交流传动控制系统(课程基础)

1交流传动控制系统课程基础ZhengzhouUniversityofLightIndustryDepartmentofElectrical&InformationEngineering2023/2/22一.常用低压电器概述

二.异步电动机的构造及铭牌五.异步电动机正反转控制

主要内容三.异步电动机转动原理四.异步电动机转矩与机械特性2023/2/23一.常用低压电器概述

手动电器自动电器刀开关按钮……熔断器接触器继电器……热继电器时间继电器……常用低压电器2023/2/241、刀开关刀开关是最常用的手动电器，用来接通或分断电路，一般作电源隔离开关。QS作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。2023/2/25刀开关

作用：隔离电源，不频繁通断电路

分类：

按刀的级数分:单极、双极和三极

按灭弧装置分：带灭弧装置和不带灭弧装置

按刀的转换方向分为：单掷和双掷

按接线方式分为：板前接线和板后接线

按操作方式分为：手柄操作和远距离联杆操作

按有无熔断器分：带熔断器和不带熔断器2023/2/262023/2/27带熔断器式刀开关——用作电源开关、隔离开关和应急开关，并作电路保护用。2023/2/28负荷开关(1)开启式负荷开关

用途：作不频繁带负荷操作和短路保护用。

结构：由刀开关和熔断器组合成。瓷底板上装有进线座、静触头、熔丝、出线座及刀片式动触头，工作部分用胶木盖罩住，以防电弧灼伤人手。

分类：单相双极和三相三极两种2023/2/210(2)封闭式负荷开关（铁壳开关）

作用：手动通断电路及短路保护。2023/2/2112按钮手动切换电器，常用于接通和断开控制电路。结构外形常开触点常闭触点2023/2/212控制按钮2023/2/213常开(动合)按钮电路符号SB常闭(动断)按钮电路符号SB2023/2/214复合按钮复合按钮：常开按钮和常闭按钮做在一起。电路符号SB2023/2/2162023/2/2172023/2/218复位弹簧支柱连杆常闭触点触桥常开触点外壳按钮帽4SBSBSB结构图形符号名称常闭按钮(停止按钮)常开按钮(启动按钮)复合按钮12341232023/2/219行程开关用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。常开（动合）触头电路符号ST常闭（动断）触头电路符号ST2023/2/220行程开关2023/2/2212023/2/222接近开关2023/2/2233熔断器熔断器串连在被保护的电路中。当电路发生短路或严重过载时，熔断器中的熔断体将自动熔断，起到保护作用，最常见的就是保险丝。电路符号FU2023/2/224作用：短路和严重过载保护应用：串接于被保护电路的首端优点：结构简单，维护方便，价格便宜，体小量轻分类：

瓷插式RC螺旋式RL有填料式RT无填料密封式RM快速熔断器RS自恢复熔断器2023/2/225瓷插式熔断器2023/2/226螺旋式熔断器2023/2/227有填料式熔断器2023/2/228无填料密封式熔断器2023/2/229快速熔断器2023/2/230自恢复熔断器2023/2/2314接触器是一种利用电磁铁的电磁吸力来操作的电磁开关，用于频繁的接通和分断带有负荷的电路。功能：频繁的接通和分断带有负荷的电路；失压或欠压保护。图形符号：线圈KM常开主触点KM常闭辅助触点KM常开辅助触点KM2023/2/232触头系统：主触头、辅助触头常开触头（动合触头）常闭触头（动断触头）电磁系统：动、静铁芯，吸引线圈和反作用弹簧灭弧系统：灭弧罩及灭弧栅片灭弧1．结构

2023/2/233交流接触器结构图主触头常闭辅助触头常开辅助触头静铁心动铁心吸引线圈灭弧装置2023/2/234衔铁弹簧M3~电机动作过程线圈通电衔铁被吸合主触点闭合电机接通电源~接触器动作原理铁芯常开线圈常闭主触点辅助触点电源2023/2/2352．工作原理

线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路环。2023/2/236用途：远距离通断直流电路或控制直流电动机的频繁起停。结构：电磁机构、触头系统和灭弧装置。工作原理：与交流接触器基本相同。直流接触器2023/2/237额定电压

交流接触器：127、220、380、500V直流接触器：110、220、440V交流接触器：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A

直流接触器：40、80、100、150、250、400、600A额定电流

吸引线圈额定电压交流接触器：36、110（127）、220、380V直流接触器：24、48、220、440V接触器的主要技术指标

2023/2/238

根据电路中负载电流的种类选择接触器的类型；接触器的额定电压应大于或等于负载回路的额定电压；吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的额定电压等级一致；额定电流应大于或等于被控主回路的额定电流。接触器的使用选择原则

2023/2/2395继电器

继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于，接触器的主触头可以通过大电流，而继电器的触头只能通过小电流。所以，继电器只能用于控制电路中。中间继电器电压继电器电流继电器时间继电器（具有延时功能）热继电器（做过载保护）…...继电器类型：

