异步电动机及其控制

1、第第1章章5.1 异步电动机的基础知识异步电动机的基础知识5.3 三相异步电动机的控制三相异步电动机的控制5.4 常用控制电器常用控制电器5.5 电气控制电路电气控制电路5.2 异步电动机的电磁转矩和机械特性异步电动机的电磁转矩和机械特性第第1章章鼠笼式鼠笼式三相异步电动机三相异步电动机绕线式绕线式定子定子转子转子定子铁芯定子铁芯机座机座定子绕组定子绕组转子铁芯转子铁芯转轴转轴转子绕组转子绕组风风罩罩风风叶叶转转子子定定子子端端盖盖鼠笼型电动机的鼠笼型电动机的各部分结构和作各部分结构和作用如何？用如何？鼠笼型异步机鼠笼型异步机各部分的结构各部分的结构和作用是什么？和作用是什么？定子铁芯是由定子

2、铁芯是由0.5mm厚的厚的，在其内，在其内圆冲有分布的槽。圆冲有分布的槽。定子铁芯的定子铁芯的：一是槽：一是槽内可用来内可用来；二是定子铁芯二是定子铁芯。定子绕组是由铜导线绕制而成。定子绕组是由铜导线绕制而成。构成构成。机座是电动机的机座是电动机的，一般用铸，一般用铸铁或铸钢制成。铁或铸钢制成。转子铁芯冲片转子铁芯冲片铸铝笼形转子铸铝笼形转子笼形转子绕组笼形转子绕组转子铁芯是也是由转子铁芯是也是由0.5mm厚的厚的，在其外，在其外圆冲有分布的槽。圆冲有分布的槽。转子铁芯可嵌放转转子铁芯可嵌放转子绕组，构成电机子绕组，构成电机磁路的另一部分。磁路的另一部分。转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有

3、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，构成电机电路的铜条制成的笼型转子导体，构成电机电路的一部分。由转轴输出机械能。一部分。由转轴输出机械能。150sin90sin)30sin(tIitIitIimCmBmAn1AXBYCZ三相定子三相定子绕组中通绕组中通过的电流过的电流0iAiBiCti 电流出电流出t =0时电流和磁场情况时电流和磁场情况 电流入电流入A 90t1nNS1n180tANS1n 270tANS同理可分析出其它时同理可分析出其它时刻电流的刻电流的磁场转向磁场转向。异步电动机中异步电动机中定子电流定子电流的的取决于三相电流的取决于三相电流的1n1n 若要若

4、要异步电动机的异步电动机的：只需：只需即可。即可。0iAiBiCti0iBiAiCti旋转磁场的旋转磁场的和和之间之间有什么关系？有什么关系？AXYCBZNSAiBiAiCYZCBX此种接法下，合成磁场只有此种接法下，合成磁场只有，则，则。时：时：minr/300015060601pfn 将每相绕组分成两段，按上图放入定将每相绕组分成两段，按上图放入定子槽内。形成的磁场则是子槽内。形成的磁场则是。XiBiAiCAAXCXBCYZZBYAXX ANSSNZCZCBYBYminr/150025060601pfn此时同此时同步转速步转速t =0时时和和情况情况n1AXBYCZ用右手定则可判断出用右手

5、定则可判断出转子导体中转子导体中感应电流感应电流的方向的方向如图示；如图示；再用左手定则判断出再用左手定则判断出转子导体的受力方向转子导体的受力方向为上右下左，因此为上右下左，因此转转子顺着同步磁场子顺着同步磁场n1的的方向转动方向转动。 三相对称定子绕组三相对称定子绕组中通入对称三相交流电，中通入对称三相交流电，即在气隙中形成一个在即在气隙中形成一个在时间上、空间上都随时时间上、空间上都随时间变化的一个旋转磁场。间变化的一个旋转磁场。固定不动的转子导体与固定不动的转子导体与旋转磁场相切割后旋转磁场相切割后感应感应电流电流成为载流导体。成为载流导体。载载流导体又和旋转磁场相流导体又和旋转磁场相

