(完整版)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理

1、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理5.1三相異步電動機實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機。 電機是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。把機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機，而把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備叫做電動機。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風(fēng)機及水泵等。對于各種電動機我們應(yīng)該了解下列幾個方面的問題： （1）基本構(gòu)造；（ 2）工作原理；（3）表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機械特性； （4）起動、調(diào)速及制動的基本原理和基本方法

2、；（5）應(yīng)用場合和如何正確使用。5.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理1三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分） 。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖 5-1 所示。圖 5-1 三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖1）定子三相異步電動機的定子由三部分組成：定子定子鐵心由厚度為0.5mm 的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組89AX 、 BY 、CZ。三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的定子繞組相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機座機座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組2）轉(zhuǎn)子三相異步電動機的轉(zhuǎn)

3、子由三部分組成：轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為 0.5mm 的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式：轉(zhuǎn)子鼠籠式 - 鼠籠式異步電動機。轉(zhuǎn)子繞組繞線式 - 繞線式異步電動機。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上加機械負載鼠籠式電動機由于構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動機。為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在 0.21.0mm 之間。2三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理1）基本原理為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖5-2 所示。圖 5-2 三相異步電動機工作原理90(1)

4、演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。(2)現(xiàn)象解釋：當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運動，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。 感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。(3)結(jié)論：欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。2）旋轉(zhuǎn)磁場（1）產(chǎn)生圖 5-3 表示最簡單的三相定子繞組 AX 、BY 、CZ，它們在空間按互差 1200 的規(guī)律對稱排列。并接

5、成星形與三相電源 U、V 、W 相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(圖 5-4)。iUI m sintiAAiImsin(t1200 )ZXVYiWI m sin(t1200)iB CiCB圖 5-3 三相異步電動機定子接線當(dāng) t=00 時， i A0 ，AX 繞組中無電流； iB 為負， BY 繞組中的電流從 Y 流入 B1 流出； iC 為正， CZ 繞組中的電流從 C 流入 Z 流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖 5-4（ a）所示。當(dāng)t=1200 時， iB0 ，BY 繞組中無電流； iA 為正， AX 繞組中的電

6、流從A 流入 X流出； iC 為負， CZ 繞組中的電流從 Z 流入 C 流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖 5-4（b）所示。當(dāng)t=2400 時， iC0 ，CZ 繞組中無電流； iA 為負， AX 繞組中的電流從X 流入 A流出； iB 為正， BY 繞組中的電流從 B 流入 Y 流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖 5-4（c）所示。可見，當(dāng)定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地91旋，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。ii Ai Bi CtO120 °240 °360

7、 °AAA×·Y ×· Z Y×Z Y·ZC×·B C·B C×B·×XXX(a) t = 0°(b) t = 120°(c) t = 240 °圖 5-4旋轉(zhuǎn)磁場的形成（2）旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。3）三相異步電動機的極數(shù)與轉(zhuǎn)速（1）極數(shù)（磁極對數(shù)p）三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)

8、磁場的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。當(dāng)每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差 1200 空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極，即 p=1；當(dāng)每相繞組為兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差600 空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極，即 p=2；同理，如果要產(chǎn)生三對極，即 p=3 的旋轉(zhuǎn)磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線圈，繞組的始端之間相差400 （=1200/）空間角。極數(shù)p與繞組的始端p1200之間的空間角的關(guān)系為：p92（ 2）轉(zhuǎn)速 n三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0 與電動機磁極對數(shù)p 有關(guān)，它們的關(guān)系是：60f1n 0（5-1）p由（ 5-1）可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)

9、速 n0 決定于電流頻率 f1 和磁場的極數(shù) p。對某一異步電動機而言， f1 和 p 通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速 n0 是個常數(shù)。在我國，工頻 f1，因此對應(yīng)于不同極對數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，見表5-1=50Hz表 5-1p123456n0300015001000750600500（3）轉(zhuǎn)差率 s電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同， 但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n0 相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動， 因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此我們把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機

10、的轉(zhuǎn)動原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，故又稱為感應(yīng)電動機。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0 常稱為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差率 s 用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 與磁場轉(zhuǎn)速 n0 相差的程度的物理量。即：n0 nns(5-2)n0n0轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0 開始旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子則因機械慣性尚未轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速 n=0，這時轉(zhuǎn)差率 S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后， n>0，（n0）差值減小，電動機的轉(zhuǎn)差-n率 S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時的轉(zhuǎn)差率S 增大。反之， S 減小。異步電動機運行時

