三相異步電動機的結構工作原理及其控制電路

1、實驗五 三相異步電機變頻調(diào)速一、實驗目的1了解變頻器外部控制端子的功能。 2了解變頻器端子的接線方法。3掌握變頻器面板操作和常用參數(shù)的訪問與設置。4了解三相異步電機變頻調(diào)速在不同運行模式下的參數(shù)配置及操作方法。二、實驗原理1ATV31變頻器的選型2）轉(zhuǎn)子1 200240V 單相，0.182.2kW ； 2 200240V 三相，0.1815kW ； 3 380500V 三相，0.3715kW ； 4 525600V 三相，0.7515kW 。 ATV31變頻器具有豐富的端子和通信接口： 鼠籠式電動機由于構造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應用 可以根據(jù)使用電動機的功率、額定電壓

2、來選擇合適的變頻器，一般變頻器選型要大一個型號。例如：使用三相線電壓380V ，功率是0.37kW ，可以選0.55kW 對應的變頻器ATV31HU55N4，這樣可以保證電動機更有效的運行。2變頻器I/O端子的連接ATV31變頻器端子的接線方式如圖4-1所示。1）基本原理為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖5-2所示。圖 5-2 三相異步電動機工作原理 L 1L 2L 3(1演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導體，當轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。(2現(xiàn)象解釋：當磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導體發(fā)生相對

3、運動，鼠籠式導體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，于是導體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。(3結論：欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。 2）旋轉(zhuǎn)磁場 （1）產(chǎn)生TB1動力端子分別接380V 交流電和三相交流異步電動機，并且可以接入外置制動電阻和直流電抗器，用于緊急制動停車和濾波，見表4-2。表4-2 ATV31變頻器的動力端子 TB2為控制端，各端子說明見表4-3。22個控制端子可分為三組：第一組為模擬量輸入端；第二組為變頻器輸出的常開/常閉繼電器接點端子；第三組為

4、報警端子部分。另外還提供一個RJ45接口用于通信。表4-3 ATV31變頻器的控制端子B 當t=00時，i A =0，AX 繞組中無電流；i B 為負，BY 繞組中的電流從Y 流入B 1流出；i C 為正，CZ 繞組中的電流從C 流入Z 流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（a ）所示。當t=1200時，i B =0，BY 繞組中無電流；i A 為正，AX 繞組中的電流從A 流入X 流出；i C 為負，CZ 繞組中的電流從Z 流入C 流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（b ）所示。當t=2400時，i C =0，CZ 繞組中無電流；i A 為負，AX 繞組中的電流從X

5、 流入A流出；i B 為正，BY 繞組中的電流從B 流入Y 流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（c ）所示。可見，當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地通過2線制和3線制方式起動電動機，比較兩種方式的區(qū)別，并改變加/減速斜坡時間。(2 實驗說明旋，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。 X X X(a t = 0° (b t = 120° (c t = 240°圖 5-4 旋轉(zhuǎn)磁場的形成（2）旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的

6、方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。 nCr 輸入銘牌給出的電動機額定電流，比銘牌給出的值稍大一些； nSP 輸入銘牌給出的電動機額定轉(zhuǎn)速； COS 輸入銘牌給出的功率因數(shù)。c. 將變頻器設置為2線制起動：進入I/O-菜單 選擇tCC 選擇2C 。d. 設置LI1為正轉(zhuǎn)，LI2為反轉(zhuǎn)。LI1默認為正轉(zhuǎn)，設置LI2為反轉(zhuǎn)：進入I/O-菜單選擇 rrS 選擇LI2。e. 設置加速斜坡和減速斜坡時間：進入Set-菜單 選擇ACC ，設置加速斜坡時間：0. 1999.9s ，出廠設置為3s 。 進入Set-菜單 選擇DEC ，設置減

7、速斜坡時間：0. 1999.9s ，出廠設置為3s 。 f. 設置功能訪問等級，進入CTL-菜單 選擇LAC 選擇L3，設置為最高訪問等級。 g. 設置控制方式進入CTL-菜單 選擇Cdl 選擇tEr ，將控制通道(數(shù)字量輸入通道 設置為端子控制方式。 進入CTL-菜單 選擇Frl 選擇AI1，將給定通道(模擬量輸入通道 設置為模擬量輸入端子=120pAI1。 2 3線制控制“正向”或“反向”脈沖控制起動，“停止”脈沖控制停車。 按圖4-3所示接線，LI1：停車，LI2：正向，LIx ：反向。 三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n 0與電動機磁極對數(shù)p 有關，它們的關系是：n 0=60f 1p（5-

8、1）由（5-1）可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n 0決定于電流頻率f 1和磁場的極數(shù)p 。對某一異步電動機而言，f 1和p 通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速n 0是個常數(shù)。在我國，工頻f 1=50Hz，因此對應于不同極對數(shù)p 的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n 0，見表5-1表5-1 （3）轉(zhuǎn)差率s電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n 不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n 0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導體，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此我們把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機的轉(zhuǎn)動原理是建立在電磁感應基礎上的，故又稱

