三相異步電動機及控制電路

1、授課日期2013年1月17日授課班級授課時間90分鐘課題名稱 三相異步電動機的工作原理及控制電路教學目標知識目標：了解:三相異步電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理掌握:三相異步電動機的啟動，制動，反轉(zhuǎn)，調(diào)速技能目標： 通過學習，能夠?qū)﹄妱訖C結(jié)構(gòu)有一定的了解。德育目標：認識掌握電動機在生活中的重要性，增強做一名技工的責任感和榮譽感。教學重點與難點重點:電動機的啟動，制動。難點:電動機制動。教學關鍵1.電動機的工作原理2.電動機的控制課的類型新 課教 具電動機、電工工具及自制課件教學類型綜合型教學方法啟發(fā)式教學法 三相異步電動機的工作原理及控制電路三相異步電動機和其他電動機想比較，具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便、運行

2、可靠、價格低廉等一系列優(yōu)點，因此應用廣泛。三相異步電動機的原理和結(jié)構(gòu)一、三相異步電動機的工作原理（一）、三相交流電機的旋轉(zhuǎn)磁場1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生：三相交流電通給三相定子繞組（三個線圈彼此互隔1200分布在定子鐵心內(nèi)圓的圓周上）經(jīng)過畫圖分析不同時間產(chǎn)生的磁場的位置，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場，并找出其特點2、旋轉(zhuǎn)磁場的特點：大小不變，以一個轉(zhuǎn)速向某一個方向旋轉(zhuǎn)，這個轉(zhuǎn)速把它命名為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n1 n1 =60 f / p （f為電源頻率；p為磁極對數(shù)）3、思考：如何改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向？方法：任意調(diào)換三相電源中的任意兩根相線（交換兩根相線即改變了三相電源的相序，從而可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向）（二）、 三相異

3、步電動機的工作原理1、分析工作原理：三相電通給定子繞組，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，靜止的轉(zhuǎn)子相對于旋轉(zhuǎn)磁場有一個相對的切割磁力線的運動，產(chǎn)生感應電動勢，產(chǎn)生感應電流，轉(zhuǎn)子繞組上有了電流，在磁場中會受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩T，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來，實現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)換成機械能的目的。2、體會“三相異步電動機”名稱的由來：“三相”：三相電通入三相定子繞組“異步”：不同步，肉眼看不見的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1 和看到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2大小不同（方向相同），且n1 >n2“電動機”：最終實現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)換成機械能3、簡化模型：轉(zhuǎn)子繞組定子繞組在三相異步電動機的工作原理中：給定子繞組通電，然后轉(zhuǎn)子繞組通過電磁感應產(chǎn)生電，這一點與

4、變壓器相似（一次側(cè)通電，二次側(cè)感應出電），所以經(jīng)常為了分析的方便將三相異步電動機的結(jié)構(gòu)比作變壓器，如右圖：4、思考：如何改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向？方法：通過任意調(diào)換兩相電流的相序，改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，就改變了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向5、轉(zhuǎn)差率 S=（n1-n）/n1轉(zhuǎn)子從靜止開始運行，轉(zhuǎn)差率S是從1趨向于0（但不能等于0，0<S1）二、 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 1、 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)：定子有定子鐵心和定子繞組 轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組 定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙材料：鐵心均由硅鋼片疊壓而成；轉(zhuǎn)子繞組：可分為籠型和繞線型（其中籠型因結(jié)構(gòu)簡單等得到廣泛應用）三、 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)1、額定容量

5、（功率）PN （單位：KW）含義：指轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率表達式：機械功率=電動機的有功功率電動機效率 2、額定電壓UN （單位：V）：加在定子繞組上的線電壓3、額定電流IN （單位：A）：輸入定子繞組的線電流4、額定轉(zhuǎn)速nN （單位：r/min）5、額定頻率 fN（單位：HZ）：我國工頻為50HZ6、絕緣等級7、接法： 定子繞組有Y和兩種接法 三相異步電動機的起動一、起動要求：1. 應有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩TS ；2. 在保證TS 足夠大前提下，起動電流IS越小越好二、籠型異步電動機的起動（一）、直接起動（全壓起動）1、分析過程：在起動瞬間n=0，切割旋轉(zhuǎn)磁場的速度最快，所以產(chǎn)生的感應電動勢和感應