11、，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為 0.0150.06之間。根據(jù)式 (4-2),可以得到電動機的轉(zhuǎn)速常用公式n 1 s n0(5-3)93例 有一臺三相異步電動機， 其額定轉(zhuǎn)速 n=975r/min，電源頻率 f=50Hz，求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率 S。解：由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與 975r/min 最相近的同步轉(zhuǎn)速 n0=1000r/min，與此相應(yīng)的磁極對數(shù) p=3。因此，額定負載時的轉(zhuǎn)差率為：sn0n 100%1000 975 100% 2.5%n01000（4）三相異步電動機的

12、定子電路與轉(zhuǎn)子電路三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動勢?？偨Y(jié)：1、三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。2、欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組，并且旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速不同，這也是“異步”二字的含義；3、三相電源流過在空間互差一定角度按一定規(guī)律排列的三相繞組時，便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；4、旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相

13、繞組中電源相序決定的；5、三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0 與電動機磁極對數(shù)p 有關(guān)，它們的關(guān)系是：60 f1n0p6、轉(zhuǎn)差率 s 用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 與磁場轉(zhuǎn)速 n0 相差的程度的物理量。即：n0 nnsn0n0轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量，異步電動機運行時，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為 0.0150.06之間。7、三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。945.1.2三相異步電機的轉(zhuǎn)矩特性與機械特性1電磁轉(zhuǎn)矩（簡稱轉(zhuǎn)矩）異步電動機的轉(zhuǎn)矩 T 是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流 I 2 相

14、互作用而產(chǎn)生的。電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子繞組中的電流I 及旋轉(zhuǎn)磁場的強弱有關(guān)。經(jīng)理論證明，它們的關(guān)系是：T K T I 2 cos 2（5-4）其中T 為電磁轉(zhuǎn)矩KT 為與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)為旋轉(zhuǎn)磁場每個極的磁通量I 2 為轉(zhuǎn)子繞組電流的有效值2 為轉(zhuǎn)子電流滯后于轉(zhuǎn)子電勢的相位角若考慮電源電壓及電機的一些參數(shù)與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系， （5-4）修正為：sR U2TKTR221(sX20)22（5-5）其中KT 為常數(shù)U1 為定子繞組的相電壓S 為轉(zhuǎn)差率R2 為轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻X20 為轉(zhuǎn)子靜止時每相繞組的感抗由上式可知，轉(zhuǎn)矩 T 還與定子每相電壓 U1 的平方成比例， 所以當(dāng)電源電壓有所變動時，對轉(zhuǎn)矩

15、的影響很大。此外，轉(zhuǎn)矩 T 還受轉(zhuǎn)子電阻 R2 的影響。圖 4-15 為異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線。2機械特性曲線TnTmaxn0 aT qnNbT NOsm1 sOcT q TmaxTT N(a) T= f(s)曲線(b)n=f(T)曲線圖 5-5 三相異步電動機的機械特性曲線在一定的電源電壓U1 和轉(zhuǎn)子電阻 R2 下，電動機的轉(zhuǎn)矩T 與轉(zhuǎn)差率 n 之間的關(guān)系曲95線 T=f(s)或轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線 n=f(T) ，稱為電動機的機械特性曲線，它可根據(jù)式（5-4）得出，如圖 5-5 所示。在機械特性曲線上我們要討論三個轉(zhuǎn)矩：1）額定轉(zhuǎn)矩 TN額定轉(zhuǎn)矩 TN 是異步電動機帶額定負載時，轉(zhuǎn)軸上的

16、輸出轉(zhuǎn)矩。TN9550 P2n（5-6）式中 P2 是電動機軸上輸出的機械功率，其單位是瓦特，n 的單位是轉(zhuǎn) /分，TN 的單位是牛·米。當(dāng)忽略電動機本身機械摩擦轉(zhuǎn)矩T0 時，阻轉(zhuǎn)矩近似為負載轉(zhuǎn)矩 TL，電動機作等速旋轉(zhuǎn)時，電磁轉(zhuǎn)矩 T 必與阻轉(zhuǎn)矩 TL 相等，即L。額定負載時，則有NL。T= TT = T2）最大轉(zhuǎn)矩 TmTm 又稱為臨界轉(zhuǎn)矩，是電動機可能產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩。它反映了電動機的過載能力。最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率為Sm，此時的 Sm 叫做臨界轉(zhuǎn)差率，見圖5-5（a）最大轉(zhuǎn)矩 Tm 與額定轉(zhuǎn)矩 TN 之比稱為電動機的過載系數(shù)，即= Tm/ TN一般三相異步的過載系數(shù)在1.8 2.

