電工電子技術(shù)課件 第六章 交流電動機及其控制

第六章交流電動機及其控制本章知識點1．了解三相交流異步電動機的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動原理。2．理解三相交流異步電動機的機械特性，掌握起動和反轉(zhuǎn)的基本方法,了解調(diào)速和制動的方法。3．了解常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、功能和用途。4．掌握自鎖、聯(lián)鎖的作用和方法。5．掌握基本控制環(huán)節(jié)的組成、作用和工作過程。能讀懂簡單的控制電路原理圖、能設計簡單的控制電路。6.1三相異步電動機三相異步電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便和價格便宜，是所有電動機中應用最廣泛的一種。6.1.1基本構(gòu)造三相異步電動機也由定子和轉(zhuǎn)子兩個基本部分組成1.定子定子由定子鐵芯、定子繞組以及機座、端蓋、軸承等組成。定子繞組一般用漆包線繞制而成。三相繞組的六個端線都引到機座側(cè)面的接線板上，可根據(jù)情況將其接成星形或三角形。繞組的首端分別用U1，V1，W1表示，其對應的末端分別用U2，V2，V2，表示。6.1三相異步電動機6.1.1基本構(gòu)造2．轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、軸承、風扇等組成。轉(zhuǎn)子分鼠籠式和繞線式兩種。圖6-5籠型繞組

圖6-6繞線型轉(zhuǎn)子6.1三相異步電動機6.1.2工作原理1．定子的旋轉(zhuǎn)磁場為什么在固定不動的定子中通入三相電流就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場呢？當時，i1為0；i2為負，從V2流入，V1流出；i3為正，從Wl流入，W2流出。這時三相電流所形成的合成磁場的方向是自上而下的，如圖6-8所示。用同樣的方法可畫出分別為、、時各相電流的流向及合成磁場的方向，如圖所示，而=與=0時的情況完全相同。圖6-8旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生圖6-9轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理6.1三相異步電動機6.1.2工作原理由此可見，當正弦交流電變化一周時，合成磁場在空間也正好旋轉(zhuǎn)了一周，這便是旋轉(zhuǎn)磁場。可以用圖6-9來說明它的轉(zhuǎn)動原理。假設定子的旋轉(zhuǎn)磁場以速度n1按順時針方向旋轉(zhuǎn)。由于磁場與轉(zhuǎn)子間存在相對運動，在閉合的轉(zhuǎn)子導體中就會產(chǎn)生感應電流I2，其方向可由右手定則確定（圖中僅標出上、下兩根導線中的電流）；通電導體在磁場中又會受到電磁力的作用，其方向由左手定則確定。顯然，作用的結(jié)果是使轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動?？梢钥闯?，若要使電動機反轉(zhuǎn)只需改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，即改變?nèi)嘟涣麟姷南嘈蚣纯?。由上述分析可知，異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致，但轉(zhuǎn)速不可能與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，否則轉(zhuǎn)子與磁場間就沒有相對運動，磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導體，轉(zhuǎn)子電流以及電磁力等均不存在，轉(zhuǎn)子也就不可能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。所以，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，“異步”的名稱便由此得來。6.1三相異步電動機6.1.2工作原理2．旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與電源頻率、極對數(shù)的關(guān)系為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1又稱同步轉(zhuǎn)速，單位r/min。3．轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差稱為轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，記作轉(zhuǎn)差率是分析異步電動機的重要參數(shù)。6.1三相異步電動機6.1.3三相異步電動機的機械特性在實際應用中，我們最關(guān)心的就是三相異步電動機在驅(qū)動生產(chǎn)機械時，其轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n的變化情況，即三相異步電動機的機械特性，曲線如圖所示。圖6-11三相異步電動機的機械特性曲線6.1三相異步電動機6.1.3三相異步電動機的機械特性1．穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)電動機在穩(wěn)定運行時，其電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的大小都決定于它所拖動的機械負載。如果電動機工作在不穩(wěn)定區(qū)，則電磁轉(zhuǎn)矩不能自動適應負載轉(zhuǎn)矩的變化，因而不能穩(wěn)定運行。圖6-12三相異步電動機自動適應機械負載的變化6.1三相異步電動機6.1.3三相異步電動機的機械特性2．額定轉(zhuǎn)矩TN、最大轉(zhuǎn)矩Tm、起動轉(zhuǎn)矩(1)額定轉(zhuǎn)矩TN(2)最大轉(zhuǎn)矩Tm(3)起動轉(zhuǎn)矩6.1三相異步電動機6.1.4影響機械特性的兩個重要因素1.降低電壓時的人為機械特性電源電壓對異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的影響是十分顯著的，降低電壓將使起動轉(zhuǎn)矩明顯減小，帶負載能力明顯降低。典型應用一：降壓起動——丫-△換接起動丫-△換接啟動是降壓起動的一種方法，只適用于電動機的定子繞組正常工作時接成三角形的情況，電路如圖6-14所示。起動時先合上電源開關(guān)QS，同時將三刀雙擲開關(guān)Q扳到啟動位置（丫），此時定子繞組每相承受的電壓為額定值的。起動電流為額定值的1/3。待電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，將Q迅速扳到運行位置（△），電動機進入正常運轉(zhuǎn)。圖6-14星形---三角形換接啟動6.2常用低壓電器低壓電器的種類很多，按照動作的性質(zhì)可分為手動和自動電器。手動電器是由操作人員手動操作的，如刀開關(guān)、按鈕等。自動電器是按照指令、信號或者物理量的變化而動作的電器，如接觸器、行程開關(guān)等。6.2.1開關(guān)（刀開關(guān)、組合開關(guān)）1．刀開關(guān)刀開關(guān)由刀片（動觸片）和刀座（靜觸片）組成。刀開關(guān)在低壓電器中用于不頻繁的接通和切斷電路，也可以用來對小容量的電動機作不頻繁的直接啟動。