2023/2/240作用：控制、放大、联锁、保护和调节分类：按用途分：控制和保护继电器按动作原理分：电磁式、感应式、电动式、电子式、机械式

按输入量分：电流、电压、时间、速度、压力按动作时间分：瞬时、延时继电器

特点：额定电流不大于5A2023/2/241一、电流继电器特点：线圈串接于电路中，导线粗、匝数少、阻抗小。

分类：过电流继电器、欠电流继电器过流电流继电器欠流电流继电器2023/2/242是根据电流的变化信号使触点接通和断开的一种控制电器。适用于电机过负荷短路保护等。图形符号：

常开触点

KA常闭触点

KA线圈

KA2023/2/243欠电流继电器KAI<KAKA过电流继电器>IKAKAKA电流继电器符号2023/2/244动作电流Ｉq：使电流继电器开始动作所需的电流值；返回电流Ｉf：电流继电器动作后返回原状态时的电流值；返回系数Ｋf：返回值与动作值之比，Ｋf＝Ｉf/Ｉq。主要技术指标：2023/2/245特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细分类：过电压继电器和欠电压继电器结构原理：与电流继电器类似欠电压继电器KVU<KVKV过电压继电器>UKVKVKV二、电压继电器2023/2/246

中间继电器实质上是一种电压继电器，结构和工作原理与接触器相同。但它的触点数量较多，在电路中主要是扩展触点的数量。另外其触头的额定电流较大。

三、中间继电器2023/2/247图形符号：

常开触点

KM常闭触点

KM线圈

KM2023/2/248作用：电动机的过载保护利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作利用电阻值随温度变化而变化的特性制成利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作四、热继电器型式：双金属片式

热敏电阻式易熔合金式结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成。2023/2/249热继电器是一种过载保护(热保护)电器。动作原理发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被加热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触点断开。扣板~双金属片发热元件常闭触点2023/2/250发热元件常闭触头KHKH热继电器的符号2023/2/251a）

外形

b）结构图

1-电流整定装置

2-主电路接线柱

3-复位按钮

4-常闭触头

5-动作机构

6-热元件

31-常闭触头接线柱32-公共动触头接线柱

33-常开触头接线柱

双金属片式热继电器2023/2/2521-1.接线端子

2-主双金属片

3-热元件

4-推动导板

5-补偿双金属片

6-常闭触头

7-常开触头

8-复位调节螺钉

9-动触头

110-复位按钮

11-偏心轮

12-支撑件

13-弹簧

双金属片式热继电器原理示意图2023/2/2532023/2/2542023/2/255使用与选择使用：作为电动机的过载保护，注意与熔断器的配合。选择：ＩeR≥Ｉed

ＩeR：热继电器热元件的额定电流；Ｉed：电动机的额定电流。2023/2/256作用：按整定时间长短通断电路分类：按构成原理分：电磁式电动式空气阻尼式晶体管式数字式按延时方式分：通电延时型断电延时型

五、时间继电器2023/2/257是根据时间的变化信号使触点延时接通或断开的一种控制电器。适用于延时控制。文字符号：

KT(Time)图形符号：

常开触点

KT常闭触点

KT线圈

KT2023/2/258(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)通电延时闭合动合（常开）触点(e)通电延时断开动断（常闭）触点（f）断电延时断开动合（常开）触点（g）断电延时闭合动断（常闭）触点（h）瞬动触点时间继电器符号2023/2/259时间继电器动作演示2023/2/261作用：根据速度的大小通断电路结构：定子、转子和触头原理：与异步电动机类似参数：动作转速：>120rpm

复位转速：<100rpm六、速度继电器2023/2/262定子---由硅钢片迭成笼型空心圆环套在转子上，装有鼠笼型短路绕组。符号转子---圆柱形永久磁铁，与电动机同轴连接。2023/2/263速度继电器演示2023/2/264七、信号继电器图形符号：

线圈

KS2023/2/265固态继电器（亦称固体继电器）英文名称为SolidStateRelay，简称SSR。固态继电器与电磁式继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，它利用电子元器件的电，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单向可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。

八、固态继电器2023/2/2662023/2/267压力继电器光电继电器温度继电器九、其它继电器2023/2/268信号指示灯在控制回路中负责指示信号显示的作用2023/2/269断路器分为高压断路器和低压断路器都是用来切断故障线路或停用线路分类:

1、按照电压等级分为：低压、中压、高压、超高压等

2、按照绝缘介质分类：油式、空气、氟化氢断路器。按照断路方式：电磁断路、机械断路2023/2/270油断路器2023/2/2712023/2/272低压断路器2023/2/273二.异步电动机的构造铭牌异步电动机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两个基本部分组成。V2V1W2U2U1W12023/2/274定子作用：转子作用：异步电动机定子由铁心，定子绕组和机座三个主要部分组成。三相对称绕组引出的六根线可以根据需要接成星形或三角形。其作用是产生旋转磁场，并从电网吸收电能。异步电动机的转子组要由转子铁心，转子绕组和转轴组成。转子绕组分成绕线型转子和笼型转子。其作用是产生电磁转矩，并输出机械能。定子、转子的作用2023/2/275定子的组成部件定子铁心定子绕组机座端盖风罩铭牌2023/2/276转子的组成部件转子铁心转子绕组轴轴承风扇定转子气隙2023/2/277

