电机与电气控制技术

模块六电机与电气控制技术一、磁路二、变压器三、电动机四、继电-接触器控制系统五、典型电气控制线路

授课人：昆明冶金高等专科学校

金瑞一、磁路电工设备中常见的磁路及铁心线圈变压器

铁心–+SN电机

铁心绕组绕组绕组绕组1、磁路的基本物理量

（1）

磁感应强度B(磁通密度)：是表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。均匀磁场—磁场内各点的B大小相等，方向相同。单位：T（特[斯拉]）方向：与电流之间用右螺旋定则确定。（该点磁场作用于1米长、1安电流的导体上的力）（4）

磁场强度

H定义：H=B/=IN/l（3）

磁导率

相对磁导率

r=/0

对于铁磁材料

r=102105单位：A/m(安/米)铁磁材料广泛应用在变压器、电机、电工仪表等。真空磁导率

0=410

–

7H/m（亨/米）对于均匀磁场

F

=B

•S

F-标量单位：Wb

（韦[伯]）（2）

磁通F等于磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。（二）磁路欧姆定律磁通势：F=NI单位A(安）磁路磁阻：单位H-1(每亨）磁路欧姆定律：INU–+铁心磁路

二、变压器1、变压器的用途

变压器可以变换电压、电流和阻抗的功能。应用非常广泛。电力系统：变压器用于改变供电系统的电压。电子线路：变压器用于改变电压、耦合电路、传送信号和实现阻抗的匹配等。

还有一些特殊变压器（如：自耦变压器、电流互感器等）及专用变压器（如：电焊变压器、整流变压器等）。按相数分:

单相、三相和多相变压器。分类：按用途分:

电力变压器，特殊用途变压器。按结构分:

心式变压器、壳式变压器。按冷却方式分:

自冷变压器、油冷变压器。2、变压器的基本结构其它部件:

油箱、冷却装置、保护装置等壳式变压器

变压器主要组成部分变压器铁心:

硅钢片叠压而成变压器绕组:

原边(一次线圈、高压绕组)副边(二次线圈、低压绕组)心式变压器线圈铁心铁心线圈

低压绕组

高压绕组同心式绕组交叠式绕组

低压绕组

高压绕组3、变压器的工作原理

I1

U1动电生磁

主磁通Φ

磁场传递

I2

U2

动磁生电三、电动机

（一）电动机的分类电动机直流电动机交流电动机同步电动机

异步电动机（笼型、绕线型）特殊电动机三相异步电动机单相异步电动机在工业生产中应用最多的是三相交流异步电动机（二）三相异步电动机的结构和原理三相异步电机接线盒转轴1.三相异步电动机的结构机座定子铁心定子绕组接线盒端盖罩壳风扇转子主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。转轴2.定子

三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。定子绕组机座铁心定子铁心冲片U1U2三相定子绕组（U相）3.转子根据转子绕组结构的不同分为：

三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心冲片铁心转子绕组转轴笼型转子去掉铁心后的转子导条（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）笼型转子绕线型转子（转子铁心槽内嵌有三相绕组）U1U2V1V2W1W2++SN4.三相异步电动机的运转原理•+ff转子转速n旋转的磁场可以带动转子同方向旋转异步电动机原理图•••+++转子定子磁场转速n1n

三相异步电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。磁场转速n1转子感应电动势(电流)

旋转磁场的磁极对数p与取决于三相定子绕组的结构和连接方式。旋转磁场的磁极对数p旋转磁场的转速n0(转/每分）电源频率电动机的磁极对数7501000150030004321pn(转/每分)n=(1–s)n1转差率：0<s

<sN=0.01~0.06例

一台额定转速为1450r/min的三相异步电动机，求：额定转差率。解：因为sN=0.01~0.06，所以该电动机为4极电机，旋转磁场转速为1500r/min。（三）三相交流异步电动机的控制1、

三相异步电动机的起动控制对电动机起动的要求:

起动过程:电动机接通电源后，转速由零增至稳定运行状态的过程。起动转矩大起动电流小起动时间短起动过程的特点:转子绕组的功率因数低，起动转矩不大。笼型电动机常用起动方法:直接起动降压起动起动电流是额定电流的4~7倍。（1）直接起动(全压起动)M3~

