第4章 三相异步电动机及控制

1、电电 工工 电电 子子 技技 术术第第4 4章章 三相异步电动机及控制三相异步电动机及控制2学习目标 掌握三相异步电动机的基本结构、工作原理。 了解三相异步电动机的机械特性。 掌握三相异步电动机的起动、调速、制动和反转的方法。 掌握常用低压电器的基本结构、工作原理、控制作用以及电路符号。 。 掌握三相异步电动机的起动控制、正反转控制电路；具备低压电器控制电路的检查及调试能力。 能够读懂简单的继电接触器控制电路，分析其工作原理。 第4章 三相异步电动机及控制3三相异步电动机三相异步电动机第4章 三相异步电动机及控制电动机的作用是将电能转换为机械能。电动机直流电动机交流电动机异步电动机(或称感应电

2、动机)同步电动机4三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构第4章 三相异步电动机及控制三相异步电动机由定子、转子、气隙组成5三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构第4章 三相异步电动机及控制1-轴承 2-前端盖 3-转轴 4-接线盒5-吊攀 6-定子铁芯 7-转子铁芯 8-定子绕组 9-机座10-后端盖 11-风罩 12-风扇三相异步电动机结构6三相异步电动机的定子结构三相异步电动机的定子结构第4章 三相异步电动机及控制由机座、定子铁心、定子绕组组成。7三相绕组的联结三相绕组的联结第4章 三相异步电动机及控制8三相异步电动机的转子结构三相异步电动机的转子结构第4章 三相异步电动机及控

3、制由转轴、转子铁心、转子绕组组成。 转子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放转子绕组、或浇铸铝。9转子绕组转子绕组第4章 三相异步电动机及控制鼠笼式绕组 转子绕组最后都转子绕组最后都构成了一闭合回路构成了一闭合回路!线式绕组10气隙气隙第4章 三相异步电动机及控制 定子与转子之间的间隙；0.22.5mm.气隙越大,功率因数越低。旋转磁场的产生旋转磁场的产生第4章 三相异步电动机及控制根据不同的串接个数产生不同极对数的旋转磁场根据不同的串接个数产生不同极对数的旋转磁场 串接数为1，极对数P1P1时其磁势随时间呈顺时针方向等幅旋转，每一个电周期旋转一周 Pfn1160旋转

4、磁场的转速第4章 三相异步电动机及控制旋转磁场旋转磁场13三相异步电动机工作原理三相异步电动机工作原理第4章 三相异步电动机及控制三相对三相对称电流称电流三相交流电源接通三相定子绕组定子绕组产生三相对称电流三相对称电流在电机内部建立旋转磁场旋转磁场与转子绕组产生相对运动转子绕组产生感应电流转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子绕组电磁力的作用下逆时针旋转感应感应电流电流旋转旋转磁场磁场FF14转差率转差率第4章 三相异步电动机及控制转速差：转速差：同步转速同步转速n1n1与转子转速与转子转速n n之差称为转速差。之差称为转速差。转差率：转差率： 转速差与放置旋转磁场的转速的比值。转速差与放置旋转

5、磁场的转速的比值。11nnns起动时：s=1，最大空载时：s很小，在0.01以下S=0.010.0715三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩第4章 三相异步电动机及控制22222121)(SXRSRfUCT异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩T T是由转是由转子电流子电流I I2 2与旋转磁场相互作用而与旋转磁场相互作用而产生的。产生的。电磁转矩的物理表达式 22cos smTICT电磁转矩的实用表达式 mmmssssT216三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性第4章 三相异步电动机及控制起动转矩起动转矩Tst电动机的 曲线称为电动机的机械特性曲线。 )(Tfn 电

6、动机的机械特性上有三个重要的转矩点电动机的机械特性上有三个重要的转矩点额定转矩额定转矩TN最大转矩最大转矩TmNNNNNNNnPnPPT9550602103Sm=R2/X217三相异步电动机的铭牌及技术参数三相异步电动机的铭牌及技术参数第4章 三相异步电动机及控制额定功率PN （Kw） 在额定运行状态时轴上的输出有功功率 额定频率fN（Hz） 额定电压UN（V）额定电流IN（A） 额定转速Nn（r/min） 额定运行时定子绕组上的线电压 额定运行时定子绕组上的线电流 在额定工作条件下，转子的旋转速度 额定运行时定子绕组通入的电流频率 18电动机的起动电动机的起动第4章 三相异步电动机及控制起动

