項(xiàng)目4 交流電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用

項(xiàng)目4交流電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用項(xiàng)目4交流電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用任務(wù)分析3相關(guān)知識(shí)4任務(wù)實(shí)施5歸納總結(jié)6學(xué)習(xí)目標(biāo)1任務(wù)提出2學(xué)習(xí)目標(biāo)(1)了解三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，理解轉(zhuǎn)動(dòng)原理、機(jī)械特性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，掌握啟動(dòng)和反轉(zhuǎn)的方法，理解調(diào)速和制動(dòng)的方法及原理。(2)理解三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)的意義。(3)了解單相異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造、原理、特性和用途。電動(dòng)機(jī)是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁裝置，用作能量轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)稱為動(dòng)力電動(dòng)機(jī)。用作信號(hào)轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)稱為控制電動(dòng)機(jī)。在動(dòng)力電動(dòng)機(jī)中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的稱為發(fā)電機(jī)；將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的稱為電動(dòng)機(jī)。學(xué)習(xí)目標(biāo)與其他電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離操縱，簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，因而獲得了極為廣泛的應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)中以三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣，異步電動(dòng)機(jī)的總?cè)萘考s占各種電動(dòng)機(jī)總?cè)萘康?5%左右。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器相似，都是利用電磁現(xiàn)象進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。其主要區(qū)別在于“動(dòng)”和“靜”，在學(xué)習(xí)過程中注意加以對(duì)照。任務(wù)提出

汽車發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，其功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(怠速以上)，向所有用電設(shè)備(起動(dòng)機(jī)除外)供電，同時(shí)向蓄電池充電。那么汽車發(fā)電機(jī)如何組成？如何拆裝呢？任務(wù)分析

汽車發(fā)電機(jī)隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步，汽車的用電量越來越高。汽車用發(fā)電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，由于交流發(fā)電機(jī)在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)已被淘汰，目前所有汽車均采用交流發(fā)電機(jī)。我們就需要掌握交流電機(jī)的相關(guān)知識(shí)。相關(guān)知識(shí)任務(wù)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)任務(wù)4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理任務(wù)4.3常用控制電器任務(wù)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性任務(wù)4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行任務(wù)4.6三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路任務(wù)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，這兩部分之間由氣隙隔開。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，分為籠型和繞線型兩種。如圖4-1所示為三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。圖4-1三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-軸承；2-前端蓋；3-轉(zhuǎn)軸；4-接線盒；5-吊環(huán)；6-定子鐵心；7-轉(zhuǎn)子；8-定子繞組；9-機(jī)座；10-后端蓋；11-風(fēng)罩；12-風(fēng)扇

任務(wù)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子是由機(jī)殼(包括機(jī)座和端蓋)、定子鐵芯和定子繞組3部分組成。定子的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子構(gòu)成磁的通路。1定子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組3部分組成。轉(zhuǎn)子在電磁力作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

氣隙、定子鐵芯、轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成電動(dòng)機(jī)完整的磁路部分。2轉(zhuǎn)子相關(guān)知識(shí)任務(wù)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)任務(wù)4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理任務(wù)4.3常用控制電器任務(wù)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性任務(wù)4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行任務(wù)4.6三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路任務(wù)4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的概念1三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理24.2.1.1三相繞組通過三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圖4-2三相繞組通過三相交流電流產(chǎn)生的兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(a)簡(jiǎn)化的三相繞組分布圖；(b)按星形連接的三相繞組接通三相電源；(c)三相對(duì)稱電流的波形圖；(d)二極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)4.2.1.1三相繞組通過三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將一組三相繞組沿鐵芯內(nèi)圓表面均勻分布，各相繞組互差120°，三相繞組的尾端U2、V2、W2接成星形聯(lián)結(jié)，U1、V1、W1接電源，如圖4-2(a)、(b)所示。繞組通過交流電流，電流的波形如圖4-2(c)所示。U相電流先達(dá)到最大值，經(jīng)過T/3的時(shí)間，V相達(dá)到最大值，再經(jīng)過T/3的時(shí)間，W相達(dá)到最大值。設(shè)定達(dá)到正的最大值的一相電流(U相)是從首端(U1)流進(jìn)(用符號(hào)表示)，尾端(U2)流出(用符號(hào)⊙表示)，其他兩相(V、W)均為負(fù)的1/2最大值，電流是從尾端流進(jìn)，首端流出，如圖4-2(d)所示4.2.1.1三相繞組通過三相交流電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按照右手螺旋定則可畫出磁力線方向(即磁場(chǎng)方向)；經(jīng)過T/3時(shí)間，V相達(dá)到最大值，電流從V1端流進(jìn)，V2端流出。其他兩相與之相反，畫出磁力線與U相達(dá)最大值時(shí)比較，磁場(chǎng)沿U、V、W的方向旋轉(zhuǎn)120°；電流經(jīng)過T/3的時(shí)間，W相達(dá)到最大值，電流從W1端流進(jìn)，W2端流出，其他兩相與之相反，畫出磁力線與V相達(dá)最大值時(shí)比較，磁場(chǎng)沿U、V、W的方向又旋轉(zhuǎn)了120°；再經(jīng)過T/3的時(shí)間，又重復(fù)了前面分析的狀態(tài)。一相繞組通過一相交流電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，就像一個(gè)兩極圓形磁鐵的空間旋轉(zhuǎn)一樣。4.2.1.2兩組三相線圈通過三相交流電流產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圖4-3三相繞組通過三相交流電流產(chǎn)生的四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(a)簡(jiǎn)化的三相繞組分布圖；(b)按星形連接的三相繞組接通三相電源；(c)三相對(duì)稱電流的波形圖；(d)四極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

