第5章-电动机及其控制课件

情境4

认识电动机

4.1三相异步电动机的结构和工作原理4.2三相异步电动机的电路分析4.3三相异步电动机的电磁转矩和机械特性4.4三相异步电动机的控制4.5三相异步电动机的继电器-接触器控制

学习目的与要求

通过本章的学习，了解三相异步电动机的基本结构、工作原理和名牌数据；理解和掌握三相异步电动机机械特性的分析方法；掌握三相异步电动机的起动、反转、调速、制动等概念以及正、反转等控制原理。交流电动机电动机直流电动机鼠笼式异步机他励、异励、串励、复励电动机的分类同步机绕线式4.1三相电机的结构及工作原理电动机的外形V2V1W2U2U1W1定子转子4.1三相电机的结构及工作原理

4.1.1三相异步机的结构三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。三相异步电动机的基本结构示意图定子三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。三相异步电动机的基本结构示意图定子转子轴承端盖机座三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。1．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是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成。定子硅钢片2．转子绕线型转子铁心与绕组

根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。

外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转子硅钢片2．转子2．转子笼型转子笼型转子的电动机称笼型电动机。

笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。

4.1三相电机的结构及工作原理

4.1.1三相异步机的结构4.1三相电机的结构及工作原理

4.1.1三相异步机的结构V2V1W2U2U1W1转子定子定子绕组（三相）机座转子：在旋转磁场作用下，产

生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场线绕式鼠笼式鼠笼转子4.1.2异步电动机的工作原理U1V2W1V1W2异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极()电流入U2(•)电流出4.1.2异步电动机的工作原理对应电流各时刻的合成磁场方向:××N××N××N××N结论：电流变化一周，磁场旋转3600。定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场4.1.2异步电动机的工作原理1.转子电动势和转子电流定子绕组通入电流后，产生旋转磁场，与转子绕组间产生相对运动，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。2.电磁转矩和转子旋转方向电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转矩T

，电磁转矩的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。4.1.2异步电动机的工作原理3.转子转速和转差率转子转速n与旋转磁场的转速n1

的方向一致，但不能相等（应保持一定的转差）。n1又称为同步转速。常用转差率s来表示n与n1

相差的程度，即4.异步电动机带负载运行轴上加机械负载，轴阻力↑，转速↓，转子与旋转磁场相对切割速度↑，转子感应电流↑，输入电流↑。4.1.2异步电动机的工作原理4.1.2异步电动机的工作原理此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。又称两极机。即：U1U2V2W1V1W25.电动机的极对数、极数和转速当磁极对数P=1时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°n1称为同步转速当P=1时4.1.2异步电动机的工作原理转差为旋转磁场同步转速与电动机转速之差。转差率s

的概念转差率S为：转子感生电流的频率异步电机运行中:电动机起动瞬间:（转差率最大）5.1由转子感生电流频率4.1.2异步电动机的工作原理极对数（P）的改变对转速的影响

将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。极对数与同步转速的关系如下表：极对数p同步转速n112343000r/min1500r/min1000r/min750r/minC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'极对数4.1.2异步电动机的工作原理四级电动机的旋转磁场4.1.3三相异步电动机的名牌数据每台电动机外壳都附铭牌，标有型号、额定值和额定运行时的主要数据，以Y90S–4型异步电动机为例，说明铭牌数据的含义:4.1.3三相异步电动机的名牌数据(1)（2）额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.

一般规定:运行电压不能高于或低于额定值的5％例：380/220Y/是指：线电压380V时Y接；线电压220V时接（3）额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流（4）额定功率：指电机在额定运行时轴上输出的功率（P2）鼠笼电机=72－93％(5)额定转速：指额定运行时，转子的转速，用nN表示，最

常用的是4极电动机（n1

=1500r/min）(6)额定频率：指电动机所采用的电源频率，用fN表示，

我国电网50Hz4.1.3三相异步电动机的名牌数据效率4.1.3三相异步电动机的名牌数据例1：三相异步电动机

p=3，电源f1=50Hz，电机额定

转速nN=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2同步转速：转差率：例2.一台50Hz的异步电动机，额定转速nN=730r/min,空载转差率为0.00267，求电动机的极对数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。解：nN=730r/min对应的同步转速应是750r/min根据得4.1.3三相异步电动机的名牌数据得额定转差率：4.1.3三相异步电动机的名牌数据例2.一台50Hz的异步电动机，额定转速nN=730r/min,空载转差率为0.00267，求电动机的极对数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。空载转速4.2三相异步电动机的电路分析i2R1R2i1u1e1e2等效电路（一相）：主磁通产生的感

应电动势e1e2、转子电路定子电路定子感应电动势E1的频率与定子电流相同即：1旋转磁场与定子间相对转速为n12转子电流频率3主磁通4.2三相异步电动机的电路分析45转子电流起动前的漏磁感抗起动前的转子电动势6定子电流和定子功率因数转子功率因数空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这一点与变压器类似。电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为U1与I1的夹角。4.2三相异步电动机的电路分析例3：三相异步电动机，p=2，n=1440r/min，转子R2=0.02，X20=0.08，E20=20V，f1=50Hz。求启动电流I2（st）和额定转速下的电流I2（N）

