电工电子技术_异步电动机及控制电路

1、电工电子技术2第第6 6章章 异步电动机及控制电路异步电动机及控制电路1.1.三相异步电动机的结构和使用方法。三相异步电动机的结构和使用方法。2.2.单相异步电动机的结构、工作原理。单相异步电动机的结构、工作原理。3.3.手动电器、自动电器。手动电器、自动电器。4.4.三相异步电动机的基本控制。三相异步电动机的基本控制。知识点：知识点：要求掌握：要求掌握：1.1.三相异步电动机的结构和使用方法。三相异步电动机的结构和使用方法。2.2.三相异步电动机的运行和控制方法。三相异步电动机的运行和控制方法。3.3.常用低压控制电器的动作原理。常用低压控制电器的动作原理。4.4.常用电动机典型控制电路的工

2、作原理。常用电动机典型控制电路的工作原理。了解：了解：1.1.三相异步电动机的铭牌数据。三相异步电动机的铭牌数据。2.2.单相异步电动机的结构和工作原理。单相异步电动机的结构和工作原理。3.3.手动电器、自动电器的结构。手动电器、自动电器的结构。3 现代工农业生产中所使用的生产机械大多是由电动机来拖动的。如各种机床、水现代工农业生产中所使用的生产机械大多是由电动机来拖动的。如各种机床、水泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、起重机等都靠三相异步电动机带动；而医疗泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、起重机等都靠三相异步电动机带动；而医疗器械、家用电器等常使用单相异步电动机。为了提高生产率，通常采用

3、一些诸如继电器械、家用电器等常使用单相异步电动机。为了提高生产率，通常采用一些诸如继电器、接触器、按钮、空气开关、行程开关等低压电器构成的控制电路来实现生产过程器、接触器、按钮、空气开关、行程开关等低压电器构成的控制电路来实现生产过程的自动控制。本章先介绍三相异步电动机的结构和使用方法及主要技术数据，再介绍的自动控制。本章先介绍三相异步电动机的结构和使用方法及主要技术数据，再介绍手动和自动低压电器的结构、动作原理，在此基础上，介绍常用电动机的控制电路。手动和自动低压电器的结构、动作原理，在此基础上，介绍常用电动机的控制电路。第第6 6章章 异步电动机及控制电路异步电动机及控制电路46.6.1

4、1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理图图6.1 6.1 绕线式异步电动机的结构绕线式异步电动机的结构 三相异步电动机主要由定子（固定部分）和转子（旋转部分）两部分组成。三相异步电动机主要由定子（固定部分）和转子（旋转部分）两部分组成。在定子和转子之间有气隙，定子两端有端盖支撑转子的转轴。按照转子的结构形在定子和转子之间有气隙，定子两端有端盖支撑转子的转轴。按照转子的结构形式不同，又分为绕线式异步电动机和笼形异步电动机，如式不同，又分为绕线式异步电动机和笼形异步电动机，如图图6.16.1和和图图6.26.2所示。所示。6.1.16.1.1 三相异步电动机的基本

5、结构三相异步电动机的基本结构图图6.2 6.2 三相笼形异步电动机的组成部件三相笼形异步电动机的组成部件5 定子是由定子铁心、三相定子绕组、机座等定子是由定子铁心、三相定子绕组、机座等3 3部分组成的。现分别介绍如下。部分组成的。现分别介绍如下。 定子铁心是电动机磁路的一部分，紧贴机座内壁。它由厚定子铁心是电动机磁路的一部分，紧贴机座内壁。它由厚0.5mm0.5mm互相绝缘的硅互相绝缘的硅钢片压叠而成。定子铁心的内圆周有均匀分布的许多线槽，用来嵌放定子绕组。钢片压叠而成。定子铁心的内圆周有均匀分布的许多线槽，用来嵌放定子绕组。 定子绕组是由许多绝缘线圈连接而成。中、小型电动机一般用高强度漆包线

6、定子绕组是由许多绝缘线圈连接而成。中、小型电动机一般用高强度漆包线绕制成对称三相绕组，每相之间互成绕制成对称三相绕组，每相之间互成120120电角，对称均匀地嵌放在定子铁心槽内电角，对称均匀地嵌放在定子铁心槽内。三个绕组的首端用。三个绕组的首端用U U1 1、V V1 1、W W1 1表示，末端用表示，末端用U U2 2、V V2 2、W W2 2表示，三相共表示，三相共6 6个出线端固个出线端固定在接线盒内。通常根据铭牌规定，定子绕组可以接成星形或三角形，如定在接线盒内。通常根据铭牌规定，定子绕组可以接成星形或三角形，如图图6.36.3所所示。示。 机座大多数是用铸铁浇铸成型，质量较大，用于

7、固定和支撑定子铁心。机座大多数是用铸铁浇铸成型，质量较大，用于固定和支撑定子铁心。1. 1. 定子定子6.6.1 1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理66.6.1 1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理图图6.3 6.3 定子铁心冲片图和定子绕组的连接定子铁心冲片图和定子绕组的连接7 转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等部分组成。转子的铁心也转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等部分组成。转子的铁心也是电动机磁路的一部分，由外圆周上冲有均匀线槽的硅钢片叠压而成，并是电动机磁路的一部分，由外圆周上冲有均匀线槽的硅钢片叠压而成

