《电机与电气控制》教学课件02三相异步电动机的连续启停控制电路

三相异步电动机的连续启停控制电路（2）（1）能进行三相异步电动机启动的硬件电路连接安装和故障判断。能进行三相异步电动机连续运行的硬件电路连接安装和故障判断。项目要求（3）能进行三相异步电动机停止控制的硬件电路连接安装和故障判断三相异步电动机的连续启停控制电路通过本项目的学习，使学生能识读基本的电气控制原理图，和学会基本的电气原理绘制方法，培养学生分析、解决生产实际问题的能力，提高学生的职业技能和专业素质，提高学生学习的能力，养成良好的思维和学习习惯。项目分析常用低压电器的检测知识拓展三相异步电动机的连续启停控制电路2一、电气制图的基础知识（一）电气图的基本分类1.电气系统图电气系统图是用符号或带注释的框，概括表示系统或分系统的基本组成、相互关系及其主要特征的一种简图，如图2-1所示。图2-1照明配电系统图一、电气制图的基础知识（一）电气图的基本分类2.电气平面图电气平面图是以建筑平面图为依据，表示设备、装置与管线的安装位置、线路走向、敷设方式等平面布置，而不反映具体形状的简图。图2-2照明配电平面图一、电气制图的基础知识（一）电气图的基本分类3.电气原理图电气原理图是用图例符号表现电路、设备或系统的工作原理，并按工作顺序排列，体现它们之间的逻辑关系，而不考虑其实际位置的一种简图。图2-3交流电动机电气控制原理图一、电气制图的基础知识（一）电气图的基本分类4.电气元件布置图图2-4电气元件布置图一、电气制图的基础知识（一）电气图的基本分类5.电气接线图图2-5电气接线图一、电气制图的基础知识（二）电气图的绘制方法电气图在绘制的过程中，首先是绘图工具的使用。早期的电气图是人利用绘图工具在绘图纸上完成的。现在，随着计算机技术及计算机绘图软件的快速发展，很多电气工程图都是在计算机上完成的。一、电气制图的基础知识（三）电气识图分析技巧阅读电气原理图应掌握一定的方法和技巧，正确识读和分析电气控制电路，对电气控制逻辑的理解和电气故障的排除具有十分重要的意义。电气控制电路主要包括主电路、控制电路、辅助电路以及照明电路等几部分。（三）电气识图分析技巧 一、电气制图的基础知识(1)(2)(3)集零为整综合分析电路结构分析化整为零电路分析先主后辅二、三相异步电动机的基础知识（一）交流电机的分类根据产生或使用电能种类的不同，旋转的电磁机械可分为直流电机和交流电机两大类。交流电机可分为异步电机和同步电机两种。异步电机主要作为电动机使用。异步电动机又有单相和三相两种，而三相异步电动机又分笼型和绕线式。（二）三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的基础知异步电动机的结构也可分为定子、转子两大部分。定子就是电动机中固定不动的部分，转子是电动机的旋转部分。图2-6封闭式三相异步电动机的结构1—端盖；2—轴承；3—机座；4—定子绕组；5—转子；6—轴承；7—端盖；8—风扇；9—风罩；10—接线盒（二）三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的基础知（1)机座。（2)定子铁心1.定子部分（3)定子绕组（4)轴承。常用低压电器的检测知识拓展三相异步电动机的工作原理（二）三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的基础知2.转子部分（1）笼型异步电动机。图2-7笼型异步电动机的转子绕组形式（2)绕线型异步电动机。图2-8绕线式异步电动机的转子（二）三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的基础知3.气隙所谓气隙就是定子与转子之间的空隙。中小型异步电动机的气隙一般为0.2～1.5mm。气隙的大小对电动机性能影响较大，气隙大磁阻也大，产生同样大小的磁通，所需的励磁电流也越大，电动机的功率因数也就越低。（四）三相异步电动机的基本工作原理二、三相异步电动机的基础知1）旋转磁场的产生图2-10

三相交流电动机定子三相绕组排列示意图1.旋转磁场三相异步电动机的工作原理，可用图2-10进一步进行说明，从中可以很清楚地看到三相交流电产生旋转磁场的现象。图中所示的3个绕组在空间上相互间隔机械角度120°(实际的电动机中一般都是相差电角度120°)。常用低压电器的检测知识拓展三相异步电动机的结构（四）三相异步电动机的基本工作原理二、三相异步电动机的基础知图2-6三相交流电产生旋转磁场示意图旋转磁场的速度也称为“同步转速”，用n1表示，其单位是r/min。它的大小由交流电源的频率及磁场的磁极对数决定。图2-6所举的例子是只能产生一对磁极的电动机，电流变化一个周期，旋转磁场转一圈；若电源电流的频率为f(Hz)，则一对磁极的旋转速度应为n1=60f(r/min)。2）旋转磁场的转速（四）三相异步电动机的基本工作原理二、三相异步电动机的基础知3）旋转磁场的旋转方向图2-13

