电动机及其基本控制电路教材

1、教育部高职高专规划教材教育部高职高专规划教材 电工电子技术电工电子技术 陈小虎主编陈小虎主编 （多学时）（多学时）第三部分第三部分电动机及其基本控制电路电动机及其基本控制电路第三部分第三部分 常用低压控制电器与应用常用低压控制电器与应用 第第10章章 电动机及其基本控制电路电动机及其基本控制电路10.110.2 10.3 10.4 第三部分第三部分 常用低压控制电器与应用常用低压控制电器与应用10.5 主要内容：主要内容：重点内容：重点内容：难点内容：难点内容：概述概述 三相异步电动机主要包含两部分：静止不动的定子三相异步电动机主要包含两部分：静止不动的定子和可以旋转的转子。定子和转子之间隔着

2、一层很小的空和可以旋转的转子。定子和转子之间隔着一层很小的空气隙。气隙。图图3.10.1 三相鼠笼式异步电动机三相鼠笼式异步电动机一、定子一、定子 定子由机座（外壳）、定子铁心和定子绕组组成。定子由机座（外壳）、定子铁心和定子绕组组成。 机座（外壳）：由铸铁或铸机座（外壳）：由铸铁或铸钢制成，用以支撑定子铁心。钢制成，用以支撑定子铁心。 定子铁心定子铁心: :是电动机磁路的一是电动机磁路的一部分，为了减小涡流损失和磁滞部分，为了减小涡流损失和磁滞损失，铁心由互相绝缘的硅钢片损失，铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置定子绕组。放置定子绕组。 定子绕组

3、：是结构对称的三相定子绕组：是结构对称的三相绕组，由许多线圈连接而成，线圈绕组，由许多线圈连接而成，线圈用绝缘的铜（或铝）导线绕制。定用绝缘的铜（或铝）导线绕制。定子绕组是定子的电路部分。子绕组是定子的电路部分。 图图3.10.2 未装绕组的异未装绕组的异步电动机定子步电动机定子二、转子二、转子 转子是电动机的转动部分，由转子铁心、转子绕组转子是电动机的转动部分，由转子铁心、转子绕组和转轴组成。和转轴组成。 转子铁心：是圆柱形的，由硅钢片叠成，固定在转轴转子铁心：是圆柱形的，由硅钢片叠成，固定在转轴上。铁心外圆周上有均匀分布的槽，槽内放置转子绕组。上。铁心外圆周上有均匀分布的槽，槽内放置转子绕

4、组。 转子绕组：按转子绕组结构的不同，异步电动机可分转子绕组：按转子绕组结构的不同，异步电动机可分为鼠笼式和绕线式两种。为鼠笼式和绕线式两种。二、转子二、转子 鼠笼式转子绕组是由铜条通过铜环组成的闭合导体，鼠笼式转子绕组是由铜条通过铜环组成的闭合导体，形似鼠笼。形似鼠笼。 图图3.10.3 鼠笼式转子鼠笼式转子二、转子二、转子 绕线式转子绕组和定子绕组相似，通常接成星形。绕线式转子绕组和定子绕组相似，通常接成星形。 图图3.10.4 绕线式转子绕线式转子原理概述原理概述 三相异步电动机的定子绕组通入三相电流，产生三相异步电动机的定子绕组通入三相电流，产生旋转磁场并切割转子导体，在转子电路中产生

5、感应电旋转磁场并切割转子导体，在转子电路中产生感应电流，载流转子在磁场中受力产生电磁转矩，从而使转流，载流转子在磁场中受力产生电磁转矩，从而使转子旋转。子旋转。转子转动的先决条件是转子转动的先决条件是旋转磁场旋转磁场的产生。的产生。先决条件先决条件一、定子的旋转磁场一、定子的旋转磁场图图3.10.5 简化的三相定子绕组简化的三相定子绕组说明：为了便于分析，以简化的三相定子绕组说明。说明：为了便于分析，以简化的三相定子绕组说明。图图3.10.6 定子绕组中的三相电流定子绕组中的三相电流规定：电流的参考方向是从线圈的首端指向末端。规定：电流的参考方向是从线圈的首端指向末端。设以设以L1相电流相电流

6、i1为参考量为参考量则三相电流表示为则三相电流表示为tIi sinm1 )120sin(m2 tIi )120sin()240sin(mm3 tItIi 一、定子的旋转磁场一、定子的旋转磁场图图3.10.7 由三相对称电流产生的两极旋转磁场由三相对称电流产生的两极旋转磁场分析：在不同瞬间由三相电流产生的合成磁场的特点。分析：在不同瞬间由三相电流产生的合成磁场的特点。一、定子的旋转磁场一、定子的旋转磁场结论结论 三相异步电动机定子绕组的三相电流所产生的合成三相异步电动机定子绕组的三相电流所产生的合成磁场是随着电流的变化在空间不断旋转，形成一个具有磁场是随着电流的变化在空间不断旋转，形成一个具有一

