第1章三相異步電動(dòng)機(jī)及其控制電路

1、 三相異步電動(dòng)機(jī)概述三相異步電動(dòng)機(jī)概述任務(wù)任務(wù)1常用電壓電器及三相異步電常用電壓電器及三相異步電動(dòng)機(jī)的選用方法動(dòng)機(jī)的選用方法 任務(wù)任務(wù)2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與控三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與控制制 任務(wù)任務(wù)3階段階段1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)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1-1所示。 (1)定子。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子由以下3部分組成：定子鐵芯。定子鐵芯由厚度為0.5mm、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。定子繞組。定子繞組是

2、指3組用漆包線繞制好并對(duì)稱地嵌入定子鐵芯槽內(nèi)的相同的線圈。三相繞組共有6個(gè)接線端，分別用U1、V1、W1表示3個(gè)繞組的首端，用U2、V2、W2表示對(duì)應(yīng)的末端。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓和電源電壓，將三相定子繞組連接成星形或三角形(見圖1-2)。機(jī)座。機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵芯和繞組。 圖1-1三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造1軸承蓋；2端蓋；3接線盒；4定子鐵芯；5定子繞組；6轉(zhuǎn)軸；7轉(zhuǎn)子；8風(fēng)扇；9罩籠；10機(jī)座圖1-2三相定子繞組的接法 (2)轉(zhuǎn)子。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由以下3部分組成： 轉(zhuǎn)子鐵芯。轉(zhuǎn)子鐵芯由厚度為0.5mm、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

3、相繞組。轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式，即鼠籠式與繞線式，分別如圖1-3、圖1-4所示。采用鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的鼠籠式電動(dòng)機(jī)由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)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(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸用于承受機(jī)械負(fù)載。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(dòng)機(jī)的空氣隙約0.21.0mm。圖1-3籠形轉(zhuǎn)子圖1鑄鋁條；2風(fēng)葉；3轉(zhuǎn)子鐵芯 圖1-4繞線轉(zhuǎn)子1鐵芯；2集電環(huán)；3轉(zhuǎn)子繞組 2.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 為了說明三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，進(jìn)行如下演示實(shí)驗(yàn)：如圖1-5所示，在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個(gè)閉合導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄帶動(dòng)蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，

4、將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋轉(zhuǎn)；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。 當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個(gè)電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同，這就是異步電動(dòng)機(jī)的基本原理。 由上述分析得到如下結(jié)論：欲使異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。圖1-5三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 (1)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。圖1-6為最簡(jiǎn)單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們?cè)诳臻g按互差120的規(guī)律對(duì)稱排列，并接成星形，與三相電源U、V、W相連。 iU=Imsint iV

5、=Imsin(t-120) iW=Imsin(t+120)圖1-6三相異步電動(dòng)機(jī)定子接線 三相定子繞組便通過三相對(duì)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(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖1-7所示。 圖1-7旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成 (a)t=0；(b)t=120；(c)t=240 當(dāng)t=0時(shí)，iA=0，AX繞組中無電流；iB為負(fù)，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(chǎng)的方向如圖1-7(a)所示。 當(dāng)t=120時(shí)，iB=0，BY繞組中無電流；iA為正，AX繞組中的電流從A流入，X流出；iC為負(fù)，CZ繞組中的電流從Z流入，C流出；由右手螺

6、旋定則可得合成磁場(chǎng)的方向如圖1-7(b)所示。 當(dāng)t=240時(shí)，iC=0，CZ繞組中無電流；iA為負(fù)，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(chǎng)的方向如圖1-7(c)所示。可見，當(dāng)定子繞組中的電流變化一個(gè)周期時(shí)，合成磁場(chǎng)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做周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)也不斷地旋轉(zhuǎn)，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向是由三相繞組中的電流相序確定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(duì)調(diào)。這時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。 (2)三

7、相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速。 極數(shù)(磁極對(duì)數(shù)p)。三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的形式有關(guān)。當(dāng)每相繞組只有一個(gè)線圈，繞組的始端之間相差120空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極，即p=1。 當(dāng)每相繞組為兩個(gè)線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差60空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)極，即p=2。 同理，如果要產(chǎn)生3對(duì)極，即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的3個(gè)線圈，繞組的始端之間相差40(120p)空間角。 極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角的關(guān)系為=120p 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0。三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0與電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系為n0=60f

