电工与电子技术基础.ppt

1、2004年9月,制作曾令琴,主编曾令琴,基本结构工作原理机械特性控制方法,异步电动机及其控制,主要授课内容,第1章,第5章异步电动机及其控制,5.1异步电动机的基础知识,5.3三相异步电动机的控制,5.4常用控制电器,5.5电气控制电路,5.2异步电动机的电磁转矩和机械特性,第1章,5.1异步电动机的基本知识,1.三相异步电动机的结构,鼠笼式,三相异步电动机,绕线式,定子,转子,定子铁芯,机座,定子绕组,转子铁芯,转轴,转子绕组,风罩,风叶,转子,定子,端盖,问题与讨论,鼠笼型电动机的定子各部分结构和作用如何？,鼠笼型异步机转子各部分的结构和作用是什么？,定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制

2、成，在其内圆冲有分布的槽。,定子铁芯的作用：一是槽内可用来嵌放定子绕组；二是定子铁芯构成电动机磁路的一部分。,定子绕组是由铜导线绕制而成。构成电动机电路的一部分。,机座是电动机的支架，一般用铸铁或铸钢制成。,转子铁芯冲片,铸铝笼形转子,笼形转子绕组,转子铁芯是也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成，在其外圆冲有分布的槽。转子铁芯可嵌放转子绕组，构成电机磁路的另一部分。,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。,2.三相异步电动机的工作原理,(1)旋转磁场的产生,n1,A,X,B,Y,C,Z,三相定子绕组中通过的电流,t=0时电流和磁场情

3、况,N,S,同理可分析出其它时刻电流的磁场转向。,显然，异步电动机中旋转磁场代替了旋转磁极。,定子电流旋转磁场的方向：取决于三相电流的相序。,若要改变异步电动机的旋转方向：只需换接其中两相的顺序即可。,问题与讨论,旋转磁场的极对数和同步转速n1之间有什么关系？,此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数p=1。,极对数p=1时：,将每相绕组分成两段，按上图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。,X,此时同步转速,t=0时转子电流和转子旋转情况,(2)电动机的转动原理,用右手定则可判断出转子导体中感应电流的方向如图示；,再用左手定则判断出转子导体的受力方向为上右下左，因此转子顺着同步磁场n1的方

4、向转动。,异步机的转动原理三相对称定子绕组中通入对称三相交流电，即在气隙中形成一个在时间上、空间上都随时间变化的一个旋转磁场。固定不动的转子导体与旋转磁场相切割后感应电流成为载流导体。载流导体又和旋转磁场相互作用，对轴生成电磁转矩，于是电动机就顺着同步转速的方向转动起来。,问题与讨论,电动机的转速n能等于同步转速n1吗？,提示：如果,结论：,nn1,异步！,转差率S的概念：,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：,电动机运行之中:,显然电动机的转差率随电动机的转速升高而减小。,3.三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5KW频率50Hz电压380V电流15

5、.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S1B级绝缘年月编号电机厂,Y表示异步机，132（mm）表示机座中心高度；M代表中机座（L长机座、S短机座）。,额定功率指的是电动机输出的机械功率。,额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。,额定转速指的是电动机转子的转速n。,三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和形。三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，左下图为Y接连线图；右下图为接连线图。,同步转速：,转差率：,解：,三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2,例：,若能给单相

6、异步电动机一个外力使它转动起来，则顺时针旋转磁场B1和逆时针旋转磁场B2产生的合成电磁转矩不再为零，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动方向继续运转。,3.单相异步电动机简介,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，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在0.75KW以下。,在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电，电动机内产生一个大小及方向随时间沿定子绕组轴线方向变化的磁场，称为脉动磁场。,脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋转磁场B1、

7、B2。,问题与讨论,单相异步电动机为什么不会自行起动？,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。由于在任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反，所以单向异步机的转子不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。,合成的脉动磁场在任一时刻都是大小随时间变化，但磁场的轴向不变。,如何让单相异步电动机转动起来？,电容分相法可让单相异步机转动,上图所示分别为单相异步电动机的定子磁场分别在t=0、t=45、t=90三个时刻时的合成磁场方向。可见合成磁场随着时间按顺时针方向旋转。即加入电容起动绕组后，单相异步电动机的合成磁场就

8、是一个旋转磁场，因此它就可以自行起动了。,5.2异步电动机的电磁转矩和机械转矩,1.异步电动机的电磁转矩,电磁转矩与电源电压的平方成正比：,（牛顿米）,三相异步机转子中各载流导体在旋转磁场作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和，称为电磁转矩T：,结构常数,每极磁通,转子电流,转子电路功率因数,必须指出：TU12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。电动机稳定运行情况下，不论电源电压是高是低，其输出机械转矩的大小，只决定于负载转矩的大小。换言之，当TTL时，电动机稳定在某一速度下运行；若TTL时，电动机加速运行；在Tn0情况时，电动机处于发电状态，此时在转子导体中感应电

9、流，感应电流的方向与原电流方向相反，因此产生的电磁转矩方向也相反，这种制动称为再生发电制动。,5.4常用控制电器,5.4.1常用低压电器,1开关电器,HK系列瓷底胶盖刀开关图符号及外形图,组合开关图符号及外形图,组合开关内部解剖图,刀开关适用于不频繁接通和断开电路；组合开关适用于机床设备的电源引入开关。,断路器（自动空气开关）简介,断路器产品外形图,DZ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时，电磁脱扣器中线圈所产生的吸力