4.2.1.2兩組三相線圈通過三相交流電流產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將兩組三相線圈按照每組三相線圈沿鐵芯內(nèi)圓表面占1/2均勻分布，各相線圈互差60°，如圖4-3(a)所示。同一相的兩個(gè)線圈串聯(lián)連接，如圖4-3(b)所示。當(dāng)U相電流達(dá)到正的最大值時(shí)，電流從U1、U2端流入，

U1′、U2′端流出，V、W相電流均為負(fù)的量1/2最大值，電流方向與U相相反，按照右手螺旋定則畫出的磁場(chǎng)是一個(gè)四極磁場(chǎng)(磁極對(duì)數(shù)p=2)；經(jīng)過T/3時(shí)間，V相達(dá)到正的最大值，電流從V1、V2端流入，

V1′、V2′端流出，其他兩相均達(dá)到負(fù)的1/2最大值，電流方向與V相相反，畫出磁力線與U相電流達(dá)最大值時(shí)相比較，磁場(chǎng)沿著U-V相序方向旋轉(zhuǎn)了60°；再經(jīng)過T/3的時(shí)間，W相電流又達(dá)到正的最大值，所得的結(jié)果是磁場(chǎng)沿著U-V-W相序方向又旋轉(zhuǎn)了60°，如圖4-3(c)、(d)所示。再經(jīng)過T/3的時(shí)間，又重復(fù)了前面的分析狀態(tài)。4.2.1.3三相繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的基本規(guī)律根據(jù)上述分析，可以歸納三相繞組通過三相交流電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的規(guī)律：(1)

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)與每一相的繞組數(shù)有關(guān)(2)

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速用n1表示，稱為同步轉(zhuǎn)速，與交流電的頻率f成正比，與繞組的磁極對(duì)數(shù)成反比，即 n1=60f/p(3)由右手螺旋定則判定磁場(chǎng)的方向，總是與達(dá)到正的最大值的那一相繞組軸線的方向是一致的。(4)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向取決于繞組中電流的方向。因此，要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，只要改變電流的相序即可。4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖4-4所示。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組，通入三相對(duì)稱交流電流，便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，即n1=60f/p。圖4-4三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

轉(zhuǎn)子有一閉合繞組，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中便產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即有感應(yīng)電流流過。轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手螺旋定則確定，若略去轉(zhuǎn)子繞組電抗，則感應(yīng)電勢(shì)的方向即是感應(yīng)電流的方向。轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電磁力F，電磁力的方向用左手螺旋定則判定。電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。工作原理4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同，但兩者的轉(zhuǎn)速不相同。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，用n表示。n總是小于n1，因?yàn)閚與n1如果相同，轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組中就不會(huì)感應(yīng)出電勢(shì)和電流，這樣轉(zhuǎn)子不會(huì)受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用，當(dāng)然不會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。n不會(huì)大于n1，否則電動(dòng)機(jī)將變成發(fā)電機(jī)運(yùn)行。由此可見，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n總是和同步轉(zhuǎn)速n1存在一定差別，“異步”因而得名。n和n1的差異是異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1的差異引出了轉(zhuǎn)差率的概念，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1之差(△n=n－n1)稱為轉(zhuǎn)差；轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用S表示，即

S=(n－n1)/n1 (4-2)相關(guān)知識(shí)任務(wù)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)任務(wù)4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理任務(wù)4.3常用控制電器任務(wù)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性任務(wù)4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行任務(wù)4.6三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路任務(wù)4.3常用控制電器控制電器是指對(duì)電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械實(shí)現(xiàn)保護(hù)和控制作用的電工設(shè)備。它分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種，前者是由運(yùn)行人員用手直接操作來進(jìn)行切換的，如刀開關(guān)、按鈕等；后者是指在完成接通、斷開、啟動(dòng)、反向和停止等動(dòng)作是自動(dòng)進(jìn)行的，如接觸器、繼電器等。下面對(duì)幾種常用控制電器作簡(jiǎn)要介紹。4.3.1刀開關(guān)4.3.3按鈕4.3.5熔斷器4.3.2組合開關(guān)4.3.4空氣斷路器4.3.6交流接觸器4.3.8中間繼電器4.3.7熱繼電器4.3.1刀開關(guān)低壓刀開關(guān)又稱閘刀開關(guān)，是一種用來接通或切斷電路的手動(dòng)低壓開關(guān)。用低壓刀開關(guān)來接通和切斷電路的時(shí)候，在刀刃和夾座之間會(huì)產(chǎn)生電弧。電路的電壓越高，電流越大，電弧就越大。電弧會(huì)燒壞閘刀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)傷人。所以低壓刀開關(guān)一般用于電流在500A以下，電壓在1500V以下的不常開閉的線路中。低壓刀開關(guān)的種類很多，常用的有開啟式負(fù)荷開關(guān)、鐵殼開關(guān)和板形刀開關(guān)。開啟式負(fù)荷開關(guān)就是通常所說的膠木閘刀開關(guān)，其結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如圖4-5所示。圖4-5

KH系列閘刀開關(guān)及圖形符號(hào)4.3.2組合開關(guān)組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，它的結(jié)構(gòu)與上述刀開關(guān)不同，通過驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)觸頭的閉合與分?jǐn)?，也是一種手動(dòng)控制開關(guān)。轉(zhuǎn)換開關(guān)通斷能力較低，一般用于小容量電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制及機(jī)床照明控制電路中。它結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、操作方便。如圖4-6所示為HZ10-10/3型轉(zhuǎn)換開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖及圖形符號(hào)。它有三對(duì)靜觸片，分別裝在三層絕緣墊板上，并分別與接線柱相連，以便和電源、用電設(shè)備相接。圖4-6

