电机与电气控制

高等职业教育机电类专业“十二五”规划教材

国家示范性高等职业院校精品教材

电机与电气控制

陈群主编

陈伟卓副主编

陆冬明曹莹参编

内容简介

本书以工学结合行动导向为编写原则理论知识介绍简明扼要内容紧密联系工程实

“、”,,

际强调知识的实际应用重视职业技能训练和职业能力培养

,,。

全书共个项目变压器运行与维护三相异步电动机运行与维护直流电动机运行与维

6:、、

护三相异步电动机基本控制电路安装与调试常用机床设备的电气控制常用纺织设备的电

、、、

气控制

。

本书适合作为高职院校电气自动化技术机电一体化技术等专业的教材也可供相关工程

、,

技术人员参考

。

图书在版编目(CIP)数据

电机与电气控制陈群主编北京中国铁道出

/—:

版社.

,

高等职业教育机电类专业2013.10十二五规划教材

“”

ISBN978-7-113-16620-5

电陈电机学高等职

……

业教育Ⅰ.①教材Ⅱ.①电气控制高等职业教育Ⅲ.①-教材

-②--

Ⅳ.①TM3②TM921.5

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2013)212644

书名:电机与电气控制

作者:陈群主编

策划:吴飞读者热线:

400-668-0820

责任编辑:何红艳

封面设计:付巍

封面制作:白雪

责任印制:李佳

出版发行:中国铁道出版社北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

印刷:航远印刷有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

20131012013101

开本:印张字数千

787mm×1092mm1/16:11.25:261

印数:册

1~3000

书号:

ISBN978-7-113-16620-5

定价:元

24.00

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,,。:(010)63550836

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FOREWORD┃前言

教材建设是高职院校教育教学工作的重要组成部分,高职教材作为体现高等职业教

育特色的知识载体和教学的基本工具,直接关系到高职教育能否为一线工作岗位培养符

合要求的应用型人才。根据高等职业教育人才培养目标,结合高等职业学校的教学改革

和课程改革实际,本着“工学结合、行动导向、教学做一体化”的原则,我们编写了本

教材。

全书共分个项目,主要内容包括变压器运行与维护、三相异步电动机运行与维

6

护、直流电动机运行与维护、三相异步电动机基本控制电路安装与调试、常用机床设备

的电气控制、常用纺织设备的电气控制,其中项目、项目、项目安排了相关的技

123

能训练,项目、项目、项目因涉及电路接线、多种设备等,就不专门设置训练内

456

容。全书理论知识介绍力求简明扼要,强调知识应用,重视职业技能训练和职业能力培

养。书中图例采用了最新的《电气简图用图形符号》国家标准。

本书由南通纺织职业技术学院陈群担任主编,陈伟卓担任副主编,参加编写的还有

陆冬明、曹莹。具体编写分工:陈群编写项目、项目、项目,陈伟卓编写项目及

2456

附录,陆冬明编写项目,曹莹编写项目。全书由陈群负责统稿工作。

13

在本书的编写过程中,得到了江苏东源电器集团股份有限公司、南通富士特电力自

动化有限公司、南通凯特机床有限公司等多家企业相关人员的大力支持,他们对本书的

整体设计和内容选择提出了许多宝贵意见和建议,提供了大量的资料和无私的帮助,在

此表示衷心的感谢。在本书的编写过程中,编者还参考了大量相关文献和资料,在此对

相关作者表示感谢。

由于编者水平有限,书中难免存在疏漏与不足之处,敬请广大读者批评指正。

编者

年月

20138

CONTENTS┃目录

项目1变压器运行与维护

…………1

认识变压器

1.1………………1

变压器的分类

1.1.1……………………2

变压器的铭牌

1.1.2……………………2

单相变压器运行与维护

1.2…………………3

单相变压器的结构

1.2.1………………3

单相变压器的运行

1.2.2………………4

单相变压器的检测

1.2.3………………7

三相变压器运行与维护

1.3…………………8

三相电力变压器的结构

1.3.1…………9

三相变压器的联结组别

1.3.2………10

三相电力变压器的运行维护

1.3.3…………………13

其他变压器

1.4………………14

自耦变压器

1.4.1……………………14

仪用互感器

1.4.2……………………15

技能训练单相变压器的通用测试

…………17

思考与练习题

…………………18

项目2三相异步电动机运行与维护

……………20

认识三相异步电动机

2.1……………………20

三相异步电动机的结构

2.1.1………20

三相异步电动机的工作原理

2.1.2…………………22

三相异步电动机的铭牌

2.1.3………25

三相异步电动机的定子绕组

2.1.4…………………26

三相异步电动机的运行

2.2…………………30

三相异步电动机的运行原理

2.2.1…………………30

电力拖动的基本知识

2.2.2…………32

三相异步电动机的机械特性

2.2.3…………………33

三相异步电动机的启动

2.2.4………36

三相异步电动机的调速

2.2.5………39

三相异步电动机的制动

2.2.6………41

三相异步电动机常见故障及处理方法

2.3………………43

Ⅰ

电机与电气控制

三相异步电动机的选择

2.4…………………44

单相异步电动机的应用

2.5…………………45

单相异步电动机工作原理

2.5.1……………………45

电容分相式单相异步电动机

2.5.2…………………46

罩极式单相异步电动机

2.5.3………49

控制电动机

2.6………………49

交流伺服电动机

2.6.1………………50

步进电动机

2.6.2……………………51

技能训练三相异步电动机拆装与检测

……………………53

思考与练习题

…………………55

项目3直流电动机运行与维护

…………………57

认识直流电动机

3.1…………57

直流电动机的结构

3.1.1……………57

直流电动机的工作原理

3.1.2………59

直流电动机的铭牌及主要系列

3.1.3………………60

直流电动机运行

3.2…………61

直流电动机的基本方程式

3.2.1……………………61

他励直流电动机的机械特性

3.2.2…………………62

他励直流电动机的启动

3.2.3………64

他励电动机的调速

3.2.4……………65

直流电动机的制动

3.2.5……………67

直流电动机的维护与故障检修

3.3………69

直流测速发电机

3.4…………70

技能训练并励直流电动机的启动调速与反转

、…………71

思考与练习题

…………………72

项目4三相异步电动机基本控制电路安装与调试

……………73

三相异步电动机单方向连续运行线路的安装与调试

4.1………………73

低压电器的基本知识

4.1.1…………73

相关元器件

4.1.2……………………74

电气控制电路的绘制原则

4.1.3……………………84

单方向连续运行电路的安装与调试

4.1.4…………88

点动电路及多地点控制电路