。4.2三相异步电动机的电路分析例3：三相异步电动机，p=2，n=1440r/min，转子R2=0.02，X20=0.08，E20=20V，f1=50Hz。求启动电流I2（st）和额定转速下的电流I2（N）

。起动时I2（st）s=1额定转速下的I2（N）4.2三相异步电动机的电路分析例3：三相异步电动机，p=2，n=1440r/min，转子R2=0.02，X20=0.08，E20=20V，f1=50Hz。求启动电流I2（st）和额定转速下的电流I2（N）

。A40)08.004.0()02.0(2004.0)(2222222=*+*=+=00sXRsE4.3三相电机的电磁转矩和机械特性转子中各载流导体在旋转磁场的作用下，受到电磁力对于转轴所形成的转距之总和，是反映电动机做功能量的一个量。4.3.1电磁转矩T将如下参数

代入上式：得到转矩公式

单位（N.m）4.3三相电机的电磁转矩和机械特性4.3.1电磁转矩T4.3三相电机的电磁转矩和机械特性4.3.2机械特性10n1Tn得特性曲线：在U1及R2一定时，T仅随s变化得特性曲线：起动时n=0最大转速n=n1时三个重要转矩TN、Tmax、Tst4.3三相电机的电磁转矩和机械特性4.3.2机械特性电机在额定电压下，以额定转速nN

运行，输出额定功率PN

时，电机转轴上输出的转矩额定转矩TN:1n1TnnNTstTmax（牛顿•米）负载转矩用TL

表示4.3三相电机的电磁转矩和机械特性4.3.2机械特性最大转矩：电机带动最大负载的能力。2n1nnNTstTmax过载系数

一般如果TL>

Tmax电动机将会因带不动负载而停转。3起动转矩Tst:电动机起动时的转矩

Tst

体现了电动机带载起动的能力。若Tst>TL电动机能起动，否则将起动不了。4.3三相电机的电磁转矩和机械特性4.3.2机械特性起动系数n1TnTmTstTLcb常用特性段s=0s=1正常工作条件：TL<Tmax，

否则电机将停转。起动条件：Tst>TL

否则电动机不能起动。注意电动机的自适应负载能力4.3三相电机的电磁转矩和机械特性4.3.2机械特性起动：Tst>TL(负载转矩)，电机起动转速n，转矩Tc点：转矩达最大Tm

，转速n继续，T，沿cb运行b点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行若TL，暂时T<TL,nsI2Tn

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。4.3三相电机的电磁转矩和机械特性4.3.2机械特性例4：三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速nN=1450r/min，起动能力Tst/TN=1.4，过载系数=2.0，效率为87.5%。求额定转矩、起动转矩、最大转矩及额定输入功率。（1）额定转矩TN解：所求量：TN、Tst、Tm、P1N（2）起动转矩Tst（3）最大转矩Tm（4）输入功率P1N例4：三相异步电动机，额定功率P2N=10kW，额定转速nN=1450r/min，起动能力Tst/TN=1.4，过载系数=2.0，效率为87.5%。求额定转矩、起动转矩、最大转矩及额定输入功率。4.3三相电机的电磁转矩和机械特性4.3.2机械特性4.4三相异步电动机的控制4.4.1三相异步机的起动中小型鼠笼式电机起动电流IST为额定电流的4~7倍。大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：（1）直接起动。十千瓦以下的异步电动机（2）降压起动Y－起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。起动方法先减小定子电压---减小起动电流待起动完毕后再加上额定电压降压起动4.4三相异步电动机的控制4.4.1三相异步机的起动Y－起动正常运行UwVvuW

起动时ABCXYZ主要目的：减小起动电流设：电机每相阻抗为起动电流只有原来的1/34.4三相异步电动机的控制4.4.1三相异步机的起动Y－起动（2）Y－起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。Y－起动。AZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合4.4三相异步电动机的控制4.4.1三相异步机的起动4.4三相异步电动机的控制4.4.1三相异步机的起动例5:三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子绕组接法运行，额定电流IN=20A，起动系数Ist/IN=7，求：（1）接法时的起动电流Ist

（2）若起动时改为Y接法，求IstY（1）Ist=7IN=720=140A解：（2）IstY=Ist/3=140/3=47A4.4.2三相异步电动机的调速1.改变极对数有级调速。2.改变转差率无级调速调速方法：3.改变电源频率(变频调速)

无级调速变频电源

可变

此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是

研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。4.4.3三相异步电动机的反转和制动

实现反转方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转正转反转UVWM3~电源UVWM3~电源4.4.3三相异步电动机的反转和制动

三相异步电动机制动方法：反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成，引起。注意：2.反接制动：

停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；1.抱闸：加机械抱闸3.能耗制动4.发电反馈制动4.4.4三相异步电动机的选择（1）类型的选择