17、2 之間。在選用電動機時，必須考慮可能出現(xiàn)的最大負載轉(zhuǎn)矩，而后根據(jù)所選電動機的過載系數(shù)算出電動機的最大轉(zhuǎn)矩，它必須大于最大負載轉(zhuǎn)矩。否則，就是重選電動機。3）起動轉(zhuǎn)矩 Tst，Tst 為電動機起動初始瞬間的轉(zhuǎn)矩，即n=0，s時的轉(zhuǎn)矩。為確保電動機能夠帶額定負載起動，必須滿足： Tst TN，一般的三相異步電動機有 Tst/TN=1 2.2。3電動機的負載能力自適應(yīng)分析電動機在工作時，它所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 T 的大小能夠在一定的范圍內(nèi)自動調(diào)整以適應(yīng)負載的變化，這種特性稱為自適應(yīng)負載能力。TLnSI2T 直至新的平衡。此過程中， I2時， I1E5555555555555555555 F電源提供的功

18、率自動增加。96總結(jié)：1、電磁轉(zhuǎn)矩 T 的大小與轉(zhuǎn)子繞組中的電流I 及旋轉(zhuǎn)磁場的強弱有關(guān)。TKTI 2 cos 2轉(zhuǎn)矩 T 還與定子每相電壓 U1 的平方成比例，所以當(dāng)電源電壓有所變動時，對轉(zhuǎn)矩的影響很大。此外，轉(zhuǎn)矩 T 還受轉(zhuǎn)子電阻 R2 的影響。2、在一定的電源電壓U1 和轉(zhuǎn)子電阻 R2 下，電動機的轉(zhuǎn)矩T 與轉(zhuǎn)差率 n 之間的關(guān)系曲線 T=f(s) 或轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線 n=f(T) ，稱為電動機的機械特性曲線。 其特性見圖 5-53、三個轉(zhuǎn)矩：1）額定轉(zhuǎn)矩 TN額定轉(zhuǎn)矩 TN 是異步電動機帶額定負載時，轉(zhuǎn)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩。TN9550 P2n2）最大轉(zhuǎn)矩 TmTm 又稱為臨界轉(zhuǎn)矩，是電

19、動機可能產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩。它反映了電動機的過載能力。3）起動轉(zhuǎn)矩 Tst，Tst 為電動機起動初始瞬間的轉(zhuǎn)矩，即n=0，s時的轉(zhuǎn)矩。4、電動機的負載能力自適應(yīng)分析電動機在工作時，它所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 T 的大小能夠在一定的范圍內(nèi)自動調(diào)整以適應(yīng)負載的變化，這種特性稱為自適應(yīng)負載能力。975.2三相異步電動機的使用電動機或其他電氣設(shè)備電路的接通或斷開，目前普遍采用繼電器、接觸器、按鈕及開關(guān)等控制電器來組成控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)一般稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)。任何復(fù)雜的控制電路，都是由一些基本的單元電路組成的。因此，在本節(jié)中我們主要討論繼電接觸器控制的一些基本電路。要弄清一個控制電路的原理，必須了解其中

20、各個電器元件的結(jié)構(gòu)，動作原理以及它們的控制作用。電器的種類繁多，可分為手動的和自動的兩類。手動電器是由工作人員手動操縱的，例如刀開關(guān)、點火開關(guān)等。而自動電器則是按照指令、信號或某個物理量的變化而自動動作的，例如各種繼電器、接觸器、電磁閥等。因此本節(jié)首先對這些常用控制電器作簡單介紹。5.2.1 常用低壓電器介紹1手動電器1）刀開關(guān)? 刀開關(guān)又叫閘刀開關(guān)，一般用于不頻繁操作的低壓電路中，用作接通和切斷電源，有時也用來控制小容量電動機的直接起動與停機。? 刀開關(guān)由閘刀（動觸點） 、靜插座（靜觸點）、手柄和絕緣底板等組成。? 刀開關(guān)的種類很多。按極數(shù)（刀片數(shù)）分為單極、雙極和三極；按結(jié)構(gòu)分為平板式和條