HZ10-10/3組合開關(guān)及圖形符號(hào)4.3.3按鈕控制按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用廣泛的手動(dòng)主令電器，它可以與接觸器或繼電器配合，對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的自動(dòng)控制，用于實(shí)現(xiàn)控制線路的電氣聯(lián)鎖。如圖4-7所示，控制按鈕由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點(diǎn)和外殼等組成，通常做成復(fù)合式，即具有常閉觸點(diǎn)和常開觸點(diǎn)。圖4-7按鈕結(jié)構(gòu)示意圖1－按鈕帽；2－復(fù)位彈簧；3－動(dòng)觸點(diǎn)；4－常開靜觸點(diǎn)；5－常閉靜觸點(diǎn)；按鈕觸點(diǎn)的接觸面積比較小，其額定電流一般只有5A

4.3.4空氣斷路器空氣斷路器也稱為自動(dòng)空氣開關(guān)，可用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可用來控制不頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。它功能相當(dāng)于閘刀開關(guān)、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護(hù)器等電器部分或全部的功能總和，是低壓配電網(wǎng)中一種重要的保護(hù)電器。空氣斷路器由操作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、保護(hù)裝置(各種脫扣器)、滅弧系統(tǒng)等組成，如圖4-8所示。圖4-8空氣斷路器工作原理圖4.3.5熔斷器熔斷器是一種簡(jiǎn)單而有效的保護(hù)電器，在電路中主要起過載和短路保護(hù)作用。保險(xiǎn)絲就是一種最簡(jiǎn)單的熔斷器。熔斷器主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(絕緣座)組成。使用時(shí)，熔體串接于被保護(hù)的電路中，當(dāng)電路發(fā)生短路故障時(shí)，熔體被瞬時(shí)熔斷而分?jǐn)嚯娐?，起到保護(hù)作用。熔斷器種類很多，常用的有3種：插入式熔斷器、螺旋式熔斷器和封閉管式熔斷器，如圖4-9所示。熔斷器的選用，除了根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式外，主要是選擇熔體的額定電流。4.3.5熔斷器圖4-9熔斷器(a)管式；(b)插式；(c)螺旋式4.3.5熔斷器熔體的額定電流可按以下方法選擇。保護(hù)無啟動(dòng)過程的平穩(wěn)負(fù)載，如照明線路、電阻、電爐等，熔體額定電流略大于或等于負(fù)荷電路中的額定電流。1保護(hù)單臺(tái)長(zhǎng)期工作的電動(dòng)機(jī)熔體電流可按最大啟動(dòng)電流選取，也可按下式選取

IRN≥(1.5～2.5)IN (4-3)2保護(hù)多臺(tái)長(zhǎng)期工作的電動(dòng)機(jī)(供電干線)

IRN≥(1.5～2.5)INmax+ΣIN (4-4)34.3.6交流接觸器接觸器是一種用來頻繁地接通或切斷負(fù)載主電路和大容量控制電路、便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制的自動(dòng)切換電器。一般情況下接觸器是用按鈕操作的，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中也可用繼電器、限位開關(guān)或其他控制元件組成自動(dòng)控制電路以實(shí)現(xiàn)控制。接觸器除前述功能外，還具有失壓或欠壓保護(hù)作用。接觸器按其所控制的電流種類劃分為交流和直流兩種，交流接觸器主要用于工頻50Hz和60Hz的電路。無論是交流還是直流接觸器，它們主要由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置等組成，如圖4-10所示。4.3.6交流接觸器圖4-10

CJ系列交流接觸器(a)外形和結(jié)構(gòu)；(b)線圈與觸頭的電氣符號(hào)1-滅弧罩；2-觸頭壓力彈簧片；3-主觸頭；4-反作用彈簧；5-線圈；6-短路環(huán)；7-靜鐵芯；8-緩沖彈簧；9-動(dòng)鐵芯；10-輔助常開觸頭；11-輔助常閉觸頭

