1、电机与拖动课程设计离心式风机电机拖动系统设计讲诉电机与拖动课程设计离心式风机电机拖动系统设计学生姓名学 号学院名称信电学院专业名称电机与拖动指导教师樊兆峰2012年1月6日 1课程设计题目及要求题目2：离心式风机电机拖动设计要求；1. 选择用于拖动离心式风机的电机。电机应能可靠启动、运转、停止。2. 联锁电路设计应能可靠工作2离心式风机简介2.1离心式风机简介2.1.1离心式风机简介性能和原理2.1.1.1离心式风机性能离心式风机实质是一种变流量恒压装置。当转速一定时，离心式风机的压力-流量理论曲线应是一条直线。由于内部损失，实际特性曲线是弯曲的。离心式风机中所产生的压力受到进气温度或密度变化
2、的较大影响。对一个给定的进气量，最高进气温度(空气密度最低)时产生的压力最低。对于一条给定的压力与流量特性曲线，就有一条功率与流量特性曲线。当鼓风机以恒速运行时，对于一个给定的流量，所需的功率随进气温度的降低而升高。1.1.1.2离心式风机的原理离心式风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 离心式风机是根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能（压力）。在单级离心式风机中，气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，然后进入扩压器。在扩压器中，气体改
3、变了流动方向造成减速，这种减速作用将动能转换成压力能。压力增高主要发生在叶轮中，其次发生在扩压过程。在多级离心式风机中，用回流器使气流进入下一叶轮，产生更高压力。 离心式风机可制成右旋和左旋两种型式。从电动机一侧正视，叶轮顺时针旋转，称为右旋转风机，逆时针旋转，称为左旋。2.1.2离心式风机的应用2.2应用范围2.2.1离心式风机广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却； 锅炉和工业炉窑的通风和引风； 空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风； 谷物的烘干和选送； 风洞风源和气垫船的充气和推进等。3离心式风机电机选型设计3.1 电机选型三相交流异步电动机的选用，主
4、要从选用的电动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。3.1.1 由已知参数选取电机3.1.1.1 Y280S-4Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制（S1）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、食品机械等。 Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。Y80315电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。Y355电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件J
5、B5274-91。Y80315电动机采用B级绝缘。Y355电动机采用F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kW及以下为Y接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。电动机有一个轴伸，按用户需要，可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。根据设计要求表3-1机号转速r/min风量m3/s全压Pa功率(kw)12145022.5-42.3804-154275我所选择的Y280S-4电机表3-2电机名称：Y系列三相异
6、步电机型号：Y280S-4额定功率kw：100转速r/min：1480电流：140.7效率：92.7功率因数：.88堵转电流额定电流：7堵转转矩额定转矩：1.9最大转矩额定转矩：重量：562噪音：90类别：Y系列此电机完全符合要求且利用率最高所以比较合适4 离心式风机拖动系统分析4.1 拖动系统分析离心式风机在工作中为连续转动，启动时与另一台分机联锁，即第二台开始运转后，第一台才能启动，否则第一台不能启动。所以有了上面的电机选择。4.2 三相异步电动机降压启动（1）电动机在启动时，应注意附近是否有人或杂物，以免造成人身事故或设备事故；（2）电动机接通电源后，如果电机不能转动或者启动很慢，声音不