8、，并固定在转轴上。转子铁心的线槽中放置转子绕组。固定在转轴上。转子铁心的线槽中放置转子绕组。 笼形转子的绕组是在转子的线槽中放置一根根铜条，铜条的两端用短笼形转子的绕组是在转子的线槽中放置一根根铜条，铜条的两端用短路环焊接起来，如路环焊接起来，如图图6.4(a)6.4(a)所示；而中、小型电动机常用铸铝的方法，将所示；而中、小型电动机常用铸铝的方法，将槽中的铝条及两端短路环和风扇铸成一个整体，如槽中的铝条及两端短路环和风扇铸成一个整体，如图图6.4(b)6.4(b)所示。如果将所示。如果将铁心去掉，转子绕组就好像是一只鼠笼，故称为笼形转子。铁心去掉，转子绕组就好像是一只鼠笼，故称为笼形转子。2

9、. 2. 转子转子6.6.1 1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理图图6.4 6.4 转子转子8 三相异步电动机之所以能旋转起来，是因为其磁路中存在旋转磁场。三相异步电动机之所以能旋转起来，是因为其磁路中存在旋转磁场。为便于分析，设在三相异步电动机的定子铁心中相隔为便于分析，设在三相异步电动机的定子铁心中相隔120120角对称地放置角对称地放置匝数相同的匝数相同的3 3个绕组，它们的首端分别为个绕组，它们的首端分别为U U1 1、V V1 1、W W1 1，末端分别为，末端分别为U U2 2、V V2 2、W W2 2，并且把三相绕组接成星形，如，并且把三相

10、绕组接成星形，如图图6.5(a)6.5(a)所示。所示。6.6.1 1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理图图6.5 6.5 三相对称电流三相对称电流6.1.26.1.2 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场1. 1. 旋转磁场的产生旋转磁场的产生9 只要将同三相电源连接的只要将同三相电源连接的3 3根导线中的任意两根的一端对调位置，例如，根导线中的任意两根的一端对调位置，例如，将电动机三相定子绕组的将电动机三相定子绕组的V V1 1端盖与电源端盖与电源L L3 3相连，相连，W W1 1与与L L2 2相连，则旋转磁场就反相连，则旋转磁场就反转了

11、，如转了，如图图6.76.7所示。由所示。由图图6.66.6和和. .可见旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序可见旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致，或者说旋转磁场的转向由三相电流的相序决定。如改变三相电流相序一致，或者说旋转磁场的转向由三相电流的相序决定。如改变三相电流相序（将连接三相电源的三根导线中的任意两个对换一下），则旋转磁场的旋转（将连接三相电源的三根导线中的任意两个对换一下），则旋转磁场的旋转方向就随之改变，三相异步电动机的反转就是利用这个原理。方向就随之改变，三相异步电动机的反转就是利用这个原理。6.6.1 1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原

12、理图图6.6 6.6 三相电流产生的旋转磁场（三相电流产生的旋转磁场（p=1p=1）2.2.旋转磁场的转向旋转磁场的转向106.6.1 1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理图图6.7 6.7 旋转磁场的反转旋转磁场的反转11 三相异步电动机的极数就是旋转磁场的磁极数。旋转磁场的磁极数和三三相异步电动机的极数就是旋转磁场的磁极数。旋转磁场的磁极数和三相绕组的排列有关。在上述相绕组的排列有关。在上述图图6.66.6所示的情况下，每相绕组只有一个线圈，绕所示的情况下，每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差组的始端之间相差120120空间角，则产生的旋转磁场具有一

13、对磁极，即空间角，则产生的旋转磁场具有一对磁极，即p=1p=1。如将定子绕组安排得如如将定子绕组安排得如图图6.86.8那样，即每相绕组有两个线圈串联，绕组的始端那样，即每相绕组有两个线圈串联，绕组的始端之间相差之间相差6060空间角，则产生的旋转磁场具有两对磁极，即空间角，则产生的旋转磁场具有两对磁极，即p=2p=2，如，如图图6.96.9所所示。示。6.6.1 1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理图图6.8 6.8 产生两对磁极旋转磁场的定子绕组产生两对磁极旋转磁场的定子绕组3.3.旋转磁场的磁极数旋转磁场的磁极数图图6.9 6.9 三相电流产生二对磁极

14、的旋转磁场三相电流产生二对磁极的旋转磁场12 至于三相异步电动机的转速，它与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的至于三相异步电动机的转速，它与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的转速取决于磁场的磁极数。在一对磁极的情况下，由转速取决于磁场的磁极数。在一对磁极的情况下，由图图6.96.9可见，当电流从可见，当电流从t=0t=0到到t=60t=60经历了经历了6060时，磁场在空间也旋转了时，磁场在空间也旋转了6060。当电流交变。当电流交变了一次（一个周期）时，磁场恰好在空间旋转了一转。设电流的频率为了一次（一个周期）时，磁场恰好在空间旋转了一转。设电流的频率为f f1 1，即电流每秒钟交变即电流每秒钟

15、交变f f1 1次或每分钟交变次或每分钟交变60f60f1 1次，则旋转磁场的转速为次，则旋转磁场的转速为n0=60fn0=60f1 1，转速的单位为转速的单位为r/minr/min（转每分）。（转每分）。 在旋转磁场具有两对磁极的情况下，由在旋转磁场具有两对磁极的情况下，由图图6.96.9可见，当电流也从可见，当电流也从t=0t=0到到t=60t=60经历了经历了6060时，而磁场在空间仅旋转了时，而磁场在空间仅旋转了3030。就是说，当电流交。就是说，当电流交变了一次时，磁场仅旋转了半转，比变了一次时，磁场仅旋转了半转，比p=1p=1情况下的转速慢了一半，即情况下的转速慢了一半，即6.6.