6、電流最大，相對應的定子繞組的起動電流過大，是額定電流（4-7）倍；2、存在問題：（1）起動電流過大，引起電網(wǎng)電壓明顯降低和電機發(fā)熱 （2）起動轉(zhuǎn)矩由于磁通和功率因素低，所以起動轉(zhuǎn)矩TS 并不大，若低于負載轉(zhuǎn)矩，則無法帶動負載起動故一般直接起動只適用于小型的籠型異步電動機（與電源容量相比），可按經(jīng)驗公式來確定是否能直接起動（二）、 籠型異步電動機的減壓起動為了能安全起動，對籠型異步電動機實行減壓起動1. 定子串接電抗器或電阻的減壓起動方法：起動時，電抗器或電阻接入定子電路；起動后，切除電抗器或電阻，進行正常運行特點：能耗較大，實際應用不多，不深入研究。2. Y-起動方法：起動時將定子接成Y形，運

7、行時定子繞組接成形研究起動情況： IsY= 1/3 * Is TsY= 1/3 * Ts 適用場所：運行于形的籠型異步電動機，輕載起動3. 自耦變壓器起動方法：起動時接入自耦變壓器，運行時切除自耦變壓器全壓運行研究起動情況：Is= k2 * Is Ts = k2 * Ts （k為變壓比且k <1）適用場所：輕載起動 總結(jié)：籠型異步電動機的降壓起動可以降低起動電流的大小，但與此同時起動轉(zhuǎn)矩也減小了，所以它只適用于輕載起動三、 三相異步電動機的調(diào)速由轉(zhuǎn)差率公式 S=（n1-n）/n1 得：n= n1 (1-S)=60f1(1-s)/p所以調(diào)速方法有：1、改變定子繞組的磁極對數(shù)p-變

8、極調(diào)速 2、改變供電電網(wǎng)的頻率f1-變頻調(diào)速 3、改變定電動機的轉(zhuǎn)差率S，方法有改變電壓調(diào)速、繞線式電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級調(diào)速。 （一）、變極調(diào)速方法：通常用改變定子繞組的接法來改變磁極對數(shù)，轉(zhuǎn)子均采用籠型轉(zhuǎn)子 原理：將定子繞組串聯(lián)，p大，電動機低速運行；將定子繞組并聯(lián)，p小，電動機高速運行接線方式：（低速）/YY（高速）、Y（低速）/YY（高速）等（二）、 變頻調(diào)速方法：改變電源頻率注意點：電源頻率降低調(diào)速時，若電源電壓不變時，則磁通將增加，是鐵心飽和，從而導致鐵損增加，這是不允許的。因此在變頻調(diào)速的同時，為了保證磁通不變，就必須降低電源電壓。使U1/f1 為常數(shù)。（三）、改變轉(zhuǎn)差率S1、

9、改變定子電壓調(diào)速適用場所：籠型異步電動機，向下調(diào)速特點：調(diào)速范圍很寬，缺點是低壓時機械特性太軟，轉(zhuǎn)速變化大2、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速適用場所：中、小容量的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，向下調(diào)速特點：方法簡單四、 三相異步電動機的反轉(zhuǎn)與制動（一）、 三相異步電動機的反轉(zhuǎn)1、方法：改變?nèi)嚯娭腥我鈨上嚯娏飨嘈?，從而改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，達到改變?nèi)喈惒诫妱訖C的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向（二）、 三相異步電動機的制動制動狀態(tài)：轉(zhuǎn)速方向n與電磁轉(zhuǎn)矩T相反制動結(jié)果：1、位能性負載一般處于制動狀態(tài)是使其保持一定的運行速度 2、機械負載制動時一般是停車制動方法：分為機械制動和動力制動兩類1、機械制動：采用電磁抱閘閘制動2、動力制動：（1）