6、互作用，对轴生成电磁互作用，对轴生成电磁转矩，转矩，于是电动机就于是电动机就顺顺着同步转速的方向转动着同步转速的方向转动起来。起来。电动机的转速电动机的转速 能能等于等于同同步转速步转速吗？吗？转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动提示提示：如果如果1nn转子不切割磁场不能生成感应电流转子不切割磁场不能生成感应电流转子不是载流导体则不能受力转动转子不是载流导体则不能受力转动 %10011nnns1 , 0sn（转差率（转差率最大最大）0 ,1snn（转差率（转差率最小最小）%91 ,01snn三相异步电动机三相异步电动机型号 Y132M-4 功率 7.5KW 频率 50Hz电

7、压 380V 电流 15.4A 接法 转速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续标准编号 工作制 S1 B级绝缘 年 月 编号 电机厂Y表示异步机，表示异步机，132（mm）表）表示机座中心高度；示机座中心高度；M代表中机代表中机座（座（L长机座、长机座、S短机座）。短机座）。额定功率指的是电动机输出的额定功率指的是电动机输出的机械功率。机械功率。额定电压、电流均指电动机额额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。线电流的数值。额定转速指的是电动机转子的额定转速指的是电动机转子的转速转速n 。123456ABCD654321DCBA

8、T itleN um berR evisionSizeBD ate:13-Jul-2003Sheet of File:F:f电 路 图 电 工 学D raw n B y:U 1W 1U 2V 1V 2W 1W 2U 1U 2V 1V 2W 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2U 1V 1W 1W 2U 2V 2 三相异步电动机的定子绕组有两种三相异步电动机的定子绕组有两种接法：接法：Y形和形和形形 。 三相定子绕组由机壳外面的接线盒三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，左下图为引出，左下图为Y接连线图；右下图为接连线图；右下图为接连线图。接连线图。同步转速：同步转速：转差率：转差率：minr/

9、1000350606011pfn04. 01000960100011nnnsHz25004. 012 sff 三相异步电动机三相异步电动机 p=3，电源，电源f1=50Hz，电机额定，电机额定 转速转速n=960r/min。求：转差率求：转差率s，转子电动势的频率，转子电动势的频率f2 若能给单相异步电动机一个外力使它转动若能给单相异步电动机一个外力使它转动起来，则顺时针旋转磁场起来，则顺时针旋转磁场B1和逆时针旋转磁场和逆时针旋转磁场B2产生的产生的，在这个合成转矩的作用下，即使不，在这个合成转矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，单相异步电动机仍将沿着原来的运需要其它的外在因素，单相异步电

10、动机仍将沿着原来的运动方向动方向。 实验室、家庭及办公场所通常是单相供电，因此实验室的很多仪实验室、家庭及办公场所通常是单相供电，因此实验室的很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在0.75KW以下。以下。 在单相异步电动机的定子绕组通在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电，电动机内产生一个入单相交流电，电动机内产生一个的磁场，称为的磁场，称为。SN可以分解为两个可以分解为两个。单相异步电动机为什么不会单相异步电动机为什么不

11、会自行起动自行起动？ 顺时针方向旋转的磁场顺时针方向旋转的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向旋转的磁场方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反，所以，所以单向异步机的转子单向异步机的转子，也就是说，也就是说。tBO45 90 135 180235 270 315 360B1 B2B2 B1B1 B2B1 B2B2 B1B1 B2B2 B1B1 B2B2 B1BBBBBB如何让单如何让单相异步电相异步电动机