16、1 1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理4.4.旋转磁场的转速旋转磁场的转速13 当三项异步电动机的定子绕组通入三相当三项异步电动机的定子绕组通入三相电流后，即在定子铁心、转子铁心及其之间电流后，即在定子铁心、转子铁心及其之间的空气隙中产生一个同步转速为的空气隙中产生一个同步转速为n n0 0的旋转磁的旋转磁场，在空间按顺时针方向旋转，如场，在空间按顺时针方向旋转，如图图6.106.10所所示。因转子尚未转动，所以静止的转子与旋示。因转子尚未转动，所以静止的转子与旋转磁场产生相对运动，在转子导体中产生感转磁场产生相对运动，在转子导体中产生感应电功势，并在形成

17、闭合回路的转子导体中应电功势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右于定则判定。在产生感应电流，其方向用右于定则判定。在图图6.106.10中，转子上方导体电流流出纸面，下中，转子上方导体电流流出纸面，下方导体电流流进纸面。转子电流在旋转磁场方导体电流流进纸面。转子电流在旋转磁场中受到磁场力中受到磁场力F F的作用，的作用，F F的方向用左手定则的方向用左手定则判定。磁场力判定。磁场力F F在转轴上形成电磁转矩。由在转轴上形成电磁转矩。由图图6.106.10可见，电磁转矩的方向与旋转磁场的可见，电磁转矩的方向与旋转磁场的方向方向致。致。6.6.1 1 三相异步电动机的基本结构三相

18、异步电动机的基本结构和工作原理和工作原理图图6.10 6.10 异步电动机的转动原异步电动机的转动原理图理图6.1.36.1.3 异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理14 由三相异步电动机的转动原理可知，驱动电动机旋转的电磁转矩是由三相异步电动机的转动原理可知，驱动电动机旋转的电磁转矩是由转子绕组中的电流由转子绕组中的电流I I2 2与旋转磁场每极磁通与旋转磁场每极磁通相互作用而产生的。因此相互作用而产生的。因此，电磁转矩的大小与，电磁转矩的大小与I I2 2及及成正比。由于转子电路既有电阻、也有感抗成正比。由于转子电路既有电阻、也有感抗存在，故转子电流存在，故转子电流I I2 2滞后于转

19、子感应电动势滞后于转子感应电动势E2E2一个相位差角一个相位差角2 2，转子电，转子电路的功率因数为路的功率因数为coscos2 2。因此异步电动机的电磁转矩与。因此异步电动机的电磁转矩与、I I2 2、coscos2 2成正比。成正比。 每相定子绕组都嵌放在定子铁心中，当每相定子绕组的电压每相定子绕组都嵌放在定子铁心中，当每相定子绕组的电压U U1 1和频和频率率f f1 1一定时，旋转磁场的每极磁通量一定时，旋转磁场的每极磁通量基本不变。当转子的转速变化时基本不变。当转子的转速变化时，由于转子中感应电流的大小和频率都要随之变化，于是转子电路的感，由于转子中感应电流的大小和频率都要随之变化，

20、于是转子电路的感抗及抗及coscos2 2也随之改变。这就是说，也随之改变。这就是说，I I2 2和和coscos2 2都因转子转速的变化，都因转子转速的变化，即转差率即转差率s s的变化而改变。可以证明，异步电动机的电磁转矩的变化而改变。可以证明，异步电动机的电磁转矩T T可表示为可表示为6.2 6.2 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性6.2.16.2.1 三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩15 在电源电压在电源电压U U1 1和转子电阻为和转子电阻为R R2 2为定值时，电磁转矩为定值时，电磁转矩T T与转差率与转差率s s的关的关系曲线系曲线T=f(s)T=

21、f(s)或转速或转速n n与转矩与转矩T T的关系曲线的关系曲线n=f(T)n=f(T)称为电动机的机械特性称为电动机的机械特性。由电磁转矩公式可画出三相异步电动机的机械特性曲线，如。由电磁转矩公式可画出三相异步电动机的机械特性曲线，如图图6.116.11所所示。示。6.2 6.2 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性6.2.26.2.2 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性图图6.11 6.11 三相异步电动机的机械特性曲线三相异步电动机的机械特性曲线161. 1. 起动转矩起动转矩T Tstst的起动过程的起动过程 电动机刚起动电动机刚起动(n(n0 0，s s1)

22、1)时的转矩称为起动转矩，用时的转矩称为起动转矩，用T Tstst表示。从表示。从图图6.116.11上可以看出，当起动转矩上可以看出，当起动转矩T Tstst大于转轴上的阻转矩时，转子就旋转起来，并在电大于转轴上的阻转矩时，转子就旋转起来，并在电磁转矩作用下逐渐加速。磁转矩作用下逐渐加速。图图6.12 6.12 对应不同电源电压和转子电阻时三相异步电动机的机械特性曲线对应不同电源电压和转子电阻时三相异步电动机的机械特性曲线6.2 6.2 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性172. 2. 额定转矩额定转矩T TN N 电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩，用电动机在额定

23、负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩，用T TN N表示。电动机表示。电动机在匀速运行时，电磁转矩在匀速运行时，电磁转矩T T必须与阻转矩必须与阻转矩T T2 2相平衡。阻转矩主要是机械负载转矩相平衡。阻转矩主要是机械负载转矩T T2 2，此外还包括空载损耗转矩，此外还包括空载损耗转矩T T0 0( (主要是机械摩擦和风阻所产生的阻转矩主要是机械摩擦和风阻所产生的阻转矩) )，由于，由于T0T0很小，可忽略不计。这样，电磁转矩很小，可忽略不计。这样，电磁转矩T T应该与电动机轴上输出的机械负载转矩应该与电动机轴上输出的机械负载转矩T2T2相等。即相等。即 式中，式中，P P2 2是电动机轴上输出