4.3.7熱繼電器熱繼電器是一種應(yīng)用廣泛的保護(hù)性低壓控制電器。它是利用電流通過熱元件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)反時(shí)限動(dòng)作電器，如圖4-11所示。當(dāng)負(fù)載電流超過允許值時(shí)，反映被保護(hù)設(shè)備工作狀態(tài)的熱繼電器便會(huì)動(dòng)作、切斷電路，從而對(duì)電氣設(shè)備起過負(fù)荷保護(hù)作用。此外，它也可以對(duì)其他電氣設(shè)備的發(fā)熱狀態(tài)進(jìn)行控制。圖4-11熱繼電器(a)外形；(b)電氣符號(hào)4.3.7熱繼電器熱繼電器按動(dòng)作原理可分為以下兩種。選用熱繼電器時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)載(電動(dòng)機(jī))的額定電流來確定其型號(hào)和加熱元件的電流等級(jí)。(1)雙金屬片式利用兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬(常為錳鎳與銅板)軋制成雙金屬片，受熱后發(fā)生彎曲，從而推動(dòng)機(jī)構(gòu)使觸頭閉合進(jìn)而切斷電路。(2)熱敏電阻式它是利用某種材料的電阻值隨溫度變化的物理性能而制成的。4.3.8中間繼電器選用中間繼電器時(shí)，主要根據(jù)控制電路的電壓和控制的需要來選擇線圈額定電壓等級(jí)和觸點(diǎn)(動(dòng)合和動(dòng)斷)數(shù)目。中間繼電器的結(jié)構(gòu)與動(dòng)作原理與交流接觸器相似，都是由電磁系統(tǒng)和觸點(diǎn)系統(tǒng)組成，所不同的是其容量小些，觸點(diǎn)數(shù)多些(可多達(dá)8對(duì))，它也有動(dòng)合和動(dòng)斷觸點(diǎn)，但沒有主、輔觸點(diǎn)之分，也沒有滅弧裝置。在繼電—接觸器控制電路中，為解決接觸器觸點(diǎn)少的矛盾，而采用觸點(diǎn)多、容量相對(duì)較大的中間繼電器，用它作為中間環(huán)節(jié)，用以信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換，或同時(shí)控制多個(gè)電路，對(duì)小容量電動(dòng)機(jī)(額定電流小于5A)也可代替接觸器作為接通和切斷電源用。相關(guān)知識(shí)任務(wù)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)任務(wù)4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理任務(wù)4.3常用控制電器任務(wù)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性任務(wù)4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行任務(wù)4.6三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路任務(wù)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)差率特性(轉(zhuǎn)矩特性)T=f(s)只是間接反映了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，使用不便，電力拖動(dòng)中往往采用電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系曲線n=f(T)，即所謂異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。任務(wù)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如果定子電壓和頻率都保持為額定值，而且若是繞線式異步電動(dòng)機(jī)，則其轉(zhuǎn)子電路中不另外串聯(lián)電阻或電抗，這時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性稱為固有轉(zhuǎn)矩特性和固有機(jī)械特性，簡(jiǎn)稱固有特性，否則稱為人為特性。4.4.1固有特性4.4.2人為特性4.4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)4.4.1固有特性電動(dòng)機(jī)制成之后，同步轉(zhuǎn)速n1=60f1/p在給定頻率下是個(gè)定值，因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)差率S之間存在簡(jiǎn)單的數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系為根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系可由T=f(s)的轉(zhuǎn)矩特性直接獲得電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線n=f(T)，只須將曲線T=f(s)的橫軸S坐標(biāo)換為對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n，繼而將整個(gè)坐標(biāo)系連同曲線順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°即可。三相異步電動(dòng)機(jī)的固有特性如圖4-12所示。在轉(zhuǎn)矩特性的OM段和機(jī)械特性的n1M段，S增加時(shí)，T增加，n減小；在轉(zhuǎn)矩特性的MS段和機(jī)械特性的MS段，S增加時(shí)，T減小，n減小。4.4.1固有特性圖4-12三相異步電動(dòng)機(jī)的固有特性4.4.1固有特性因有特性上的N、M和S三個(gè)特殊的工作點(diǎn)代表了三相異步電動(dòng)機(jī)的三個(gè)重要的工作狀態(tài)。4.4.1.1額定狀態(tài)4.4.1.2臨界狀態(tài)4.4.1.3啟動(dòng)狀態(tài)4.4.1.1額定狀態(tài)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作范圍應(yīng)在固有轉(zhuǎn)矩特性的ON和固有機(jī)械特性的n1N段，稱穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，T增大、n減小的機(jī)械特性稱為硬特性。SN為額定轉(zhuǎn)差率；nN為額定轉(zhuǎn)速；TN為額定轉(zhuǎn)矩。實(shí)際選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，而后根據(jù)過載系數(shù)求出電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩，它可由電動(dòng)機(jī)銘牌所標(biāo)的額定輸出功率PN(W)和額定轉(zhuǎn)速nN(轉(zhuǎn)/分)求得。4.4.1.2臨界狀態(tài)這是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩等于最大值時(shí)的狀態(tài)，工作點(diǎn)在特性曲線上的M，這時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩TM稱為最大轉(zhuǎn)矩，SM為臨界轉(zhuǎn)差率，nM為臨界轉(zhuǎn)速。

(X2為轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的電抗)堵轉(zhuǎn)時(shí)，S=1，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度最大，因而電流要比額定電流大得多，時(shí)間一長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)會(huì)嚴(yán)重過熱，甚至燒壞。因此，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩TM和額定轉(zhuǎn)矩TN之比KM稱為過載系數(shù)。它反映了電動(dòng)機(jī)的過載能力。

，Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)

。4.4.1.3啟動(dòng)狀態(tài)這是電動(dòng)機(jī)剛接通電源，轉(zhuǎn)子尚未工作時(shí)的狀態(tài)，工作點(diǎn)在特性曲線上的S點(diǎn)。這時(shí)的轉(zhuǎn)差率S=1，轉(zhuǎn)速n=0，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩TS稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。定子線電流用IS表示，稱為啟動(dòng)電流。啟動(dòng)狀態(tài)說明了電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)能力，因?yàn)橹挥性赥S﹥TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)起來。TS大，電動(dòng)機(jī)才能重載啟動(dòng)；TS小，電動(dòng)機(jī)只能輕載，甚至空載啟動(dòng)。因此，通常用啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS和額定轉(zhuǎn)矩TN的比值來說明異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)能力，用KS表示，即KS=TS/TN直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流遠(yuǎn)大于額定電流，這也是直接啟動(dòng)應(yīng)予以考慮的問題，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流IS與額定電流IN的比值用KI表示，即Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的

。4.4.2人為特性定子電壓降低人為特性1轉(zhuǎn)子電阻增加時(shí)的人為特性24.4.2.1定子電壓降低人為特性由于臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)速與電壓無關(guān)而轉(zhuǎn)矩是正比于電壓的平方的，因此電壓降低后的人為特性如圖4-13所示。圖4-13電壓降低后的人為特性4.4.2.2轉(zhuǎn)子電阻增加時(shí)的人為特性由于臨界轉(zhuǎn)差率Sm正比于轉(zhuǎn)子電阻R2，(Sm=R2/X20)最大轉(zhuǎn)矩TM卻與轉(zhuǎn)子電阻R2無關(guān)。因此，繞線式異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子電路中串入電阻時(shí)的人為特性如圖4-14所示，轉(zhuǎn)子電阻增加后，TS的大小則與R2和X2的相對(duì)大小有關(guān)。(1)當(dāng)R2<X2時(shí)，SM<1，R2增大，TS增大。(2)當(dāng)R2=X2時(shí)，SM=1，TS=TM，此時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大。(3)當(dāng)R2>X2時(shí)，SM>1，R2增加時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS減小。圖4-14轉(zhuǎn)子電阻增加時(shí)的人為特性4.4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的銘牌是選擇及正確使用電動(dòng)機(jī)的依據(jù)，要能明了銘牌各項(xiàng)數(shù)據(jù)的意義。型號(hào)表示電動(dòng)機(jī)的種類和形式。注意“-”后最后一位數(shù)據(jù)為磁極數(shù)，不是磁極對(duì)數(shù)。1型號(hào)額定功率指在額定運(yùn)行狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，記為