21、架式；按操作方式分為直接手柄操作式、杠桿操作機構(gòu)式和電動操作機構(gòu)式；按轉(zhuǎn)換方向分為單投和雙投等。QS電路符號圖 5-6 刀開關(guān)的電路符號? 刀開關(guān)一般與熔斷器串聯(lián)使用， 以便在短路或過負荷時熔斷器熔斷而自動切斷電路。? 刀開關(guān)的額定電壓通常為 250V 和 500V，額定電流在 1500A 以下。?考慮到電機較大的起動電流，刀閘的額定電流值應(yīng)如下選擇：35 倍異步電機額定電流2）按鈕按鈕常用于接通、 斷開控制電路， 它的結(jié)構(gòu)和電路符號見圖5-7。按鈕上的觸點分為常開觸點和常閉觸點，由于按鈕的結(jié)構(gòu)特點，按鈕只起發(fā)出“接通”和“斷開”信號的作用。圖 5-7 按鈕的結(jié)構(gòu)和符號982自動電器1）熔斷器

22、? 熔斷器主要作短路或過載保護用， 串聯(lián)在被保護的線路中。線路正常工作時如同一根導(dǎo)線，起通路作用；當(dāng)線路短路或過載時熔斷器熔斷，起到保護線路上其他電器設(shè)備的作用。? 熔斷器的結(jié)構(gòu)有管式、磁插式、螺旋式、等幾種。其核心部分熔體（熔絲或熔片）是用電阻率較高的易熔合金制成，如鉛錫合金；或者是用截面積較小的導(dǎo)體制成。? 熔體額定電流 I F 的選擇：1無沖擊電流的場合（如電燈、電爐）I FI L ；圖 5-8 熔斷器的電路符號2一臺電動機的熔體：熔體額定電流電動機的起動電流÷2.5；如果電動機起動頻繁，則為：熔體額定電流電動機的起動電流÷(1.62)；3幾臺電動機合用的總?cè)垠w：熔體

23、額定電流 =(1.52.5)×容量最大的電動機的額定電流 +其余電動機的額定電流之和。2）交流接觸器接觸器是一種自動開關(guān)，是電力拖動中主要的控制電器之一，它分為直流和交流兩類。其中，交流接觸器常用來接通和斷開電動機或其他設(shè)備的主電路。圖 5-9 是交流接觸器的主要結(jié)構(gòu)圖。接觸器主要由電磁鐵和觸頭兩部分組成。它是利用電磁鐵的吸引力而動作的。當(dāng)電磁線圈通電后，吸引山字形動鐵心(上鐵心 )，而使常開觸頭閉合。圖 5-9 接觸器工作原理圖根據(jù)用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。 輔助觸頭通過的電流較小，常接在電動機的控制電路中；主觸頭能通過較大電流，常接在電動機的主電路中。如99C

24、Jl0-20 型交流接觸器有三個常開主觸頭和四個輔助觸頭(兩個常開，兩個常閉 )。當(dāng)主觸頭斷開時，其間產(chǎn)生電弧，會燒壞觸頭，并使電路分斷時間拉長，因此，必須采取滅弧措施。通常交流接觸器的觸頭都做成橋式結(jié)構(gòu)，它有兩個斷點，以降低觸頭斷開時加在斷點上的電壓，使電弧容易熄滅，同時各相間裝有絕緣隔板，可防止短路。在電流較大的接觸器中還專門設(shè)有滅弧裝置。接觸器的電路符號見圖5-10，接觸器線圈主觸頭用于主電路輔助觸頭用于控制電路圖 5-10接觸器電路符號在選用接觸器時，應(yīng)注意它的額定電流、線圈電壓及觸頭數(shù)量等。 CJl0 系列接觸器的主觸頭額定電流有 5、10、20、40、 75、120A 等數(shù)種。3）

25、中間繼電器中間繼電器的結(jié)構(gòu)與接觸器基本相同，只是體積較小，觸點較多，通常用來傳遞信號和同時控制多個電路，也可以用來控制小容量的電動機或其他執(zhí)行元件。常用的中間繼電器有JZ7 系列，觸點的額定電流為5A ，選用時應(yīng)考慮線圈的電壓。4）熱繼電器熱繼電器是用來保護電動機，使之免受長期過載危害的繼電器。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)而動作的，它的工作原理如圖5-11 所示。圖中熱元件是一段電阻不大的電阻絲，接在電動機的主電路中的雙金屬片，由兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬采用熱和壓力輾壓而成， 亦可采用冷結(jié)合， 其中，下層金屬的膨脹系數(shù)大，上層的小。當(dāng)主電路中電流超過容許值，雙金屬片受熱向上彎曲致使脫扣，扣板

