电动机培训资料ppt课件

第5章异步电动机及其控制,5.1异步电动机的基本知识,5.2异步电动机的电磁转矩与机械转矩,5.3三相异步电动机的控制,5.4常用低压控制电器,5.5基本电气控制线路,5.6可编程控制器与传感器简介,学习目的与要求,了解三相异步电动机的结构组成，熟悉异步电动机的工作原理，了解铭牌数据；理解和掌握三相异步电动机机械特性的分析方法；了解单相异步电动机的结构组成及其工作原理；熟悉常用低压电器及在电路中的作用；掌握三相异步电动机基本控制线路的分析方法；理解电动机的起动、制动、调速等概念。,三相异步电动机的基本结构,1.三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机,5.1异步电动机的基本知识,定子,转子,三相异步电动机具有结构简单、制造成本低廉、使用和维修方便、运行可靠且效率高等优点，被广泛应用于工农业生产中的各种机床、水泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、起重机及家用电器、实验设备中。,异步电动机的定子指其固定不动部分，主要包括有：,机座,机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。,定子铁芯,铁芯硅钢片,异步电动机的定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。定子铁芯内圆冲有分布的槽。定子铁芯构成异步电动机磁路的一部分。,定子绕组,定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中。构成电机电路的一部分。,一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。,异步电动机的转子指其旋转部分，主要部件包括：,转子铁芯也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成。在其内圆冲有均匀分布的槽，用来嵌放转子绕组。转子铁芯构成电动机磁路的又一部分。,转子铁芯,铁芯硅钢片,转子绕组,转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体。转子绕组构成电动机电路的另一部分。,转轴,绕线式异步电动机的转子结构中，转子铁芯与鼠笼式相类似，但转子绕组与定子绕组相同，也是采用漆包线绕制成对称三相绕组，嵌放到转子铁芯中。绕线式转子三相绕组必须连接成星形，三个向外的引出端子与固定在转轴上的三个相互绝缘的铜环相接，如下图所示：,由于绕线式异步电动机的能采用转子绕组串电阻起动和调速，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。,转轴,转子铁芯,固定在转轴上的三个铜滑环。,Y接三相转子绕组分别与三个铜滑环相联。,变阻器,电刷,电刷与滑环紧压，并通过输电线与变阻器相联。,显然，三相绕线式异步机的转子绕组是闭合的。,2.三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机是如何转动起来的？,设三相异步电动机模型的定子磁极是顺时针转动的。,固定不动的转子绕组和旋转的定子磁场相切割而感应电动势。,转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生感应电流。感应电流的方向与感应电动势的方向相同。,载流的转子绕组处在磁场中，必定受到电磁力的作用。,两个电磁力的大小相等、方向相反，因此对电动机转轴形成了电磁转矩。于是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。,模型电机的定子磁极,模型电机的转子绕组,e,e,i2,n0,电机转动的关键是：旋转的定子磁场！,用右手定则判断,用左手定则判断,实际三相电动机的旋转磁场是如何产生的呢？,在电动机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电；,t=0时电流和磁场情况,A、C两相电流t=0时为正，因此首端流入、尾端流出。