24、的机械功率，单位为是电动机轴上输出的机械功率，单位为W W；T T是电动机的电磁转矩是电动机的电磁转矩，单位是，单位是N Nm m；n n是转速，单位是是转速，单位是r/minr/min。功率如果用。功率如果用kWkW为单位时，则额定转矩为为单位时，则额定转矩为 根据电动机铭牌上的额定功率和额定转速，即可应用上式求得电动机的额根据电动机铭牌上的额定功率和额定转速，即可应用上式求得电动机的额定转矩定转矩T TN N。6.2 6.2 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性183. 3. 最大转矩最大转矩T Tmaxmax 从机械特性曲线上看，转矩有一个最大值，称为最大转矩或临界转矩，用从

25、机械特性曲线上看，转矩有一个最大值，称为最大转矩或临界转矩，用T Tmaxmax表示。最大转矩为表示。最大转矩为 显然，电动机的额定转矩应该小于最大转矩，而且不能太接近最大转矩，显然，电动机的额定转矩应该小于最大转矩，而且不能太接近最大转矩，否则电动机稍微一过载就立即闷车。三相异步电动机的短时允许过载能力用电否则电动机稍微一过载就立即闷车。三相异步电动机的短时允许过载能力用电动机的最大转矩动机的最大转矩T Tmaxmax与额定转矩与额定转矩TNTN之比来表示，称为过载系数之比来表示，称为过载系数，即，即 一般三相异步电动机的过载系数一般三相异步电动机的过载系数=1.8=1.82.22.2。6.

26、2 6.2 三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性19 每一台异步电动机的机座上都安装一块铭牌，上面标有这台电动机的主要每一台异步电动机的机座上都安装一块铭牌，上面标有这台电动机的主要技术数据。为了正确选择、使用和维护电动机，必须熟悉这些铭牌数据的含义技术数据。为了正确选择、使用和维护电动机，必须熟悉这些铭牌数据的含义。现以。现以Y132M-4Y132M-4型电动机的铭牌为例，如型电动机的铭牌为例，如图图6.136.13所示，逐项说明各个数据的意义所示，逐项说明各个数据的意义。6.3 6.3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据图图6.13 6.13 Y132MY132M

27、- -4 4型电动机的名牌型电动机的名牌20 电动机的型号是表示电动机的类型、用途和技术特征的代号，用大写汉语电动机的型号是表示电动机的类型、用途和技术特征的代号，用大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成并各有一定的含义，如拼音字母和阿拉伯数字组成并各有一定的含义，如图图6.146.14所示。所示。6.3 6.3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据图图6.14 6.14 Y123MY123M- -4 4型号的含义型号的含义1. 1. 型号型号21 功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机械功率，即额定功率，功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机械功率，即额定功率，单位是单位是

28、kWkW，通常用，通常用P P2N2N（或（或P PN N）表示。输出功率）表示。输出功率P2NP2N不等于电动机从电源输入的电不等于电动机从电源输入的电功率功率P P1N1N，其差值，其差值P P1N1N-P-P2N2N就是电动机的各种损耗，如铜损、铁损及机械损耗等。就是电动机的各种损耗，如铜损、铁损及机械损耗等。其比值其比值P P2N2N/P/P1N1N为电动机的效率，一般笼形异步电动机在额定运行时的效率约为为电动机的效率，一般笼形异步电动机在额定运行时的效率约为72%93%72%93%。6.3 6.3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据2. 2. 功率功率 频率是指加到定子

29、绕组上的电源频率，我国工业用电的标准频率为频率是指加到定子绕组上的电源频率，我国工业用电的标准频率为50Hz50Hz。3. 3. 频率频率 电压是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值，又称额定电压电压是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值，又称额定电压U UN N, ,单位是单位是V V。有时铭牌上标有分子和分母两个电压值，例如，。有时铭牌上标有分子和分母两个电压值，例如，220/380V220/380V，这表，这表示当电源的线电压为示当电源的线电压为220V220V时，电动机定子绕组接成三角形。如电源线电压为时，电动机定子绕组接成三角形。如电源线电压为380V380V，则接成

30、星形。，则接成星形。4. 4. 频率频率22 电流是指电动机在额定运行时定子绕组的电流值，又称额定电流电流是指电动机在额定运行时定子绕组的电流值，又称额定电流ININ。单位。单位是是A A。有时铭牌上有分子和分母两个电流值，即相应于定子绕组采用三角形或星。有时铭牌上有分子和分母两个电流值，即相应于定子绕组采用三角形或星形连接时的线电流。形连接时的线电流。6.3 6.3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据5. 5. 电流电流 接法是指电动机定子三相绕组在额定运行时所应采取的连接方式。有接法是指电动机定子三相绕组在额定运行时所应采取的连接方式。有Y Y连连接和连接。通常接和连接。通常

31、Y Y系列三相异步电动机功率在系列三相异步电动机功率在4kW4kW以上的均采用形接法，以以上的均采用形接法，以便采用便采用Y-Y-变换起动。变换起动。6. 6. 接法接法 转速是指在电源为额定电压、额定频率和电动机轴上输出额定功率时，电转速是指在电源为额定电压、额定频率和电动机轴上输出额定功率时，电动机每分钟的转速，即额定转速动机每分钟的转速，即额定转速nNnN。额定转速与同步转速的关系是。额定转速与同步转速的关系是n nN N=(1=(1s sN N)n)n1 1, , 由于由于sNsN很小，故很小，故n nN N与与n n1 1相差很小，从它就可判断出电动机的磁极对数，相差很小，从它就可判