三相绕组通入反序电流时的旋转磁场交流电动机旋转磁场的旋转方向，一般与接入定子绕组的电流相序有关。如前面举的两个例子，磁场都是按顺时针方向旋转的，这与三相电源通入三相绕组的电流相序IU—IV—IW(正序电流)是一致的。（四）三相异步电动机的基本工作原理二、三相异步电动机的基础知2)转子的转速1)转子转动的原理3)转差率2.转子的转动图2-14三相异步电动机转动原理二、三相异步电动机的基础知（五）三相异步电动机的铭牌数据每一台三相异步电动机，在其机座上都有一块铭牌，其上标有型号、额定值等，见表2-1。表2-1三相异步电动机的铭牌二、三相异步电动机的基础知（五）三相异步电动机的铭牌数据1.型号异步电动机型号的表示方法是用汉语拼音的大写字母和阿拉伯数字来表示电动机的种类、规格和用途等，其型号意义如下。中心高越大，电动机容量越大，中心高80~315mm为小型电动机；315~630mm为中型电动机；630mm以上为大型电动机。在同一中心高下，机座长则铁心长，容量大。二、三相异步电动机的基础知（五）三相异步电动机的铭牌数据1)额定功率2)额定电压3)额定电流4)额定转速5)额定频率6)额定工作制2.额定值二、三相异步电动机的基础知（六）三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡、工作特性,机械特性

图2-15

异步电动机功率流程图1.三相异步电动机的功率平衡三相异步电动机定子绕组从电网吸收电功率并产生电磁功率，转子向机械负载输出机械功率。电动机在实现机电能量转换的过程中，不可避免地会产生一些损耗。根据能量守恒定律可知，输出功率应等于输入功率减去总损耗。二、三相异步电动机的基础知（六）三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡、工作特性,机械特性

2.三相异步电动机的转矩平衡式中，ω1为同步角速度，ω1=2πn1/60，rad/s。式（2-13）表明，电磁转矩既可以用转子的总机械功率除以角速度ω来计算，又可以用电磁功率除以同步角速度来计算。二、三相异步电动机的基础知（六）三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡、工作特性,机械特性3.三相异步电动机的工作特性1）转速特性用曲线n=f

(P2)表示。是一条稍向下倾斜的曲线。2）转矩特性用变化曲线T2=f

(P2)表示。为一条过原点且斜率为1/ω的直线。3）定子电流特性用曲线I1=f

(P2)表示。4）定子功率因数特性用曲线cosφ1=f

(P2)表示5）效率特性用曲线η=f

(P2)表示二、三相异步电动机的基础知（六）三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡、工作特性,机械特性4.三相异步电动机的机械特性1）三相异步电动机机械特性的表达式异步电动机机械特性的实用表达式为二、三相异步电动机的基础知（六）三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡、工作特性,机械特性图2-17

三相异步电动机的固有机械特性4.三相异步电动机的机械特性2）三相异步电动机的固有机械特性固有机械特性是异步电动机在额定频率及额定电压下工作，并按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不接电阻或电抗时所得到的曲线，如图2-17所示。二、三相异步电动机的基础知（六）三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡、工作特性,机械特性3）三相异步电动机的人为机械特性图2-18异步电动机降低定子电压的人为机械特性4.三相异步电动机的机械特性（1）降低定子电压的人为机械特性。由前面的分析可知，当降低定子电压U1时，电磁转矩Tem与电压U21成正比地降低，sm和n1不变，最大转矩和启动转矩都随电压的平方成正比地降低，如图2-13所示。二、三相异步电动机的基础知（六）三相异步电动机的功率平衡、转矩平衡、工作特性,机械特性3）三相异步电动机的人为机械特性图2-19绕线型异步电动机转子串联电阻的人为机械特性4.三相异步电动机的机械特性（2）转子串联电阻的人为机械特性。在绕线型异步电动机中，通常在转子电路中串入三相对称电阻，此时同步转速n1和最大转矩Tm不变，临界转差率sm与转子电阻成正比，如图2-19所示。常用低压电器的检测知识拓展三相异步电动机启动前检查三、三相异步电动机的起动、调速与制动（一）三相异步电动机的起动1.直接起动用开关将额定电压直接加到定子绕组上使电动机起动，就是直接起动，又称全压起动。图2-20

直接起动电路三、三相异步电动机的起动、调速与制动（一）三相异步电动机的起动2.三相笼型异步电动机降压起动图2-21串电阻降压起动三相异步电动机起动时在定子电路中串入电抗器，这样可以降低定子电压，限制起动电流。在转速接近额定值后，将电抗器切除，使电动机在额定电压下开始正常运行。串电阻降压起动电路如图2-21所示。1）定子串接电抗器起动三、三相异步电动机的起动、调速与制动（一）三相异步电动机的起动2）Y-△起动起动时定子绕组接成形，运行时定子绕组则接成△形。对于运行时定子绕组为形的笼型异步电动机则不能用Y-△起动方法。