圖6-20刀開關(guān)6.2常用低壓電器6.2.1開關(guān)（刀開關(guān)、組合開關(guān)）2．組合開關(guān)組合開關(guān)又稱轉(zhuǎn)換開關(guān)，實質(zhì)上也是一種刀開關(guān)，不過它的刀片是轉(zhuǎn)動的，結(jié)構(gòu)比刀開關(guān)緊湊。組合開關(guān)有單極、雙極、三極和多極幾種。圖6-21組合開關(guān)6.2常用低壓電器6.2.2按鈕按鈕也是一種手動控制電器，通常用于發(fā)出操作信號，接通和斷開電流較小的控制電路以控制電流較大的電動機或其他電氣設備的運行。

圖6-22按鈕6.2常用低壓電器6.2.3熔斷器熔斷器是最簡便而又可靠的短路保護電器，熔斷器中的熔絲或熔片統(tǒng)稱為熔體。是用電阻率較高的易熔合金制成，如鉛錫合金等。熔斷器串接在被保護的電路中，當電路發(fā)生短路時，熔體立即熔斷，將電路切斷，從而達到保護線路及電氣設備的目的。

圖6-23熔斷器6.2常用低壓電器6.2.3熔斷器選擇熔斷器主要是確定熔體的額定電流。若負載是一臺電動機，為防止電動機啟動時電流過大而燒斷熔絲，不能按電動機的額定電流選擇熔絲，而應按下式計算：熔絲額定電流≥若負載為多臺電動機，則大致上可按下式選擇：熔絲額定電流≥（1.5~2.5）容量最大的一臺電動機的額定電流+其余電動機額定電流之和。6.2常用低壓電器6.2.4交流接觸器交流接觸器是一種自動控制電器。常用來頻繁地接通或斷開電動機或其他電氣設備的主電路。當吸引線圈上加額定電壓時，產(chǎn)生磁場，上、下鐵心間即產(chǎn)生電磁吸力，將動鐵心吸下，動鐵心帶動動觸點一起下移，使常閉觸點分斷、常開觸頭閉合。當吸引線圈斷電時，電磁吸力消失，動鐵心在彈簧作用下恢復到原來的位置。根據(jù)用途的不同，接觸器的觸點分主觸點和輔助觸點兩種。當主觸點斷開時，其間產(chǎn)生電弧，會燒壞觸頭，并使分斷時間拉長，因此，必須采取滅弧措施。圖6-24交流接觸器6.2常用低壓電器6.2.5熱繼電器熱繼電器是用來保護電動機使其免受長期過載危害的一種保護電器。圖6-25是熱繼器的原理示意圖。熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸點系統(tǒng)等組成。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；雙金屬片由兩種具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬輾壓而成，下層金屬片的熱膨脹系數(shù)大，上層金屬片熱膨脹系數(shù)小。