10、、能耗制動方法：切斷電動機三相電源的同時，在任意二相繞組中接入直流電，并在定子回路中串入電阻用以限制強大的制動電流。原理：在任意二相繞組中接入直流電流，在轉(zhuǎn)子空間獲得一個大小、方向不變的恒定磁場，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個與電動機原轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩以實現(xiàn)制動。其實質(zhì)是：用直流磁場消耗掉轉(zhuǎn)子的動能，所以這種方法又叫動能制動或直流制動。（2）、電源反接制動方法：改變電動機定子繞組與電源聯(lián)接相序原理：產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)速相反的電磁轉(zhuǎn)矩T注意點：a、為了限制制動電流和增大制動轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路串入制動電阻b、當轉(zhuǎn)速接近為0時，需立即切斷電源，讓電機停車授課日期2013年1月17日授課班級授課時間90分鐘課題名稱 三

11、相異步電動機的工作原理及控制電路教學目標知識目標：了解:三相異步電動機的電器控制掌握:三相異步電動機的反轉(zhuǎn)，減壓啟動技能目標： 通過學習，能夠?qū)﹄妱訖C控制有一定的了解。德育目標：認識掌握電動機在生活中的重要性，增強做一名技工的責任感和榮譽感。教學重點與難點重點:電動機的啟動，制動，減壓啟動。難點:電動機制動。教學關鍵1.電動機的工作原理2.電動機的控制課的類型新 課教 具電動機、電工工具及自制課件教學類型綜合型教學方法啟發(fā)式教學法三相異步電動機的電氣控制三相異步電動機的典型控制一 三相籠型異步電動機起動控制電路（一）、三相籠型異步電動機全壓起動所謂全壓起動，是將額定電壓直接加在定子繞組上1點動

12、控制電路 點動：按下控制按鈕，交流接觸器線圈得電，主電路交流接觸器的主觸頭閉和，電動機直接起動；松開控制按鈕，交流接觸器線圈失電，主電路交流接觸器的主觸頭分斷，電動機停止運行2連動控制電路連動：按下控制按鈕，交流接觸器線圈得電，主電路交流接觸器的主觸頭閉和，電動機直接起動；松開控制按鈕，由于交流接觸器常開輔助觸頭閉和，線圈依然得電，主電路交流接觸器的主觸頭依然閉和，電動機連續(xù)運行3點、連動控制比較：（1）“自鎖”設計：用交流觸器常開輔助觸頭與控制按鈕并聯(lián)（2） “自鎖”作用：只要按下控制按鈕，保證線圈一直有電，無論是否松開控制按鈕，電動機可以連續(xù)運行（二）正反轉(zhuǎn)控制電路分析原理：“從主電路著眼

13、”：主電路中的KM1閉和時將三相電按L1L2L3的順序引進；KM1分斷，KM2閉和時將三相電按L3L2L1的順序引進，與KM1比較，它改變了兩相電流相序；故可知KM1和KM2控制正反轉(zhuǎn)。“從控制電路著手”：分析具體的控制原理圖b：按下SB2，KM1線圈得電KM1主觸頭閉和電動機正轉(zhuǎn) KM1輔助常開觸頭閉和形成自鎖 KM1輔助常閉觸頭分斷，KM2線圈不能得電按下SB3，KM1線圈失電KM1主觸頭分斷 KM1輔助常閉觸頭閉和，KM2線圈得電KM2主觸頭閉和 電動機反轉(zhuǎn)KM2輔助常閉觸頭分斷，KM1線圈不能得電圖a同樣按照“從主電路著眼，從控制電路著手”的原則分析。圖中用到了“自鎖”，還有“互鎖”（

14、又叫聯(lián)鎖）設計方法：將交流接觸器的常閉輔助觸頭串聯(lián)在對方線圈的支路中設計作用：可以控制兩個線圈不能同時得電，保證了主電路KM1、KM2的主觸頭不能同時閉和而造成L1L3兩相形成短路比較圖a和b：同樣可以控制正反轉(zhuǎn)，操作上a圖煩瑣（要想反轉(zhuǎn)，必須先按下停止按鈕SB1再按SB3才可以），所以圖b要好思考問題：1）為什么圖b可以做到按鈕直接切換正反轉(zhuǎn)呢？ 因為它用的是復合按鈕，采用機械聯(lián)鎖的方法，直接切換正反轉(zhuǎn)2）線路的故障分析： a.合上電源開關，電動機立即正轉(zhuǎn)，當按下停止按鈕時，電動機停轉(zhuǎn)；但一松開停止按鈕，電動機又正向起動答案：起動SB2常開、常閉接反了b. 合上電源開關，按下正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）按