12、动机转动转动起来起来？电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组（主绕组）；另一个是起动绕组（副绕组），两个绕组在空间互成 90。起动绕阻与电容 C 串联，使起动绕组电流 i2和工作绕组电流i1产生 90相位差，即：)90sin(2sin22211tIitIi可让单相异步机转动可让单相异步机转动 M 1 C i2 i1 t i i1 i2 0 (a) 电电路路图图 (b) 波波形形图图 4590 360 i1 i1 i1 i2 i2 i2 t=0 t=45 t=90 22cosIKTmT（牛顿（牛顿 米）米）三相异步机转子中各载流导体在旋转磁场作用下，三相异步机转子中各载流导体在旋转

13、磁场作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和，称为受到电磁力所形成的转矩之总和，称为：21UT TU12的关系并不意味着电动机的工作电压越高，的关系并不意味着电动机的工作电压越高，电动机实际输出的转矩就越大。电动机实际输出的转矩就越大。换言之，当。换言之，当TTL时，电动机稳定在时，电动机稳定在某一速度下运行；若某一速度下运行；若T TL时，电动机加速运行；在时，电动机加速运行；在T TL时，电动机将做减速运行或者直至停转。时，电动机将做减速运行或者直至停转。 TTm0ssm1n0nn0 Sm称为临界转差率，对应电动机的最称为临界转差率，对应电动机的最大转矩大转矩Tm。)2 . 28 . 1 (N

14、mmTTm是电机的过载系数，反映了其过载能力。是电机的过载系数，反映了其过载能力。TmTstTNT反反DEnT0nNn0ABC同步转速同步转速额定转速额定转速最大转矩最大转矩起动转矩起动转矩额定转矩额定转矩负载阻转矩负载阻转矩电动机的转速随输出转矩电动机的转速随输出转矩的变化而变化的关系曲线的变化而变化的关系曲线称为称为D点点是电动机的是电动机的。对对应的转矩是应的转矩是；对应的转对应的转速是速是AB段段是是。电动机随着负载的增电动机随着负载的增加而转速略有下降；加而转速略有下降；（E点点） 电动机若要迅速起动起来，起动转矩电动机若要迅速起动起来，起动转矩Tst 转转轴上的负载阻转矩轴上的负载

15、阻转矩TN。BC段段始终处于不稳始终处于不稳定的过渡状态。定的过渡状态。N2NN3N2N2NN955060210nPnPPT NNSst)2 . 24 . 1 (TTT式中式中S S称为称为（系数）。（系数）。例：例：1直接起动直接起动 直接起动是利用闸刀开关或接触器直接起动是利用闸刀开关或接触器的起动方式，又叫的起动方式，又叫。：起动简单。：起动简单。：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负 载正常工作。载正常工作。起动转矩均为全压起动时的起动转矩均为全压起动时的13。运行时，首尾相接构成闭环运行时，首尾相接构成闭环Y起动时，绕组尾端连成一点起动时，绕

16、组尾端连成一点正常运行时定子绕组为三角形连接，且正常运行时定子绕组为三角形连接，且每相绕组都有两个引出端子的电动机。每相绕组都有两个引出端子的电动机。起动电流为全压起动时的起动电流为全压起动时的13。QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2起动时定子绕组连成星形，通电后电动机运转，起动时定子绕组连成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。AZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ起起动动UPStstYTT31PPUU31（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。）仅适用于正常接法为三角形接

17、法的电机。 （2）)(21stUTY 起动起动Ist时时Tst。 三相异步电动机，电源电压三相异步电动机，电源电压 =380V，三相定子，三相定子绕组绕组 接法运行，额定电流接法运行，额定电流IN=20A，启动电流，启动电流Ist/IN=7，求：求： （1） 接法时的启动电流接法时的启动电流Ist （2）若启动时改为）若启动时改为Y接法，求接法，求 Ist Y（1）Ist =7 IN =7 20=140A（2）31llYII例：例：解：解： 利用三相自耦变压器将电动机利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低，以达在起动过程中的端电压降低，以达到减小起动电流的目的。自耦变压到减小起动电