9、為感應電動機。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n 0常稱為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差率s 用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 與磁場轉(zhuǎn)速n 0相差的程度的物理量。即：n 0-n n= s = n 0n 0(5-2轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量。當旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n 0開始旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子則因機械慣性尚未轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n =0，這時轉(zhuǎn)差率S =1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后，n >0，（n 0-n ）差值減小，電動機的轉(zhuǎn)差率S <1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時的轉(zhuǎn)差率S 增大。反之，S 減約為0.0150.06之間。根據(jù)式(4-2,可以

10、得到電動機的轉(zhuǎn)速常用公式n =(1-s n 0(5-3例 有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 n =975r/min，電源頻率f =50Hz，求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率S 。解：由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與975r/min最相近的同步轉(zhuǎn)速n 0=1000r/min，與此相應的磁極對數(shù)p =3。因此，額定負載時的轉(zhuǎn)差率為：s =n 0-n 1000-975100%=100%=2.5%n 01000（4）三相異步電動機的定子電路與轉(zhuǎn)子電路三相異步電動機中的電磁關系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是

11、短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應出電動勢?？偨Y：1、三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。2、欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組，并且旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速不同，這也是“異步”二字的含義；3、三相電源流過在空間互差一定角度按一定規(guī)律排列的三相繞組時，便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；4、旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電源相序決定的；5、三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n 0與電動機磁極對數(shù)p 有關，它們的關系是： 6

12、0f 1n 0=p6、轉(zhuǎn)差率s 用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 與磁場轉(zhuǎn)速n 0相差的程度的物理量。即： n 0-n n = s = n 0n 0轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量，異步電動機運行時，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.0150.06之間。7、三相異步電動機中的電磁關系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。5.1.2 三相異步電機的轉(zhuǎn)矩特性與機械特性1電磁轉(zhuǎn)矩（簡稱轉(zhuǎn)矩）異步電動機的轉(zhuǎn)矩T 是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流I 2相互作用而產(chǎn)生的。電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子繞組中的電流I 及旋轉(zhuǎn)磁場的強弱有關。經(jīng)理論證明，它們

13、的關系是：T =K T I 2cos 2 （5-4） 其中 T 為電磁轉(zhuǎn)矩 K T 為與電機結構有關的常數(shù) 為旋轉(zhuǎn)磁場每個極的磁通量 I 2為轉(zhuǎn)子繞組電流的有效值 2為轉(zhuǎn)子電流滯后于轉(zhuǎn)子電勢的相位角 若考慮電源電壓及電機的一些參數(shù)與電磁轉(zhuǎn)矩的關系，（5-4）修正為：sR 2U 12'2T =K T R 2+(sX 20 2 （5-5） 其中 '為常數(shù) K T S 為轉(zhuǎn)差率 U 1為定子繞組的相電壓 R 2為轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻 X 20為轉(zhuǎn)子靜止時每相繞組的感抗由上式可知，轉(zhuǎn)矩T 還與定子每相電壓U 1的平方成比例，所以當電源電壓有所變動時，對轉(zhuǎn)矩的影響很大。此外，轉(zhuǎn)矩T 還受轉(zhuǎn)

14、子電阻R 2的影響。圖4-15為異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線。2機械特性曲線 n n (a T =f (s 曲線 圖 5-5 三相異步電動機的機械特性曲線 m 在一定的電源電壓U 1和轉(zhuǎn)子電阻R 2下，電動機的轉(zhuǎn)矩T 與轉(zhuǎn)差率n 之間的關系曲線T=f(s或轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系曲線n=f(T，稱為電動機的機械特性曲線，它可根據(jù)式（5-4）得出，如圖5-5所示。在機械特性曲線上我們要討論三個轉(zhuǎn)矩：1）額定轉(zhuǎn)矩T N額定轉(zhuǎn)矩T N 是異步電動機帶額定負載時，轉(zhuǎn)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩。P 2T N =9550n （5-6） 式中P 2是電動機軸上輸出的機械功率，其單位是瓦特，n 的單位是轉(zhuǎn)/分，T N 的單位是牛&#

15、183;米。當忽略電動機本身機械摩擦轉(zhuǎn)矩T 0時，阻轉(zhuǎn)矩近似為負載轉(zhuǎn)矩T L ，電動機作等速旋轉(zhuǎn)時，電磁轉(zhuǎn)矩T 必與阻轉(zhuǎn)矩T L 相等，即T = T L 。額定負載時，則有T N = T L 。2）最大轉(zhuǎn)矩T mT m 又稱為臨界轉(zhuǎn)矩，是電動機可能產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩。它反映了電動機的過載能力。最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率為S m ，此時的S m 叫做臨界轉(zhuǎn)差率，見圖5-5（a ）最大轉(zhuǎn)矩Tm 與額定轉(zhuǎn)矩T N 之比稱為電動機的過載系數(shù)，即= Tm / TN 一般三相異步的過載系數(shù)在1.82.2之間。在選用電動機時，必須考慮可能出現(xiàn)的最大負載轉(zhuǎn)矩，而后根據(jù)所選電動機的過載系數(shù)算出電動機的最大轉(zhuǎn)矩，它必須大于