26、在彈簧的拉力下將常閉觸頭斷開。觸頭是接在電動機的控制電路中的，控制電路斷開使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動機的主電路。由于熱慣性，熱繼電器不能作短路保護，因為發(fā)生短路事故時，我們要求電路立即斷開，而熱繼電器是不能立即動作的。但是這個熱慣性又是合乎我們要求的，比如在電100動機起動或短時過載時，由于熱慣性熱繼電器不會動作，這可避免電動機的不必要的停車。如果要熱繼電器復(fù)位，則按下復(fù)位按鈕即可。圖 5-11 熱繼電器工作原理圖常用的熱繼電器有 JR0、JRl0 及 JRl6 等系列。熱繼電器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)是整定電流。所謂整定電流， 就是熱元件通過的電流超過此值的 20%時，熱繼電器應(yīng)當(dāng)在 20min

27、 內(nèi)動作。JR0 一 40 型的整定電流從 0.6A 一 40A 有 9 種規(guī)格。選用熱繼電器時，應(yīng)使其整定電流與電動機的額定電流基本上一致。5）行程開關(guān)行程開關(guān)結(jié)構(gòu)與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。用作電路的限位保護、行程控制、自動切換等。STST電路符號電路符號圖 5-12 行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號5.2.2 三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)及選擇1三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)每臺電動機的機座上都裝有一塊銘牌。銘牌上標(biāo)注有該電動機的主要性能和技術(shù)數(shù)據(jù)。三相異步電動機型號Y132M-4功率7.5kW頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級E工作方式連續(xù)溫升80防護等級IP

28、44重量55Kg101年月編號電機廠1）型號為不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電機制造廠把電動機制成各種系列，每個系列的不同電動機用不同的型號表示。如Y315S6三相異步電動機機座中心高機座長度代號磁極數(shù)mmS：短鐵心M ：中鐵心L ：長鐵心2）接法接法指電動機三相定子繞組的聯(lián)接方式。一般鼠籠式電動機的接線盒中有六根引出線，標(biāo)有 U1、 V1 、W1 、U2、 V2、 W2，其中：U1、 V1、 W1 是每一相繞組的始端U2、 V2、 W2 是每一相繞組的末端三相異步電動機的聯(lián)接方法有兩種：星形（ Y ）聯(lián)接和三角形（ ）聯(lián)接。通常三相異步電動機功率在 4kW 以下者接成星形；在 4kW（不含）

29、以上者，接成三角形。3）電壓銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。一般規(guī)定電動機的電壓不應(yīng)高于或低于額定值的 5%。必須注意：在低于額定電壓下運行時，最大轉(zhuǎn)矩 Tmax 和啟動轉(zhuǎn)矩 Tst 會顯著地降低，這對電動機的運行是不利的。三相異步電動機的額定電壓有380V、 3000V 及 6000V 等多種。4）電流銘牌上所標(biāo)的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的最大線電流允許值。當(dāng)電動機空載時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，兩者之間相對轉(zhuǎn)速很小，所以轉(zhuǎn)子電流近似為零，這時定子電流幾乎全為建立旋轉(zhuǎn)磁場的勵磁電流。當(dāng)輸出功率增大時，轉(zhuǎn)子電流和定子電流都隨著相應(yīng)增大。5）功

30、率與效率銘牌上所標(biāo)的功率值是指電動機在規(guī)定的環(huán)境溫度下，在額定運行時電極軸上輸出的機械功率值。輸出功率與輸入功率不等，其差值等于電動機本身的損耗功率，包括銅損、鐵損及機械損耗等。所謂效率 就是輸出功率與輸入功率的比值。一般鼠籠式電動機在額定運行時的效率約為 72% 93%。1026）功率因數(shù)因為電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯后一個角， cos 就是電動機的功率因數(shù)。 三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為 0.70.9，而在輕載和空載時更低，空載時只有 0.20.3。選擇電動機時應(yīng)注意其容量，防止“大馬拉小車”，并力求縮短空載時間。7）轉(zhuǎn)速電動機額定運行時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)