32、断出电动机的磁极对数，例如，例如，n nN N=1440r/min=1440r/min，其磁极对数，其磁极对数p=2p=2。7. 7. 转速转速23 绝缘等级是指电动机绕组所用的绝缘材料按使用时的最高允许温度而划分绝缘等级是指电动机绕组所用的绝缘材料按使用时的最高允许温度而划分的不同等级。常用绝缘材料的等级及其最高允许温度如的不同等级。常用绝缘材料的等级及其最高允许温度如表表6.26.2所示。所示。 上述最高允许温度是环境温度（上述最高允许温度是环境温度（4040）和允许温升之和。）和允许温升之和。6.3 6.3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据8.8.绝缘等级绝缘等级 工作方

33、式又称定额，是对电动机在铭牌规定的技术条件下运行持续时间的工作方式又称定额，是对电动机在铭牌规定的技术条件下运行持续时间的限制，以保证电动机的温度不超过允许值。电动机的工作方式可分为以下限制，以保证电动机的温度不超过允许值。电动机的工作方式可分为以下3 3种：种：连续工作方式、短时工作方式和断续周期工作方式。连续工作方式、短时工作方式和断续周期工作方式。9.9.工作方式工作方式24 电动机的起动就是将电动机的定子绕组与电源接通后，转子由静止电动机的起动就是将电动机的定子绕组与电源接通后，转子由静止到以额定转速稳定运行的过程。到以额定转速稳定运行的过程。 三相异步电动机在使用时，可能经常起动和停

34、车，因此起动性能的三相异步电动机在使用时，可能经常起动和停车，因此起动性能的好坏直接影响生产过程和相邻负载，异步电动机的起动性能包括起动电好坏直接影响生产过程和相邻负载，异步电动机的起动性能包括起动电流、起动转矩、起动时间及起动的可靠性等，其中最主要的是起动电流流、起动转矩、起动时间及起动的可靠性等，其中最主要的是起动电流和起动转矩。和起动转矩。 6.4 6.4 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用6.4.16.4.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 当使用三相异步电动机时，必须了解它的起动性能、调速方法及制当使用三相异步电动机时，必须了解它的起动性能、调速方法及制动原理等，下面

35、将介绍这几方面的内容。动原理等，下面将介绍这几方面的内容。1.1.起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩25 （1 1）直接起动）直接起动 直接起动就是在起动时将电动机直接接到电源上，使电动机在额定直接起动就是在起动时将电动机直接接到电源上，使电动机在额定电压下起动。电压下起动。 （2 2）降压起动）降压起动 对于大容量的三相异步电动机，由于起动电流大，造成电网电压的对于大容量的三相异步电动机，由于起动电流大，造成电网电压的波动很大，故不允许直接起动，就要在起动时降低加在定子绕组上的电波动很大，故不允许直接起动，就要在起动时降低加在定子绕组上的电源电压，以使起动电流降低，这就是降压起动。源电压，

36、以使起动电流降低，这就是降压起动。 1 1）Y-Y-换接的降压起动。换接的降压起动。Y-Y-换接的降压起动适用于额定运行时换接的降压起动适用于额定运行时定子绕组为形连接的异步电动机，其电路原理为定子绕组为形连接的异步电动机，其电路原理为图图6.156.15。 2 2）自耦变压器降压起动。自耦变压器降压起动是利用三相自耦变）自耦变压器降压起动。自耦变压器降压起动是利用三相自耦变压器来降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动电流，原理如压器来降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动电流，原理如图图6.166.16所示。所示。 6.4 6.4 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用2.2.起动方法

37、起动方法266.4 6.4 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用图图6.15 6.15 Y Y- -降压起动电路原理图降压起动电路原理图图图6.16 6.16 自耦变压器降压起动电路自耦变压器降压起动电路27 机械制动主要是利用电磁力、弹簧力、液压力等产生的摩擦阻力，机械制动主要是利用电磁力、弹簧力、液压力等产生的摩擦阻力，使电动机迅速准确停车。主要用于某些位能负载，如电梯、提升机、起使电动机迅速准确停车。主要用于某些位能负载，如电梯、提升机、起重机等，防止它们停止时产生滑动。重机等，防止它们停止时产生滑动。6.4 6.4 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用6.4.26.4.2 三相

38、异步电动机的制动三相异步电动机的制动 当电动机电源切断后，由于惯性电动机运转总要经过一段时间才能当电动机电源切断后，由于惯性电动机运转总要经过一段时间才能停止下来，在实际生产过程中，为了使电动机能准确、迅速地停车，以停止下来，在实际生产过程中，为了使电动机能准确、迅速地停车，以节省时间。保证生产的安全及工作的准确性，对电动机采取各种措施，节省时间。保证生产的安全及工作的准确性，对电动机采取各种措施，这些措施称为制动，俗称这些措施称为制动，俗称“刹车刹车”。制动的方法主要有机械制动和电气。制动的方法主要有机械制动和电气制动两种。制动两种。1.1.机械制动机械制动28 电气制动包括能耗制动、反接制

