第1章緒論
1.1摘要
電動機是把電能轉換成機械能的裝置。在機械、冶金、石油、煤炭、化學、航空、交通、農業以及其他各種工業中，電動機被廣泛地應用著。隨著工業自動化程度不斷提高，需要採用各種各樣的控制電機作為自動化系統的元件，人造衛星的自動控制系統中，電機也是不可缺少的。
此外在國防、文教、醫療及日常生活中(現代化的家電工業中)電動機也愈來愈廣泛地應用起來
與單相電動機相比，三相非同步電動機執行效能好，並可節省各種材料。按轉子結構的不同，三相非同步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的非同步電動機結構簡單、執行可靠、重量輕、**便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難。
繞線式三相非同步電動機的轉子和定子一樣也設定了三相繞組並通過滑環、電刷與外部變阻器連線。調節變阻器電阻可以改善電動機的起動效能和調節電動機的
隨著工業的不斷發展，三相非同步電動機的需求會越來越大，三相非同步電動機的應用越來越廣泛，三相非同步電動機的作業系統是乙個非常龐大而複雜的系統，它不僅為現代化工業、家庭生活和辦公自動化等一系列應用提供基本操作平台，而且能提供多種應用服務，使人們的生活質量有了大幅度的提高，擺脫了人力勞作的模式。而三相非同步電動機主要應用於工業生產的自動化操作中是三相非同步電動機的主要應用之一，，為工業生產提供理論依據和實踐指導。
1.2課程目的
籠式三相非同步電動機結構簡單、執行可靠、重量輕、**便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難。正由於此，通過此課程設計，實現三相非同步電動機的變頻調速控制與應用。
1.3課程意義
這次課程設計可以使我們在學校學的理論知識用到實踐中，使我們在學習中起到主導地位，是我們在實踐中掌握相關知識，能夠培養我們的職業技能，課程設計是以任務引領，以工作過程為導向，以活動為載體，給我們提供了乙個真實的過程，通過設計和執行，反覆除錯、訓練、便於我們掌握規範系統的電機方面的知識，同時也提高了我們的動手能力
1.4課程內容
在這次課程設計任務中，主要工作在於
1. 了解三相非同步電動機的結構和工作原理
2. 了解非同步電動機調速的意義、方法及其在工程上的應用，重點掌握繞線式三相非同步電動機的串電阻調速方法，掌握繞線式非同步電動機調壓調速的原理和方法
3. 三相非同步電動機使用過程中的注意事項及故障處理
4. 心得體會
第2章相關技術與理論
2.1電動機的基本結構
2.1.1定子部分
1、定子鐵心
作用：電機磁路的一部分，並在其上放置定子繞組。定子鐵心槽型有以下幾種：半閉口型槽：電動機的效率和功率因數較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。
一般用於小型低壓電機中。
半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用於大型、中型低壓電機。所謂成型
繞組即繞組可事先經過絕緣處理後再放入槽內。
開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機中。2、定子繞組
作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產生旋轉磁場。
構造：由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結構完全相同繞組連
接而成，這些繞組的各個線圈按一定規律分別嵌放在定子各槽內。
定子繞組的主要絕緣專案有以下三種：（保證繞組的各導電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。
（1）對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。（2）相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。
（3）匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。3、機座
作用：固定定子鐵心與前後端蓋以支撐轉子，並起防護、散熱等作用。構造：機座通常為鑄鐵件，大型非同步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電
動機的機座採用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內外的空氣可直接對流，以利於散熱
2.1.2轉子部分
1、三相非同步電動機的轉子鐵心：
作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內放置轉子繞組。
構造：所用材料與定子一樣，由0.5公釐厚的矽鋼片沖製、疊壓而成，矽鋼片外圓衝有均勻分布的孔，用來安置轉子繞組。
通常用定子鐵心衝落後的矽鋼片內圓來沖製轉子鐵心。一般小型非同步電動機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上，大、中型非同步電動機**子直徑在300~400公釐以上）的轉子鐵心則借助與轉子支架壓在轉軸上。2、三相非同步電動機的轉子繞組
作用：切割定子旋轉磁場產生感應電動勢及電流，並形成電磁轉矩而電
動機旋轉。
構造：分為鼠籠式轉子和繞線式轉子。
（1）鼠籠式轉子：轉子繞組由插入轉子槽中的多根導條和兩個環行的環
組成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像乙個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機採用鑄鋁轉子繞組，對於100kw以上的電動機採用銅條和銅端環焊接而成。
（2）繞線式轉子：繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是乙個對稱的三相
繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集流環上，再通過電刷與外電路聯接。