16、最大負載轉(zhuǎn)矩。否則，就是重選電動機。3）起動轉(zhuǎn)矩T st ，T st 為電動機起動初始瞬間的轉(zhuǎn)矩，即n=0，s 時的轉(zhuǎn)矩。為確保電動機能夠帶額定負載起動，必須滿足：T st >T N ，一般的三相異步電動機有T st /TN =12.2。3電動機的負載能力自適應分析電動機在工作時，它所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T 的大小能夠在一定的范圍內(nèi)自動調(diào)整以適應負載的變化，這種特性稱為自適應負載能力。T L n S I 2T 直至新的平衡。此過程中，I 2時， I 1電源提供的功率自動增加?？偨Y：1、電磁轉(zhuǎn)矩T 的大小與轉(zhuǎn)子繞組中的電流I 及旋轉(zhuǎn)磁場的強弱有關。T =K T I 2cos 2轉(zhuǎn)矩T 還與定子每

17、相電壓U 1的平方成比例，所以當電源電壓有所變動時，對轉(zhuǎn)矩的影響很大。此外，轉(zhuǎn)矩T 還受轉(zhuǎn)子電阻R 2的影響。2、在一定的電源電壓U 1和轉(zhuǎn)子電阻R 2下，電動機的轉(zhuǎn)矩T 與轉(zhuǎn)差率n 之間的關系曲線T=f(s或轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系曲線n=f(T，稱為電動機的機械特性曲線。其特性見圖5-53、三個轉(zhuǎn)矩：1）額定轉(zhuǎn)矩T N額定轉(zhuǎn)矩T N 是異步電動機帶額定負載時，轉(zhuǎn)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩。T N =9550P 2n2）最大轉(zhuǎn)矩T mT m 又稱為臨界轉(zhuǎn)矩，是電動機可能產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩。它反映了電動機的過載能力。3）起動轉(zhuǎn)矩T st ，T st 為電動機起動初始瞬間的轉(zhuǎn)矩，即n=0，s 時的轉(zhuǎn)矩。4、電動機的

18、負載能力自適應分析電動機在工作時，它所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T 的大小能夠在一定的范圍內(nèi)自動調(diào)整以適應負載的變化，這種特性稱為自適應負載能力。5.2三相異步電動機的使用電動機或其他電氣設備電路的接通或斷開，目前普遍采用繼電器、接觸器、按鈕及開關等控制電器來組成控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)一般稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)。任何復雜的控制電路，都是由一些基本的單元電路組成的。因此，在本節(jié)中我們主要討論繼電接觸器控制的一些基本電路。要弄清一個控制電路的原理，必須了解其中各個電器元件的結構，動作原理以及它們的控制作用。電器的種類繁多，可分為手動的和自動的兩類。手動電器是由工作人員手動操縱的，例如刀開關、點火開關等。而自動

19、電器則是按照指令、信號或某個物理量的變化而自動動作的，例如各種繼電器、接觸器、電磁閥等。因此本節(jié)首先對這些常用控制電器作簡單介紹。5.2.1 常用低壓電器介紹1手動電器1）刀開關刀開關又叫閘刀開關，一般用于不頻繁操作的低壓電路中，用作接通和切斷電源，有時也用來控制小容量電動機的直接起動與停機。刀開關由閘刀（動觸點）、靜插座（靜觸點）、手柄和絕緣底板等組成。刀開關的種類很多。按極數(shù)（刀片數(shù)）分為單極、雙QS極和三極；按結構分為平板式和條架式；按操作方式分為直接手柄操作式、杠桿操作機構式和電動操作機構式；按轉(zhuǎn)換方向分為單投和雙投等。 圖5-6 刀開關的電路符號 刀開關一般與熔斷器串聯(lián)使用，以便在短

20、路或過負荷時熔斷器熔斷而自動切斷電路。 刀開關的額定電壓通常為250V 和500V ，額定電流在1500A 以下?？紤]到電機較大的起動電流，刀閘的額定電流值應如下選擇：35倍異步電機額定電流2）按鈕按鈕常用于接通、斷開控制電路，它的結構和電路符號見圖5-7。按鈕上的觸點分為常開觸點和常閉觸點，由于按鈕的結構特點，按鈕只起發(fā)出“接通”和“斷開”信號的作用。圖 5-7 按鈕的結構和符號電路符號 2自動電器1）熔斷器熔斷器主要作短路或過載保護用，串聯(lián)在被保護的線路中。線路正常工作時如同一根導線，起通路作用；當線路短路或過載時熔斷器熔斷，起到保護線路上其他電器設備的作用。熔斷器的結構有管式、磁插式、螺

21、旋式、等幾種。其核心部分熔體（熔絲或熔片）是用電阻率較高的易熔合金制成，如鉛錫合金；或者是用截面積較小的導體制成。熔體額定電流I F 的選擇：1無沖擊電流的場合（如電燈、電爐）I F I L ； 圖5-8 熔斷器的電路符號2一臺電動機的熔體：熔體額定電流電動機的起動電流÷2.5；如果電動機起動頻繁，則為：熔體額定電流電動機的起動電流÷(1.62；3幾臺電動機合用的總熔體：熔體額定電流=(1.52.5×容量最大的電動機的額定電流+其余電動機的額定電流之和。2）交流接觸器接觸器是一種自動開關，是電力拖動中主要的控制電器之一，它分為直流和交流兩類。其中，交流接觸器常用來