鼠笼式异步电动机与绕线式异步电动机比较综合性能。（2）转速的选择

等功率时，异步电动机的同步转速越高，转矩越小，电动机的体积也越小，价格就越低。（3）功率的选择

合理选择电动机的功率具有重要的经济意义。功率选得过大，不仅浪费成本，而且使电动机在轻载下运行，其功率因数和效率都很低。功率选得过小，电动机会过载。（4）结构的选择

三相异步电动机根据外形结构分为开启式、防护式、封闭式和防爆式等4种类型。应根据电动机的工作环境进行选择。5.5三相电机的继电-接触器控制5.5.1常用低压控制电器与电气图形符号刀开关熔断器按钮限位开关接触器继电器凡是用来接通和断开电路，以达到控制、调节、转换和保护目的的电气设备都称为电器。最常用的控制电器有：时间继电器（延时）中间继电器电压继电器电流继电器热继电器（过载保护）……5.5.1常用低压电器及图形符号电器名称电路符号QSFUSQSQ电器名称电路符号限位开关熔断器刀开关接触器KMKMKM作用：短路保护SBSBSB发热元件常闭触头FRFR按钮热继电器作用：过载保护5.5.1常用低压电器及图形符号电器名称电路符号电器名称电路符号时间继电器线圈KT常闭断电后延时闭合常开断电后延时断开时间继电器线圈KT常开通电后延时闭合KT时间继电器

定时类型钟表式空气式电子式阻容式数字式常闭通电后延时断开KT5.5.1常用低压电器及图形符号电器名称电路符号

电路符号5.5.2三相电机的典型控制系统1.异步机的点动控制2.单相连续控制具有三种保护功能失压保护：由接触器实现短路保护：由熔断器实现过载保护：由热继电器实现5.5.2三相电机的典型控制系统2.单相连续控制由自锁触头实现失压保护功能。5.5.2三相电机的典型控制系统3.电机的正反转控制互锁作用：正转时，SBR不起作用；反转

时，SBF不起作用。从而避免两接触器

同时工作造成主回路短路。KMFSB1KMFSBFFRKMRKMRKMFKMRM3~UVWKMFFUQSFRKMRSBR互锁5.5.2三相电机的典型控制系统4.多地控制例如：甲、乙两地同时控制一台电机。方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。KMSB1甲SB2甲SB3乙SB4乙乙地甲地KMFR5.5.2三相电机的典型控制系统5.联锁控制

装有多台电动机的生产机械或自动化生产线，通常要求按一定顺序起动或停止电动机，实现这种控制要求的方式称为联锁控制，又称顺序控制。

机床在主轴工作之前，通常要先起动油泵电动机M1，润滑系统充分润滑后，才能起动主轴电动机M2。

机床油泵和主轴电动机的联锁控制电路如图所示5.联锁控制机床在主轴工作之前，通常要先起动油泵电动机M1，润滑系统充分润滑后，才能起动主轴电动机M2。机床油泵和主轴电动机的联锁控制电路如图所示5.5.2三相电机的典型控制系统5.5.2三相电机的典型控制系统6.行程控制电路（1）正程重物限位开关STASTB逆程至右极端位置撞开STA

动作过程SB2正向运行电机停车（反向运行同理分析）

行程控制实质为电机的正反转控制，只是在行程的终端

要加限位开关

控制回路KMFFRKMRSB1KMFSB2STASB3STBKMRKMRKMF限位开关5.5.2三相电机的典型控制系统6.行程控制电路（1）动作过程至右极端位置撞开STA

SB2正向运行电机停车（反向运行同理分析）5.5.2三相电机的典型控制系统自动往复运动控制电路6.行程控制电路（2）-KMRSBRKMFFRKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTb电机STaSTb

限位开关采用复合式开关。正向运行停车的同时，自动起动反向运行；反之亦然。关键措施5.5.2三相电机的典型控制系统6.行程控制电路（2）-自动往复运动控制电路5.5.2三相电机的典型控制系统7.时间控制电机的Y－起动U'B'W'XYZYZV'YXW'U'启动时：KM-Y闭合，电机接成Y形，电流小；正常运行时：KM-闭合，电机接成形，额定状态工作。67KMFUQSFR电机绕组U'xV'yW'zKM-YKM-主电路启动时：KM-Y闭合，KM-断开，电机绕组接成Y形，此时电流小；正常运行时：KM-闭合，KM–Y断开，电机接成形，此时在额定状态下工作。7.时间控制电机的Y－起动5.5.2三相电机的典型控制系统7.时间控制KM-KTKTKM-YKM-YKM-KM-KTKM-KMSB1SB2KMY－起动控制电路FRKMFUQSFR电机U'xV'yW'zKM-YKM-7.时间控制主电路接通电源延时KTKM-KM-YY转换完成SB2KMKTKM-YKM-5.5.2三相电机的典型控制系统动作过程如下：

继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题：本章小结1、首先了解工艺过程及控制要求；2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的

控制关系；3、主电路、控制电路分开阅读或设计；4、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而

右的顺序进行读图或设计；5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都

叫相同的名字；6、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注，

且均按未通电状态表示；7、继电器、接触器的