18、流的目的。自耦变压器备有器备有40、60、80等多种抽等多种抽头，使用时要根据电动机起动转矩头，使用时要根据电动机起动转矩的要求具体选择。的要求具体选择。运行时运行时开关上开关上打打与电机与电机起动时起动时开关向开关向下打下打，。QS1L3V1L2L1QS2FUV1U1U1W1W1L2L1L3具有不同的抽头，可以根据起具有不同的抽头，可以根据起动转矩的要求，比较方便的得动转矩的要求，比较方便的得到不同的电压。到不同的电压。体积大、成本高。体积大、成本高。适用于容量较大的电动机或不能用适用于容量较大的电动机或不能用Y-降压起动的鼠降压起动的鼠笼式三相异步电动机笼式三相异步电动机。定子转子电刷滑环

19、电阻 绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可以降低起动电流，又可以增大起动转矩。以降低起动电流，又可以增大起动转矩。 pfsnsn1160111. 改变极对数改变极对数p 2. 改变转差率改变转差率s 3. 改变电源频率改变电源频率f1（变频调速）（变频调速） 电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停电动机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停下来。为了提高生产效率及安全，下来。为了提高生产效率及安全，就是所谓的就是所谓的n0=0RM3NSnF当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，把直当电动机三相定子绕组与交流电源断开后，把直流电通入两

20、相绕组，产生固定不动的磁场流电通入两相绕组，产生固定不动的磁场n0。电动机由于惯性仍在运转。电动机由于惯性仍在运转。 能耗制动常用于生产机械中的各能耗制动常用于生产机械中的各种机床制动。种机床制动。n0NSnF把与电源相连接的三根火线任意两根的位置对调，使把与电源相连接的三根火线任意两根的位置对调，使旋转磁场反向旋转，产生制动转矩。旋转磁场反向旋转，产生制动转矩。电动机由于惯性仍在运转。电动机由于惯性仍在运转。 反接制动适用于中型车床和铣床反接制动适用于中型车床和铣床的主轴制动。的主轴制动。A BM3Cn0=0NSnF起重机快速下放重物，使重物拖动转子出现起重机快速下放重物，使重物拖动转子出现

21、nn0情况时，电动机处于情况时，电动机处于此时在此时在转子导体中转子导体中这种制动称为这种制动称为123456ABCD654321DCBATitleNum berR evisionSizeBDate:16-Jul-2003Sheet of File:F:f电 路 图 电 工 学Drawn B y:FUQS1开关电器开关电器123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:16-Jul-2003Sheet of File:F:f电 路 图 电 工 学Drawn By:FUQSSA断路器产品外形图断路器产品外形图U V W弹簧主触头搭钩电磁脱扣器欠电

22、压脱扣器热脱扣器 DZ型低压断路器工作原理图型低压断路器工作原理图 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。如果线路发生短路和产生较大过电流所产生的吸力不能将它的衔铁吸合。如果线路发生短路和产生较大过电流时，电磁脱扣器中线圈所产生的吸力增大，将衔铁吸合，并撞击杠杆，把时，电磁脱扣器中线圈所产生的吸力增大，将衔铁吸合，并撞击杠杆，把搭钩顶上去，在弹簧的作用下切

23、断主触头，实现了搭钩顶上去，在弹簧的作用下切断主触头，实现了。如果线路上。如果线路上电压下降或失去电压时，欠电压脱扣器的吸力减小或失去吸力，衔铁被弹电压下降或失去电压时，欠电压脱扣器的吸力减小或失去吸力，衔铁被弹簧拉开，撞击杠杆，把搭钩顶开，切断主触头，实现了簧拉开，撞击杠杆，把搭钩顶开，切断主触头，实现了。 熔断器简称熔断器简称，是最简单有效，是最简单有效的的装置。装置。熔断器中的熔丝和熔片是用易熔合熔断器中的熔丝和熔片是用易熔合金制成的，当流过熔体的金制成的，当流过熔体的时，时，。 一般照明电路，熔体一般照明电路，熔体INIL； 单台电动机：熔体单台电动机：熔体IN（1.52.5）IL；