7、对磁极（磁极对数一对磁极（磁极对数p=1）的旋转磁场。）的旋转磁场。一、定子的旋转磁场一、定子的旋转磁场 三相电流变化一个周期三相电流变化一个周期T（即变化（即变化360电角度），电角度），合成磁场在空间旋转一周。合成磁场在空间旋转一周。 设三相电流的频率为设三相电流的频率为f，表明三相电流每秒钟交变的，表明三相电流每秒钟交变的周期数为周期数为f二、旋转磁场的转速二、旋转磁场的转速故故 旋转磁场每分钟的转速旋转磁场每分钟的转速min)/(600rfn 若设定子旋转磁场为四极（磁极对数若设定子旋转磁场为四极（磁极对数p=2），则电流），则电流变化一个周期，合成磁场在空间旋转变化一个周期，合成磁场

8、在空间旋转180，其转速为，其转速为min)/(2/600rfn 三相电流变化一个周期三相电流变化一个周期T（即变化（即变化360电角度），电角度），定子合成磁场在空间旋转一周。定子合成磁场在空间旋转一周。 二、旋转磁场的转速二、旋转磁场的转速结论结论p对磁极的异步电动机的旋转磁场的转速为对磁极的异步电动机的旋转磁场的转速为min)/(600rpfn 表明旋转磁场的转速表明旋转磁场的转速n0取决于电源频率和电动机取决于电源频率和电动机的磁极对数。的磁极对数。旋转磁场的转速亦称旋转磁场的转速亦称同步转速同步转速。 三、旋转磁场的方向三、旋转磁场的方向旋转磁场的旋转方向与三相绕组中的电流相序有关。

9、旋转磁场的旋转方向与三相绕组中的电流相序有关。 L1、L2、L3三相定子绕三相定子绕组通入三相电流组通入三相电流i1、 i2、 i3，其，其旋转方向与电流旋转方向与电流相序（相序（L1-L2-L3）一致，为）一致，为顺时针方向顺时针方向。图图3.10.7 由三相对称电流产生的两极旋转磁场由三相对称电流产生的两极旋转磁场 三、旋转磁场的方向三、旋转磁场的方向旋转磁场的旋转方向与三相绕组中的电流相序有关。旋转磁场的旋转方向与三相绕组中的电流相序有关。图图3.10.8 旋转磁场的反向旋转旋转磁场的反向旋转 若要改变旋转磁场若要改变旋转磁场的方向，可将定子绕组的方向，可将定子绕组与三相电源连接的三根与

10、三相电源连接的三根导线中的任意两根对调导线中的任意两根对调位置，旋转磁场则按逆位置，旋转磁场则按逆时针方向旋转。时针方向旋转。 四、转子转动原理四、转子转动原理 转子在电磁转矩的作转子在电磁转矩的作用下，沿旋转磁场的方向用下，沿旋转磁场的方向转动起来，其转速用转动起来，其转速用n n表表示。示。图图3.10.9 转子转动的原理图转子转动的原理图 转速转速n总是小于旋转磁总是小于旋转磁场的同步转速场的同步转速n0。为什么？为什么？小常识小常识异步电动机名称的由来？异步电动机名称的由来？感应电动机名称的由来？感应电动机名称的由来？ 四、转子转动原理四、转子转动原理转差率：转差与同步转速转差率：转差

11、与同步转速n0的比值，用的比值，用s表示。表示。转差：同步转速转差：同步转速n0与转子转速与转子转速n的差值。的差值。转差率转差率s是描绘异步电动机运行的一个重要物理量。是描绘异步电动机运行的一个重要物理量。00nnns 或或%10000 nnns在电动机起动瞬间，在电动机起动瞬间，n=0，s=1，转差率最大；，转差率最大；空载运行时，转子转速空载运行时，转子转速n最高，转差率最小，最高，转差率最小，s0.5% ；额定负载运行时，转子额定转速较空载转速要低，额定负载运行时，转子额定转速较空载转速要低，sN大约大约为为1% 6%。一、用途一、用途 为了保证电动机的安为了保证电动机的安全运行，除了