4.1.5…………………93

三相异步电动机正反转电路的安装与调试

4.2…………94

限位开关

4.2.1………………………95

双重互锁正反转电路的安装与调试

4.2.2…………96

Ⅱ

目录

自动往复电路及多台电动机顺序控制电路

4.2.3…………………99

三相笼式异步电动机降压启动电路的安装与调试

4.3-△…………101

时间继电器中间继电器及电流继电器

4.3.1、…………………101

降压启动电路的安装与调试

4.3.2-△…………103

其他降压启动电路

4.3.3……………106

三相异步电动机能耗制动电路的安装与调试

4.4………108

速度继电器

4.4.1……………………108

正反转能耗制动电路的安装与调试

4.4.2………109

反接制动电路及双速电机控制电路

4.4.3………111

思考与练习题

…………………114

项目5常用机床设备的电气控制

………………117

车床电路分析与故障排除

5.1CW6140…………………117

型车床的运动形式及控制要求

5.1.1CW6140…………………117

型车床电气控制电路分析

5.1.2CW6140………118

型车床常见电气故障的分析与处理

5.1.3CW6140……………120

型摇臂钻床电路分析与故障排除

5.2Z3050……………122

型摇臂钻床的运动形式及控制要求

5.2.1Z3050………………122

型摇臂钻床控制系统分析

5.2.2Z3050……………123

型摇臂钻床常见电气故障的分析与处理

5.2.3Z3050…………127

型万能铣床电路分析与故障排除

5.3X62W……………128

型万能铣床的运动形式及控制要求

5.3.1X62W………………128

型万能铣床电气控制电路分析

5.3.2X62W……129

型万能铣床常见电气故障的分析与处理

5.3.3X62W…………133

型镗床电路分析与故障排除

5.4T68……………………134

型镗床的运动形式及控制要求

5.4.1T68………134

型镗床电气控制电路分析

5.4.2T68……………135

型镗床常见电气故障的分析与处理

5.4.3T68…………………139

思考与练习题

…………………140

项目6常用纺织设备的电气控制

………………142

型抓棉机电路分析与故障排除

6.1FA002………………142

型抓棉机的主要结构及控制要求

6.1.1FA002…………………142

型抓棉机电气控制电路分析

6.1.2FA002………143

型抓棉机常见电气故障的分析与处理

6.1.3FA002……………146

型细纱机电路分析与故障排除

6.2FA502………………146

细纱机的主要结构及控制要求

6.2.1……………146

Ⅲ

电机与电气控制

型细纱机电气控制电路分析

6.2.2FA502………147

型细纱机常见电气故障的分析与处理

6.2.3FA502……………152

思考与练习题

…………………153

附录

…………………154

附录常用低压电器的主要技术参数

A…………………154

附录电气绘图软件简介

BPCschematic…………………157

参考文献

……………172

Ⅳ

项目变压器运行与维护

❶

学习目标

了解变压器结构工作原理铭牌数据

●、、;

了解电力变压器常见的联结组别

●;

掌握变压器的正确使用及维护检修方法

●。

项目引言

变压器是电力系统中不可缺少的设备,它能改变线路电压、电流,对电能的经济传输、灵

活分配与安全使用具有重要的意义,在电气测量、电子线路中也有广泛的应用。在使用过程中,

由于自身的原因或电源、负载等的不正常变化,有可能发生各种故障。对运行中的变压器进行

定期检查和维护,能及时发现事故隐患,从而保证供电的稳定性及设备正常运行。

1.1认识变压器

变压器是一种静止的电气设备它利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电能变换成同

,,

频率的另一电压等级的交流电能变压器最主要的用途是在输配电技术领域在大多数情况下

。,,

从发电厂到用电区距离较远当输送的电能容量一定时电压越高则线路电流越小输电线的

,,,,

用铜量及线路损耗就越小但发电机受绝缘和制造技术上的限制难以达到很高的电压因此发

。,,

电机发出的电压需经变压器升压后再输送而从安全用电及设备制造成本方面考虑均采用低压

。,

用电因此又必须经降压变压器降压后才可供用户使用图所示为常见的变压器

,。1-1。

图常见变压器

1-1

电机与电气控制

1.1.1变压器的分类

变压器种类很多通常可按用途绕组结构相数冷却方式等进行分类

,、、、。

1.按用途分类

电力变压器用作电能的输送与分配有升压变压器降压变压器等容量从几十千伏

(1):,、,

安到几十万千伏安电压等级从几百伏到几百千伏

,。

控制变压器容量一般较小用于小功率电源系统和自动控制系统如电源变压器脉

(2):,,、

冲变压器隔离变压器等

、。

特殊变压器如自耦变压器仪用互感器等

(3):、。

2.按绕组结构分类

变压器按绕组结构分类有双绕组变压器三绕组变压器多绕组变压器和自耦变压器等

,、、。

3.按相数分类

变压器按相数分类有单相变压器三相变压器等

,、。

4.按冷却方式分类

变压器按冷却方式分类有干式变压器油浸式变压器充气式变压器等

,、、。

1.1.2变压器的铭牌

为了便于用户正确使用和维护变压器生产厂家按照国家标准在铭牌上标明变压器型号及

,,

各种额定数据

。

1.型号

2.额定值

额定电压U和U一次侧额定电压U是指规定加在一次绕组上的电压值二次侧额

(1)1N2N:1N;