7、正常及传动机构出现不正常现象，应立即切断电源检查，待查明原因排除故障后方可重新启动；（3）启动多台电机时，应从大到小、有秩序地逐台启动，不可同时启动，以免过大启动电流造成线路压降过大或引起开关跳闸；（4）电动机应避免频繁启动或尽量减少启动次数（特殊用途的电机除外），一般空载连续启动不超过35次，电机长期工作后，停机又启动不得超过23次。因为电机长时间工作后，电机的启动电流很大，频繁启动或启动次数过多会使本来就未冷却好的绕组再次发热，影响电动机寿命。所谓电动机的冷状态是指绕组温度与环境温度相同，即温升？=0的状态；热状态是指绕组温度高于环境温度（如果停机时间很短，可认为停机后绕组温度与运行温度基
8、本相同），即温升？0的状态。电动机启动时，绕组的电流总是大于额定电流的，大电流在绕组中产生的热量将使其温度升高。由于热状态下的初始温升高（r0），所以热状态下启动电动机引起的温升必定高于冷状态下启动引起的温升，而且热状态启动时高温升作用时间长。温升高低及高温升作用时间长短与绕组绝缘老化的程度有密切关系，这直接影响到电动机的使用寿命。由于热状态下启动温时，温升值低，高温升作用时间短，所以通常允许连续启动23次。异步电动机节能途径主要有：选用Y系列的高效率电动机、运行中的节能措施、提高检修质量、用磁性槽泥改造旧电机等。（1）选用Y系列的高效率电动机。Y系列电动机平均效率高于J02系列0.41，其他
9、各项指标也都优于已淘汰的J02系列。年运行3 000h以上电动机，应选用YX型高效电动机。（2）运行中采用的节能措施：合理选用电动机容量，避免“大马拉小车”现象，提高负荷率。负荷率达到70以上时，运行效率将达到最高效率；三角形接法的电动机在轻载时改为星形接法以降低绕组相电压，减少铁损，提高功率因数，减少定子电流，有较好的节能效果。使用SJ系列自动控制接点仪能实现这种自动切换；选用节能效果好的调整方式。如绕线式电动机用晶闸管串级调整代替转子串电阻调整；鼠笼式电动机拖动风机、水泵负载使用变格调整代替阀门调节等，都有较好的节能效果；经常空载运行的小型电动机加装自动停车装置，以减少空载损耗。这样不仅节
10、电，还能提高供电线路的功率因数。（3）提高检修质量，结合检修进行技术改造：使用耐热、较薄的绝缘材料，增加导线截面或提高导线导电率，以降低铜损；采用串接绕组、正弦形绕组、散布形绕组以减少附加铁损；增加绕组线匝或扩大导线截面，采用磁性槽楔，以降低铁损；采用节能型风扇、性能好的润滑脂，更换损坏的轴承，以降低通风损耗和摩擦损耗。（4）用磁性槽泥改造旧电机。磁性槽泥具有一定的导磁性，当磁感应强度为0.8T时，相对导磁率为24.5等，它是一种可塑性材料，可固化在槽口处，紧固性好，用于中、小型电动机，提高效率1.25，温升平均下降13K。 5 离心式风机控制电路设计5.1电路设计及电路原件的选择电路原件包括
11、CU-38 380V 热继电器开关CJTI1-20 380V交流接触器RT18-32X 380V熔断器DH48S-S 380V延时继电器5.2相关参数校验5.4.1机号为12，风机的转速为1450r/min，风量22.542.3m3/s，全压8041542pa，所W。 机号为12表示风机叶需的电机功率为75K轮直径为1200mm。 风机的启动转矩计算公式启动转矩TS=J*a/g Kgm式中：J=总的惯性力矩，Kgma=角加速度，rad/s2g=重力加速度J=26.4NmJfp=15.246.Nm Jmp=12.18NmJ=79.5Nm W = 151.8 rad/s a=37.5rad/s2取
12、t=4s.式中： 经计算得Ts=301.4Nm。 额定转矩T=9550P/n T是转矩，单位Nm P是输出功率，单位KW n是电机转速，单位r/min 计算得所选电机的额定转矩T=483.9Nm。 T.Ts 因此可以启动5.4.2 温升校验 所选的Y280S-4工作制：S1.连续工作制的电机一般都按照常值负载设计，该设计及出厂设计保证了电机在该额定功率下运行时的温升将不会超过允许值。电机启动时，电流大、发热多，但时间很短，对连续工作电机温升影响不大，一般不需要进行温升校验。结论本课程设计是“电机与拖动”的后续课程，它是结合“电机与拖动”课程知识对所学专业知识的一次较为广泛的综合训练课程；是完成