2.1.3電動機其他附件
其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇則用來通風冷卻電動機。
三相非同步電動機的定子與轉子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm～1.5mm。
氣隙太大，電動機執行時的功率因數降低；氣隙太小，使裝配困難，執行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動效能變差
2.2電動機的分類
三相非同步電動一般為系列產品，其系列、品種、規格繁多，因而分類也較繁多。
1按電動機尺寸大小分類
大型電動機：定子鐵心外徑d＞1000mm或機座中心高h＞630mm。
中型電動機：d=500~1000mm或h=355~630mm。
大型電動機：d=120~500mm或h=80~315mm。
2按電動機外殼防護結構分類
3按電動機冷方式分類
電動機按冷卻方式可分為自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。可參見國家標準gb/t1993-93《旋轉電機冷卻方式》。
4按電動機的安裝形式分類
imb3：臥式，機座帶底腳，端蓋上無凸緣。
imb5：臥式，機座不帶底腳，端蓋上有凸緣。
imb35：臥式，機座帶底腳，端蓋上有凸緣。
5按電動機執行工作制分類
s1；連續工作制
s2：短時工作制
s3~s8：週期性工作制
6按轉子結構形式分類
三相籠型非同步電動機
三相繞線型非同步電動機
2.3三相非同步電動機的工作原理
電動機的工作原理是建立在電磁感應定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎上的。當磁極沿順時針方向旋轉，磁極的磁力線切割轉子導條，導條中就感應出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。
因為運動是相對的，假如磁極不動，轉子導條沿逆時針方向旋轉，則導條中同樣也能感應出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導條中就產生電流。該電流與旋轉磁極的磁場相互作用，而使轉子導條受到電磁力f，電磁力的方向可用左手定則確定。
由電磁力進而產生電磁轉矩，轉子就轉動起來
第3章三相非同步電動機的調速方法
3.1三相非同步電動機的調速
非同步電動機比起直流電動機來,省去了換向器,使得結構更簡單、結實、緊湊,它具有維修工作量小、執行效率高、轉動慣量小、動態響應快的特點。過去由於對它缺少相應的控制手段,實現速度的調節比較困難,所以在20世紀的大部分年代裡,交流電動機主要在不調速的場合應用。近年來,由於電力電子和微電子技術的飛速發展,新器件和新的控制系統的不斷推出,使交流電氣傳動也具有與直流電氣傳動同樣優良的調速效能,從而使交流調速得到了迅速發展。
三相非同步電動機的轉速公式為，其中為旋轉磁場的速度，n為轉子轉速為旋轉磁場的頻率，s為轉差率。所以非同步電動機的調速可由三個方面入手；一是改變定子繞組的極對數；二是改變電源頻率；三是改變電動機的轉差率。此外還有改變定子電壓調速法。
3.1.1變極對數調速法
這種調速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機定子極對數達到調速目的。變極調速的非同步電動機一般採用鼠籠式轉子,因為鼠籠式轉子的極對數能自動地隨著定子極對數的改變而改變,使定、轉子磁場的極對數總是相等而產生平均電磁轉矩。若為繞線型轉子,則定子極對數改變時,轉子繞組必須相應地改變接法以得到與定子相同的極對數,很不方便。
特點如下:具有較硬的機械特性,穩定性良好;無轉差損耗,效率高;接線簡單、控制方便、**低;有級調速,級差較大,不能獲得平滑調速。本方法適用於自動化程度要求不高,不需要無級調速的生產機械,如金屬切削工具機、公升降機、起重裝置、風機、水幫浦等。
如下圖所示接法，則形成兩級繞組
若改為下圖接法，則興城四級繞組
3.1.2改變定子電壓調速法
當非同步電動機定子與轉子迴路的引數為恆定時,在一定的轉差率下,電動機的電磁轉矩與加在其定子繞組上電壓的平方成正比,因此,改變電動機的定子電壓就可改變其機械特性的函式關係,從而改變電動機在一定輸出轉矩下的轉速。由於電動機的轉矩與電壓平方成正比,因此最大轉矩下降很多,其調速範圍較小,使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速範圍,調壓調速應採用轉子電阻值大的籠型電動機,如專供調壓調速用的力矩電動機,或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。
調壓調速的主要裝置是乙個能提供電壓變化的電源,目前常用的調壓方式有串聯飽和電抗器、自耦變壓器以及閘流體調壓等幾種。
閘流體調壓方式為最佳。調壓調速的特點是:調壓調速線路簡單,易實現自動控制;調壓過程中轉差功率以發熱形式消耗在轉子電阻中,效率較低。
調壓調速系統一般適用於100kw以下的生產機械。目前,已成功地大量使用在電梯、捲揚機械與化纖機械等工業裝置
3.1.3改變轉差調速
1.轉子外加電阻調速法，這種方法只適用於繞線型非同步電動機
當轉子迴路中串入調速電阻時，電動機的te-s曲線將發生變化，若此時電機的負載轉矩和空載轉矩tl+t0保持不變，轉子的轉差率改變，則轉速改變。這種方法的優點是方法簡單、調速範圍廣，缺點是調速電阻需要消耗一定功率，此方法主要應用於中、小容量的感應電機，例如橋式起重機所用的電機。
2串級調速
轉子迴路串入調速電阻，損耗較大。為了利用這部分電功率，可以在轉子迴路中接入乙個轉差頻率的功率變換裝置，把這部分功率送回電網，即達到調速的目的，又獲得較高的效率。
3雙饋電機
如圖所示，為一雙饋電機結構，定子由三相交流電源供電，轉子由三相交流電源經變壓器降壓，再經交--交變頻器把工頻變為轉差頻率，然後接至轉子。此變頻器的頻率、幅值、相位和相序均可調節，轉差率的傳遞方向也可以改變。這種定、轉子兩邊均由交流電源供電的電機，稱為雙饋電機。
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