31、/分。不同的磁極數(shù)對應(yīng)有不同的轉(zhuǎn)速等級。最常用的是四個級的（n0=1500r/min）。8）絕緣等級絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度是指電機絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。絕緣等級環(huán)境溫度 40時的容許溫升極限允許溫度A65105E80120B901302三相異步電動機的選擇正確選擇電動機的功率、種類、型式是極為重要的。1）功率的選擇電動機的功率根據(jù)負載的情況選擇合適的功率，選大了雖然能保證正常運行，但是不經(jīng)濟，電動機的效率和功率因數(shù)都不高；選小了就不能保證電動機和生產(chǎn)機械的正常運行，不能充分發(fā)揮生產(chǎn)機械的效能，并使電動機由于過載而過早地損壞。（

32、1）連續(xù)運行電動機功率的選擇對連續(xù)運行的電動機，先算出生產(chǎn)機械的功率，所選電動機的額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機械的功率即可。（2）短時運行電動機功率的選擇如果沒有合適的專為短時運行設(shè)計的電動機，可選用連續(xù)運行的電動機。由于發(fā)熱慣性，在短時運行時可以容許過載。工作時間愈短，則過載可以愈大。但電動機的過載是受到限制的。通常是根據(jù)過載系數(shù) 來選擇短時運行電動機的功率。電動機的額定功率可以是生產(chǎn)機械所要求的功率的 1/ 。2）種類和型式的選擇（1）種類的選擇選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、調(diào)速與起動性能、維護及價格等方面來考慮的。 交、直流電動機的選擇103如沒有特殊要求，一般都應(yīng)采用交流電動

33、機。 鼠籠式與繞線式的選擇三相鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便，但調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動性能較差。因此在要求機械特性較硬而無特殊調(diào)速要求的一般生產(chǎn)機械的拖動應(yīng)盡可能采用鼠籠式電動機。因此只有在不方便采用鼠籠式異步電動機時才采用繞線式電動機。（2）結(jié)構(gòu)型式的選擇電動機常制成以下幾種結(jié)構(gòu)型式： 開啟式在構(gòu)造上無特殊防護裝置，用于干燥無灰塵的場所。通風(fēng)非常良好。 防護式在機殼或端蓋下面有通風(fēng)罩，以防止鐵屑等雜物掉入。也有將外殼做成擋板狀，以防止在一定角度內(nèi)有雨水滴濺入其中。 封閉式它的外殼嚴密封閉， 靠自身風(fēng)扇或外部風(fēng)扇冷卻， 并在外殼帶有散熱片。 在灰塵多、潮

34、濕或含有酸性氣體的場所，可采用它。 防爆式整個電機嚴密封閉，用于有爆炸性氣體的場所。（3）安裝結(jié)構(gòu)型式的選擇 機座帶底腳，端蓋無凸緣（B3） 機座不帶底腳，端蓋有凸緣（B5） 機座帶底腳，端蓋有凸緣（B35）（4）電壓和轉(zhuǎn)速的選擇 電壓的選擇電動機電壓等級的選擇，要根據(jù)電動機類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。 Y 系列鼠籠式電動機的額定電壓只有 380V 一個等級。只有大功率異步電動機才采用 3000V 和 6000V。 轉(zhuǎn)速的選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。但通常轉(zhuǎn)速不低于 500r/min。因為當(dāng)功率一定時，電動機的轉(zhuǎn)速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，且效率也較低。因

35、此就不如購買一臺高速電動機再另配減速器來得合算。異步電動機通常采用4 個極的，即同步轉(zhuǎn)速n0=1500r/min。104例有一 Y225M-4型三相鼠籠式異步電動機，額定數(shù)據(jù)如下：試求（1）額定電流；（ 2）額定轉(zhuǎn)差率 SN；（ ）額定轉(zhuǎn)矩N、最大轉(zhuǎn)矩 Tmax 、起動轉(zhuǎn)矩Tst 。3T功率轉(zhuǎn)速電壓效率功率因數(shù)I st/I NT st/T NTmax/T N()45kW1480r/min380V92.3%0.887.01.92.2解：（1）4-10Kw電動機通常都采用380V/ 接法I NP245 10384.2A3U N cos N3 380 0.88 0.923（ 2）已知電動機是四極的，