39、动等。电气制动包括能耗制动、反接制动等。 能耗制动是在电动机切断电源后，在定子绕组中通入一直流电流，产生能耗制动是在电动机切断电源后，在定子绕组中通入一直流电流，产生一制动转矩，使转子的动能转化为热能消耗掉。其原理电路如一制动转矩，使转子的动能转化为热能消耗掉。其原理电路如图图6.186.18所示。所示。当电动机停机时，开关当电动机停机时，开关S S从运行位置快速拉向制动位置，使电动机脱离电源，从运行位置快速拉向制动位置，使电动机脱离电源，同时使其中两相定子绕组中通入直流电流。此电流会在空间产生一静止固定同时使其中两相定子绕组中通入直流电流。此电流会在空间产生一静止固定的磁场，而定子由于惯性仍

40、按原方向旋转，它和静止的磁场发生相对运动，的磁场，而定子由于惯性仍按原方向旋转，它和静止的磁场发生相对运动，产生电磁力，其方向用左手定则可判定出与转子转动的方向相反，从而使电产生电磁力，其方向用左手定则可判定出与转子转动的方向相反，从而使电动机迅速停止转功，此制动方法准确可靠，能量损耗小，缺点是需要直流电动机迅速停止转功，此制动方法准确可靠，能量损耗小，缺点是需要直流电源。源。6.4 6.4 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用2.2.电气制动电气制动图图6.18 6.18 三相异步电动机的能耗制动三相异步电动机的能耗制动296.5 6.5 单相异步电动机单相异步电动机6.5.16.5.1

41、 单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构 单相异步电动机由单相电源供电，它广泛应用于家用电器和医疗器单相异步电动机由单相电源供电，它广泛应用于家用电器和医疗器械上，如电风扇、电冰箱、洗衣机、空调设备和医疗机械中都使用单相械上，如电风扇、电冰箱、洗衣机、空调设备和医疗机械中都使用单相异步电动机作为原动机。异步电动机作为原动机。 从结构上看，单相异步电动机与三相笼形异步电动机相似，其转子从结构上看，单相异步电动机与三相笼形异步电动机相似，其转子也为笼形，所不同的是单相异步电动机的定子绕组有两个，一个为工作也为笼形，所不同的是单相异步电动机的定子绕组有两个，一个为工作绕组，它在全部运行中均接入电网

42、；另一个为起动绕组，它仅在起动瞬绕组，它在全部运行中均接入电网；另一个为起动绕组，它仅在起动瞬间接入，当电动机转速达到间接入，当电动机转速达到70%70%85%85%的同步转速时，由离心开关将其从的同步转速时，由离心开关将其从电源自动切除（电容或电阻分相电动机）。下面分别介绍单相异步电动电源自动切除（电容或电阻分相电动机）。下面分别介绍单相异步电动机的基本工作原理和主要类型。机的基本工作原理和主要类型。图图6.196.19为一单相异步电动机的结构图。为一单相异步电动机的结构图。图图6.19 6.19 单相异步电动机的结构图单相异步电动机的结构图306.5 6.5 单相异步电动机单相异步电动机6

43、.5.26.5.2 单相异步电动机的原理单相异步电动机的原理 由于单相异步电动机定子绕组流入大小和方向随时间变化的交流电由于单相异步电动机定子绕组流入大小和方向随时间变化的交流电流，因此它产生一个大小和方向随时间脉动的磁场（即脉动磁场），根流，因此它产生一个大小和方向随时间脉动的磁场（即脉动磁场），根据磁场理论可知，一个脉动磁场可分解为大小相等（均为原脉动磁场幅据磁场理论可知，一个脉动磁场可分解为大小相等（均为原脉动磁场幅值的一半）、转速相同（均为值的一半）、转速相同（均为n n1 1=60f/p=60f/p），而转向相反的两个旋转磁场），而转向相反的两个旋转磁场，对每个旋转磁场而言，它对转子

44、的作用如同三相异步电动机的旋转磁，对每个旋转磁场而言，它对转子的作用如同三相异步电动机的旋转磁场对转子的作用。场对转子的作用。6.5.36.5.3 单相异步电动机的起动单相异步电动机的起动 根据获得旋转磁场方式的不同，单相异步电动机常用的起动方法有根据获得旋转磁场方式的不同，单相异步电动机常用的起动方法有：分相起动和罩极起动两种。：分相起动和罩极起动两种。1.1.分相起动分相起动 图图6.206.20所示为单相电容分相电动机，定子有两套绕组，一套为工作所示为单相电容分相电动机，定子有两套绕组，一套为工作绕组绕组1 1；另一套为起动绕组；另一套为起动绕组2 2，它与工作绕组在空间互差，它与工作绕

45、组在空间互差9090电角度。电角度。316.5 6.5 单相异步电动机单相异步电动机2.2.罩极起动罩极起动 单相罩极电动机的结构如单相罩极电动机的结构如图图6.216.21所示。它一般采用凸极定子，工作所示。它一般采用凸极定子，工作绕组为集中绕组，套在定子上，在极靴表面绕组为集中绕组，套在定子上，在极靴表面1/31/31/41/4处开有一个小槽，处开有一个小槽，将磁极分成大小不等的两部分，在小的磁极部分嵌入短路铜环，称为罩将磁极分成大小不等的两部分，在小的磁极部分嵌入短路铜环，称为罩极，转子仍为笼形。极，转子仍为笼形。图图6.20 6.20 单相电容分相电动机单相电容分相电动机326.6 6

46、.6 低压电器低压电器6.6.16.6.1 手动电器手动电器1.1.闸刀开关闸刀开关 闸刀开关是一种手动控制电器。闸刀开关的结构简单，主要由刀片闸刀开关是一种手动控制电器。闸刀开关的结构简单，主要由刀片（动触点）和刀座（静触点）组成。如（动触点）和刀座（静触点）组成。如图图6.226.22所示为胶木盖瓷座闸刀开所示为胶木盖瓷座闸刀开关的结构和符号。关的结构和符号。图图6.22 6.22 闸刀开关闸刀开关336.6 6.6 低压电器低压电器2.2.按钮按钮 按钮是一种简单的手动开关，用来接通或断开控制电路。按钮是一种简单的手动开关，用来接通或断开控制电路。图图6.23(a)6.23(a)是按钮的

