三相異步電動(dòng)機(jī)及控制電路

1、授課日期2013年1月17日授課班級(jí)授課時(shí)間90分鐘課題名稱 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及控制電路教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：了解:三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理掌握:三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，制動(dòng)，反轉(zhuǎn)，調(diào)速技能目標(biāo)： 通過學(xué)習(xí)，能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有一定的了解。德育目標(biāo)：認(rèn)識(shí)掌握電動(dòng)機(jī)在生活中的重要性，增強(qiáng)做一名技工的責(zé)任感和榮譽(yù)感。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn):電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，制動(dòng)。難點(diǎn):電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。教學(xué)關(guān)鍵1.電動(dòng)機(jī)的工作原理2.電動(dòng)機(jī)的控制課的類型新 課教 具電動(dòng)機(jī)、電工工具及自制課件教學(xué)類型綜合型教學(xué)方法啟發(fā)式教學(xué)法 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及控制電路三相異步電動(dòng)機(jī)和其他電動(dòng)機(jī)想比較，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便、運(yùn)行

2、可靠、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛。三相異步電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理（一）、三相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生：三相交流電通給三相定子繞組（三個(gè)線圈彼此互隔1200分布在定子鐵心內(nèi)圓的圓周上）經(jīng)過畫圖分析不同時(shí)間產(chǎn)生的磁場(chǎng)的位置，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并找出其特點(diǎn)2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的特點(diǎn)：大小不變，以一個(gè)轉(zhuǎn)速向某一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，這個(gè)轉(zhuǎn)速把它命名為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n1 n1 =60 f / p （f為電源頻率；p為磁極對(duì)數(shù)）3、思考：如何改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向？方法：任意調(diào)換三相電源中的任意兩根相線（交換兩根相線即改變了三相電源的相序，從而可以改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向）（二）、 三相異

3、步電動(dòng)機(jī)的工作原理1、分析工作原理：三相電通給定子繞組，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，靜止的轉(zhuǎn)子相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有一個(gè)相對(duì)的切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子繞組上有了電流，在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩T，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來，實(shí)現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的目的。2、體會(huì)“三相異步電動(dòng)機(jī)”名稱的由來：“三相”：三相電通入三相定子繞組“異步”：不同步，肉眼看不見的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1 和看到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2大小不同（方向相同），且n1 >n2“電動(dòng)機(jī)”：最終實(shí)現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能3、簡(jiǎn)化模型：轉(zhuǎn)子繞組定子繞組在三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理中：給定子繞組通電，然后轉(zhuǎn)子繞組通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生電，這一點(diǎn)與

4、變壓器相似（一次側(cè)通電，二次側(cè)感應(yīng)出電），所以經(jīng)常為了分析的方便將三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比作變壓器，如右圖：4、思考：如何改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向？方法：通過任意調(diào)換兩相電流的相序，改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，就改變了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向5、轉(zhuǎn)差率 S=（n1-n）/n1轉(zhuǎn)子從靜止開始運(yùn)行，轉(zhuǎn)差率S是從1趨向于0（但不能等于0，0<S1）二、 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1、 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)：定子有定子鐵心和定子繞組 轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組 定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙材料：鐵心均由硅鋼片疊壓而成；轉(zhuǎn)子繞組：可分為籠型和繞線型（其中籠型因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等得到廣泛應(yīng)用）三、 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)1、額定容量

5、（功率）PN （單位：KW）含義：指轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率表達(dá)式：機(jī)械功率=電動(dòng)機(jī)的有功功率電動(dòng)機(jī)效率 2、額定電壓UN （單位：V）：加在定子繞組上的線電壓3、額定電流IN （單位：A）：輸入定子繞組的線電流4、額定轉(zhuǎn)速nN （單位：r/min）5、額定頻率 fN（單位：HZ）：我國(guó)工頻為50HZ6、絕緣等級(jí)7、接法： 定子繞組有Y和兩種接法 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、起動(dòng)要求：1. 應(yīng)有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS ；2. 在保證TS 足夠大前提下，起動(dòng)電流IS越小越好二、籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（一）、直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）1、分析過程：在起動(dòng)瞬間n=0，切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度最快，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)

6、電流最大，相對(duì)應(yīng)的定子繞組的起動(dòng)電流過大，是額定電流（4-7）倍；2、存在問題：（1）起動(dòng)電流過大，引起電網(wǎng)電壓明顯降低和電機(jī)發(fā)熱 （2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由于磁通和功率因素低，所以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS 并不大，若低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則無法帶動(dòng)負(fù)載起動(dòng)故一般直接起動(dòng)只適用于小型的籠型異步電動(dòng)機(jī)（與電源容量相比），可按經(jīng)驗(yàn)公式來確定是否能直接起動(dòng)（二）、 籠型異步電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)為了能安全起動(dòng)，對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)實(shí)行減壓起動(dòng)1. 定子串接電抗器或電阻的減壓起動(dòng)方法：起動(dòng)時(shí)，電抗器或電阻接入定子電路；起動(dòng)后，切除電抗器或電阻，進(jìn)行正常運(yùn)行特點(diǎn)：能耗較大，實(shí)際應(yīng)用不多，不深入研究。2. Y-起動(dòng)方法：起動(dòng)時(shí)將定子接成Y形，運(yùn)