22、接通和斷開電動機或其他設備的主電路。圖5-9是交流接觸器的主要結構圖。接觸器主要由電磁鐵和觸頭兩部分組成。它是利用電磁鐵的吸引力而動作的。當電磁線圈通電后，吸引山字形動鐵心 (上鐵心 ，而使常開觸頭閉合。 圖5-9 接觸器工作原理圖根據(jù)用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。輔助觸頭通過的電流較小， 常接在電動機的控制電路中；主觸頭能通過較大電流，常接在電動機的主電路中。如CJl0-20型交流接觸器有三個常開主觸頭和四個輔助觸頭 (兩個常開，兩個常閉 。 當主觸頭斷開時，其間產(chǎn)生電弧，會燒壞觸頭，并使電路分斷時間拉長，因此，必須采取滅弧措施。通常交流接觸器的觸頭都做成橋式結構，它有兩個斷

23、點，以降低觸頭斷開時加在斷點上的電壓，使電弧容易熄滅，同時各相間裝有絕緣隔板，可防止短路。在電流較大的接觸器中還專門設有滅弧裝置。接觸器的電路符號見圖5-10，接觸器線圈 主觸頭用于主電路 輔助觸頭用于控制電路圖 5-10 接觸器電路符號在選用接觸器時，應注意它的額定電流、線圈電壓及觸頭數(shù)量等。CJl0系列接觸器的主觸頭額定電流有5、10、20、40、75、120A 等數(shù)種。3）中間繼電器中間繼電器的結構與接觸器基本相同，只是體積較小，觸點較多，通常用來傳遞信號和同時控制多個電路，也可以用來控制小容量的電動機或其他執(zhí)行元件。常用的中間繼電器有JZ7系列，觸點的額定電流為5A ，選用時應考慮線圈

24、的電壓。4）熱繼電器熱繼電器是用來保護電動機，使之免受長期過載危害的繼電器。熱繼電器是利用電流的熱效應而動作的，它的工作原理如圖5-11所示。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的雙金屬片，由兩種具有不同線膨脹系數(shù)的金屬采用熱和壓力輾壓而成，亦可采用冷結合，其中，下層金屬的膨脹系數(shù)大，上層的小。當主電路中電流超過容許值，雙金屬片受熱向上彎曲致使脫扣，扣板在彈簧的拉力下將常閉觸頭斷開。觸頭是接在電動機的控制電路中的，控制電路斷開使接觸器的線圈斷電，從而斷開電動機的主電路。由于熱慣性，熱繼電器不能作短路保護，因為發(fā)生短路事故時，我們要求電路立即斷開，而熱繼電器是不能立即動作的。但

25、是這個熱慣性又是合乎我們要求的，比如在電動機起動或短時過載時，由于熱慣性熱繼電器不會動作，這可避免電動機的不必要的停車。如果要熱繼電器復位，則按下復位按鈕即可。 圖5-11 熱繼電器工作原理圖常用的熱繼電器有JR0、JRl0及JRl6等系列。熱繼電器的主要技術數(shù)據(jù)是整定電流。所謂整定電流，就是熱元件通過的電流超過此值的20%時，熱繼電器應當在20min 內(nèi)動作。JR0一40型的整定電流從0.6A 一40A 有9種規(guī)格。選用熱繼電器時，應使其整定電流與電動機的額定電流基本上一致。5）行程開關行程開關結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。用作電路的限位保護、行程控制、自動切換等。ST電路符號ST

26、電路符號圖 5-12 行程開關結構示意圖和電路符號1三相異步電動機技術數(shù)據(jù)每臺電動機的機座上都裝有一塊銘牌。銘牌上標注有該電動機的主要性能和技術數(shù)據(jù)。 1）型號為不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電機制造廠把電動機制成各種系列，每個系列的不同電動機用不同的型號表示。如三相異步電動機 機座中心高mm 機座長度代號 S ：短鐵心M ：中鐵心L ：長鐵心 磁極數(shù)2）接法接法指電動機三相定子繞組的聯(lián)接方式。一般鼠籠式電動機的接線盒中有六根引出線，標有U 1、V 1、W 1、U 2、V 2、W 2，其中：U 1、V 1、 W 1是每一相繞組的始端U 2、V 2、 W 2是每一相繞組的末端三相異步電動機的聯(lián)接

27、方法有兩種：星形（Y ）聯(lián)接和三角形（）聯(lián)接。通常三相異步電動機功率在4kW 以下者接成星形；在4kW （不含）以上者，接成三角形。3）電壓銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。一般規(guī)定電動機的電壓不應高于或低于額定值的5%。必須注意：在低于額定電壓下運行時，最大轉(zhuǎn)矩T max 和啟動轉(zhuǎn)矩T st 會顯著地降低，這對電動機的運行是不利的。三相異步電動機的額定電壓有380V 、3000V 及6000V 等多種。4）電流銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的最大線電流允許值。當電動機空載時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，兩者之間相對轉(zhuǎn)速很小，所以轉(zhuǎn)子電流近似