7、特征起动特征 从转子转速从转子转速n=0开始，启动时，开始，启动时，S=1，转子各量的值均较大，转子各量的值均较大 起动要求起动要求 电动机应有足够大的起动转矩电动机应有足够大的起动转矩Tst在保证足够的起动转矩在保证足够的起动转矩Tst前提下，前提下，电动机的起动电流应尽量的小电动机的起动电流应尽量的小 起动所需的控制设备尽量的简单、起动所需的控制设备尽量的简单、力求价格低廉、操作方便力求价格低廉、操作方便起动过程中的能量损耗应尽量的小。起动过程中的能量损耗应尽量的小。 19起动方法起动方法第4章 三相异步电动机及控制三相笼型异步电动机因无法在转子回路中串电阻，所三相笼型异步电动机因无法在转

8、子回路中串电阻，所以只有全压起动（直接起动）和降压起动两种方法。以只有全压起动（直接起动）和降压起动两种方法。全压起动只适应于小功率电机。全压起动只适应于小功率电机。 降压起动方法降压起动方法定子串电阻或电抗减压起动定子串电阻或电抗减压起动 自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动 星形星形三角形减压起动三角形减压起动 直接起动直接起动条件：条件：stNNN344ISIP20减压起动减压起动第4章 三相异步电动机及控制星形-三角形起动电动机的起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的1/3自耦变压器减压起动引入自耦变压器前后起动电流之比2st12st1ININ21三相异步电动机的调速三相异步电动机的调

9、速第4章 三相异步电动机及控制pfsnsn1060)1 ()1 (三相异步电动机的调速方法有变频调速、变极调速、变转差率调速三种。变极调速改变电动机旋转磁场的磁极对数p，一般采用改变定子绕组的连接来实现。变频调速变转差率调速在绕线式电动机的转子电路中，接入调速变阻器。22电动机的制动电动机的制动第4章 三相异步电动机及控制制动就是给电动机一个与转动方向相反的转矩，制动就是给电动机一个与转动方向相反的转矩，促使它很快地减速和停转。常用的电气制动方法促使它很快地减速和停转。常用的电气制动方法有两种：反接制动与能耗制动。有两种：反接制动与能耗制动。能耗制动反接制动改变电动机三相电流的相序，使电动机的

10、旋转磁场反转的制动方法称为反接制动。制动平衡，消耗电能少，制动平衡，消耗电能少，但需要有直流电源。但需要有直流电源。制动强度大，制动速度快。制动强度大，制动速度快。但是但是冲击大，不易实现准确停转。冲击大，不易实现准确停转。23低压电器低压电器第4章 三相异步电动机及控制用途用途动作动作方式方式 手动手动自动自动控制电器控制电器 保护电器保护电器 指工作在交流电压1000V、直流电压1200V以下电路中的电器。低压电器24开关电器开关电器刀开关刀开关第4章 三相异步电动机及控制25开关电器开关电器组合开关组合开关第4章 三相异步电动机及控制26开关电器开关电器断路器断路器第4章 三相异步电动机

11、及控制相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电相当于刀开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一种既有手动开关作压继电器的组合，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和短路用又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器保护的电器27主令电器主令电器按钮按钮第4章 三相异步电动机及控制按钮结构示意图按钮结构示意图1-按钮按钮 2-复位弹簧复位弹簧 3-常闭静触头常闭静触头 4-动触头动触头 5-常开静触头常开静触头能自动复位能自动复位28开关电器开关电器行程开关行程开关第4章 三相异步电动机及控制行程开关结构示意图行程开关结构示意图1-动触点动触点 2-静触点静触点 3-推杆推杆2