,B相电流t=0时为负，尾端流入、首端流出。,N,S,相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场，方向为：,t=120,t=120时电流和磁场情况,N,S,n0,显然，电流随时间变化120电角，电动机的气隙磁场在空间的位置也随之旋转了120。,观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取决于三相电流的顺序，ABC正序时气隙磁场顺时针旋转。,t=240,t=240时电流和磁场情况,N,S,n0,电流随时间继续变化，经历了120电角的同时，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了120。,t=360,t=360时电流和磁场情况,N,S,n0,电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了360。,可见，工程实际中，三相异步电动机定子和转子之间的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。,归纳：,只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。,n0,三相异步电动机工作原理概括,在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流,产生气隙旋转磁场,转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流,载流导体受电磁力的作用形成力偶,力偶对电机转轴形成电磁转矩,从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。,F,F,若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子绕组中两相电流的相序即可。,三相电动机旋转磁场的转速与哪些因素有关？,设电动机各相定子绕组有四个线圈，各相首尾相接顺串后分别构成三相定子绕组时，其磁极对数：,当电动机各相定子绕组的四个线圈首接首、尾接尾连接后分别构成三相定子绕组时，其磁极对数：,显然，频率不变时，电动机旋转磁场的转速取决于电动机的极对数p。,四极旋转磁场转速的分析,相邻线圈电流的流向一致，其合成磁场的分布情况为：,t=0时,t=120时,电流变化120，旋转磁场在空间的位置仅转过了60；当电流变化360时，四极电动机的旋转磁场才能旋转180。显然，四极旋转磁场的转速是二极电机的1/2。,依此类推，可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间的关系为：,电动机通常工作在50Hz的工频情况下，因此：,即：异步电动机旋转磁场的转速与电源频率成正比，与电机的极对数(出厂时就已经确定)成反比。显然，改变电机的极对数，可以得到不同的转速。,有关转差率的讨论,电动机的转差速度与磁场转速之比称为转差率，用s表示：,显然，电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。,(1)电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率s=1；,(2)电动机转速最高时，转速nn0，转差率s0；,(3)电动机运行过程中，转速0nn0，转差率0n0,4.三相异步电动机的选择,异步电动机应用很广，选用时应从技术和经济两个方面考虑。以实用、合理、经济和安全为原则，确保电动机安全可靠地运行。,(1)种类选择：鼠笼式异步机一般用于无特殊调速要求的生产机械，如泵类、通风机、压缩机、金属切削机床等；绕线式异步机适用于需要有较大的起动转矩，且要求在一定范围内进行调速的起重机、卷扬机、电梯等。,(3)结构选择：电动机根据使用场合可分为开启式、防护式、封闭式及防爆式等。使用时要根据电动机的工作环境选择，以确保电动机能够安全、可靠地运行。,(2)功率选择：原则上要求电动机的额定功率等于或稍大于生产机械的功率。,(4)转速选择：综合考虑电动机和机械传动等诸方面因素，原则上应根据生产机械的要求进行选择。