28、為零，這時定子電流幾乎全為建立旋轉(zhuǎn)磁場的勵磁電流。當輸出功率增大時，轉(zhuǎn)子電流和定子電流都隨著相應增大。5）功率與效率銘牌上所標的功率值是指電動機在規(guī)定的環(huán)境溫度下，在額定運行時電極軸上輸出的機械功率值。輸出功率與輸入功率不等，其差值等于電動機本身的損耗功率，包括銅損、鐵損及機械損耗等。所謂效率就是輸出功率與輸入功率的比值。一般鼠籠式電動機在額定運行時的效率約為72%93%。 6）功率因數(shù)因為電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯后一個角，cos 就是電動機的功率因數(shù)。 三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.70.9，而在輕載和空載時更低，空載時只有0.20.3。選擇電動機時應注意

29、其容量，防止“大馬拉小車”，并力求縮短空載時間。7）轉(zhuǎn)速電動機額定運行時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分。 不同的磁極數(shù)對應有不同的轉(zhuǎn)速等級。最常用的是四個級的（n 0=1500r/min）。8）絕緣等級絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。 所謂極限溫度是指電機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度。絕緣等級AEB 環(huán)境溫度40時的容許溫升 65 80 90 極限允許溫度 105 120 1302三相異步電動機的選擇正確選擇電動機的功率、種類、型式是極為重要的。1）功率的選擇電動機的功率根據(jù)負載的情況選擇合適的功率，選大了雖然能保證正常運行，但是不經(jīng)濟，電動機的效率和功率因數(shù)都

30、不高；選小了就不能保證電動機和生產(chǎn)機械的正常運行，不能充分發(fā)揮生產(chǎn)機械的效能，并使電動機由于過載而過早地損壞。（1）連續(xù)運行電動機功率的選擇對連續(xù)運行的電動機，先算出生產(chǎn)機械的功率，所選電動機的額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機械的功率即可。（2）短時運行電動機功率的選擇如果沒有合適的專為短時運行設計的電動機，可選用連續(xù)運行的電動機。由于發(fā)熱慣性，在短時運行時可以容許過載。工作時間愈短，則過載可以愈大。但電動機的過載是受到限制的。通常是根據(jù)過載系數(shù)來選擇短時運行電動機的功率。電動機的額定功率可以是生產(chǎn)機械所要求的功率的1/。2）種類和型式的選擇（1）種類的選擇選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、

31、調(diào)速與起動性能、維護及價格等方面來考慮的。 交、直流電動機的選擇如沒有特殊要求，一般都應采用交流電動機。 鼠籠式與繞線式的選擇三相鼠籠式異步電動機結構簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便，但調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動性能較差。因此在要求機械特性較硬而無特殊調(diào)速要求的一般生產(chǎn)機械的拖動應盡可能采用鼠籠式電動機。因此只有在不方便采用鼠籠式異步電動機時才采用繞線式電動機。 （2）結構型式的選擇電動機常制成以下幾種結構型式： 開啟式在構造上無特殊防護裝置，用于干燥無灰塵的場所。通風非常良好。 防護式在機殼或端蓋下面有通風罩，以防止鐵屑等雜物掉入。也有將外殼做成擋板狀，以防止在一定角度內(nèi)有雨水

32、滴濺入其中。 封閉式它的外殼嚴密封閉，靠自身風扇或外部風扇冷卻，并在外殼帶有散熱片。在灰塵多、潮濕或含有酸性氣體的場所，可采用它。 防爆式整個電機嚴密封閉，用于有爆炸性氣體的場所。 （3）安裝結構型式的選擇 機座帶底腳，端蓋無凸緣（B 3） 機座不帶底腳，端蓋有凸緣（B 5） 機座帶底腳，端蓋有凸緣（B 35） （4）電壓和轉(zhuǎn)速的選擇 電壓的選擇電動機電壓等級的選擇，要根據(jù)電動機類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。Y 系列鼠籠式電動機的額定電壓只有380V 一個等級。只有大功率異步電動機才采用3000V 和6000V 。 轉(zhuǎn)速的選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。但通常轉(zhuǎn)速不

33、低于500r/min。因為當功率一定時，電動機的轉(zhuǎn)速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，且效率也較低。因此就不如購買一臺高速電動機再另配減速器來得合算。 異步電動機通常采用4個極的，即同步轉(zhuǎn)速n 0=1500r/min。例 有一Y225M-4型三相鼠籠式異步電動機，額定數(shù)據(jù)如下：試求（1）額 定電流；（2）額定轉(zhuǎn)差率S N ；（3）額定轉(zhuǎn)矩T N 、最大轉(zhuǎn)矩T max 、起動轉(zhuǎn)矩T st 。 3（2）已知電動機是四極的，即p =2, n 0=1500r /min. 所以s N =（3）n 0-n 1500-1480=0.013 n 01500T N =9550T st =P N 45=9550=29