8、1p(1-1) 由式(1-1)可知，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0取決于電流頻率f1和磁場(chǎng)的極數(shù)p。對(duì)某一異步電動(dòng)機(jī)而言，f1和p通常是一定的，所以磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0為常數(shù)。 轉(zhuǎn)差率s。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)、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(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此這種電動(dòng)機(jī)稱為異步電動(dòng)機(jī)，又因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)差率s是用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0相差程度的物理量

9、，即s=n0-nn0100%(1-2) 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速n0開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子則由于機(jī)械慣性而尚未轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，這時(shí)轉(zhuǎn)差率s=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來之后，n0，n0-n的值減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率sTN， 一般的三相異步電動(dòng)機(jī)有Tst/TN=12.2。 3.電動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力 電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，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(dòng)調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載的變化，這種特性稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。 當(dāng)TL增加時(shí)，n減小，s增加，從而I2增加，T相應(yīng)地增加至新的平衡。此過程中，I2增加時(shí)，I1增加，電源提供的功率也自動(dòng)增加。 階段階段1 常用低壓電器常用

10、低壓電器 電動(dòng)機(jī)或其他電氣設(shè)備電路的接通或斷開，目前普遍采用按鈕、開關(guān)、接觸器、繼電器等控制電器來組成控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，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，本階段主要討論繼電接觸器控制系統(tǒng)中的一些基本電壓電器。電器的種類繁多，可分為手動(dòng)的和自動(dòng)的兩類。手動(dòng)電器是由工作人員手動(dòng)操縱的，如刀開關(guān)、點(diǎn)火開關(guān)等。而自動(dòng)電器則是按照指令、信號(hào)或某個(gè)物理量的變化而自動(dòng)動(dòng)作的，如各種繼電器、接觸器、電磁閥等。 1.手動(dòng)電器 (1)刀開關(guān)。刀開關(guān)又稱為閘刀開關(guān)，一般用于不頻繁操作的低壓電路中，主要用于接通和切斷電源，有時(shí)也用來控制小容量電動(dòng)機(jī)的直

11、接啟動(dòng)與停機(jī)，其電路符號(hào)如圖1-9所示。刀開關(guān)由閘刀(動(dòng)觸點(diǎn))、靜插座(靜觸點(diǎn))、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))不同可分為單極刀開關(guān)、雙極刀開關(guān)和三極刀開關(guān)，按結(jié)構(gòu)不同可分為平板式刀開關(guān)和條架式刀開關(guān)，按操作方式不同可分為直接手柄操作式刀開關(guān)、杠桿操作機(jī)構(gòu)式刀開關(guān)和電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)式刀開關(guān)，按轉(zhuǎn)換方向不同可分為單投刀開關(guān)和雙投刀開關(guān)。刀開關(guān)一般與熔斷器串聯(lián)使用，以便在短路或過負(fù)荷時(shí)熔斷器熔斷而自動(dòng)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(jī)較大的啟動(dòng)電流，刀閘的額定電流值應(yīng)為異步電機(jī)額定電流的35倍。圖1-9刀開關(guān)的電路符號(hào)

12、 (2)按鈕。按鈕常用于接通、斷開控制電路，一般有常開按鈕、常閉按鈕和復(fù)合按鈕3種類型，其電路符號(hào)如圖1-10所示。其中，復(fù)合按鈕即常開按鈕與常閉按鈕做在一起。由于按鈕的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按鈕只起發(fā)出接通和斷開信號(hào)的作用。圖1-10按鈕的電路符號(hào)（a）常開按鈕；(b)常閉按鈕；(c)復(fù)合按鈕 2.自動(dòng)電器 (1)熔斷器。熔斷器主要于短路或過載保護(hù)，串聯(lián)在被保護(hù)的電路中。電路正常工作時(shí)如同一根導(dǎo)線，起通路作用；當(dāng)電路短路或過載時(shí)熔斷器熔斷，起到保護(hù)電路上其他電器設(shè)備的作用。其電路符號(hào)如圖1-11所示。 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(如鉛錫

13、合金)或截面積較小的導(dǎo)體制成的。圖1-11刀開關(guān)的電路符號(hào)熔體額定電流IF的選擇如下。 無沖擊電流的場(chǎng)合(如電燈、電爐)，其熔體額定電流IF為IFIL一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合，其熔體額定電流IF為IF=Ist2.5如果電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁，則IF=Ist2Ist1.6式中Ist電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)合用的的場(chǎng)合中，其熔體額定電流IF為IF=(1.52.5)Im+Im 式中Im容量最大電動(dòng)機(jī)的額定電流；Im其余電動(dòng)機(jī)的額定電流之和。 (2)交流接觸器。接觸器是一種自動(dòng)開關(guān)，是電力拖動(dòng)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(dòng)機(jī)或其他設(shè)備的主電路。圖1-12為交流接觸