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。

(1)

鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)

绕线式转子

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式2023/2/2782023/2/279鼠笼式电动机与绕线式电动机的比较：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。2023/2/2801.型号：

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机异步电机的铭牌2023/2/281异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2023/2/2822.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结2023/2/2833.电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。补充：线电压、相电压、零线、火线等基本知识2023/2/2844.电流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。2023/2/285

5.功率与效率鼠笼电机

=72~93％额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。2023/2/286注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。6.功率因数PN三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有

0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。

P2cosO2023/2/2877.绝缘等级电机绝缘等级划分依据是按电动机所用绝缘材料的允许极限温度划分的。有Y、A、E、B、F、H、C等几个等级，各级的允许极限温度如下。所谓允许极限温度是指电机绝缘材料的允许最高工作温度，它反应绝缘材料的耐热性能。绝缘材料按耐热能力分为Y级、A级、E级、B级、F级、H级、C级允许温度（℃）90、105、120、130、155、180、180℃以上2023/2/288定子三相绕组通入三相交流电旋转磁场

切割转子导体右手定则感应电动势感应电流旋转磁场左手定则电磁力F电磁转矩T顺时针n顺时针U1U2V2W1V1W2FF三.异步电动机的转动原理2023/2/289定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ1.旋转磁场的产生o2023/2/290o规定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出()电流入2023/2/291

tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相电流合成磁

场的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600o2023/2/292AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线(电路如图)AXCZBY0to2023/2/2933.旋转磁场的极对数P当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：AXBYCZAXYCBZ0to2023/2/294

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC2023/2/295极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'02023/2/2964.旋转磁场的转速工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ2023/2/297p=2时02023/2/298旋转磁场转速n0与极对数p的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:2023/2/299转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。2023/2/2100异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s

例：一台三相异步电动机，其额定转速

n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率？解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为2023/2/2101三相异步电动机的电路分析

三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。变压器：变化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2频率相同，都等于电源频率。异步电动机每相电路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2四.异步电动机转矩与机械特性2023/2/2102定子电路1.旋转磁场的磁通异步电动机：旋转磁场切割导体e，

U1

E1=4.44

f1N1每极磁通旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0，所以2.定子感应电势的频率f1感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f1=电源频率f2023/2/2103转子电路转子感应电势频率f2∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化定子感应电势频率f1转子感应电势频率f2

转子感应电势频率f2旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同2023/2/2104转子感应电动势E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

当转速n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2转子静止时的感应电势即E2=

sE20

转子转动时的感应电势转子感抗X2当转速n=0(s=1)时，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

2023/2/2105转子电流I2转子电路的功率因数cos2转子绕组的感应电流2023/2/2106转子绕组的感应电流转子电路的功率因数结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率

s有关，即与转速

n有关。I2cos2s1I2,O2023/2/2107异步电动机的转矩1转矩公式

转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数2023/2/2108由此得电磁转矩公式因为：2023/2/2109由公式可知电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1T2.当电源电压U1一定时，T是

s的函数。3.R2

的大小对

T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2

，从而改变转距。2023/2/21102机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT12023/2/2111电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TN三个重要转矩OT额定转矩(N•m)例：如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为：2023/2/21122.最大转矩Tmax转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax

，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。令：求得临界转差率OTTmax将sm代入转矩公式，可得2023/2/2113当U1

一定时，Tmax为定值过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使T2

<Tmax

，否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。(2)sm与R2有关，R2smn。绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。2023/2/21143.起动转矩Tst电动机起动时的转矩。起动时n=0时，s=1(2)Tst与R2有关，适当使

R2Tst。对绕线式电机改变转子附加电阻

R´2,可使Tst=Tmax

。

Tst体现了电动机带载起动的能力。

若

Tst

>T2电机能起动，否则不能起动。OTTst起动能力2023/2/21154.电动机的运行分析电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。

自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）。此过程中，n、sE2,I2

I1电源提供的功率自动增加。T2sT`

>T2T=T`nT

T´达到新的平衡T2常用特性段TO2023/2/21165.U1和R2变化对机械特性的影响(1)

U1

变化对机械特性的影响UTmTstT2TO2023/2/2117(2)R2

变化对机械特性的影响TOR2Tstn硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。2023/2/2118五.电动机正反转控制电机的正转原理图2023/2/2119KMSB2KMSB1KMFUQSKHM3~KR动作过程：3手按按钮SB1KM线圈断电主触点及辅助触点断开电机停合上刀开关QS1手按按钮SB2KM线圈通电

KM主触点、辅助触点闭合电机转动2松