34、0.4(N m n N 1480T stT N =1.9290.4=551.8(N m T NT max =T N =2.2290.4=638.9(N m 總結：1、控制電器是指在電路中起通斷、保護、控制或調(diào)節(jié)作用的器件。繼電器接觸器控制系統(tǒng)通常使用500V 以下的低壓控制電器。2、電動機的銘牌數(shù)據(jù)用來標明電動機的額定值和主要技術規(guī)范，在使用中應遵守銘牌的規(guī)定。3、選擇電動機時，應根據(jù)負載和使用環(huán)境的實際情況進行選擇，選擇時應注意電動機的功率應盡可能與負載相匹配，既不宜“大”，更不宜“小馬拉大車”。5.2.3異步電動機的啟動與調(diào)速分析1起動特性分析（1）起動電流I st在剛起動時，由于旋轉(zhuǎn)磁場

35、對靜止的轉(zhuǎn)子有著很大的相對轉(zhuǎn)速，磁力線切割轉(zhuǎn)子導體的速度很快，這時轉(zhuǎn)子繞組中感應出的電動勢和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流均很大，同時，定子電流必然也很大。一般中小型鼠籠式電動機定子的起動電流可達額定電流的57倍。 注意： 在實際操作時應盡可能不讓電動機頻繁起動。如在切削加工時，一般只是用摩擦離合器或電磁離合器將主軸與電機軸脫開，而不將電動機停下來。（2）起動轉(zhuǎn)矩T st電動機起動時，轉(zhuǎn)子電流I 2雖然很大，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)cos 2很低，由公式T =C M I 2cos 2可知，電動機的起動轉(zhuǎn)矩T 較小，通常T st N =1.1 2.0。起動轉(zhuǎn)矩小可造成以下問題：（1）會延長起動時間。（2）不能在滿載下起

36、動。因此應設法提高。但起動轉(zhuǎn)矩如果過大，會使傳動機構受到?jīng)_擊而損壞，所以一般機床的主電動機都是空載起動（起動后再切削），對起動轉(zhuǎn)矩沒有什么要求。 綜上所述，異步電機的主要缺點是起電流大而起轉(zhuǎn)矩小。因此，我們必須采取適當?shù)钠饎臃椒?，以減小起動電流并保證有足夠的起轉(zhuǎn)矩。 2鼠籠式異步電動機的起動方法1）直接起動直接起動又稱為全壓起動，就是利用閘刀開關或接觸器將電動機的定子繞組直接加到額定電壓下起動。這種方法只用于小容量的電動機或電動機容量遠小于供電變壓器容量的場合。 2）降壓起動在起動時降低加在定子繞組上的電壓，以減小起動電流，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再恢復到全壓運行。此方法適于大中型鼠籠式異

37、步電動機的輕載或空載起動。 星形-三角形（Y-）換接起動起動時，將三相定子繞組接成星形，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再換成三角形。 這樣，在起動時就把定子每相繞組上的電壓降到正常工作電壓的此方法只能用于正常工作時定子繞組為三角形聯(lián)接的電動機。這種換接起動可采用星三角起動器來實現(xiàn)。星三角起動器體積小、成本低、壽命長、動作可靠。 自耦降壓起動自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低。如圖8-9所示，起動時，先把開關Q 2扳到“起動”位置，當轉(zhuǎn)速接近額定值時，將Q 2扳向“工作”位置，切除自耦變壓器。采用自耦降壓起動，也同時能使起動電流和起動轉(zhuǎn)矩減小。正常運行作星形聯(lián)接或容量

38、較大的鼠籠式異步電動機，常用自耦降壓起動。3三相異步電動機的調(diào)速調(diào)速就是在同一負載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的要求。 調(diào)速的方法S =n 0-n n 060f pn =(1-S n 0=(1-S 可見，可通過三個途徑進行調(diào)速：改變電源頻率f ，改變磁極對數(shù)p ，改變轉(zhuǎn)差率S 。前兩者是鼠籠式電動機的調(diào)速方法，后者是繞線式電動機的調(diào)速方法。（1） 變頻調(diào)速此方法可獲得平滑且范圍較大的調(diào)速效果，且具有硬的機械特性；但須有專門的變頻裝置由可控硅整流器和可控硅逆變器組成，設備復雜，成本較高，應用范圍不廣。（2） 變極調(diào)速此方法不能實現(xiàn)無極調(diào)速，但它簡單方便，常用于金屬切割機床或其他生產(chǎn)機械上。

39、 （3） 轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速在繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子電路中，串入一個三相調(diào)速變阻器進行調(diào)速。此方法能平滑地調(diào)節(jié)繞線式電動機的轉(zhuǎn)速，且設備簡單、投資少；但變阻器增加了損耗，故常用于短時調(diào)速或調(diào)速范圍不太大的場合。以上可知，異步電動機的各種調(diào)速方法都不太理想，所以異步電動機常用于要求轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定或調(diào)速性能要求不高的場合。 4三相異步電動機的制動制動是給電動機一個與轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)矩，促使它在斷開電源后很快地減速或停轉(zhuǎn)。對電動機制動，也就是要求它的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向相反，這時的轉(zhuǎn)矩稱為制動轉(zhuǎn)矩。常見的電氣制動方法有： （1）反接制動當電動機快速轉(zhuǎn)動而需停轉(zhuǎn)時，改變電源相序，使轉(zhuǎn)子受一個與原轉(zhuǎn)動方向

