要。
2 鼠笼式电动机Y-Δ起动的机械时间控制及特点
鼠笼式电动机Y-Δ换接起动就是把正常工作时定子绕组作三角形联结的电动机,在起动时接成星形,待电动机转速上升后,再换接成三角形。Y-Δ换接起动设备简单,工作可靠,但只适用于正常工作时作△联结的电动机,为此,Y型系列异步电动机额定功率在4kW及其以上的均设计成△接法[2]。它的接线控制线路如图1所示。
由于这种起动线路电器元件件较多,且机械性能强,操作起来相对繁锁,也不利于创新型技术建设与改革,因此,应加强自动化程度研究,赋予实验改革、创新教学研究、电动机技术创新以新的内涵。
3 鼠笼式电动机Y-Δ起动的自动控制(PLC)技术
(1)PLC的主电路
自动控制(PLC0的主电路,如图2所示。
(2)PLC的外部接线图
自动控制(PLC)的外部接线,如图3所示。
(3)PLC的梯形图
自动控制,即可编程控制器(PLC)的梯形图,如图4所示。
(4)PLC的I/O点分配
I/O点分配,参考图3,如表1所示。
(5)PLC的指令程序
指令语句,如表2所示。
(6)PLC的选取与确定
PLC选用价格低廉,装备简单,设计合理的西门子编程软件S7-300和S7-400系列[3]。这种选配,起动原理便捷,起动时按下SB2,PLC输入继电器X2的常开触点闭合,辅助继电器R0和输出继电器Y1,Y3均接通。此时,将接触器KM1和KM3同时接通,电动机进行Y形联接降压起动。
4 结束语
PLC应用于鼠笼式电动机Y-Δ换接起动,结构简单,操作和设计流程完全符合电力电子技术,特别是西门子编程软件S7-300和S7-400系列,其过硬的技术和质量保障,十分适合于高校电力拖动实验改装和生产建设应用,具有广阔的发展和应用前景。
参考文献
[1]秦曾煌.电工学(上册)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]周文彬.工厂供配电技术[M].天津:天津大学出版社,2008.
鼠笼式转子 篇7
电动机是工业、农业和交通运输的重要设备, 而且随着社会生产的日益发展, 电动机的应用将会越来越广。三相交流鼠笼式异步电动机因其结构简单、运行可靠和价格便宜而被广泛采用, 据统计, 其耗电量约占全国发电量的30%以上, 与电机配套的控制设备也必将成为大家关注的焦点。电动机的控制主要包括电机的启动、调速和制动。当电动机从投入电网时, 电动机从静止状态升速到达稳定运行的转速, 这一过程称为启动, 鼠笼式异步电动机的启动性能最重要的参数是启动电流和启动转矩。传统的电机启动方法, 除小功率的电机以采用直接启动外, 大、中型电机一般采用定子串电抗启动、Y-Δ启动, 自耦变压器启动, 延边三角形启动4种方法。所有这些还有一个共同的缺点, 就是电流幅值、启动时间不可调节, 由于这些诸多因素的影响, 造成许多电动机的损坏, 甚至烧毁, 每年给国民经济造成损失, 其中重要的原因电动机的启动电流过大, 一般是额定值的5至7倍。软启动器 (soft starter) 是一种基于交流调压器原理的电力电子设备, 用于实现交流电机的软启动控制。目前软启动主要有以下五种启动方式:限流启动, 斜坡电压启动, 转矩控制启动, 转矩加突跳控制启动, 电压控制启动。本文利用80C196K C的H SO口输出的占空比可调的P W M波电流信号波形, 通过控制晶闸管导通角的变化来调节电动机的启动电流, 从而达到电动机软启动。
1 软启动原理
利用三相晶闸管可以实现三相电压的调压, 其电路图见图1。
调压原理为:晶闸管门极的触发相序是V T1、V T3、V T5, 触发相序依次滞后120°, V T4、V T6、V T2的触发相序又分别滞后于V T1、V T3、V T5180°, 这样, V T 1—V T 6依次滞后60°。当触发角改变时, 三相相电压也随之变化。
利用调压原理来实现平稳启动电动机, 其主回路原理图见图2。
其工作原理为:在电动机启动开始时, Q 1闭合, 控制晶闸管的触发角为最大, 即180°, 此时, 电动机的启动电流为0, 逐渐减小晶闸管的触发角, 使启动电流逐渐平稳的上升, 当达到电动机电流的额定值后, Q 2闭合, Q 1断开, 晶闸管电路被旁路掉, 软启动装置退出运行。
2 单片机系统的硬件设计
系统采用三相分支双相控制电路, 可控硅触发脉冲的产生与移相由微机控制输出, 经过功放电路送到可控硅的门级, 速度给定信号与速度的反馈信号的偏差作为速度控制器的输入信号, 而速度控制器的输出信号与电流的反馈信号的偏差最为电流控制器的输入信号, 电流控制器的输入信号经过光电隔离去驱动晶闸管达到调速的目的。图3以80C196K C单片机为核心的控制系统硬件结构。
80C196K C是CH M O S高性能16位单片机中第二代产品有68个引脚, 5个8位I/O输出口, 其中P 0是只用于输入的口, 与A/D转换器的模拟输入端共享引脚;P 1是准双向口;P 2是多功能口;P3和P4可作双向口或系统总线。6个H SO输出端口, 4个输入端口。有3个P W M (脉宽调制) 输出。