10、增大，将衔铁吸合，并撞击杠杆，把搭钩顶上去，在弹簧的作用下切断主触头，实现了短路保护。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，衔铁被弹簧拉开，撞击杠杆，把搭钩顶开，切断主触头，实现了过载保护。,工作原理,熔断器简介,熔断器产品外形图,熔断器简称保险丝，是最简单有效的短路保护装置。熔断器中的熔丝和熔片是用易熔合金制成的，当流过熔体的电流大于它的整定值时，熔体立刻熔断，切断电源，起到保护作用。,一般照明电路，熔体INIL；,熔断器熔体选用的原则,单台电动机：熔体IN（1.52.5）IL；,多台电动机：熔体IN（1.52.5）倍最大电机IN加其余电机的额定电流。,触头系统,

11、电磁系统,交流接触器简介,接触器结构组成及作用：,交流接触器结构原理图,铁芯、衔铁,通电线圈,三对主触头：控制主电路的通、断.,两对辅助常开触头、两对辅助常闭触头：自锁和互锁,交流接触器产品外形图,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。,热继电器简介,热继电器是利用电流的热效应原理来切断电路以保护电器的设备。,热继电器产品图,结构原理图和图符号,工作原理：,发热元件串接在主电路中；常闭触点串接在控制电路中,线圈通电衔铁吸合（向下）连杆动作触头动作,时间继电器简介,结构原理图,时间继电器产品外形图,通电延时：

12、当线圈通电时触头延时动作，线圈断电时使触头瞬时复位；断电延时：线圈断电时使触头延时复位，线圈通电时使触头瞬时动作。,时间继电器是电路中控制动作时间的设备。它利用电磁原理来实现触头的延时接通和断开。,时间继电器触头类型,控制按钮简介,结构原理图及图符号,控制按钮产品外形图,控制按钮是一种结构简单，应用广泛的主令电器。控制按钮由按钮帽、复位弹簧桥式触点和外壳构成。动触点和上面的静触点组成常闭；和下面的静触点组成常开。按下按钮，常闭触点断开、常开触点闭合；松开按钮，在弹簧作用下各触点恢复原态。,位置开关（行程开关）简介,结构原理图及图符号,位置开关产品外形图,位置开关又称行程开关或限位开关，其作用是

13、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、变速或循环。工作原理：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触点断开，常开触点闭合；挡铁移开后，复位弹簧使其复位。,5.4.2常用高压控制电器简介,高压断路器产品外形图,高压隔离开关产品外形图,高压断路器是既能接通和断开高压线路的工作电流，又能自动切断短路电流的高压开关设备。,工作原理：在同一高压电路中，高压隔离开关与高压断路器串联配合操作：接通电路时，必须先合上高压隔离开关，再合高压断路器；断开电路时，必须先断开高压断路器，切断工作电流后，再打开高压隔离开关。,高压隔

14、离开关是用来将高压电路中需停电的部分与带电部分可靠地分离开来，并留有间隙，以保证停电时检修人员的安全。,主触头：,检验学习结果,额定电流一般选择为电动机额定电流值的1.52.5倍。,答案在书中找,低压断路器具有短路保护、过载保护、断电保护及欠压保护等功能。,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，与接触器的线圈相串联。,接触器主要有触头部分和电磁部分组成：,辅助常开：,辅助常闭：,线圈,主触头串接在主电路中；辅助触头与线圈接在控制电路中。,5.5电气控制电路,1.点动控制电路,动作过程,按下按钮（SB）线圈（KM）通电主触头（KM）闭合电机转动；,控制电路,主电路,松开

15、按钮（SB）线圈（KM）断电主触头（KM）打开电机停转。,2.电动机单向连续运转控制电路,控制过程,按下按钮（SB2）线圈（KM）通电KM主触头闭合，辅助常开闭合自锁电动机连续运转；,控制电路,主电路,按下停止按钮（SB1）线圈（KM）断电KM主触头/辅助触头均打开电动机停转。,简单的接触器控制原理,电流成回路，只要接两相就可以了。,电动机单向连续运转加过载保护控制电路,主电路,控制电路,下面控制电路能否实现既能点动、又能连续运行,思考,不能点动！,3.电动机正、反转控制电路,SB2和SB3不能同时按下，否则会造成短路！,主电路,操作过程：,控制电路,如何改进控制电路，从而避免上述情况发生？,很容易在电动机正转时按下反转按钮或在电动机反转时按下正转按钮，由此可造成两相短路！,在正、反转控制电路中串联上正、反转接触器的互锁常闭触头可以避免两相短路：,4.工作台自动往返控制线路,主电路,位置控制行程控制实质上就是电动机的正、反转控制，只需在生产机械的行程终端加限位开关即可实现。,有些生产机械，要求工作台在一定的距离内能自动往返，这就需要位置控制开关限位开关。,至右极端位置撞开STB,动作过程：,按下SB2,正向运行,电机停车,位置开关的行程控制电路图,至左极端位置撞开STA,按下SB3,逆向运行,电机停车,位置开关的自动往复运动控制,控制电路,限位开关采用复合式开关。正向运行停车的