40、相反的轉(zhuǎn)矩而迅速停轉(zhuǎn)。注意，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近零時，應及時切斷電源，以免電機反轉(zhuǎn)。為了限制電流，對功率較大的電動機進行制動時必須在定子電路（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中接入電阻。這種方法比較簡單，制動力強，效果較好，但制動過程中的沖擊也強烈，易損壞傳動器件，且能量消耗較大，頻繁反接制動會使電機過熱。對有些中型車床和銑床的主軸的制動采用這種方法。（2）能耗制動電動機脫離三相電源的同時，給定子繞組接入一直流電源，使直流電流通入定子繞組。于是在電動機中便產(chǎn)生一方向恒定的磁場，使轉(zhuǎn)子受一與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的F 力的作用，于是產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)制動。直流電流的大小一般為電動機額定電流的0.51倍。由于這種

41、方法是用消耗轉(zhuǎn)子的動能（轉(zhuǎn)換為電能）來進行制動的，所以稱為能耗制動。這種制動能量消耗小，制動準確而平穩(wěn)，無沖擊，但需要直流電流。在有些機床中采用這種制動方法。（3）發(fā)電反饋制動當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n 超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n 0時，這時的轉(zhuǎn)矩也是制動的。如：當起重機快速下放重物時，重物拖動轉(zhuǎn)子，使其轉(zhuǎn)速n >n 0，重物受到制動而等速下降。5.2.4三相異步電動機的控制1直接啟動控制電路直接啟動即啟動時把電動機直接接入電網(wǎng)，加上額定電壓，一般來說，電動機的容量不大于直接供電變壓器容量的2030時，都可以直接啟動。1）點動控制合上開關S ，三相電源被引入控制電路，但電動機還不能起動。按下按鈕SB ，接

42、觸器KM 線圈通電，銜鐵吸合，常開主觸點接通，電動機定子接入三相電源起動運轉(zhuǎn)。松開按鈕SB ， 圖5-13 點動控制 接觸器KM 線圈斷電，銜鐵松開，常開主觸點斷開，電動機因斷電而停轉(zhuǎn)。 2. 直接起動控制（1）起動過程。按下起動按鈕SB 1，接觸器KM 線圈通電，與SB 1并聯(lián)的KM 的輔助常開觸點閉合，以保證松開按鈕SB l 后KM 線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM 的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)連續(xù)運轉(zhuǎn)控制。（2）停止過程。按下停止按鈕SB 2，接觸器KM 線圈斷電，與SB 1并聯(lián)的KM 的輔助常開觸點斷開，以保證松開按鈕SB 2后KM 線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回 路

43、中的KM 的主觸點持續(xù)斷開，電動機停轉(zhuǎn)。與SB 1并聯(lián)的KM 的輔助常開觸點的這種作用稱為自鎖。圖示控制電路還可實現(xiàn)短路保護、過載保護和零壓保護。 圖5-14直接起動控制 起短路保護的是串接在主電路中的熔斷器FU 。一旦電路發(fā)生短路故障，熔體立即熔斷，電動機立即停轉(zhuǎn)。 起過載保護的是熱繼電器FR 。當過載時，熱繼電器的發(fā)熱元件發(fā)熱，將其常閉觸點斷開，使接觸器KM 線圈斷電，串聯(lián)在電動機回路中的KM 的主觸點斷開，電動機停轉(zhuǎn)。同時KM 輔助觸點也斷開，解除自鎖。故障排除后若要重新起動，需按下FR 的復位按鈕，使FR 的常閉觸點復位（閉合）即可。 起零壓（或欠壓）保護的是接觸器KM 本身。當電源暫

44、時斷電或電壓嚴重下降時，接觸器KM 線圈的電磁吸力不足，銜鐵自行釋放，使主、輔觸點自行復位，切斷電源，電動機停轉(zhuǎn)，同時解除自鎖。 2正反轉(zhuǎn)控制 1）簡單的正反轉(zhuǎn)控制（1）正向起動過程。按下起動按鈕SB 1，接觸器KM 1線圈通電，與SB 1并聯(lián)的KM 1的輔助常開觸點閉合，以保證KM 1線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM 1的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)正向運轉(zhuǎn)。（2）停止過程。按下停止按鈕SB 3，接觸器KM 1線圈斷電，與SB 1并聯(lián)的KM 1的輔助觸點斷開，以保證KM 1線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的KM 1的主觸點 圖5-15簡單的正反轉(zhuǎn)控制 持續(xù)斷開，切斷電動機定子電源，電動機

45、停轉(zhuǎn)。（3）反向起動過程。按下起動按鈕SB 2，接觸器KM 2線圈通電，與SB 2并聯(lián)的KM 2的輔助常開觸點閉合，以保證線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM 2的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)反向運轉(zhuǎn)。 缺點： KM 1和KM 2線圈不能同時通電，因此不能同時按下SB 1和SB 2，也不能在電動機正轉(zhuǎn)時按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，或在電動機反轉(zhuǎn)時按下正轉(zhuǎn)起動按鈕。如果操作錯誤，將引起主回路電源短路。2）帶電氣互鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路將接觸器KM 1的輔助常閉觸點串入KM 2的線圈回路中，從而保證在KM 1線圈通電時KM 2線圈回路總是斷開的；將接觸器KM 2的輔助常閉觸點串入KM 1的線圈回路中，從而保證在