2.1 同步电路
同步电路的功能是, 在对应的晶闸管承向正向阳极电压的初始点 (即控制角α的起算点) 发出一个CPU能识别是哪一相同步信号的中断脉冲U tp1, CPU根据U tp1和要求的α角, 进行延时控制, 输出相应的触发脉冲。同步配合的原理说明如图所示。
触发电路的同步配合主要是依靠同步变压器及R C移相电路来实现的。要求触发电路的同步电压信号与对应的晶闸管承受的正向阳极电压同相位, 或有一定的相位关系。同步电路的硬件电路:
来自同步变压器的二次电压U a、U b、U c与晶闸管三相全控桥的三相交流电压同相位U A、U B、U C, 经R C滤波电路 (附加相移300°) 、波形变换、光祸隔离、整形电路后输出三相方波电压, 记为K A, K B, K C。三相方波分别送给80C196K C单片机的P 01口的P 1.0、P 1.1、P 1.2端。CPU根据K A、K B、K C的值能判断三相交流电源的相位。三相方波信号经D4、D5、D6异或门电路产生6倍频的脉冲信号U tp, 脉冲宽度取决于R、C电路的参数。
2.2 系统软件设计
(1) 移相控制:移相控制时通过同步中断脉冲开始后的延时控制来实现的。同步中断脉冲的硬件电路前面已述。移相控制是由软件来实现的。对于工频交流电源, 每个工频周期为20毫秒。因此, 移相控制角α和延时时间是对应的。在96系列单片机中, 由高速输出系统H SO实现延时控制不需占用CPU的处理事件。这是一大优点。
对应移相控制角α的延时时间常数用T A表示。经分析, 在晶振频率为12M z时, 状态周期为0.25微秒, 则定时器T 1的计时周期为:
那么T A与α的关系为:
式 (2) 中, α—期望的移相控制角;当α从0°变化到180°式, T A从0变化到5000, 即T A的最大值T AM M=5000。显然, 通过限制T A, 即可限制αm in, αm ax.
按照模拟触发电路的思路, 触发电路的控制电压U ct的关系为:
式 (3) 中, T A的取值范围为0～T AM M。
T A的每一个数字表示2微秒的延时时间, 对应的工频相位较为0.036。由高速输出口输出的脉冲单窄脉冲, 若需要双窄脉冲, 可由硬件电路实现。H S O.0—H SO.5端分别输出1～6脉冲, 但这6根引脚输出地为单脉冲, 经或非电路D1～D6后, 输出为双窄脉冲。经光耦隔离电路、功率防大电路及脉冲变压器后输出双窄触发脉冲。例如, 经T M 1输出的U G 1K 1是由H SO.0输出的1单脉冲和H SO.1输出的2单脉冲合成的, 其中H S O.1端输出的2单脉冲比1单脉冲滞后60°, 也称为补脉冲。
由此也说明, 对1至6单脉冲是有相序要求的, 即对同步电压U ra、Urb、U rc有相序要求。不然, 如果同步电压相序不正确, 会导致1双脉冲中的补脉冲 (即2单脉冲) 要超前1单脉冲, 从而使整流器的控制角α在不同相序条件下相差60°。
(2) 算数平均滤波
该方法是连续采样n次, 然后取其算数平均值其算式为:
式 (4) 中Y是n次采样的平均值;xi是第i次采样值;n是采样次数。这是用得最多和最简单的方法, 对压力、流量等周期性信号有良好平滑作用, 平滑程度取决于n的取值。n太小时, 效果不太明显, 特别是对于脉冲干扰更是如此。n太大, 则实时性差, n的取值视生产环境而定, 通常取n=4或8 (即:采用n=2m的形式, m为正整数) 这样, 可以以右移的方法求其平均值。本系统采用四次采样, 四次采样值放在8AH-8DH。
3 结语
本文介绍的软启动, 主回路采用晶闸管三相交流调压电路, 通过80C196单片机控制其导通角以实现启动过程中软特性的电压爬升, 大大降低了异步电动机启动时对电网的电流冲击以及对传动机构的机械冲击, 其启动电流倍数可根据需要设置, 当电机轻载或空载运行时, 该装置可通过降压实现节能运行, 并具有完善的故障检测及保护功能。
突出的优点体现在能够连续无级的调节电机启动、冲击转距和冲击电流小、控制简便、启动重复性好等方面。该系统采用速度双闭环结构, 速度给定采用模拟信号, 速度反馈信号由检测环节提供。电流给定由速度输出给定, 反馈来自电动机的电枢电流。速度给定与反馈信号通过单片机软件编程实现A/D转换, 以获得相应的数字信号, 单片机对数字信号进行误差分析计算后, 通过软件触发晶闸管, 实现智能控制。
摘要：介绍三相交流调压电路的软启动的原理, 提出一种具有双闭环控制结构的电机控制系统。该控制系统的核心是80C196KC单片机, 通过控制晶闸管导通角的变化来调节电动机的起动电流, 能实现连续无级调节电机启动。采样部分采用算数平均滤波, 提高系统的抗干扰性能。
关键词：软启动,80C196KC,双闭环控制 (算数平均滤波)
参考文献
[1]袁运华等.基于80C196K C的微机电动机软启动及保护装置的研制[J].中国农村水利水电, 2000.6:55-56.
[2]张浩.80C196K C单片机控制的电子软起动器硬件设计[J].《电机与电器》, 2002.4:28-31.