24、多台电动机：熔体多台电动机：熔体IN（1.52.5）倍）倍最大电机最大电机IN加其余电机的额定电流。加其余电机的额定电流。图符号图符号FU和和 发热元件发热元件I I常闭触头常闭触头双金双金属片属片扣板扣板发热元件发热元件常闭触头常闭触头FRFR发热元件串接在主发热元件串接在主电路中；常闭触点电路中；常闭触点串接在控制电路中串接在控制电路中线圈线圈衔铁衔铁调整螺钉调整螺钉延时打开触头延时打开触头延时闭合触头延时闭合触头气室气室它它和和。常闭常闭断电后断电后延时闭延时闭合合常开常开断电后断电后延时断开延时断开常闭触点常闭触点常开触点常开触点常开常开通电后通电后延时闭合延时闭合常闭常闭通电后通电后

25、延时断开延时断开常开常开(动合动合)按钮按钮电路符号电路符号SB常闭常闭(动断动断)按钮按钮SB电路符号电路符号复合按钮复合按钮SB电路符号电路符号又称又称或或，其作用是，其作用是将机械位移转换成电信号，将机械位移转换成电信号，使电动机运行状态发生改变，即按一定行程自动停车、反转、变速或循使电动机运行状态发生改变，即按一定行程自动停车、反转、变速或循环。环。STST组合开关用于三相异组合开关用于三相异步电动机控制时，额步电动机控制时，额定电流应如何选择？定电流应如何选择？低压断路器有哪低压断路器有哪些保护功能？些保护功能？热继电器的作用？其热继电器的作用？其常闭触点应串联接在常闭触点应串联接在

26、电路的哪个部分？电路的哪个部分？接触器主要有哪几个接触器主要有哪几个部分组成？各部分图部分组成？各部分图符号如何表示？符号如何表示？额定电流一般选额定电流一般选择为电动机额定择为电动机额定电流值的电流值的1.52.5倍。倍。答案在书中找答案在书中找低压断路器具有低压断路器具有短路保护、过载短路保护、过载保护、断电保护保护、断电保护及欠压保护等功及欠压保护等功能。能。热继电器在电路中起过载保护作用，其常热继电器在电路中起过载保护作用，其常闭触点应串联接在控制电路中，与接触器闭触点应串联接在控制电路中，与接触器的线圈相串联。的线圈相串联。KMKMKMKMBCKMSB按下按钮按下按钮（SB）线圈线圈

27、 （KM）通电）通电 主触头（主触头（KM）闭合）闭合 电机转动；电机转动； M3L1KMFUQSL2L3松开按钮松开按钮（SB）线圈线圈 （KM）断电）断电 主触头（主触头（KM）打开）打开 电机停转。电机停转。 按下按钮按下按钮（SB2）线圈线圈 （KM）通电）通电 KM主触主触头闭合，辅助常开闭合自锁头闭合，辅助常开闭合自锁 电动机连续运转；电动机连续运转；M3L1KMFUQSL2L3按下停止按钮按下停止按钮（SB1）线圈线圈 （KM）断电）断电 KM 主触头主触头/辅助触头均打开辅助触头均打开 电动机停转。电动机停转。 BC自保持自保持KMSB1起动起动按钮按钮停车停车按钮按钮KMSB2L1L2L3M3刀闸起刀闸起作用作用辅助常开辅助常开停止按钮停止按钮接接起动按钮起动按钮接接三对主触头三对主触头复位弹簧复位弹簧衔铁衔铁铁芯铁芯通电线圈通电线圈M3L1L2L3KMFUQSFR电流成回路，只要电流成回路，只要接两相就可以了。接两相就可以了。发热元件发热元件热继电器热继电器常闭触头常闭触头KMSB1KMSB2FR 思考思考KMSB1KMSB2FRSB3KM2M3L1L2L3KM1FUQSFRKM1KM1SB1SB2FRK