電動(dòng)機(jī)及其基本控制電路

教育部高職高專規(guī)劃教材

電工電子技術(shù)

陳小虎主編

（多學(xué)時(shí)）常用低壓控制電器與應(yīng)用第三部分電工電子技術(shù)

低壓電器基本控制電路以電動(dòng)機(jī)控制電路為主。所謂電動(dòng)機(jī)控制電路，就是利用各種低壓電器組成的，能控制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等作用的電路。電動(dòng)機(jī)及其基本控制電路第10章第三部分常用低壓控制電器與應(yīng)用

第10章電動(dòng)機(jī)及其基本控制電路10.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理10.3

具有熱過載保護(hù)的控制電路10.4

接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路

第三部分常用低壓控制電器與應(yīng)用10.5

接觸器與按鈕復(fù)合聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，電動(dòng)機(jī)的基本控制電路三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理第10章電動(dòng)機(jī)及其基本控制電路三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及其工作原理，電動(dòng)機(jī)的基本控制電路主要內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容：難點(diǎn)內(nèi)容：10.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)概述

三相異步電動(dòng)機(jī)主要包含兩部分：靜止不動(dòng)的定子和可以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子之間隔著一層很小的空氣隙。圖3.10.1三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)10.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、定子

定子由機(jī)座（外殼）、定子鐵心和定子繞組組成。

機(jī)座（外殼）：由鑄鐵或鑄鋼制成，用以支撐定子鐵心。

定子鐵心:是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，為了減小渦流損失和磁滯損失，鐵心由互相絕緣的硅鋼片疊成，內(nèi)圓周表面沖有槽，用以放置定子繞組。

定子繞組：是結(jié)構(gòu)對(duì)稱的三相繞組，由許多線圈連接而成，線圈用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞制。定子繞組是定子的電路部分。圖3.10.2未裝繞組的異步電動(dòng)機(jī)定子10.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。

轉(zhuǎn)子鐵心：是圓柱形的，由硅鋼片疊成，固定在轉(zhuǎn)軸上。鐵心外圓周上有均勻分布的槽，槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。

轉(zhuǎn)子繞組：按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同，異步電動(dòng)機(jī)可分為鼠籠式和繞線式兩種。10.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子

鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是由銅條通過銅環(huán)組成的閉合導(dǎo)體，形似鼠籠。

圖3.10.3鼠籠式轉(zhuǎn)子10.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子

繞線式轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相似，通常接成星形。圖3.10.4繞線式轉(zhuǎn)子10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理原理概述

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入三相電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的先決條件是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。先決條件10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理一、定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圖3.10.5簡(jiǎn)化的三相定子繞組說明：為了便于分析，以簡(jiǎn)化的三相定子繞組說明。10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理圖3.10.6定子繞組中的三相電流規(guī)定：電流的參考方向是從線圈的首端指向末端。設(shè)以L1相電流i1為參考量則三相電流表示為一、定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理圖3.10.7由三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分析：在不同瞬間由三相電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的特點(diǎn)。一、定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理結(jié)論

三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的三相電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是隨著電流的變化在空間不斷旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)具有一對(duì)磁極（磁極對(duì)數(shù)p=1）的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一、定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

三相電流變化一個(gè)周期T（即變化360°電角度），合成磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周。10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

設(shè)三相電流的頻率為f，表明三相電流每秒鐘交變的周期數(shù)為f二、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速故旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速

若設(shè)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為四極（磁極對(duì)數(shù)p=2），則電流變化一個(gè)周期，合成磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)180°，其轉(zhuǎn)速為

三相電流變化一個(gè)周期T（即變化360°電角度），定子合成磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周。10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

二、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速結(jié)論p對(duì)磁極的異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為

表明旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0取決于電源頻率和電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速亦稱同步轉(zhuǎn)速。10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

三、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與三相繞組中的電流相序有關(guān)。

L1、L2、L3三相定子繞組通入三相電流i1、i2、i3，其旋轉(zhuǎn)方向與電流相序（L1-L2-L3）一致，為順時(shí)針方向。圖3.10.7由三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

三、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與三相繞組中的電流相序有關(guān)。圖3.10.8旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反向旋轉(zhuǎn)

若要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，可將定子繞組與三相電源連接的三根導(dǎo)線中的任意兩根對(duì)調(diào)位置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)則按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