36、即p 2, n01500r / min. 所以sNn0 n1500 1480n015000.013（3）TN9550 PN955045290.4( Nm)nN1480TstTst TN1.9290.4551.8( Nm)TNTmaxTN2.2290.4638.9( Nm)總結(jié)：1、控制電器是指在電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的器件。繼電器接觸器控制系統(tǒng)通常使用 500V 以下的低壓控制電器。2、電動機的銘牌數(shù)據(jù)用來標(biāo)明電動機的額定值和主要技術(shù)規(guī)范，在使用中應(yīng)遵守銘牌的規(guī)定。3、選擇電動機時，應(yīng)根據(jù)負載和使用環(huán)境的實際情況進行選擇，選擇時應(yīng)注意電動機的功率應(yīng)盡可能與負載相匹配，既不宜“大”

37、，更不宜“小馬拉大車” 。1055.2.3異步電動機的啟動與調(diào)速分析1起動特性分析（1）起動電流 Ist在剛起動時，由于旋轉(zhuǎn)磁場對靜止的轉(zhuǎn)子有著很大的相對轉(zhuǎn)速，磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度很快，這時轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動勢和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流均很大，同時，定子電流必然也很大。一般中小型鼠籠式電動機定子的起動電流可達額定電流的5 7倍。注意： 在實際操作時應(yīng)盡可能不讓電動機頻繁起動。 如在切削加工時， 一般只是用摩擦離合器或電磁離合器將主軸與電機軸脫開，而不將電動機停下來。（2）起動轉(zhuǎn)矩 Tst電動機起動時，轉(zhuǎn)子電流I2 雖然很大，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)cos 2 很低，由公式T CM I 2 cos 2 可

38、知，電動機的起動轉(zhuǎn)矩 T 較小，通常 Tst TN1.1 : 2.0 。起動轉(zhuǎn)矩小可造成以下問題： （ 1）會延長起動時間。（2）不能在滿載下起動。因此應(yīng)設(shè)法提高。但起動轉(zhuǎn)矩如果過大，會使傳動機構(gòu)受到?jīng)_擊而損壞，所以一般機床的主電動機都是空載起動（起動后再切削） ，對起動轉(zhuǎn)矩沒有什么要求。綜上所述，異步電機的主要缺點是起電流大而起轉(zhuǎn)矩小。因此，我們必須采取適當(dāng)?shù)钠饎臃椒?，以減小起動電流并保證有足夠的起轉(zhuǎn)矩。2鼠籠式異步電動機的起動方法1）直接起動直接起動又稱為全壓起動，就是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動機的定子繞組直接加到額定電壓下起動。這種方法只用于小容量的電動機或電動機容量遠小于供電變壓器容量

39、的場合。2）降壓起動在起動時降低加在定子繞組上的電壓，以減小起動電流，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再恢復(fù)到全壓運行。此方法適于大中型鼠籠式異步電動機的輕載或空載起動。 星形 -三角形（ Y- ）換接起動起動時，將三相定子繞組接成星形， 待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再換成三角形。這樣，在起動時就把定子每相繞組上的電壓降到正常工作電壓的13 。此方法只能用于正常工作時定子繞組為三角形聯(lián)接的電動機。這種換接起動可采用星三角起動器來實現(xiàn)。 星三角起動器體積小、 成本低、壽命長、動作可靠。106 自耦降壓起動自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低。如圖 8-9所示，起動時，先把

40、開關(guān)Q2 扳到“起動”位置，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時，將 Q2扳向“工作”位置，切除自耦變壓器。采用自耦降壓起動，也同時能使起動電流和起動轉(zhuǎn)矩減小。正常運行作星形聯(lián)接或容量較大的鼠籠式異步電動機，常用自耦降壓起動。3三相異步電動機的調(diào)速調(diào)速就是在同一負載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的要求。調(diào)速的方法n0nSn0n (1S) n0 (1 S) 60 fp可見，可通過三個途徑進行調(diào)速： 改變電源頻率f，改變磁極對數(shù) p，改變轉(zhuǎn)差率 S。前兩者是鼠籠式電動機的調(diào)速方法，后者是繞線式電動機的調(diào)速方法。（1）變頻調(diào)速此方法可獲得平滑且范圍較大的調(diào)速效果，且具有硬的機械特性；但須有專門的變頻裝置由可控硅整