,何谓起动？如何判断三相异步电动机能否直接起动？,你会做吗？,三相异步电动机在满载和空载两种情况下起动，起动电流和起动转矩是否一样？,检验学习结果,鼠笼式三相异步电动机的降压起动方法有哪几种？调速和制动方法又有哪几种？,5.4常用低压控制电器,低压控制电器的品种繁多，用途极为广泛。通过本节内容的介绍，要求学习者能够了解一些常用低压控制电器的结构组成及工作原理；熟悉它们的功能及使用场合；实用中能够初步正确选用常用低压控制电器。,1.开关电器,(1)刀开关,主要作用是隔离电源，也可作为不频繁通、断电路的开关控制。,(2)组合开关,主要用于机床设备的电源引入开关，也可用来通断5KW以下电机电路或小电流电路。,(3)低压断路器(自动空气开关),主要用来控制局部照明线路或对电路的某些部分作通断控制。断路器在电路发生过载、短路及失压、欠压时，均能自动分断电路，起保护作用。,低压断路器的工作原理图,低压断路器的三副主触头串联在被保护的三相主电路中，由于搭钩钩住弹簧，使主触头保持闭合状态。当线路正常工作时，电磁脱扣器中线圈所产生的吸力不能将它的衔铁吸合。如果线路发生短路时，电磁脱扣器的线圈吸力增大，将衔铁吸合，并撞击杠杆把搭钩顶上去，在弹簧作用下,切断主触头，实现了短路保护。当线路电压下降或失压时，欠电压脱扣器的吸力减小或失去吸力，衔铁释放在弹簧拉力下撞击杠杆，把搭钩顶开切断主触头，实现了欠电压保护。热脱扣器利用双金属片受热弯曲作用，在过载时顶开搭钩，实现了过载保护。,2.低压熔断器,熔断器简称保险，是最简便有效的短路保护装置。,低压熔断器一般串联在被保护的线路中。线路正常工作时如同一根导线，起通路作用；当线路短路时熔断器的易熔片熔断，使电路断开，从而起到保护线路上其他电器设备的作用。,熔断器产品外形图,FU,熔断器图符号,文字符号,低压熔断器熔体选用原则,一般照明线路：熔体额定电流负载工作电流；,单台电动机：熔体额定电流1.52.5倍电动机额定电流；但对不经常起动而且起动时间不长的电动,机系数可选得小一些，主要以起动时熔体不熔断为准；,多台电动机：熔体额定电流1.52.5倍最大电机的额定电流+其余电机的额定电流之和.,3.接触器,(1)电磁系统,接触器是用来频繁接通和断开电路的自动切换电器，它具有手动切换电器所不能实现的遥控功能，同时还具有欠压、失压保护的功能，接触器的主要控制对象是电动机。,交流接触器产品外形图,交流接触器的结构组成,铁芯、衔铁,通电线圈,(2)触头系统,三对主触头,两对辅助常开触点,两对辅助常闭触点,体积较大，由三对常开触头组成，用于通断电动机主电路的大电流。,辅助触头体积较小，主要用于通断控制电路的小电流，辅助常开触头一般起自锁或连锁作用；辅助常闭触头在电路中一般起互锁作用。,线圈图符号,文字符号,交流接触器工作原理,铁芯,通电线圈,衔铁及其固定在衔铁上的动触头,支撑弹簧,静触点,辅助常闭触点,辅助常开触点,三对常开主触头,当交流接触器线圈通入交流电后，铁芯和衔铁均被磁化，衔铁克服弹簧张力向下吸合。固定在衔铁上的所有动触点随之向下移动，辅助常闭触点打开、三对主触头和辅助的常开触点闭合。当电磁线圈失电后，铁芯和衔铁也随即失磁，衔铁在弹簧张力下复位，使常开打开、常闭闭合。断电后铁芯和衔铁即刻失磁，衔铁在弹簧张力下复位，各动触点随之复位。,工作原理,4.热继电器,热继电器是利用电流的热效应原理切断电路以起过载保护的电器设备。,(1)串接在电动机主电路中的三个发热元件；,热继电器产品外形图,热继电器的结构组成,发热元件图符号,热继电器文字符号,(2)串接在电动机控制电路中的常闭触点。,常闭触点图符号,工作原理,热继电器的发热元件绕在双金属片上，当电动机过载时，过大的电流产生热量，使双金属片弯曲推动连锁机构动作，使常闭触点打开，导致控制电路断电，电动机主电路随之断电，达到过载保护的目的。,正常工作常闭触点闭合,过载时常闭触点打开,5.时间继电器,时间继电器是在感受外界信号后，其执行部分需要延迟一定时间才动作的一种继电器，分有通电延时型和断电延时型。,JS7-4A时间继电器的产品外形图,JS7-A空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼的原理来获得延时的。