7、行時(shí)定子繞組接成形研究起動(dòng)情況： IsY= 1/3 * Is TsY= 1/3 * Ts 適用場(chǎng)所：運(yùn)行于形的籠型異步電動(dòng)機(jī)，輕載起動(dòng)3. 自耦變壓器起動(dòng)方法：起動(dòng)時(shí)接入自耦變壓器，運(yùn)行時(shí)切除自耦變壓器全壓運(yùn)行研究起動(dòng)情況：Is= k2 * Is Ts = k2 * Ts （k為變壓比且k <1）適用場(chǎng)所：輕載起動(dòng) 總結(jié)：籠型異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)可以降低起動(dòng)電流的大小，但與此同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小了，所以它只適用于輕載起動(dòng)三、 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速由轉(zhuǎn)差率公式 S=（n1-n）/n1 得：n= n1 (1-S)=60f1(1-s)/p所以調(diào)速方法有：1、改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p-變

8、極調(diào)速 2、改變供電電網(wǎng)的頻率f1-變頻調(diào)速 3、改變定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S，方法有改變電壓調(diào)速、繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速。 （一）、變極調(diào)速方法：通常用改變定子繞組的接法來改變磁極對(duì)數(shù)，轉(zhuǎn)子均采用籠型轉(zhuǎn)子 原理：將定子繞組串聯(lián)，p大，電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行；將定子繞組并聯(lián)，p小，電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行接線方式：（低速）/YY（高速）、Y（低速）/YY（高速）等（二）、 變頻調(diào)速方法：改變電源頻率注意點(diǎn)：電源頻率降低調(diào)速時(shí)，若電源電壓不變時(shí)，則磁通將增加，是鐵心飽和，從而導(dǎo)致鐵損增加，這是不允許的。因此在變頻調(diào)速的同時(shí)，為了保證磁通不變，就必須降低電源電壓。使U1/f1 為常數(shù)。（三）、改變轉(zhuǎn)差率S1、

9、改變定子電壓調(diào)速適用場(chǎng)所：籠型異步電動(dòng)機(jī)，向下調(diào)速特點(diǎn)：調(diào)速范圍很寬，缺點(diǎn)是低壓時(shí)機(jī)械特性太軟，轉(zhuǎn)速變化大2、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速適用場(chǎng)所：中、小容量的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，向下調(diào)速特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單四、 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)與制動(dòng)（一）、 三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)1、方法：改變?nèi)嚯娭腥我鈨上嚯娏飨嘈?，從而改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，達(dá)到改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向（二）、 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)狀態(tài)：轉(zhuǎn)速方向n與電磁轉(zhuǎn)矩T相反制動(dòng)結(jié)果：1、位能性負(fù)載一般處于制動(dòng)狀態(tài)是使其保持一定的運(yùn)行速度 2、機(jī)械負(fù)載制動(dòng)時(shí)一般是停車制動(dòng)方法：分為機(jī)械制動(dòng)和動(dòng)力制動(dòng)兩類1、機(jī)械制動(dòng)：采用電磁抱閘閘制動(dòng)2、動(dòng)力制動(dòng)：（1）

10、、能耗制動(dòng)方法：切斷電動(dòng)機(jī)三相電源的同時(shí)，在任意二相繞組中接入直流電，并在定子回路中串入電阻用以限制強(qiáng)大的制動(dòng)電流。原理：在任意二相繞組中接入直流電流，在轉(zhuǎn)子空間獲得一個(gè)大小、方向不變的恒定磁場(chǎng)，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)與電動(dòng)機(jī)原轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。其實(shí)質(zhì)是：用直流磁場(chǎng)消耗掉轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，所以這種方法又叫動(dòng)能制動(dòng)或直流制動(dòng)。（2）、電源反接制動(dòng)方法：改變電動(dòng)機(jī)定子繞組與電源聯(lián)接相序原理：產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速相反的電磁轉(zhuǎn)矩T注意點(diǎn)：a、為了限制制動(dòng)電流和增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路串入制動(dòng)電阻b、當(dāng)轉(zhuǎn)速接近為0時(shí)，需立即切斷電源，讓電機(jī)停車授課日期2013年1月17日授課班級(jí)授課時(shí)間90分鐘課題名稱 三