或

，它不是電動(dòng)機(jī)從電源吸收的電功率

，額定功率又稱容量，單位為kW。2額定功率PN

4.4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，定子三相繞組所接線電壓，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，定子繞組外接線電壓不得超過額定值的5%。1)電壓過低2)電壓過高3)額定電流IN4)額定頻率fN

5)額定轉(zhuǎn)速nN

6)額定功率因數(shù)λN

7)絕緣等級(jí)IN繞線式異步電動(dòng)機(jī)的銘牌上，除了上述額定數(shù)據(jù)外，還標(biāo)有轉(zhuǎn)子繞組的額定電流和轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的額定線電壓。除銘牌數(shù)據(jù)外，還有ηN，KM，KS和KI等都是電動(dòng)機(jī)的重要技術(shù)數(shù)據(jù)，它們可以從產(chǎn)品目錄或電工手冊(cè)中查到。3額定電壓UN相關(guān)知識(shí)任務(wù)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)任務(wù)4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理任務(wù)4.3常用控制電器任務(wù)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性任務(wù)4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行任務(wù)4.6三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路任務(wù)4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行

電動(dòng)機(jī)接通電源后，由靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行的過程稱為啟動(dòng)過程，三相異步電動(dòng)機(jī)有多種起步方法。在選擇何種起步方法時(shí)，要考慮啟動(dòng)性能。異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能包括啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)可靠性等。其中人們最關(guān)注的是啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。任務(wù)4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)際生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)往往要經(jīng)常啟動(dòng)，停車。其啟動(dòng)性能的影響就不容忽視。1要有足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。TS必須大于TL

，電動(dòng)機(jī)才能拖動(dòng)負(fù)載一起啟動(dòng)，而且兩者差值越大，啟動(dòng)過程所需時(shí)間就越少，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩過小時(shí)，勢(shì)必延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間或根本無法啟動(dòng)。2需要限制啟動(dòng)電流，因?yàn)镮S遠(yuǎn)大于IN，頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，大的啟動(dòng)電流所產(chǎn)生熱量會(huì)積累而導(dǎo)致溫升過高，大的啟動(dòng)電流會(huì)引起線路電壓跌落而影響周圍其他用電設(shè)備的正常工作，而且會(huì)延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)本身的啟動(dòng)時(shí)間。4.5.1籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)一般情況下總希望啟動(dòng)電流小些，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大些，故必須選擇適當(dāng)?shù)膯?dòng)方法。4.5.1.2減壓?jiǎn)?dòng)若電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流過大或電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁，為減小啟動(dòng)電流常采用降壓?jiǎn)?dòng)，降壓?jiǎn)?dòng)在減小啟動(dòng)電流的同時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩顯著減小，故只用于輕載或空載啟動(dòng)，待啟動(dòng)結(jié)束后，再恢復(fù)全壓運(yùn)轉(zhuǎn)。1．Y-△換接啟動(dòng)2．自耦減壓?jiǎn)?dòng)4.5.1.1直接(全壓)啟動(dòng)直接啟動(dòng)就是將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接加上額定電壓?jiǎn)?dòng)。此法簡(jiǎn)便，啟動(dòng)迅速，無須專用的啟動(dòng)設(shè)備，是小型籠式異步電動(dòng)機(jī)常用的啟動(dòng)方法。1．Y-△換接啟動(dòng)正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接法的電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)將定子繞組改接為星形，啟動(dòng)后再還原為三角形，則啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均為三角形啟動(dòng)時(shí)的1/3。設(shè)定子繞組在啟動(dòng)時(shí)(n=0，S=1)各相等效阻抗為Z。Y-△啟動(dòng)(定子繞組接成星形)與直接啟動(dòng)(定子繞組接成三角形)相比較，設(shè)電源電壓為

則有定子線電壓定子相電壓1．Y-△換接啟動(dòng)啟動(dòng)相電流啟動(dòng)線電流啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Y-△換接啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，動(dòng)作可靠，故獲得廣泛應(yīng)用。2．自耦減壓?jiǎn)?dòng)自耦減壓?jiǎn)?dòng)又稱自耦變壓器啟動(dòng)或補(bǔ)償器啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方法既適用于正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)結(jié)成三角形的電動(dòng)機(jī)，也適用于聯(lián)結(jié)成星形的電動(dòng)機(jī)。正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為星形接法的異步電動(dòng)機(jī)，可利用三相自耦變壓器在啟動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)的定子電壓(外接電源電壓)降低，啟動(dòng)后再切除自耦變壓器，將電壓恢復(fù)到額定值。如果三相自耦變壓器Tr，每相繞組備有一個(gè)或多個(gè)抽頭，每個(gè)抽頭的降壓比為