14、器的基本結(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(dòng)作的。 圖1-12交流接觸器的基本結(jié)構(gòu)1彈簧；2主觸頭；3輔助觸頭；4銜鐵；5鐵芯；6線圈 根據(jù)用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。主觸頭能通過較大電流，常接在電動(dòng)機(jī)的主電路中。例如，CJ10-20型交流接觸器有3個(gè)常開主觸頭和4個(gè)輔助觸頭(其中兩個(gè)常開，兩個(gè)常閉)。 當(dāng)主觸頭斷開時(shí)，其間產(chǎn)生電弧，會(huì)燒壞觸頭，并使電路分?jǐn)鄷r(shí)間拉長(zhǎng)，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(gè)斷點(diǎn)，以降低觸頭斷開時(shí)加在斷點(diǎn)上的電壓，使電弧容易熄滅，同時(shí)各相間裝有絕緣隔板，可防止短路。在電流較大的接觸器

15、中還專門設(shè)有滅弧裝置。接觸器的電路符號(hào)如圖1-13所示。 在選用接觸器時(shí)，應(yīng)注意它的額定電流、線圈電壓及觸頭數(shù)量等。CJ10系列接觸器的主觸頭額定電流有5A、10A、20A、40A、75A、120A等數(shù)種。 圖1-13接觸器電路符號(hào)(a)接觸器線圈；(b)主觸頭；(c)輔助觸頭 (3)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(diǎn)較多，通常用來傳遞信號(hào)和同時(shí)控制多個(gè)電路，也可以用來控制小容量的電動(dòng)機(jī)或其他執(zhí)行元件。常用的中間繼電器有JZ7系列，觸點(diǎn)的額定電流為5A，選用時(shí)應(yīng)考慮線圈的電壓。 (4)熱繼電器。熱繼電器是指用來保護(hù)電動(dòng)機(jī)，使其避免由于長(zhǎng)期過載而帶來危害的繼電器。

16、熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)而動(dòng)作的，它的工作原理如圖1-14所示。圖中熱元件是一段阻值不大的電阻絲，接在電動(dòng)機(jī)主電路中的雙金屬片上，由兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬用壓力輾壓而成，也可采用冷結(jié)合，其中，下層金屬的膨脹系數(shù)大，上層的小。當(dāng)主電路中的電流超過容許值時(shí)，雙金屬片受熱向上彎曲致使脫扣，扣板在彈簧的拉力下將常閉觸頭斷開。 觸頭是接在電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的主電路。由于熱慣性，熱繼電器不能用于短路保護(hù)，因?yàn)榘l(fā)生短路事故時(shí)，要求電路立即斷開，而熱繼電器是不能立即動(dòng)作的。但是這個(gè)熱慣性又是合乎要求的。例如，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或短時(shí)過載時(shí)，由于熱慣性熱繼電

17、器不會(huì)動(dòng)作，這可避免電動(dòng)機(jī)的不必要的停車。如果要熱繼電器復(fù)位，按下復(fù)位按鈕即可。 常用的熱繼電器有JR0、JR10及JR16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(shí)，熱繼電器應(yīng)當(dāng)在20min內(nèi)動(dòng)作。JR0-40型的整定電流從0.640A有9種規(guī)格。選用熱繼電器時(shí)，應(yīng)使其整定電流與電動(dòng)機(jī)的額定電流基本上一致。 圖1-14熱繼電器工作原理圖1發(fā)熱元件；2雙金屬片；3扣板；4常閉觸頭 (5)行程開關(guān)。如圖1-15所示，行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)與按鈕類似，但其動(dòng)作主要由機(jī)械撞擊完成，主要用于電路的限位保護(hù)、行程控制和自動(dòng)切換等。 圖1-15行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

18、和電路符號(hào) (a)結(jié)構(gòu)示意圖； (b)電路符號(hào) 階段階段2 三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)及選擇三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)及選擇 2.三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 (1)功率的選擇。 電動(dòng)機(jī)的功率主要應(yīng)根據(jù)負(fù)載的情況進(jìn)行選擇，選得過大，雖然能保證正常運(yùn)行，但是不經(jīng)濟(jì)，電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)都不高；選得過小，則不能保證電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的正常運(yùn)行，不能充分發(fā)揮生產(chǎn)機(jī)械的效能，并使電動(dòng)機(jī)由于過載而損壞。 連續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇。對(duì)連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)先算出生產(chǎn)機(jī)械的功率，所選電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機(jī)械的功率即可。短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)功率的選擇。 如果沒有合適的專門為短時(shí)運(yùn)行設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)，可選用連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。由