12、对其加装失全运行，除了对其加装失压、欠压保护之外，还要压、欠压保护之外，还要加装专门的过载保护（热加装专门的过载保护（热保护）装置。应用最广泛保护）装置。应用最广泛的是热继电器式保护。其的是热继电器式保护。其正转控制电路如左图。正转控制电路如左图。图图3.10.10 具有过载保护的正转具有过载保护的正转控制电路控制电路二、工作原理二、工作原理 图中图中FR为热继电器，为热继电器，其热元件串接在电动机的其热元件串接在电动机的主线路中，常闭触点串在主线路中，常闭触点串在控制电路中。控制电路中。图图3.10.10 具有过载保护的正转具有过载保护的正转控制电路控制电路问题：问题：热继电器是如何热继电器

13、是如何实现过载保护的？实现过载保护的？热元件热元件 常闭触点常闭触点二、工作原理二、工作原理 图中按钮图中按钮SB1和和SB2构成了具有自锁功能的正构成了具有自锁功能的正转控制电路。转控制电路。图图3.10.10 具有过载保护的自锁具有过载保护的自锁控制电路控制电路何为自锁？何为自锁？二、工作原理二、工作原理合上开关合上开关QS，控制过程如下：，控制过程如下：按按SB1KM线圈断电线圈断电KM主触头断开主触头断开M停转停转松松SB2按按SB2KM线圈通电线圈通电KM主触头闭合主触头闭合起动起动MKM自锁触头闭合自锁触头闭合靠靠KM自锁触头保持自锁触头保持M持续运转持续运转一、用途一、用途 对电

14、动机进行正反转控制，在生产实际中可实现对电动机进行正反转控制，在生产实际中可实现转动部件的正反两个方向运行，具有可逆性。转动部件的正反两个方向运行，具有可逆性。二、工作原理二、工作原理 完成正反转可逆控制只要将电动机三相电源进线完成正反转可逆控制只要将电动机三相电源进线中的任意两根对调，就可达到反转控制的目的。中的任意两根对调，就可达到反转控制的目的。（1）接触器联锁正反转控制电路）接触器联锁正反转控制电路（2）按钮联锁正反转控制电路）按钮联锁正反转控制电路二、工作原理二、工作原理（1）接触器联锁正反转控制电路）接触器联锁正反转控制电路图图3.10.11 接触器联锁正反转控制电路接触器联锁正反

15、转控制电路图中采用两个接触器，图中采用两个接触器，正转用正转用KM1，反转用，反转用KM2。KM1主触头接通时，主触头接通时，三相电源相序按三相电源相序按L1-L2-L3接入电动机，实现接入电动机，实现正转正转。KM2主触头接通时，主触头接通时，三相电源相序按三相电源相序按L3-L2-L1接入电动机，实现接入电动机，实现反转反转。二、工作原理二、工作原理（1）接触器联锁正反转控制电路）接触器联锁正反转控制电路图图3.10.11 接触器联锁正反转控制电路接触器联锁正反转控制电路控 制 要 求 ：控 制 要 求 ： K M 1 和和KM2不能同时接通。不能同时接通。实现方案：在实现方案：在KM1、

16、KM2线圈支路相互串线圈支路相互串联了对方的一副动断联了对方的一副动断辅助触点，使其实现辅助触点，使其实现联锁或互锁联锁或互锁。 联锁触头联锁触头二、工作原理二、工作原理（1）接触器联锁正反转控制电路）接触器联锁正反转控制电路合上开关合上开关QS，动作原理和动作过程如下，动作原理和动作过程如下正转控制过程：正转控制过程：按按SB2KM1线圈通电线圈通电KM1主触头闭合主触头闭合电动机电动机M正转正转KM1联锁触头断开，起联锁作用，防联锁触头断开，起联锁作用，防止可能的误动作止可能的误动作KM1自锁触头闭合自锁触头闭合反转控制过程：反转控制过程：先按先按SB1KM1线圈断电线圈断电KM1主触头断

17、开主触头断开KM1自锁触头断开自锁触头断开电动机电动机M断电断电KM1联锁触头闭合联锁触头闭合再按再按SB3KM2线圈通电线圈通电KM2主触头闭合主触头闭合KM2自锁触头闭合自锁触头闭合KM2联锁触头断开联锁触头断开电动机电动机M反转反转二、工作原理二、工作原理（1）接触器联锁正反转控制电路）接触器联锁正反转控制电路缺点：操作不方便，改变方向时必须先按缺点：操作不方便，改变方向时必须先按SB1，再按，再按SB3才行。才行。二、工作原理二、工作原理（2）按钮联锁正反转控制电路）按钮联锁正反转控制电路图图3.10.12 按钮联锁正反转控制电路按钮联锁正反转控制电路其接线与图其接线与图3.10.11基本基本一致。一致。优点优点：操作方便。