15、鈕，正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）接觸器就不停地吸合與釋放，電路無法工 作；當松開按鈕時，接觸器不再吸合。答案：互鎖KM1、KM2常閉輔助觸頭接反了（三）、三相籠型異步電動機降壓起動控制電路有兩種控制電路： 1、接觸器自動控制的Y-降壓起動電路按下SB2KM線圈通電KM（4-5）閉合自鎖 KM主觸點閉合 電動機繞組接成Y起動 KMY主觸點閉合 KMY線圈通電 KMY（5-8）連鎖觸點分斷（使KM控制回路分斷，實現(xiàn)聯(lián)鎖） KMY主觸點分斷按下SB3 KMY線圈斷電 KMY（5-8）聯(lián)鎖觸點閉合，接通KM部分控制電路 KM（8-9）自鎖觸點閉合自鎖 KM線圈通電 KM主觸點閉合，電動機繞組接成形運行 KM（5-6

16、）聯(lián)鎖觸點斷開，分斷KMY控制電路，實現(xiàn)聯(lián)鎖總結(jié)： 采用Y-減壓起動，設備簡單、經(jīng)濟，可頻繁操作。2、時間繼電器自動控制的Y-降壓起動電路注意：時間繼電器的動作。時間繼電器經(jīng)過一定延時后，其延時常閉觸頭打開，切斷KMY控制電路，最終使電動機接成接到電網(wǎng)上運行，完成了整個起動過程。3、 自耦變壓器降壓起動控制電路（略）（四） 三相異步電動機的制動控制1、 單向反接制動控制電路（1）、原理：反接制動的關鍵在于電動機電源相序的改變，且當轉(zhuǎn)速下降接近于零時，能自動將電源切除。為此采用了速度繼電器SR(KS)來檢測電動機的速度變化。（2）、控制過程：起動時，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1通電并自鎖，電

17、動機M通電運行。電動機正常運轉(zhuǎn)時，速度繼電器KS的常開觸頭閉合，為反接制動作好準備。停車時，按下停止按鈕SB1，KM1線圈斷電，電動機M脫離電源，由于此時電動機的慣性，轉(zhuǎn)速仍較高，KS的常開觸頭仍處于閉合狀態(tài)，所以SB1常開觸頭閉合時，反接制動接觸器KM2線圈得電并自鎖，其主觸頭閉合，使電動機得到相序相反的三相交流電源，進入反接制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速迅速下降。當轉(zhuǎn)速接近于零時，速度繼電器常開觸頭復位，接觸器KM2線圈斷電，反接制動結(jié)束。2、 能耗制動控制電路能耗制動原理：電動機脫離三相交流電源后，給定子繞組加一直流電源，以產(chǎn)生靜止磁場，起阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的作用，達到制動的目的。（1） 單向運行能耗制動控制

18、電路1時間原則控制：利用時間繼電器KT實現(xiàn)（詳見相關教材）2速度原則控制：依靠速度繼電器SR（KS）實現(xiàn)控制控制原理：電動機在剛剛脫離三相交流電源時，由于電動機轉(zhuǎn)子的慣性，速度仍很高，速度繼電器SR的常開觸頭仍然處于閉合狀態(tài)，所以接觸器KM2線圈能夠依靠SBl按鈕的按下通電自鎖。于是，兩相定子繞組獲得直流電源，電動機進入能耗制動。當電動機轉(zhuǎn)子的慣性速度接近零時，SR常開觸頭復位，接觸器KM2線圈斷電而釋放，能耗制動結(jié)束。三相異步電動機的保護控制1、 短路保護常用的短路保護電器是熔斷器和自動空氣斷路器。2 、 過載保護常用的過載保護元件是熱繼電器。由于熱慣性的原因，熱繼電器不會受到電動機短時過載沖擊電流的影響而瞬時動作，所以在使用熱繼電器作過載保護的同時，還必須有短路保護，并且選做短