Q直接起动线路缺点：起动电流大。控制电路简单，投资少，起动时间短。优点：允许直接起动的条件：

因为起动电流大，引起的线路压降就大，可能影响到其他设备的正常工作，所以一般10KW以上的大容量电动机不允许直接起动。

：电动机起动电流倍数（2）降压起动Y-降压起动

电动机在起动时接成Y联结，正常运行时接成联结。只适用于工作时接的电动机。（运行）Q2Y（起动）Q1缺点：起动转矩小。设备简单，成本低，操作方便，动作可靠。每相定子绕组承受相电压起动，起动电流小。优点：

Q1M3~

Q2起动运行自耦补偿器降压起动三相自耦变压器如果自耦变压器的变比为Ka采用自耦变压器的起动电流、起动转矩为：

绕线式电动机起动时，可在转子绕组中串入电阻或频敏变阻器，可减小起动电流，还可以增大起动转矩。转子串电阻和频敏变阻器起动0TmR2Temn

绕线式电动机适用于要求起动转矩大的生产机械，如卷扬机、起重机等。2、

三相异步电动机正反转控制

三根相线中任意两根互调，称“调相”或“换相”，相序改变，旋转磁场反向，即可实现正反转。3、

三相异步电动机的调速控制调速方法变频调速（笼型电动机）变极调速（笼型电动机）变转差率调速（绕线型电动机）

电动机的转速与电源频率、电机磁极对数、转差率有关。（1）变极调速电源频率不变，改变电动机的磁极对数p调速。有级调速U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2定子绕组接线电机磁场情况U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U22（2）

变频调速

改变频率（f1)调整电动机的转速，属无级调速，调速性能好，但需有一套专用变频设备。~f=50HzM3~变频设备f1

可调（3）

变转差率调速

在绕线式电动机转子绕组中串入可调电阻R

,可改变

s和n。

也可串入电动势，称串级调速。

还可使用电磁转差离合器调速。Tm0R2TemnnT2可实现小范围无级调速，但能耗大，效率低，广泛应用于起重设备。特点：n4、

三相异步电动机的制动控制（1）

能耗制动调节制动电流RPQ2+_能耗制动的特点：

制动准确、平稳、能量消耗小。但制动力较弱,且需要有直流电源。固定磁场n1=0制动原理SN•TemM3~Q1（2）

反接制动QRM3~~运行制动n制动原理SN•Tem旋转磁场n1

将电源的任意两相对调，产生反向旋转磁场，产生制动转矩。方法简单，制动效果好，但能耗大。特点：制动限流电阻（3）

回馈制动

电动机转速n大于旋转磁场转速n1。如起重机重物下放时。n制动原理SN•Tem旋转磁场n1nn1电动机处于发电运行状态。特点：（四）

直流电动机与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。直流电机的优点：（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。应用：（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具1、工作原理U+–NS电刷换向片直流电源电刷换向器线圈II注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。FFU+–NS电刷换向片IIFFU+–NS电刷换向片IIEE由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。2、直流电机的构成直流电机由定子、转子和机座等部分构成。机座磁极励磁绕组转子励磁式直流电动机结构（1）

转子（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。（2）

定子定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U（五）单相异步电动机1、

基本工作原理单相异步电动机单相定子绕组，笼型转子。结构：工作原理及特点：单相定子绕组产生的是脉动磁场，可分解为大小、转速相同而转向相反的两个磁场，当S=1时，对转子产生的合成力矩为零，所以起动转矩为零。常用类型：电容分相式、罩极式单相异步电动机。电源：单相交流电源。功率：几几百瓦。用途：家用电器（风扇、冰箱、洗衣机等）及功率不大的电动工具。2、

起动方法S:

离心力开关分相起动1:

工作绕组2:

起动绕组空间相隔90º

起动绕组电流与工作绕组电流不同相(分相),产生旋转磁场。相量图

电机运转方向：由起动绕组转向工作绕组。

改变电容C的串联位置（串在绕组1），电机反转。S1-2M1~+C定子绕组罩极起动1和2形成一个向罩极部分移动的磁场。

12u凸极定子短路铜环笼型转子电机旋转方向：未罩极转向被罩极。n

三相异步电动机运行时断了一相线，相当于单相异步电动机，称为缺相运行。

若在起动时缺相，则不能起动，且电流很大，应立刻切断电源，否则电动机很快被烧毁。

若在运行时缺相，则能够继续转动,如果仍带额定负载,电流会超过额定值，电动机易被烧坏。三相异步电动机的缺相运行四、继电-接触器控制系统1、低压电器低压电器是指工作在交流1000V和直流1200V额定电压以下的电器。

负荷开关（QS）

自动空气断路器（QF）

按钮(SB)行程开关(SQ)交流接