电工电子技术课件 第六章 交流电动机及其控制

第六章交流电动机及其控制本章知识点1．了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。2．理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法,了解调速和制动的方法。3．了解常用低压电器的结构、功能和用途。4．掌握自锁、联锁的作用和方法。5．掌握基本控制环节的组成、作用和工作过程。能读懂简单的控制电路原理图、能设计简单的控制电路。6.1三相异步电动机三相异步电动机由于结构简单、运行可靠、维护方便和价格便宜，是所有电动机中应用最广泛的一种。6.1.1基本构造三相异步电动机也由定子和转子两个基本部分组成1.定子定子由定子铁芯、定子绕组以及机座、端盖、轴承等组成。定子绕组一般用漆包线绕制而成。三相绕组的六个端线都引到机座侧面的接线板上，可根据情况将其接成星形或三角形。绕组的首端分别用U1，V1，W1表示，其对应的末端分别用U2，V2，V2，表示。6.1三相异步电动机6.1.1基本构造2．转子转子由转子铁芯、转子绕组、轴承、风扇等组成。转子分鼠笼式和绕线式两种。图6-5笼型绕组

图6-6绕线型转子6.1三相异步电动机6.1.2工作原理1．定子的旋转磁场为什么在固定不动的定子中通入三相电流就会产生旋转的磁场呢？当时，i1为0；i2为负，从V2流入，V1流出；i3为正，从Wl流入，W2流出。这时三相电流所形成的合成磁场的方向是自上而下的，如图6-8所示。用同样的方法可画出分别为、、时各相电流的流向及合成磁场的方向，如图所示，而=与=0时的情况完全相同。图6-8旋转磁场的产生图6-9转子转动原理6.1三相异步电动机6.1.2工作原理由此可见，当正弦交流电变化一周时，合成磁场在空间也正好旋转了一周，这便是旋转磁场。可以用图6-9来说明它的转动原理。假设定子的旋转磁场以速度n1按顺时针方向旋转。由于磁场与转子间存在相对运动，在闭合的转子导体中就会产生感应电流I2，其方向可由右手定则确定（图中仅标出上、下两根导线中的电流）；通电导体在磁场中又会受到电磁力的作用，其方向由左手定则确定。显然，作用的结果是使转子顺着旋转磁场的方向转动。可以看出，若要使电动机反转只需改变旋转磁场的转向，即改变三相交流电的相序即可。由上述分析可知，异步电动机转子转动的方向与旋转磁场的方向一致，但转速不可能与旋转磁场的转速相等，否则转子与磁场间就没有相对运动，磁力线就不切割转子导体，转子电流以及电磁力等均不存在，转子也就不可能继续转动。所以，转子的转速总是低于旋转磁场的转速，“异步”的名称便由此得来。6.1三相异步电动机6.1.2工作原理2．旋转磁场的极数与转速旋转磁场的转速与电源频率、极对数的关系为旋转磁场的转速n1又称同步转速，单位r/min。3．转差率同步转速n1与转子转速n之差称为转速差，转速差与同步转速n1的比值称为转差率，用s表示，记作转差率是分析异步电动机的重要参数。6.1三相异步电动机6.1.3三相异步电动机的机械特性在实际应用中，我们最关心的就是三相异步电动机在驱动生产机械时，其转矩T和转速n的变化情况，即三相异步电动机的机械特性，曲线如图所示。图6-11三相异步电动机的机械特性曲线6.1三相异步电动机6.1.3三相异步电动机的机械特性1．稳定区和不稳定区电动机在稳定运行时，其电磁转矩和转速的大小都决定于它所拖动的机械负载。如果电动机工作在不稳定区，则电磁转矩不能自动适应负载转矩的变化，因而不能稳定运行。图6-12三相异步电动机自动适应机械负载的变化6.1三相异步电动机6.1.3三相异步电动机的机械特性2．额定转矩TN、最大转矩Tm、起动转矩(1)额定转矩TN(2)最大转矩Tm(3)起动转矩6.1三相异步电动机6.1.4影响机械特性的两个重要因素1.降低电压时的人为机械特性电源电压对异步电动机的电磁转矩的影响是十分显著的，降低电压将使起动转矩明显减小，带负载能力明显降低。典型应用一：降压起动——丫-△换接起动丫-△换接启动是降压起动的一种方法，只适用于电动机的定子绕组正常工作时接成三角形的情况，电路如图6-14所示。起动时先合上电源开关QS，同时将三刀双掷开关Q扳到启动位置（丫），此时定子绕组每相承受的电压为额定值的。起动电流为额定值的1/3。待电动机转速接近额定转速时，将Q迅速扳到运行位置（△），电动机进入正常运转。图6-14星形---三角形换接启动6.2常用低压电器低压电器的种类很多，按照动作的性质可分为手动和自动电器。手动电器是由操作人员手动操作的，如刀开关、按钮等。自动电器是按照指令、信号或者物理量的变化而动作的电器，如接触器、行程开关等。6.2.1开关（刀开关、组合开关）1．刀开关刀开关由刀片（动触片）和刀座（静触片）组成。刀开关在低压电器中用于不频繁的接通和切断电路，也可以用来对小容量的电动机作不频繁的直接启动。