12、9执行电器执行电器接触器接触器第4章 三相异步电动机及控制30执行电器执行电器继电器继电器第4章 三相异步电动机及控制31执行电器执行电器时间继电器时间继电器第4章 三相异步电动机及控制32执行电器执行电器速度继电器速度继电器第4章 三相异步电动机及控制33保护电器保护电器熔断器熔断器第4章 三相异步电动机及控制作用作用 利用电流热效应原理工作利用电流热效应原理工作的短路或过电流保护电器的短路或过电流保护电器 34保护电器保护电器热继电器热继电器第4章 三相异步电动机及控制电流通过发热元件加热使电流通过发热元件加热使双金属片弯曲，推动执行双金属片弯曲，推动执行机构动作的电器。用于电机构动作的电

13、器。用于电动机的过载保护动机的过载保护FR热元件热元件常闭触头常闭触头接于主接于主电路中电路中接于控制接于控制电路中电路中35基本控制电路基本控制电路电气原理图电气原理图第4章 三相异步电动机及控制原理图分为主电路和辅助电路两个部分原理图分为主电路和辅助电路两个部分 所有元件的符号均要符合国家标准所有元件的符号均要符合国家标准同一电器元件的各部分可根据需要可同一电器元件的各部分可根据需要可以不画在一起，但文字符号要相同以不画在一起，但文字符号要相同 原理图中，所有元件及触点的原理图中，所有元件及触点的工作状态均处于无操作状态工作状态均处于无操作状态 各电气元件一般按动作顺序从上到下、各电气元件

14、一般按动作顺序从上到下、从左到右依次排列，可水平也可垂直布置从左到右依次排列，可水平也可垂直布置 所有电气交叉点均需用黑圆点标识所有电气交叉点均需用黑圆点标识 绘制原则绘制原则 自锁与互锁的控制自锁与互锁的控制 电动机连续运行控制电动机连续运行控制 多地控制多地控制顺序控制顺序控制正反转与自动往返控制正反转与自动往返控制自锁自锁 线圈互锁线圈互锁 按钮触点互锁按钮触点互锁 利用接触器或继电利用接触器或继电器自身的常开触点器自身的常开触点完成对线圈的通电完成对线圈的通电状态的保持状态的保持 利用常闭触点完成对其它电利用常闭触点完成对其它电路的通电状态的影响路的通电状态的影响 自锁与互锁自锁与互锁

15、控制控制第4章 三相异步电动机及控制37电动机连续运行控制电路电动机连续运行控制电路第4章 三相异步电动机及控制用接触器、按钮组成连续运行控制电路具有点动和连续运行的控制电路38正反转控制正反转控制电路电路第4章 三相异步电动机及控制接触器互锁的正、反转控制电路 接触器、按钮双重互锁的控制电路39自动往返自动往返控制控制电路电路第4章 三相异步电动机及控制机床工作台自动往返运动示意图机床工作台自动往返运动示意图自动往返控制电路自动往返控制电路用于设备在设用于设备在设定的区间内往定的区间内往返运动返运动 控制控制40顺序顺序控制控制电路电路第4章 三相异步电动机及控制设备根据设备根据设定的顺设定

16、的顺序进行启序进行启动或停止动或停止 辅助触点的辅助触点的联接或用时联接或用时间继电器的间继电器的延时触头延时触头 41多地多地控制控制电路电路第4章 三相异步电动机及控制在不同的地点均能完在不同的地点均能完成对同一设备的启停成对同一设备的启停进行控制进行控制 将每个操作点的启动将每个操作点的启动按钮需进行并联，停按钮需进行并联，停止按钮进行串联止按钮进行串联 多地控制电路多地控制电路42单相异步电动机单相异步电动机第4章 三相异步电动机及控制 单相单相异步电动机的定子绕异步电动机的定子绕组由单相电源供电，定子组由单相电源供电，定子上有一个或两个绕组，而上有一个或两个绕组，而转子大多为笼形的。转子大多为笼形的。43单相异步电动机工作原理单相异步电动机工作原理第4章 三相异步电动机及控制44单相异步电动机工作原理单相异步电动机工作原理第4章 三相异步电动机及控制脉动磁场可以分解为两个大小一样、转速相等、方向相反的旋转磁场B1、B2。顺时针方向转动的旋转磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向转动的旋转磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻这两个电磁转矩大小相等、方向相反，所以电动机的转子是不会转动的，也就是说，单相异步电动机的启动转矩为零，它不能自行启动。45电容