47、外形图、结构图和电路符号。是按钮的外形图、结构图和电路符号。 图图6.23(b)6.23(b)是按钮的结构图，它有两对静触头和一对动触头，动触是按钮的结构图，它有两对静触头和一对动触头，动触头的两个触点之间是导通的。头的两个触点之间是导通的。图图6.23 6.23 按钮按钮346.6 6.6 低压电器低压电器3.3.转换开关转换开关 转换开关又称组合开关，实转换开关又称组合开关，实际上也是一种刀开关，不过它的际上也是一种刀开关，不过它的刀片是转动式的，其结构如刀片是转动式的，其结构如图图6.24(a)6.24(a)所示。多极的转换开关是所示。多极的转换开关是由数层动触片和静触片组装而成由数层动

48、触片和静触片组装而成，动触片安装在操作手柄的转轴，动触片安装在操作手柄的转轴上，当手柄转动时，可以同时使上，当手柄转动时，可以同时使一些触片合拢，另一些触片断开一些触片合拢，另一些触片断开，故转换开关可以同时切换多条，故转换开关可以同时切换多条电路。转换开关还可以作为电路。转换开关还可以作为5 55kW5kW以下笼形电动机的直接起动开以下笼形电动机的直接起动开关，其接线图为关，其接线图为图图6.24(b)6.24(b)。图图6.24(c)6.24(c)为其在电路图中的图形符为其在电路图中的图形符号和文字符号。号和文字符号。图图6.24 6.24 组合开关结构图及电路符号组合开关结构图及电路符号

49、356.6 6.6 低压电器低压电器6.6.26.6.2 自动电器自动电器1.1.行程开关行程开关 行程开关是根据生产行程开关是根据生产机械的行程信号进行动作机械的行程信号进行动作的电器。它的种类很多，的电器。它的种类很多，常用的有单滚轮式、双滚常用的有单滚轮式、双滚轮式和推杆式等，其外形轮式和推杆式等，其外形如如图图6.25(a)6.25(a)所示，其结构所示，其结构基本相同，只是传动装置基本相同，只是传动装置不同而已。不同而已。图图6.25(b)6.25(b)是推是推杆式行程开关的结构图，杆式行程开关的结构图，它有一对常开触头和一对它有一对常开触头和一对常闭触头，它是靠被控对常闭触头，它是

50、靠被控对象的运动部件碰压而动作象的运动部件碰压而动作。图图6.25(c)6.25(c)是行程开关的是行程开关的符号。符号。图图6.25 6.25 行程开关的结构及符号行程开关的结构及符号366.6 6.6 低压电器低压电器2.2.自动空气开关断路器自动空气开关断路器 自动空气开关断路器又称自动自动空气开关断路器又称自动空气开关，或称为自动开关，它是空气开关，或称为自动开关，它是低压电路中广泛应用的一种控制保低压电路中广泛应用的一种控制保护电器。它具有一种或多种保护功护电器。它具有一种或多种保护功能，如短路、过载和欠电压保护。能，如短路、过载和欠电压保护。它可用作低压配电的电源开关，或它可用作低

51、压配电的电源开关，或用作电动机不频繁起动时的操作开用作电动机不频繁起动时的操作开关，或用于照明电路中。其特点是关，或用于照明电路中。其特点是：保护功能强，动作后不需要换元：保护功能强，动作后不需要换元件，运行安全可靠，操作方便，断件，运行安全可靠，操作方便，断流能力强。流能力强。 自动空气开关可分为自动空气开关可分为DZDZ和和DWDW两两大系列，大系列，图图6.26(a)6.26(a)是是DZ4DZ4型开关外型开关外形图，形图，图图6.26(b)6.26(b)是具有过载及短路是具有过载及短路保护的自动开关工作原理图，保护的自动开关工作原理图，图图6.26(c)6.26(c)所示为电路图形符号

52、。所示为电路图形符号。图图6.26 6.26 断路器的结构原理图和电路符号断路器的结构原理图和电路符号376.6 6.6 低压电器低压电器3.3.熔断器熔断器 熔断器俗称保险丝，是电路中最常用的保熔断器俗称保险丝，是电路中最常用的保护电器，主要用于电路和电器设备的短路保护护电器，主要用于电路和电器设备的短路保护，它串接在被保护的电路中，用，它串接在被保护的电路中，用FUFU表示。实际表示。实际应用时，常把熔断器与闸刀开关组合在一起，应用时，常把熔断器与闸刀开关组合在一起，作为一个元件，即可接通或断开电源，又可起作为一个元件，即可接通或断开电源，又可起短路保护作用。短路保护作用。 熔断器是根据电

53、流的热效应工作的，主要熔断器是根据电流的热效应工作的，主要由熔体和熔管组成。熔体一般由熔点比较低的由熔体和熔管组成。熔体一般由熔点比较低的合金制成，如铅锡合金丝、青铅合金丝等。当合金制成，如铅锡合金丝、青铅合金丝等。当电路正常工作时，即负载为额定电流，此时熔电路正常工作时，即负载为额定电流，此时熔体的温度较低，若电路发生过载或短路故障，体的温度较低，若电路发生过载或短路故障，熔断器的熔体电流达到额定值，熔体电阻的功熔断器的熔体电流达到额定值，熔体电阻的功率损耗使其温度上升，很快达到熔断温度而自率损耗使其温度上升，很快达到熔断温度而自行熔断。行熔断。 熔断器的形式有管式（熔断器的形式有管式（RL