19、于發(fā)熱慣性，所以 在短時(shí)運(yùn)行時(shí)可以容許過載。工作時(shí)間越短，過載可以越大。但電動(dòng)機(jī)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(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的功率。電動(dòng)機(jī)的額定功率可以是生產(chǎn)機(jī)械所要求功率的1/2。 (2)種類和結(jié)構(gòu)形式的選擇。 種類的選擇。選擇電動(dòng)機(jī)的種類應(yīng)從交流或直流、機(jī)械特性、調(diào)速與啟動(dòng)性能、維護(hù)及價(jià)格等方面來考慮。a.交、直流電動(dòng)機(jī)的選擇。如沒有特殊要求，一般都應(yīng)采用交流電動(dòng)機(jī)。b.鼠籠式與繞線式的選擇。三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便，但調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，啟動(dòng)性能較差。因此在要求機(jī)械特性較硬而無特殊調(diào)速要求的一般生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)應(yīng)盡可能采用鼠籠式

20、電動(dòng)機(jī)。只有在不方便采用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)時(shí)才采用繞線式電動(dòng)機(jī)。 結(jié)構(gòu)形式的選擇。電動(dòng)機(jī)常用的結(jié)構(gòu)形式如下： a.開啟式。在構(gòu)造上無特殊防護(hù)裝置，用于干燥無灰塵的場(chǎng)所。通風(fēng)非常良好。b.防護(hù)式。在機(jī)殼或端蓋下面有通風(fēng)罩，以防止鐵屑等雜物掉入。也可將外殼做成擋板狀，以防止在一定角度內(nèi)有雨水滴濺入其中。c.封閉式。外殼嚴(yán)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，常用于灰塵多、潮濕或含有酸性氣體的場(chǎng)所。d.防爆式。整個(gè)電機(jī)嚴(yán)密封閉，用于有爆炸性氣體的場(chǎng)所。 安裝結(jié)構(gòu)形式的選擇。電動(dòng)機(jī)常用的安裝結(jié)構(gòu)形式如下： a.機(jī)座帶底腳，端蓋無凸緣。b.機(jī)座不帶底腳，端蓋有凸緣。c.機(jī)座帶底腳，端蓋有凸

21、緣。 電壓和轉(zhuǎn)速的選擇。 a.電壓的選擇。電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)要根據(jù)電動(dòng)機(jī)類型、功率以及使用地點(diǎn)的電源電壓確定。Y系列鼠籠式電動(dòng)機(jī)的額定電壓只有380V一個(gè)等級(jí)，只有大功率異步電動(dòng)機(jī)才采用3 000V和6 000V。b.轉(zhuǎn)速的選擇。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而選定的，但通常轉(zhuǎn)速不低于500r/min。因?yàn)楫?dāng)功率一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低，其尺寸越大，價(jià)格越貴，且效率也較低。異步電動(dòng)機(jī)通常采用4個(gè)極的，即同步轉(zhuǎn)速n0=1 500r/min。階段階段1 異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與調(diào)速分析異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與調(diào)速分析 1.啟動(dòng)特性分析 (1)啟動(dòng)電流Ist。 在剛啟動(dòng)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)靜止的轉(zhuǎn)子有著很大的相

22、對(duì)轉(zhuǎn)速，磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度很快，因此轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流均很大，同時(shí)，定子電流必然也很大。一般中小型鼠籠式電動(dòng)機(jī)定子的啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的57倍。 (2)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流I2雖然很大，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)cos2很低，由公式T=CMI2cos2可知，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T較小，通常TstTN為1.12.0。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小可能會(huì)延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，或不能在滿載下啟動(dòng)，因此應(yīng)設(shè)法提高。但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩如果過大，會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到?jīng)_擊而損壞，所以一般機(jī)床的主電動(dòng)機(jī)都是空載啟動(dòng)(啟動(dòng)后再切削)，對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不做要求。綜上所述，異步電機(jī)的主要缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流大而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。因此必須