46、KM 2線圈通電時KM 1線圈回路總是斷開的。這樣接觸器的輔助常閉觸點KM 1和KM 2保證了兩個接觸器線圈不能同時通電，這種控制方式稱為互鎖或者聯(lián)鎖，這兩個輔助常開觸點稱為互鎖或者聯(lián)鎖觸點。圖5-16 帶電氣互鎖的正反轉(zhuǎn)控制 缺點：電路在具體操作時，若電動機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)要反轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕SB 3，使互鎖觸點KM 1閉合后按下反轉(zhuǎn)起動按鈕SB 2才能使電動機反轉(zhuǎn)；若電動機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)要正轉(zhuǎn)時必須先按停止按鈕SB 3，使互鎖觸點KM 2閉合后按下正轉(zhuǎn)起動按鈕SB 1才能使電動機正轉(zhuǎn)。 5.2.4三相異步電動機的控制上一節(jié)課我們講了電動機的點動與長動控制，這一節(jié)課我們在此基礎上進一步講述電動

47、機的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。 2正反轉(zhuǎn)控制3）同時具有電氣互鎖和機械互鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路采用復式按鈕，將SB 1按鈕的常閉觸點串接在KM 2的線圈電路中；將SB 2的常閉觸點串接在KM 1的線圈電路中；這樣，無論何時，只要按下反轉(zhuǎn)起動按鈕，在KM 2線圈通電之前就首先使KM 1斷電，從而保證KM 1和KM 2不同時通電；從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)的情況也是一樣。這種由機械按鈕實現(xiàn)的互鎖也叫機械或按鈕互鎖。 圖5-17具有電氣互鎖和機械互鎖的正反轉(zhuǎn)控制3Y 降壓起動控制按下起動按鈕SB 1，時間繼電器KT 和接觸器KM 2同時通電吸合，KM 2的常開主觸點閉合，把定子繞組連接成星形，其常開輔助觸點閉合，接通接觸

48、器KM 1。KM 1的常開主觸點閉合，將定子接入電源，電動機在星形連接下起動。KM 1的一對常開輔助觸點閉合，進行自鎖。經(jīng)一定延時，KT 的常閉觸點斷開，KM 2 斷電復位，接觸器KM 3通電吸合。KM 3的常開主觸點將定子繞組接成三角形，使電動機在額定 圖5-18 Y 降壓起動控制電壓下正常運行。與按鈕SB 1串聯(lián)的KM 3的常閉輔助觸點的作用是：當電動機正常運行時，該常閉觸點斷開，切斷了KT 、KM 2的通路，即使誤按SB 1，KT 和KM 2也不會通電，以免影響電路正常運行。若要停車，則按下停止按鈕SB 3，接觸器KM 1、KM 2同時斷電釋放，電動機脫離電源停止轉(zhuǎn)動。 4行程控制1）限

49、位控制（圖5-19）當生產(chǎn)機械的運動部件到達預定的位置時壓下行程開關的觸桿，將常閉觸點斷開，接觸器線圈斷電，使電動機斷電而停止運行。 圖5-19 限位控制 圖5-20行程往返控制 2）行程往返控制（圖5-20）按下正向起動按鈕SB 1，電動機正向起動運行，帶動工作臺向前運動。當運行到SQ 2位置時，擋塊壓下SQ 2，接觸器KM 1斷電釋放，KM 2通電吸合，電動機反向起動運行，使工作臺后退。工作臺退到SQ 1位置時，擋塊壓下SQ 1，KM 2斷電釋放，KM 1通電吸合，電動機又正向起動運行，工作臺又向前進，如此一直循環(huán)下去，直到需要停止時按下SB 3，KM 1和KM 2線圈同時斷電釋放，電動機

50、脫離電源停止轉(zhuǎn)動?？偨Y：1、異步電動機有兩種直接起動方法：直接起動和降壓起動。直接起動簡單、經(jīng)濟，應盡量采用；電機容量較大時應采用降壓起動以限制起動電流，常用的降壓起動方法有Y 降壓起動、自耦變壓器降壓起動和定子串電阻降壓起動等。2、異步電動機的直接起動和正反轉(zhuǎn)控制電路時控制的基本環(huán)節(jié)，應掌握它們的工作原理和分析方法，明確自鎖和互鎖的含義和思想方法。 3、首先了解工藝過程及控制要求；4、搞清控制系統(tǒng)中各電機、電器的作用以及它們的控制關系； 5、主電路、控制電路分開閱讀或設計；6、控制電路中，根據(jù)控制要求按自上而下、自左而右的順序進行讀圖或設計； 7、同一個電器的所有線圈、觸頭不論在什么位置都叫相同的名字；8、原理圖上所有電器，必須按國家統(tǒng)一符