13、教学计划达到教学目标的重要环节。通过课程设计使学生掌握交、直流电机及其拖动技术，并通过对电机的选型设计及校验，电机控制电路设计等，来提高学生对所学知识的综合运用能力。参考文献1孙旭东，王善铭。电机学。北京：清华大学出版社，2006 2戴文进等。电机与拖动。清华大学出版社，20083陈伯时。电力拖动制动控制系统。机械工业出版社，20114许志军等。电气自动化控制技术实训教程，电力科技大学出版社，20085刘行川。简明电工手册。福建科学技术出版社，2003附录附录1离心式风机是石材加工企业常用的辅助生产设备，主要用于通风与除尘装置中，如石材切割和打磨工序中旋风除尘器及布袋除尘器等均需要利用离心式风
14、机对生产场地进行除尘处理，确保生产环境洁净，保护生产者身心健康。 风机是一种高耗能的设备，消耗的电力资源在石材加工中的比例较大，随着当前我国能源的日益短缺及高产、高效工作面的推广应用，节能降耗已成为石材生产企业普遍关注的问题，许多石材生产企业把降低风机的电耗作为当前的重要工作。降低风机的电耗除了提高风机本身的效率外，合理地选用风机的调节方式是最重要的，因为石材生产的负荷随工艺的需求而时刻变化，大多数风机都需要根据主机负荷而经常调节流量。 当前，石材加工企业风机的节能调节方法比较陈旧，一般采用节流调节。当采用节流调节时，风机的流量主要采用调节阀门或节流挡板来进行调节，风机的节流量大，低负荷时甚至
15、节流50%以上，由于存在节流损失及偏离高效区运行，能量浪费非常严重。而如果调节风机的转速，既口以取消节流损失，又可以保证风机始终运行在高效区，因此可以大幅度节约电能。可以说调节风机的转速来运行风机是一种有效的节能方式，体现了当前建材工业生产的新趋势。离心式风机的工作原理与透平压缩机基本相同，只是由于气体流速较低，压力变化不大，一般不需要考虑气体比容的变化，即把气体作为不可压缩流体处理。 离心式风机是根据动能转换为势能的原理，利用高速旋转的叶轮将气体加速，然后减速、改变流向，使动能转换成势能（压力）。在单级离心式风机中，气体从轴向进入叶轮，气体流经叶轮时改变成径向，然后进入扩压器。在扩压器中，气
16、体改变了流动方向造成减速，这种减速作用将动能转换成压力能。压力增高主要发生在叶轮中，其次发生在扩压过程。在多级离心式风机中，用回流器使气流进入下一叶轮，产生更高压力。 离心式风机可制成右旋和左旋两种型式。从电动机一侧正视，叶轮顺时针旋转，称为右旋转风机，逆时针旋转，称为左旋，离心式风机实质是一种变流量恒压装置。当转速一定时，离心式风机的压力-流量理论曲线应是一条直线。由于内部损失，实际特性曲线是弯曲的。离心式风机中所产生的压力受到进气温度或密度变化的较大影响。对一个给定的进气量，最高进气温度(空气密度最低)时产生的压力最低。对于一条给定的压力与流量特性曲线，就有一条功率与流量特性曲线。当鼓风机
17、以恒速运行时，对于一个给定的流量，所需的功率随进气温度的降低而升高。 附录2离心式风机是一台构造复杂的设备，主要有进风口，风阀，叶轮，电机、出风口组成。在不同的状态下，离心式风机的效果也不相同。因此，不同的部分运行状况不同时，离心式风机的效果会受到影响。将离心式风机调试至最佳状态，可以从多个方面入手。 1、离心式风机允许全压起动或降压电动，但应注意，全压起动时的电流约为5-7倍的额定电流，降压起动转矩与电压平方成正比，当电网容量不足时，应采用降压起动。 2、离心式风机在试车时，应认真阅读产品说明书，检查接线方法是否同接线图相符；应认真检查供给风机电源的工作电压是不是符合要求，电源是否缺相或同相
18、位，所配电器元件的容量是否符合要求。 3、试车时人数不少于两人，一人控制电源，一人观察风机运转情况，发现异常现象立即停机检查；首先检查旋转方向是否正确；离心式风机开始运转后，应立即检查各相运转电流是否平衡、电流是否超过额定电流；若有不正常现象，应停机检查。运转五分钟后，停机检查风机是否有异常现象，确认无异常现象再开机运转。 4、双速离心式风机试车时，应先起动低速，检查旋转方向是否正确；起动高速时必须待风机静止后再启动，以防高速反向旋转，引起开关跳闸及电机受损。 5、离心式风机达到正常转速时，应测量风机输入电流是否正常，离心式风机的运行电流不能超过其额定电流。若运行电流超过其额定电流，应检查供给的电压是否正常。 6、离心式风机所需电机功率是指在一定工况下，对离心式风机和风机箱，进风口全开时所需功率较大。若进风口全开进行运转，则电机有损坏的危险。风机试车时最好将风机进口或出口管道上的阀门关闭，运转后将阀门渐渐开启，达到所需工况为止，并注意风机的运转电流是否超过额定电流。 严格按照上述调试方式对离心式风机进行调试，可让离心式风机的效率达到98%以上。