當電動機過載時，電動機主電路中電流超過允許值，在一定時間內(nèi)雙金屬片受熱，它便向上彎曲，造成扣板動作，扣板在彈簧的拉力作用下將常閉（動斷）觸點斷開。主電路斷電后，雙金屬片經(jīng)過一段時間冷卻后會自行恢復。若要使熱繼電器即時復位，必須手動按下復位按鈕，使常閉觸點復位。6.3典型控制電路1．三相籠型異步電動機直接啟動的控制電路啟動流程：合上Q→按下SB2→線圈KM得電→主觸點KM閉合（輔助觸點KM同時閉合，形成自鎖）→電動機運行。停止流程：按下SB1→線圈KM失電→KM的主觸點和自鎖觸點同時斷開→電動機停轉(zhuǎn)。6.3典型控制電路2．三相籠型異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路正轉(zhuǎn)流程：按下SB1→KM1線圈得電→KM1主觸點閉合（同時，KM1輔助常開觸點閉合，形成自鎖；KM1輔助常閉觸點斷開，形成互鎖）→電動機正轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)流程：按下SB2→KM2線圈得電→KM2主觸點閉合（同時，KM2輔助常開觸點閉合，形成自鎖；KM2輔助常閉觸點斷開，形成互鎖）→電動機反轉(zhuǎn)。停止流程：按下SB3→所有接觸器線圈均失電→所有接觸器觸點復位→電動機停轉(zhuǎn)。6.3典型控制電路3．自動往復行程控制電路當電動機正轉(zhuǎn)帶動工作臺向右運動到極限位置時，撞塊a碰撞行程開關(guān)SQ1，一方面使其常閉觸點斷開，使電動機先停轉(zhuǎn)；另一方面也使其常開觸點閉合，相當于自動按了反轉(zhuǎn)按鈕SB2，使電動機反轉(zhuǎn)帶動工作臺向左運動。這時撞塊a離開行程開關(guān)SQ1，使其觸點自動復位，由于接觸器KM2自鎖，故電動機繼續(xù)帶動工作臺左移，當移動到左面極限位置時，撞塊b碰到行程開關(guān)SQ2，一方面使其常閉觸點斷開，電動機先停轉(zhuǎn)；另一方面其常開觸點又閉合，相當于按下正轉(zhuǎn)按鈕SB1，使電動機正轉(zhuǎn)帶動工作臺右移。如此往復不已，直至按下停止按鈕SB3才會停止。6.3典型控制電路4．延時控制電路啟動時，按下起動按鈕SB1，時間繼電器KT線圈先得電，其瞬時常開觸點閉合，接通接觸器KMY線圈，使接觸器KMY的輔助常開觸點閉合，再接通接觸器KM線圈。這時主電路中接觸器KM和KMY的主觸點都閉合，使電動機定子繞組接成Y形，電動機降壓起動。同時在控制電路中與啟動按鈕SB1并聯(lián)的輔助常開觸點KM閉合自鎖。經(jīng)過一定時間后，時間繼電器KT的延時常閉觸點斷開，使接觸器KMY的線圈斷電，KMY的輔助常閉觸點閉合使接觸器的線圈得電，這時