41、流器和可控硅逆變器組成，設(shè)備復(fù)雜，成本較高，應(yīng)用范圍不廣。（2）變極調(diào)速此方法不能實現(xiàn)無極調(diào)速， 但它簡單方便，常用于金屬切割機床或其他生產(chǎn)機械上。（3）轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速在繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子電路中，串入一個三相調(diào)速變阻器進行調(diào)速。此方法能平滑地調(diào)節(jié)繞線式電動機的轉(zhuǎn)速，且設(shè)備簡單、投資少；但變阻器增加了損耗，故常用于短時調(diào)速或調(diào)速范圍不太大的場合。以上可知，異步電動機的各種調(diào)速方法都不太理想，所以異步電動機常用于要求轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定或調(diào)速性能要求不高的場合。4三相異步電動機的制動制動是給電動機一個與轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩，促使它在斷開電源后很快地減速或停轉(zhuǎn)。對電動機制動，也就是要求它的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的

42、轉(zhuǎn)動方向相反，這時的轉(zhuǎn)矩稱為制動轉(zhuǎn)矩。常見的電氣制動方法有：（1）反接制動107當(dāng)電動機快速轉(zhuǎn)動而需停轉(zhuǎn)時，改變電源相序，使轉(zhuǎn)子受一個與原轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩而迅速停轉(zhuǎn)。注意，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近零時，應(yīng)及時切斷電源，以免電機反轉(zhuǎn)。為了限制電流，對功率較大的電動機進行制動時必須在定子電路（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中接入電阻。這種方法比較簡單，制動力強，效果較好，但制動過程中的沖擊也強烈，易損壞傳動器件，且能量消耗較大，頻繁反接制動會使電機過熱。對有些中型車床和銑床的主軸的制動采用這種方法。（2）能耗制動電動機脫離三相電源的同時，給定子繞組接入一直流電源，使直流電流通入定子繞組。于是在電動機中便產(chǎn)生

43、一方向恒定的磁場， 使轉(zhuǎn)子受一與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的 F 力的作用，于是產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)制動。直流電流的大小一般為電動機額定電流的0.51 倍。由于這種方法是用消耗轉(zhuǎn)子的動能（轉(zhuǎn)換為電能）來進行制動的，所以稱為能耗制動。這種制動能量消耗小，制動準(zhǔn)確而平穩(wěn)，無沖擊，但需要直流電流。在有些機床中采用這種制動方法。（3）發(fā)電反饋制動當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0 時，這時的轉(zhuǎn)矩也是制動的。如：當(dāng)起重機快速下放重物時，重物拖動轉(zhuǎn)子，使其轉(zhuǎn)速 n>n0，重物受到制動而等速下降。5.2.4三相異步電動機的控制1直接啟動控制電路直接啟動即啟動時把電動機直接接入電網(wǎng)，加上額定電壓，一般來說，電

44、動機的容量不大于直接供電變壓器容量的 20 30時，都可以直接啟動。SSBSFUFUSB1）點動控制KMKMKM合上開關(guān) S，三相電源被引入控制MM電路，但電動機還不能起動。 按下按鈕33SB，接觸器 KM 線圈通電，銜鐵吸合，接線示意圖(b)電氣原理圖(a)常開主觸點接通，電動機定子接入三相電源起動運轉(zhuǎn)。松開按鈕 SB， 圖 5-13 點動控制接觸器 KM 線圈斷電，銜鐵松開，常開主觸點斷開，電動機因斷電而停轉(zhuǎn)。1082). 直接起動控制（ 1）起動過程。按下起動按鈕 SB1，接觸器 KM 線圈通電，與 SB1 并聯(lián)的 KM 的輔助常開觸點閉合，以保證松開按鈕 SBl 后 KM 線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的 KM 的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)控制。SFRFUSB1（ 2）停止過程。按下停止按鈕SB2，接觸器 KM 線圈斷電，與 SB并聯(lián)的 KM 的輔助常開觸點斷開，以保KMSB2KMKM1證松開按鈕 SB2后 KM 線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回FR路中的 KM 的主觸點持續(xù)斷開，電動機停轉(zhuǎn)。M與 SB1 并聯(lián)的 KM 的輔助常開觸點的這種作用稱為自鎖。3圖示控制電路還可實現(xiàn)短路保護、過載保護和零壓保護。圖 5-14 直接起動控制? 起短路保護的是串接在主電路中的熔斷器 FU 。一旦電路發(fā)生短路故障，熔體立即熔斷，電動機立即停轉(zhuǎn)。? 起過載保