54、IRLI）、插式（）、插式（RCIARCIA）和螺旋式（）和螺旋式（RMIORMIO）等。如）等。如图图6.276.27所示。所示。 图图6.27 6.27 熔断器的结构及符号熔断器的结构及符号386.6 6.6 低压电器低压电器4.4.交流接触器交流接触器 交流接触器常用来接通和断开电动机或其他设备的主电路，每小时可开闭千余交流接触器常用来接通和断开电动机或其他设备的主电路，每小时可开闭千余次。次。 接触器主要由电磁铁和触点两部分组成。它是利用电磁铁的吸引力而动作的。接触器主要由电磁铁和触点两部分组成。它是利用电磁铁的吸引力而动作的。图图6.28(a)6.28(a)是交流接触器的主要结构图。

55、当吸引线圈通电后，吸引是交流接触器的主要结构图。当吸引线圈通电后，吸引“出出”字形动铁字形动铁心（上铁心），而使动合触点闭合。心（上铁心），而使动合触点闭合。图图6.28 6.28 交流接触器的结构原理及电路符号交流接触器的结构原理及电路符号396.6 6.6 低压电器低压电器5.5.继电器继电器 继电器是继电器是种根据特定输入信号（如电压、电流、时间、速度等）而动作种根据特定输入信号（如电压、电流、时间、速度等）而动作的自动控制电器，其种类很多，有中间继电器、热继电器、时间继电器等类型的自动控制电器，其种类很多，有中间继电器、热继电器、时间继电器等类型。 （1 1）中间继电器）中间继电器 中

56、间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可用来直接控制小中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可用来直接控制小容量电动机或其他电气执行元件。容量电动机或其他电气执行元件。 （2 2）热继电器）热继电器 电动机在运行时，若轴上负载超过额定负载时，则电动机的定子绕组的电电动机在运行时，若轴上负载超过额定负载时，则电动机的定子绕组的电流就会超过其额定电流，电机会发热；另外，当电动机的定子绕组某一相断开流就会超过其额定电流，电机会发热；另外，当电动机的定子绕组某一相断开，处于单相运行时，电动机的电流会超过额定电流。，处于单相运行时，电动机的电流会超过额定电流。 （3 3）时间继电器）时

57、间继电器 时间继电器的种类很多，有空气式、电磁式、电子式等。时间继电器的种类很多，有空气式、电磁式、电子式等。406.7 6.7 常用电动机的控制电路常用电动机的控制电路6.7.16.7.1 电动机直接起停控制电动机直接起停控制1.1.控制原理控制原理 由于生产工艺的不同，驱动机械的电动机的动作也是多种多样的，如由于生产工艺的不同，驱动机械的电动机的动作也是多种多样的，如电动机的起动与停止、电动机的点动、正反转、顺序动作等。通过开关、电动机的起动与停止、电动机的点动、正反转、顺序动作等。通过开关、按钮、继电器、接触器等电器触点的接通或断开来实现的各种控制电路称按钮、继电器、接触器等电器触点的接

58、通或断开来实现的各种控制电路称为继电接触器控制系统。任何复杂的控制电路都是由一些典型的控制环节为继电接触器控制系统。任何复杂的控制电路都是由一些典型的控制环节组成。典型的控制环节有直接起停控制、点动控制、正反转控制、异地控组成。典型的控制环节有直接起停控制、点动控制、正反转控制、异地控制等。下面分别介绍这几个典型的控制电路。制等。下面分别介绍这几个典型的控制电路。 实际工作中更多的情况要求电动机连续长时间运转，如实际工作中更多的情况要求电动机连续长时间运转，如图图6.326.32所示的所示的电路就是为满足这一要求而设计的电动机的连续运转控制电路，其工作过电路就是为满足这一要求而设计的电动机的连

59、续运转控制电路，其工作过程如下。程如下。 (1)(1)起动过程起动过程 (2)(2)停止过程停止过程 416.7 6.7 常用电动机的控制电路常用电动机的控制电路图图6.32 6.32 电动机直接起动控制线路的结构图和原理图电动机直接起动控制线路的结构图和原理图426.7 6.7 常用电动机的控制电路常用电动机的控制电路2. 2. 保护措施保护措施 图图6.326.32所示控制电路还可实现短路保护、过载保护和失压保护。所示控制电路还可实现短路保护、过载保护和失压保护。 （1 1）短路保护）短路保护 实现短路保护的是串接在主电路中的熔断器实现短路保护的是串接在主电路中的熔断器FUFU。一旦电路发

60、生短路故。一旦电路发生短路故障，熔体立即熔断，电动机立即停转。障，熔体立即熔断，电动机立即停转。 （2 2）过载保护）过载保护 实现过载保护的是热继电器实现过载保护的是热继电器FRFR。当过载时，热继电器的发热元件发热。当过载时，热继电器的发热元件发热，将其常闭触点断开，使接触器，将其常闭触点断开，使接触器KMKM线圈断电，串联在电动机回路中的线圈断电，串联在电动机回路中的KMKM的的主触点断开，电动机停转。同时主触点断开，电动机停转。同时KMKM辅助触点也断开，解除自锁。故障排除辅助触点也断开，解除自锁。故障排除后若要重新起动，需按下后若要重新起动，需按下FRFR的复位按钮，使的复位按钮，使