图6-20刀开关6.2常用低压电器6.2.1开关（刀开关、组合开关）2．组合开关组合开关又称转换开关，实质上也是一种刀开关，不过它的刀片是转动的，结构比刀开关紧凑。组合开关有单极、双极、三极和多极几种。图6-21组合开关6.2常用低压电器6.2.2按钮按钮也是一种手动控制电器，通常用于发出操作信号，接通和断开电流较小的控制电路以控制电流较大的电动机或其他电气设备的运行。

图6-22按钮6.2常用低压电器6.2.3熔断器熔断器是最简便而又可靠的短路保护电器，熔断器中的熔丝或熔片统称为熔体。是用电阻率较高的易熔合金制成，如铅锡合金等。熔断器串接在被保护的电路中，当电路发生短路时，熔体立即熔断，将电路切断，从而达到保护线路及电气设备的目的。

图6-23熔断器6.2常用低压电器6.2.3熔断器选择熔断器主要是确定熔体的额定电流。若负载是一台电动机，为防止电动机启动时电流过大而烧断熔丝，不能按电动机的额定电流选择熔丝，而应按下式计算：熔丝额定电流≥若负载为多台电动机，则大致上可按下式选择：熔丝额定电流≥（1.5~2.5）容量最大的一台电动机的额定电流+其余电动机额定电流之和。6.2常用低压电器6.2.4交流接触器交流接触器是一种自动控制电器。常用来频繁地接通或断开电动机或其他电气设备的主电路。当吸引线圈上加额定电压时，产生磁场，上、下铁心间即产生电磁吸力，将动铁心吸下，动铁心带动动触点一起下移，使常闭触点分断、常开触头闭合。当吸引线圈断电时，电磁吸力消失，动铁心在弹簧作用下恢复到原来的位置。根据用途的不同，接触器的触点分主触点和辅助触点两种。当主触点断开时，其间产生电弧，会烧坏触头，并使分断时间拉长，因此，必须采取灭弧措施。图6-24交流接触器6.2常用低压电器6.2.5热继电器热继电器是用来保护电动机使其免受长期过载危害的一种保护电器。图6-25是热继器的原理示意图。热继电器主要由热元件、双金属片和触点系统等组成。图中热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中；双金属片由两种具有不同热膨胀系数的金属辗压而成，下层金属片的热膨胀系数大，上层金属片热膨胀系数小。当电动机过载时，电动机主电路中电流超过允许值，在一定时间内双金属片受热，它便向上弯曲，造成扣板动作，扣板在弹簧的拉力作用下将常闭（动断）触点断开。主电路断电后，双金属片经过一段时间冷却后会自行恢复。若要使热继电器即时复位，必须手动按下复位按钮，使常闭触点复位。6.3典型控制电路1．三相笼型异步电动机直接启动的控制电路启动流程：合上Q→按下SB2→线圈KM得电→主触点KM闭合（辅助触点KM同时闭合，形成自锁）→电动机运行。停止流程：按下SB1→线圈KM失电→KM的主触点和自锁触点同时断开→电动机停转。6.3典型控制电路2．三相笼型异步电动机正反转控制电路正转流程：按下SB1→KM1线圈得电→KM1主触点闭合（同时，KM1辅助常开触点闭合，形成自锁；KM1辅助常闭触点断开，形成互锁）→电动机正转。反转流程：按下SB2→KM2线圈得电→KM2主触点闭合（同时，KM2辅助常开触点闭合，形成自锁；KM2辅助常闭触点断开，形成互锁）→电动机反转。停止流程：按下SB3→所有接触器线圈均失电→所有接触器触点复位→电动机停转。6.3典型控制电路3．自动往复行程控制电路当电动机正转带动工作台向右运动到极限位置时，撞块a碰撞行程开关SQ1，一方面使其常闭触点断开，使电动机先停转；另一方面也使其常开触点闭合，相当于自动按了反转按钮SB2，使电动机反转带动工作台向左运动。这时撞块a离开行程开关SQ1，使其触点自动复位，由于接触器KM2自锁，故电动机继续带动工作台左移，当移动到左面极限位置时，撞块b碰到行程开关SQ2，一方面使其常闭触点断开，电动机先停转；另一方面其常开触点又闭合，相当于按下正转按钮SB1，使电动机正转带动工作台右移。如此往复不已，直至按下停止按钮SB3才会停止。6.3典型控制电路4．延时控制电路启动时，按下起动按钮SB1，时间继电器KT线圈先得电，其瞬时常开触点闭合，接通接触器KMY线圈，使接触器KMY的辅助常开触点闭合，再接通接触器KM线圈。这时主电路中接触器KM和KMY的主触点都闭合，使电动机定子绕组接成Y形，电动机降压起动。同时在控制电路中与启动按钮SB1并联的辅助常开触点KM闭合自锁。经过一定时间后，时间继电器KT的延时常闭触点断开，使接触器KMY的线圈断电，KMY的辅助常闭触点闭合使接触器的线圈得电，这时