，自耦變壓器啟動(dòng)下標(biāo)a、b代表直接啟動(dòng)。定子線電壓2．自耦減壓?jiǎn)?dòng)定子相電壓電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)相電流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)線電流電流供給線電流啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩4.5.2繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子回路串接適當(dāng)?shù)娜鄬?duì)稱電阻，既能限制啟動(dòng)電流，又能增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且能使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)結(jié)束后，可以切除外串電阻，電動(dòng)機(jī)的效率不受影響。對(duì)于重載和頻繁啟動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)難以滿足要求時(shí)，才選用三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)?，繞線式異步電動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)相比較，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制維護(hù)較困難，制造成本較高，價(jià)格較貴。轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻啟動(dòng)1轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)變阻器頻敏啟動(dòng)24.5.2.1轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻啟動(dòng)對(duì)繞線式電動(dòng)機(jī)可在轉(zhuǎn)子每相繞組中串入適當(dāng)大小的相同電阻(稱啟動(dòng)電阻)進(jìn)行啟動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速上升逐段切除啟動(dòng)電阻，轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，完全切除啟動(dòng)電阻，直接短接轉(zhuǎn)子各相繞組，投入正常運(yùn)行。(1)其他條件不變，啟動(dòng)電阻的串入將使轉(zhuǎn)子電流減小，從而使定子相電流減小，達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的。(2)由異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可知，適當(dāng)?shù)卮訂?dòng)電阻可使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大。4.5.2.1轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻啟動(dòng)繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻兩極啟動(dòng)接線原理圖及機(jī)械特性如圖4-15所示。在圖4-15(a)中，R為轉(zhuǎn)子串聯(lián)總電阻，R1和R2為分級(jí)啟動(dòng)電阻，1K、2K為開關(guān)。啟動(dòng)前，1K、2K斷開，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)接通三相電源，啟動(dòng)電阻R=R′+R″全部接入轉(zhuǎn)子回路。圖4-15(b)為對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性。圖中T1為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，T2為切換轉(zhuǎn)矩，T1和T2均大于TZ。圖4-15繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分極啟動(dòng)(a)接線原理圖；(b)機(jī)械特性4.5.2.2轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)變阻器頻敏啟動(dòng)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)的三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)接線原理圖如圖4-16所示，啟動(dòng)開始，開關(guān)K斷開，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定值后，開關(guān)K接通，切除頻敏變阻器，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。圖4-16繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)4.5.2.2轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)變阻器頻敏啟動(dòng)頻敏變阻器是一個(gè)三相鐵芯線圈，它的鐵芯由實(shí)心鐵板或鋼板疊成，板的厚度為30～50mm時(shí)，稱為板式鐵芯結(jié)構(gòu)；它的鐵芯由厚壁鋼板制成的鐵芯發(fā)和上下層厚鋼板制成的鐵軛組成時(shí)，稱為發(fā)式鐵芯結(jié)構(gòu)。頻敏變阻器每一相的等值電路圖如圖4-17所示。圖4-17敏頻變阻器的等值電路圖4.5.2.2轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)變阻器頻敏啟動(dòng)圖中忽略了每相繞組的漏阻抗x1，r1為每相繞組的電阻，xp為頻敏變阻器的等值電抗，rp為頻敏變阻器的等值電阻。由于頻敏變阻器的磁密取得較高，鐵芯處于飽和狀態(tài)，勵(lì)磁電流較大，則xp較小；而鐵芯較厚，滯渦流損耗較大，則rp較大。頻敏變阻器的工作原理：轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動(dòng)過程是隨著轉(zhuǎn)子回路頻率

的降低，頻敏變阻器的阻抗

自動(dòng)減小的過程，從而啟動(dòng)過程中，既限制了啟動(dòng)電流，又得到較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。其工作過程如下所述。相關(guān)知識(shí)任務(wù)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)任務(wù)4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理任務(wù)4.3常用控制電器任務(wù)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性任務(wù)4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行任務(wù)4.6三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路任務(wù)4.6三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路由于不同生產(chǎn)機(jī)械的工作性質(zhì)和加工工藝不同，使得它們對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制要求不同。在以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的生產(chǎn)機(jī)械中，要根據(jù)生產(chǎn)過程的要求對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動(dòng)等方面的控制。對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制常要用到開關(guān)、繼電器及接觸器等控制電器組成的控制電路——這種控制電路稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)。任務(wù)4.6三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制電路4.6.1直接啟動(dòng)控制4.6.2行程控制4.6.3時(shí)間控制4.6.4正反轉(zhuǎn)控制電路4.6.5