Y-△起动时，定子绕组承受的电压只有△形接法时的13，起动电流为直接起动时起动电流的13，而起动转矩也另直接起动时的13。

Y-△起动方法简单，价格便宜，因此在轻载起动条件下，应优先采用。我国采用△起动方法的电动机额定电压都是380V。

三、三相异步电动机的起动、调速与制动（一）三相异步电动机的起动3）自耦变压器降压起动图2-22

自耦变压器降压起动自耦变压器也称起动补偿器。起动时电源接自耦变压器原边，副边接电动机。起动结束后电源直接加到电动机上。三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动的接线如图2-22所示。（一）三相异步电动机的起动三、三相异步电动机的起动、调速与制动3.三相绕线型异步电动机降压起动1）转子串联电阻起动(1)起动方法。起动时，在转子电路串接起动电阻器，借以提高起动转矩，同时因转子电阻增大也限制了起动电流,起动结束，切除转子所串电阻。为了在整个起动过程中得到比较大的起动转矩，需分几级切除起动电阻。起动接线图和特性曲线如图2-23所示。图2-23绕线式异步电动机起动接线图和特性曲线（一）三相异步电动机的起动三、三相异步电动机的起动、调速与制动3.三相绕线型异步电动机降压起动（2）起动过程。先将3个接触器均断开，转子串全电阻起动，随着转速的升高依次闭合KM1、KM2、KM3最后将起动电阻全切除，电机转速上升到稳定运行点，完成起动过程。上述起动过程中，转子三相绕组所接电阻平衡，并且三级平衡切除，故称为三级起动。（一）三相异步电动机的起动三、三相异步电动机的起动、调速与制动3.三相绕线型异步电动机降压起动2）转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一个三相铁心线圈，其铁心不用硅钢片而用厚钢板叠成。铁心中产生涡流损耗和一部分磁滞损耗。铁心相当一个等效电阻，其线圈又是一个电抗，且电阻和电抗都随频率变化而变化，故称频敏变阻器。它与绕线转子异步电动机的转子绕组相接，如图2-24所示。图2-24绕线转子异步电动机串频敏变阻器起动（二）三相异步电动机的调速三、三相异步电动机的起动、调速与制动1）变极原理1.三相异步电动机的变极调速2）变极调速时的容许输出三、三相异步电动机的起动、调速与制动（二）三相异步电动机的调速由转速公式n=(1－s)n1=(1－s)60f1/p可知，若改变电源频率f1，则异步电动机的转速n也随之改变，从而可以达到调节异步电动机转速的目的。2.三相异步电动机的变频调速（二）三相异步电动机的调速三、三相异步电动机的起动、调速与制动2）串级调速3）改变定子电压调速1）转子串联电阻调速3.三相异步电动机的变转差率调速三、三相异步电动机的起动、调速与制动（三）三相异步电动机的制动1.反接制动1）电源反接图2-31

电源反接制动的电路和原理图图2-32

电源反接制动机械特性三、三相异步电动机的起动、调速与制动（三）三相异步电动机的制动1.反接制动2)倒拉反接制动图2-33倒拉反接制动的机械特性当绕线转子异步电动机拖动位能性负载时，在其转子回路串入很大的电阻，其机械特性如图2-33所示。当异步电动机提升重物时，其工作点为曲线1上的a点。如果在转子回路串入很大的电阻。三、三相异步电动机的起动、调速与制动（三）三相异步电动机的制动2.能耗制动能耗制动的方法是将运行着的异步电动机的定子绕组从三相交流电源上断开，立即接到直流电源上，如图2-34所示。图2-34感应电动机能耗制动原理图三、三相异步电动机的起动、调速与制动（三）三相异步电动机的制动回馈制动又称再生制动或发电制动，主要用在起重设备中。例如当起重机下放重物时，因重力的作用，电动机的转速n超过旋转磁场的转速n1，转子中感应电动势、电流和电磁转矩的方向都发生了变化，电动机转入发电运行状态。图2-36回馈制动原理图3.回馈制动三、三相异步电动机的起动、调速与制动（三）三相异步电动机的制动一、三相异步电动机的启动项目实施1.实施目标（1）熟悉三相异步电动机的基本结构。（2）掌握三相异步电动机的启动方法。2.实施设备（1）三相异步电动机。（2）启动开关和各种接线一、三相异步电动机的启动项目实施3.实施内容和步骤（1）在教师指导下，仔细观察三相异步电动机的结构特点。（2）检查三相异步电动机的结构是否完好，启动开关是否正常工作。（3）按照本项目所述的基础知识进行三相异步电动机的接线。（4）接线完成后，按下启动开关，启动电动机。4.注意事项（1）认真仔细进行接线并自检，接线要牢固，接触要良好。（2）所有接线确认无误后，经老师确认后，方可通电。一、三相异步电动机的启动项目实施5.技能训练考核评分标准二、三相异步电动机的点动与连续运转控制项目实施1.实训目标（1）了解电动机运行时的保护方法。（2）比较常用点动、长动控制电路的特点。（3）学会实验电路接线及故障排除。2.实训设备（1）三相异步电动机。（2）三相转换开关。（3）交流接触器。（4）热继电器。（5）三联按钮开关。（6）导线若干。二、三相异步电动机的点动与连续运转控制项目实施3.实训原理及依据1）点动控制环节点动控制电路主要由按钮、接触器组成,如图2-37所示。闭合电源开关QS，按下起动按钮S