主要由电磁系统、气室及触点系统组成。,工作原理：线圈通电时，电磁力克服弹簧的反作用拉力而迅速将衔铁向下吸合，衔铁带动杠杆延时使常闭触点分断，常开触点闭合。,铁芯,线圈,衔铁,挡板,重锤,气室,活塞连杆机构,空气调整镙钉,杠杆及支点,通电延时闭合的常开触点,通电瞬时打开的常闭触点,时间继电器各部分图符号和文字符号,常闭触点,常开通电后延时闭合,常开触点,常闭断电后延时闭合,常闭通电后延时断开,常开断电后延时闭合,常闭触点,常开触点,6.主令电器,主令电器主要用来控制接触器、继电器等设备的线圈得电与失电，从而控制电力拖动系统的起动与停止，改变系统的工作状态。,(1)控制按钮,控制按钮不能直接控制主电路，而是在控制电路中发出手动“指令”控制接触器、继电器等，再用这些电器去控制主电路的通断。,按钮的产品外形图,按钮结构原理图及图符号,复位弹簧,按钮盒,常闭触点,常开触点,连接导片,按钮帽,位置开关是一种用来控制机械运动或实现安全保护的主令电器。其作用是将机械位移转换成电信号，从而使电动机运行状态发生改变，并按一定的行程自动停车、反转、变速或循环。,(2)位置开关(行程开关),位置开关的产品外形图,动断触头,动合触头,行程开关的结构原理图及图符号,当运动机构的挡铁压到位置开关的滚轮上时，转动杠杆连同转轴一起转动，凸轮撞动撞块使得常闭的动断触头断开，常开的动合触头闭合；挡铁移开后，复位弹簧使其复位。,试述低压断路器有哪些保护功能？,你会做吗？,热继电器主要由哪几部分构成？各部分应连接在电路的什么地方？其作用呢？,检验学习结果,试述接触器的主要组成及各部分功能，画出各部分的图形符号，标出相应文字符号。,5.5基本电气控制电路,通过开关、按钮、继电器、接触器等电器触点的接通或断开来实现电动机各种运转形式的控制称做继电接触器控制。继电接触器控制方式构成的自动控制系统称为继电接触器控制系统。继电接触器控制方式中，典型的控制环节有点动控制、单向自锁运行控制、正反转控制、行程控制、时间控制等。电动机在使用过程中由于各种原因可能会出现一些异常情况，如电源电压过低、由于短路或过载而引起的电动机电流过大、电动机定子绕组相间短路或电动机绕组与外壳短路等等，如不及时切断电源则可能会对设备或人身带来危险，因此必须采取保护措施。电动机的继电接触器控制电路中，常用的保护环节有短路保护、过载保护、零压保护和欠压保护等。,1.带过载保护的点动控制电路,由开关、熔断器、接触器的主触头、热继电器的热元件组成的部分称为主电路。主电路中的各部分与被控制电动机相串联。,由按钮、接触器线圈、热继电器常闭触点组成的部分称为控制电路，接在两相之间，控制电路中的电流较小。,起动控制过程：按下按钮SB接触器线圈KM得电KM主触头闭合电动机运转；,在生产实践过程中，某些生产机械常要求能实现调整位置的点动工作。,主电路,控制电路,KM,闭合电源开关，为电动机通电作准备,停止控制过程：松开按钮SB接触器线圈失电KM主触头打开电动机停转。,起动过程演示,停止过程演示,M3,停止按钮接常闭,起动按钮接常开,接触器,停止按钮和起动按钮,辅助常开起自锁作用,电动机主电路,闭合电源开关，为电动机通电作准备,2.电动机单向连续运转控制电路,松开按钮后，电动机也能够继续运转的控制方式称为连续运转控制。,带过载保护的单向连续运转控制电路,主电路,KM,控制电路,热继电器的三个热元件串接在电动机的主电路中,热继电器的常闭触点串接在电动机的控制电路中,3.电动机的正、反转控制电路,实际生产中的进退刀、升降架等，都是靠电动机正、反转两个方向的运动实现的。,电动机正转控制主电路,改变通入电动机三相定子绕组中电流的相序，即可使电动机改变旋转方向而反转。,电动机反转控制主电路,正转控制辅助电路,反转控制辅助电路,电动机的正转控制过程演示,KM1,KM2,KM1辅助常闭打开互锁，使正转时反转电路不能接通。,KM1辅助常开闭合自锁。,电源开关接通为电动机起动做准备。,按下正转起动按钮，电动机正转辅助电路接通。,KM1主触头闭合，正转主电路接通，电动机正向运转。,打开停止按钮，电动机正转停止,电动机的反转控制过程演示,KM1,KM2,KM2辅助常闭打开互锁，使反转时正转电路不能接通。,KM2辅助常开闭合自锁。,按下反转起动按钮，电动机反转辅助