PLC控制4.6.1直接啟動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)接上電源，轉(zhuǎn)速由零開始增大，直至穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的過程，稱為啟動(dòng)過程。對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的要求是：?jiǎn)?dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)時(shí)間短。異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問題是它在運(yùn)行中的一個(gè)特殊問題。常用的方法有全壓直接啟動(dòng)、自耦減壓?jiǎn)?dòng)、Y-△啟動(dòng)、軟啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)等。下面以鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)為例介紹幾種常用的啟動(dòng)方式。4.6.1直接啟動(dòng)控制1直接啟動(dòng)(全壓?jiǎn)?dòng))2在定子電路串聯(lián)電抗器(或電阻)啟動(dòng)3自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)4星形—三角形聯(lián)結(jié)啟動(dòng)4.6.1.1直接啟動(dòng)(全壓?jiǎn)?dòng))在電網(wǎng)和負(fù)載兩方面都允許全壓直接啟動(dòng)的情況下，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)仍以直接啟動(dòng)為宜。這種啟動(dòng)方法是電動(dòng)機(jī)經(jīng)過開關(guān)或接觸器，將電源電壓直接加在定子繞組上。其接線優(yōu)點(diǎn)是減少設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)，操作簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流大，引起電壓波動(dòng)大。直接啟動(dòng)方法的應(yīng)用，主要受供電變壓器容量的限制。不經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，容量不宜超過變壓器容量的30%；經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，容量不宜超過變壓器容量的20%。4.6.1.2在定子電路串聯(lián)電抗器(或電阻)啟動(dòng)定子電路串聯(lián)電抗器的啟動(dòng)原理接線如圖4-18所示。啟動(dòng)時(shí)，合上開關(guān)K1，并將開關(guān)K2合向“啟動(dòng)”位置，由于啟動(dòng)電流通過電抗器產(chǎn)生電壓降，降低了加在定子繞組上的電壓，從而使啟動(dòng)電流減小。待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將開關(guān)K2合向“運(yùn)行”位置切除電抗器，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)轉(zhuǎn)。利用這種方法啟動(dòng)，如果啟動(dòng)電壓降低為U/K，則啟動(dòng)電流降低為全壓?jiǎn)?dòng)的1/K，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩則降為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/K2。圖4-18定子電路中串聯(lián)電抗器的啟動(dòng)原理接線4.6.1.3自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)簡(jiǎn)稱為減壓?jiǎn)?dòng)，原理接線如圖4-19所示。啟動(dòng)時(shí)合上開關(guān)K1，并將開關(guān)K2合向“啟動(dòng)”位置，使定子繞組與自耦變壓器低壓端接通，降低啟動(dòng)電壓，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將開關(guān)K2合向“運(yùn)行”位置切除自耦變壓器，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行。圖4-19自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)4.6.1.4星形—三角形聯(lián)結(jié)啟動(dòng)正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組作三角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)，可以采用啟動(dòng)時(shí)將繞組換接成星形的方式降低加在繞組上的電壓，啟動(dòng)完畢再換接成三角形的降壓?jiǎn)?dòng)方法，如圖4-20所示。圖4-20星形—三角形換接啟動(dòng)原理接線4.6.2行程控制行程控制，就是當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件到達(dá)一定位置時(shí)采用行程開關(guān)來進(jìn)行控制。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)或位置開關(guān)。它是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。行程開關(guān)的動(dòng)作原理與控制按鈕相似，如圖4-21所示是一種行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4-21行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖4.6.2行程控制如圖4-22所示是用行程開關(guān)來控制工作臺(tái)前進(jìn)與后退的示意圖和控制電路。行程開關(guān)STa和STb分別裝在工作臺(tái)的原位和終點(diǎn)，由裝在工作臺(tái)上的擋塊來撞動(dòng)。工作臺(tái)由電動(dòng)機(jī)M帶動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的主電路和圖4-22(b)是一樣的，控制電路也只是多了行程開關(guān)的三個(gè)觸點(diǎn)。圖4-22用行程開關(guān)控制工作臺(tái)的前進(jìn)與后退(a)示意圖(b)控制電路4.6.3時(shí)間控制時(shí)間控制，就是采用時(shí)間繼電器進(jìn)行延時(shí)控制。例如，電動(dòng)機(jī)的Y-△換接啟動(dòng)，先是Y聯(lián)結(jié)，經(jīng)過一定時(shí)間待轉(zhuǎn)速上升到接近額定值時(shí)換成△聯(lián)結(jié)。這就得用時(shí)間繼電器來控制。在交流電路中常采用空氣式繼電器，如圖4-23所示，它是利用空氣阻尼作用而達(dá)到動(dòng)作延時(shí)的目的。圖4-23通電延時(shí)空氣式繼電器4.6.3時(shí)間控制如圖4-24所示是應(yīng)用時(shí)間繼電器的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)Y-△換接啟動(dòng)控制電路。其中用了圖4-23所示的通電延時(shí)時(shí)間繼電器KT的兩個(gè)觸點(diǎn)：延時(shí)斷開的常閉觸點(diǎn)和瞬時(shí)閉合的常開觸點(diǎn)。KM1、KM2、KM3是三個(gè)交流接觸器。啟動(dòng)時(shí)KM3工作，電動(dòng)機(jī)成Y聯(lián)結(jié)；運(yùn)行時(shí)KM2工作，電動(dòng)機(jī)成△聯(lián)結(jié)。圖4-24三相籠型異步電動(dòng)機(jī)Y-△換接啟動(dòng)控制電路4.6.4正反轉(zhuǎn)控制電路為了實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)原理，只要將接到電源的任意兩根線對(duì)調(diào)一頭即可。為此，只要用兩個(gè)交流接觸器就能實(shí)現(xiàn)這一要求，如圖4-25所示。當(dāng)正轉(zhuǎn)接觸器KMF工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)反接接觸器KMR工作時(shí)，由于調(diào)換了兩根電源線，所以電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。圖4-25用兩個(gè)接觸器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)4.6.4正反轉(zhuǎn)控制電路如果兩個(gè)接觸器同時(shí)工作，由圖4-25可以見到，將有兩根電源線通過它們的主觸點(diǎn)而將電源短路了。所以對(duì)正反轉(zhuǎn)控制控制線路最根本的要求是：必須保證兩個(gè)接觸器不能同時(shí)工作。這種在同一時(shí)間里兩個(gè)接觸器只允許一個(gè)工作的控制作用稱為互鎖或聯(lián)鎖。為確保動(dòng)作可靠，其控制線路具有聯(lián)鎖功能，通常有按鈕聯(lián)鎖、接觸器輔助觸點(diǎn)聯(lián)鎖和由它們共同組合而成的雙重聯(lián)鎖。現(xiàn)分別介紹如下。1、接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路2、按鈕聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路3、接觸器與按鈕復(fù)合聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路4.6.4.1接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路如圖4-26所示的主電路使用兩只交流接觸器KM1和KM2分別接通電動(dòng)機(jī)的正向、反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電源，其中KM2通電時(shí)，是將電源L1、L3兩相對(duì)調(diào)后接入電動(dòng)機(jī)，故能實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)控制。圖4-26電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制線路(接觸器輔助觸點(diǎn)聯(lián)鎖)4.6.4.1接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路控制線路的動(dòng)作過程如下。(1)正向啟動(dòng)合上刀開關(guān)QK，再接下SB1→KM1線圈得電→KM1動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分?jǐn)唷鷮?shí)現(xiàn)聯(lián)鎖；KM1主觸點(diǎn)閉合→電動(dòng)機(jī)M得電正向啟動(dòng)、運(yùn)行；KM1動(dòng)合輔助觸點(diǎn)閉合→實(shí)現(xiàn)自保持。(2)反向啟動(dòng)先按SB3→KM1線圈失電→KM1動(dòng)合輔助觸點(diǎn)復(fù)位→解除自保持；KM1主觸點(diǎn)復(fù)位→電動(dòng)機(jī)斷電停運(yùn)；KM1動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)復(fù)位→解除聯(lián)鎖。再按SB2→KM2線圈得電→KM2動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分?jǐn)唷鷮?shí)現(xiàn)聯(lián)鎖；KM2主觸點(diǎn)閉合→電動(dòng)機(jī)M得電反向啟動(dòng)、運(yùn)行；KM2動(dòng)合輔助觸點(diǎn)閉合→實(shí)現(xiàn)自保持。(3)停車按下SB3→KM線圈失電→KM主觸點(diǎn)復(fù)位→電動(dòng)機(jī)M斷電停車，KM動(dòng)合輔助觸點(diǎn)復(fù)位解除自保持。4.6.4.2按鈕聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路把圖4-27中的正轉(zhuǎn)按鈕SB1和反轉(zhuǎn)按鈕SB2換成兩個(gè)復(fù)合按鈕，并使復(fù)合按鈕的常閉觸點(diǎn)代替接觸器的常閉聯(lián)鎖觸點(diǎn)，就構(gòu)成了按鈕聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路。正反轉(zhuǎn)啟動(dòng)控制線路中的主電路使用兩只交流接觸器KM1和KM2，分別接通電動(dòng)機(jī)的正向、反向運(yùn)轉(zhuǎn)的電源。其中KM2得電時(shí)，將電源的L1、L3兩相對(duì)調(diào)后送入電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)控制。圖4-27電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制線路(按鈕聯(lián)鎖)4.6.4.2按鈕聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路這種線路的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生電源兩相短路故障。所以此線路工作欠安全可靠，在實(shí)際工作中，經(jīng)常采用的是接觸器與按鈕復(fù)合聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路。這種控制線路的工作原理與接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路的工作原理基本相似，只是電動(dòng)機(jī)從正轉(zhuǎn)改變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時(shí)，可直接按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2即可實(shí)現(xiàn)，不必先按停止按鈕SB3。4.6.4.3接觸器與按鈕復(fù)合聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路如圖4-28所示為接觸器與按鈕復(fù)合聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路。其主電路與單聯(lián)鎖線路完全相同，輔助電路實(shí)際是前兩種單聯(lián)鎖線路的組合，具有雙重聯(lián)鎖的正、反向啟動(dòng)控制功能。圖4-28接觸器與按鈕復(fù)合聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路4.6.4.3接觸器與按鈕復(fù)合聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路正向啟動(dòng)。合上刀開關(guān)QK，按下SB1→SB1動(dòng)斷觸點(diǎn)先分?jǐn)唷鷮?shí)現(xiàn)聯(lián)鎖；SB1動(dòng)合觸點(diǎn)閉合→KM1線圈得電→KM1動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分?jǐn)唷鷮?shí)現(xiàn)聯(lián)鎖；KM1動(dòng)合輔助觸點(diǎn)閉合→實(shí)現(xiàn)自保持；KM1主觸點(diǎn)閉合→電動(dòng)機(jī)M得電正向啟動(dòng)、運(yùn)行。1反向啟動(dòng)。按下SB2→SB2動(dòng)斷觸點(diǎn)先分?jǐn)唷鶮Ml線圈失電→KM1動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)復(fù)位→解除聯(lián)鎖，KM1動(dòng)合輔助觸點(diǎn)復(fù)位→解除自保持，KM1主觸點(diǎn)復(fù)位→電動(dòng)機(jī)M失電停運(yùn)；SB2動(dòng)合觸點(diǎn)閉合→KM2線圈得電→KM2動(dòng)合輔助觸點(diǎn)閉合→實(shí)現(xiàn)自保持，KM2主觸點(diǎn)閉合→電動(dòng)機(jī)M得電反向啟動(dòng)、運(yùn)行，KM2動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)分?jǐn)唷鷮?shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。2停車。按下SB3，整個(gè)控制電路失電，主觸點(diǎn)分?jǐn)?，電?dòng)機(jī)M失電停轉(zhuǎn)。34.6.5