定电压U是指变压器一次侧加额定电压二次侧空载时绕组两端的电压值在三相变压器中

2N、。,

额定电压均指线电压

。

额定电流I和I额定电流是指根据变压器允许发热的条件而规定的满载电流值在

(2)1N2N:。

三相变压器中额定电流是指线电流

。

额定容量S指变压器在额定工作状态下输出的视在功率单位为或通

(3)N:,V·AkV·A。

常变压器运行效率很高忽略损耗时可认为一二次侧容量相等

,,、。

单相变压器的额定容量为

SUIUI

N=1N1N=2N2N

2

项目1变压器运行与维护

三相变压器的额定容量为

SUIUI

N=3·1N1N=3·2N2N

额定频率f我国规定的标准工业用电频率为

(4)N:50Hz。

除此之外电力变压器的铭牌上还有联结组别短路电压值冷却方式等参数

,、、。

例1.1有一台三相油浸式电力变压器额定容量S绕组为接法额定

,N=180kV·A,Y,yn,

电压UU试求一二次侧的额定电流

1N/2N=10kV/0.4kV,、。

S3

解:IN180×10V·A

1N

=U=3=10.4A

3·1N3×10×10V

S3

IN180×10V·A

2N

=U=3=259.8A

3·2N3×0.4×10V

1.2单相变压器运行与维护

单相变压器是指接在单相电源上用来改变单相交流电压的变压器其容量一般都比较小主

,,

要用作控制及照明

。

1.2.1单相变压器的结构

单相变压器主要由铁心和绕组两部分组成

。

1.铁心

铁心是变压器的磁路部分也作为绕组的支撑骨架为提高铁心的导磁性能减小磁滞损耗

,。、

和涡流损耗铁心一般用厚表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成铁心分铁心柱和铁轭

,0.35mm、。

两部分铁心柱上套装绕组铁轭的作用则是使整个磁路闭合

,,。

铁心按其结构形式又分为心式和壳式两种如图所示心式变压器是在两侧的铁

。1-2(a),

心柱上放置绕组形成绕组包围铁心的形式这种结构比较简单绕组的装配及绝缘比较容易

,,,,

国产电力变压器的铁心主要采用心式结构壳式变压器则是在中间的铁心柱上放置绕组形成铁

。,

心包围绕组的形式如图所示这种结构机械强度高但制造工艺复杂费料一般

,1-2(b),,、,

只用于小型单相变压器中

。

图心式和壳式变压器

1-2

2.绕组

绕组是变压器的电路部分通过电磁感应实现交流电能的传递小型变压器一般用绝缘的漆

,。

3

电机与电气控制

包圆铜线绕制而成容量稍大的变压器则用扁铜线或扁铝线绕制

,。

在变压器中通常把接交流电源的绕组称为一次绕组把接负载的绕组称为二次绕组有时

,,,

候也把变压器的两个绕组称作高压绕组和低压绕组

。

1.2.2单相变压器的运行

变压器是利用电磁感应原理工作如图所示在一次绕组加上交流电压u后绕组中便

。1-3,l,

有电流i通过铁心中产生交变磁场磁通按闭合路径不同分为两部分一部分沿整个铁心磁路

1,。,

闭合即与一二次绕组同时交链称为主磁通Φ它是变压器进行能量传递的媒介另一部分

,、,,;

沿空气闭合或者说仅与各自绕组交链称为漏磁通Φ一次侧漏磁通用Φ表示二次侧漏磁

,,σ(1σ,

通用Φ表示由于漏磁通路径磁阻很大故Φ仅占总磁通的很小一部分在图中按电

2σ)。,σ。1-3“

工惯例标出了各电量的参考方向

”。

图单相变压器运行

1-3

1.变压器电压变换原理

由于主磁通Φ同时穿过一次绕组和二次绕组根据电磁感应原理将分别在两个绕组中感应

,,

出电动势e和e

12。

设ΦΦωt则

=msin,

ΦΦωt

eNdNd·(msin)ωNΦωt

1=-1t=-1t=-1mcos

dd

fNΦωtEωt

=2π1msin(-90°)=1msin(-90°)

可见在相位上e滞后于Φ在数值上其有效值为

,190°,,

EfNΦ

E1m2π·1mfNΦ

1===4.441m(1-1)

22

同理二次绕组感应电动势有效值为

,

EfNΦ

2=4.442m(1-2)

式及式中Φ为交变主磁通的最大值单位韦伯N为一次绕组匝

(1-1)(1-2),m,:Wb();1

数N为二次绕组匝数f为交流电频率单位

;2;,:Hz。

而漏磁通Φ只穿过一次绕组它在一次绕组中产生的感应电动势称为漏抗电动势用e表

1σ,,1σ

示由于漏磁通是沿空气形成闭合回路