23、采取適當(dāng)?shù)膯?dòng)方法，以減小啟動(dòng)電流并保證足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 2.三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法 (1)直接啟動(dòng)。直接啟動(dòng)又稱為全壓?jiǎn)?dòng)，就是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接加到額定電壓下啟動(dòng)。 這種方法只用于小容量的電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)容量遠(yuǎn)小于供電變壓器容量的場(chǎng)合。 (2)降壓?jiǎn)?dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)是指在啟動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，以減小啟動(dòng)電流，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，再恢復(fù)到全壓運(yùn)行。此方法適用于大中型鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的輕載或空載啟動(dòng)。 星形三角形(Y)換接啟動(dòng)。星形三角形換接啟動(dòng)是指啟動(dòng)時(shí)，將三相定子繞組接成Y形，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，再換成。這樣，在啟動(dòng)時(shí)就把定子每相繞組上的電壓降

24、到正常工作電壓的13。此方法只能用于正常工作時(shí)定子繞組為形連接的電動(dòng)機(jī)。 這種換接啟動(dòng)可采用Y啟動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。Y啟動(dòng)器體積小、成本低、壽命長(zhǎng)、動(dòng)作可靠。 自耦降壓?jiǎn)?dòng)。 自耦降壓?jiǎn)?dòng)是利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中的端電壓降低。啟動(dòng)時(shí)，先把開關(guān)扳到啟動(dòng)位置，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，再扳向工作位置，切除自耦變壓器。采用自耦降壓?jiǎn)?dòng)，也同時(shí)能使啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小。正常運(yùn)行作Y形連接或容量較大的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，常用自耦降壓?jiǎn)?dòng)。 3.三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 調(diào)速是指在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的要求。由轉(zhuǎn)差率公式s=n0-nn0可得n=(1-s)n0=(1-s)60fp. 因此

25、，可通過3個(gè)途徑進(jìn)行調(diào)速，即改變電源頻率f，改變磁極對(duì)數(shù)p，改變轉(zhuǎn)差率s。前兩者為鼠籠式電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法，后者為繞線式電動(dòng)機(jī)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(jī)械特性，但須有專門的變頻裝置由可控硅整流器和可控硅逆變器組成。變頻調(diào)速工作精確，應(yīng)用范圍廣，是本書的重點(diǎn)。(2)變極調(diào)速。此方法不能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，但它簡(jiǎn)單方便，常用于金屬切割機(jī)床或其他生產(chǎn)機(jī)械上。 (3)轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速。 在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，串入一個(gè)三相調(diào)速變阻器進(jìn)行調(diào)速，稱為轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速。此方法能平滑地調(diào)節(jié)繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，且設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少，但變阻器增加了損耗，故

26、常用于短時(shí)調(diào)速或調(diào)速范圍不太大的場(chǎng)合。 4.三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 制動(dòng)是給電動(dòng)機(jī)一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，也就是要求它的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，這時(shí)的轉(zhuǎn)矩稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 常見的電氣制動(dòng)方法有以下幾種。 (1)反接制動(dòng)。反接制動(dòng)是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)而需停轉(zhuǎn)時(shí)，改變電源相序，使轉(zhuǎn)子受一個(gè)與原轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷電源，以免電機(jī)反轉(zhuǎn)。為了限制電流，對(duì)功率較大的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)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(jiǎn)單，制動(dòng)力強(qiáng)，效果較好，但制動(dòng)過程中的沖擊也強(qiáng)烈，易損壞傳動(dòng)器件

27、，且能量消耗較大，頻繁反接制動(dòng)會(huì)使電機(jī)過熱。有些中型車床和銑床主軸的制動(dòng)采用此種方法。 (2)能耗制動(dòng)。能耗制動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)脫離三相電源的同時(shí)，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(dòng)機(jī)中產(chǎn)生一方向恒定的磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力的作用，于是產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 直流電流的大小一般為電動(dòng)機(jī)額定電流的0.51倍。由于這種方法是用消耗轉(zhuǎn)子的動(dòng)能(轉(zhuǎn)換為電能)來進(jìn)行制動(dòng)的，所以稱為能耗制動(dòng)。這種制動(dòng)能量消耗小，制動(dòng)準(zhǔn)確而平穩(wěn)，無沖擊，但需要直流電流。 (3)發(fā)電反饋制動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n超過旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0時(shí)，這時(shí)的轉(zhuǎn)矩也是制動(dòng)的。例如，當(dāng)起重機(jī)快速下放重物時(shí)，重物拖動(dòng)轉(zhuǎn)子，使其轉(zhuǎn)速n