PLC控制PLC英文全稱ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱為可編程控制器。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM(通用汽車)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController(PC)。4.6.5

PLC控制PLC程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及應(yīng)用4.PLC的指令系統(tǒng)3.PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間2.PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理1.4.6.5.1

PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但其結(jié)構(gòu)和工作原理則大同小異。1．基本結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊和電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC的基本結(jié)構(gòu)一般由主機(jī)(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出(I/O)接口、電源、編程器、擴(kuò)展接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成，如圖4-29所示。4.6.5.1

PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理圖4-29

PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.6.5.1

PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理2．工作原理最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的。1繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。2PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。4.6.5.1

PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。輸入采樣階段01用戶程序執(zhí)行階段02輸出刷新階段034.6.5.2

PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式(掃描技術(shù))。以上兩個(gè)主要原因，使得PLC的I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。4.6.5.3

PLC的指令系統(tǒng)1．PLC的編程語言PLC中有多種程序設(shè)計(jì)語言，它們是梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設(shè)計(jì)語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡(jiǎn)單的控制功能。下面主要介紹梯形圖和布爾助記符兩種基本程序設(shè)計(jì)語言。(1)梯形圖(LadderDiagram)。(2)布爾助記符(BooleanMnemonic)。(1)梯形圖(LadderDiagram)程序設(shè)計(jì)語言梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是用梯形圖的圖形符號(hào)來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。采用梯形圖程序設(shè)計(jì)語言，程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計(jì)語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果。每個(gè)梯級(jí)是一個(gè)因果關(guān)系。

在梯級(jí)中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，如用

、

表示PLC編程元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，用[]或○表示它們的線圈。梯形圖中的編程元件的種類用圖形符號(hào)及標(biāo)注的字母或數(shù)字加以區(qū)別。(1)梯形圖(LadderDiagram)在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對(duì)繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)是：1)與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；2)與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對(duì)電氣技術(shù)人員來說，易于掌握和學(xué)習(xí)；3)與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流(PowerFLow)不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時(shí)，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待；4)與布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。(2)布爾助記符(BooleanMnemonic)程序設(shè)計(jì)語言布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設(shè)計(jì)語言。布爾助記符程序設(shè)計(jì)語言與計(jì)算機(jī)中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功