四、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)原理

轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，其轉(zhuǎn)速用n表示。圖3.10.9轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理圖

轉(zhuǎn)速n總是小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n0。為什么？小常識(shí)異步電動(dòng)機(jī)名稱的由來？感應(yīng)電動(dòng)機(jī)名稱的由來？10.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

四、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)原理轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速n0的比值，用s表示。轉(zhuǎn)差：同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的差值。轉(zhuǎn)差率s是描繪異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的一個(gè)重要物理量?；蛟陔妱?dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，n=0，s=1，轉(zhuǎn)差率最大；空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n最高，轉(zhuǎn)差率最小，s＜0.5%；額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速較空載轉(zhuǎn)速要低，sN大約為1%

~6%。10.3

具有熱過載保護(hù)的控制電路一、用途

為了保證電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行，除了對(duì)其加裝失壓、欠壓保護(hù)之外，還要加裝專門的過載保護(hù)（熱保護(hù)）裝置。應(yīng)用最廣泛的是熱繼電器式保護(hù)。其正轉(zhuǎn)控制電路如左圖。圖3.10.10具有過載保護(hù)的正轉(zhuǎn)控制電路10.3

具有熱過載保護(hù)的控制電路二、工作原理

圖中FR為熱繼電器，其熱元件串接在電動(dòng)機(jī)的主線路中，常閉觸點(diǎn)串在控制電路中。圖3.10.10具有過載保護(hù)的正轉(zhuǎn)控制電路問題：熱繼電器是如何實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)的？熱元件

常閉觸點(diǎn)10.3

具有熱過載保護(hù)的控制電路二、工作原理

圖中按鈕SB1和SB2構(gòu)成了具有自鎖功能的正轉(zhuǎn)控制電路。圖3.10.10具有過載保護(hù)的自鎖控制電路何為自鎖？10.3

具有熱過載保護(hù)的控制電路二、工作原理合上開關(guān)QS，控制過程如下：按SB1KM線圈斷電KM主觸頭斷開M停轉(zhuǎn)松SB2按SB2KM線圈通電KM主觸頭閉合起動(dòng)MKM自鎖觸頭閉合靠KM自鎖觸頭保持M持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10.4

接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路一、用途

對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，在生產(chǎn)實(shí)際中可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的正反兩個(gè)方向運(yùn)行，具有可逆性。二、工作原理

完成正反轉(zhuǎn)可逆控制只要將電動(dòng)機(jī)三相電源進(jìn)線中的任意兩根對(duì)調(diào)，就可達(dá)到反轉(zhuǎn)控制的目的。（1）接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路（2）按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路10.4

接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路二、工作原理（1）接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路圖3.10.11接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路圖中采用兩個(gè)接觸器，正轉(zhuǎn)用KM1，反轉(zhuǎn)用KM2。KM1主觸頭接通時(shí)，三相電源相序按L1-L2-L3接入電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)。KM2主觸頭接通時(shí)，三相電源相序按L3-L2-L1接入電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。10.4

接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路二、工作原理（1）接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路圖3.10.11接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路控制要求：KM1和KM2不能同時(shí)接通。實(shí)現(xiàn)方案：在KM1、KM2線圈支路相互串聯(lián)了對(duì)方的一副動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)，使其實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖或互鎖。

聯(lián)鎖觸頭10.4

接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路二、工作原理（1）接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路合上開關(guān)QS，動(dòng)作原理和動(dòng)作過程如下正轉(zhuǎn)控制過程：按SB2KM1線圈通電KM1主觸頭閉合電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)KM1聯(lián)鎖觸頭斷開，起聯(lián)鎖作用，防止可能的誤動(dòng)作KM1自鎖觸頭閉合反轉(zhuǎn)控制過程：先按SB1KM1線圈斷電KM1主觸頭斷開KM1自鎖觸頭斷開電動(dòng)機(jī)M斷電KM1聯(lián)鎖觸頭閉合再按SB3KM2線圈通電KM2主觸頭閉合KM2自鎖觸頭閉合KM2聯(lián)鎖觸頭斷開電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)10.4

接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路二、工作原理（1）接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路缺點(diǎn)：操作不方便，改變方向時(shí)必須先按SB1，再按SB3才行。10.4

接觸器聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路二、工作原理（2）按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路圖3.10.12按鈕聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路其接線與圖3.10.11