11、相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及控制電路教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：了解:三相異步電動(dòng)機(jī)的電器控制掌握:三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)，減壓?jiǎn)?dòng)技能目標(biāo)： 通過學(xué)習(xí)，能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)控制有一定的了解。德育目標(biāo)：認(rèn)識(shí)掌握電動(dòng)機(jī)在生活中的重要性，增強(qiáng)做一名技工的責(zé)任感和榮譽(yù)感。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn):電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，制動(dòng)，減壓?jiǎn)?dòng)。難點(diǎn):電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。教學(xué)關(guān)鍵1.電動(dòng)機(jī)的工作原理2.電動(dòng)機(jī)的控制課的類型新 課教 具電動(dòng)機(jī)、電工工具及自制課件教學(xué)類型綜合型教學(xué)方法啟發(fā)式教學(xué)法三相異步電動(dòng)機(jī)的電氣控制三相異步電動(dòng)機(jī)的典型控制一 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制電路（一）、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)所謂全壓起動(dòng)，是將額定電壓直接加在定子繞組上1點(diǎn)動(dòng)

12、控制電路 點(diǎn)動(dòng)：按下控制按鈕，交流接觸器線圈得電，主電路交流接觸器的主觸頭閉和，電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)；松開控制按鈕，交流接觸器線圈失電，主電路交流接觸器的主觸頭分?jǐn)?，電?dòng)機(jī)停止運(yùn)行2連動(dòng)控制電路連動(dòng)：按下控制按鈕，交流接觸器線圈得電，主電路交流接觸器的主觸頭閉和，電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)；松開控制按鈕，由于交流接觸器常開輔助觸頭閉和，線圈依然得電，主電路交流接觸器的主觸頭依然閉和，電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行3點(diǎn)、連動(dòng)控制比較：（1）“自鎖”設(shè)計(jì)：用交流觸器常開輔助觸頭與控制按鈕并聯(lián)（2） “自鎖”作用：只要按下控制按鈕，保證線圈一直有電，無論是否松開控制按鈕，電動(dòng)機(jī)可以連續(xù)運(yùn)行（二）正反轉(zhuǎn)控制電路分析原理：“從主電路著眼

13、”：主電路中的KM1閉和時(shí)將三相電按L1L2L3的順序引進(jìn)；KM1分?jǐn)?，KM2閉和時(shí)將三相電按L3L2L1的順序引進(jìn)，與KM1比較，它改變了兩相電流相序；故可知KM1和KM2控制正反轉(zhuǎn)?！皬目刂齐娐分帧保悍治鼍唧w的控制原理圖b：按下SB2，KM1線圈得電KM1主觸頭閉和電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) KM1輔助常開觸頭閉和形成自鎖 KM1輔助常閉觸頭分?jǐn)?，KM2線圈不能得電按下SB3，KM1線圈失電KM1主觸頭分?jǐn)?KM1輔助常閉觸頭閉和，KM2線圈得電KM2主觸頭閉和 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)KM2輔助常閉觸頭分?jǐn)?，KM1線圈不能得電圖a同樣按照“從主電路著眼，從控制電路著手”的原則分析。圖中用到了“自鎖”，還有“互鎖”（

14、又叫聯(lián)鎖）設(shè)計(jì)方法：將交流接觸器的常閉輔助觸頭串聯(lián)在對(duì)方線圈的支路中設(shè)計(jì)作用：可以控制兩個(gè)線圈不能同時(shí)得電，保證了主電路KM1、KM2的主觸頭不能同時(shí)閉和而造成L1L3兩相形成短路比較圖a和b：同樣可以控制正反轉(zhuǎn)，操作上a圖煩瑣（要想反轉(zhuǎn)，必須先按下停止按鈕SB1再按SB3才可以），所以圖b要好思考問題：1）為什么圖b可以做到按鈕直接切換正反轉(zhuǎn)呢？ 因?yàn)樗玫氖菑?fù)合按鈕，采用機(jī)械聯(lián)鎖的方法，直接切換正反轉(zhuǎn)2）線路的故障分析： a.合上電源開關(guān)，電動(dòng)機(jī)立即正轉(zhuǎn)，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；但一松開停止按鈕，電動(dòng)機(jī)又正向起動(dòng)答案：起動(dòng)SB2常開、常閉接反了b. 合上電源開關(guān)，按下正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）按

15、鈕，正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）接觸器就不停地吸合與釋放，電路無法工 作；當(dāng)松開按鈕時(shí)，接觸器不再吸合。答案：互鎖KM1、KM2常閉輔助觸頭接反了（三）、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)控制電路有兩種控制電路： 1、接觸器自動(dòng)控制的Y-降壓起動(dòng)電路按下SB2KM線圈通電KM（4-5）閉合自鎖 KM主觸點(diǎn)閉合 電動(dòng)機(jī)繞組接成Y起動(dòng) KMY主觸點(diǎn)閉合 KMY線圈通電 KMY（5-8）連鎖觸點(diǎn)分?jǐn)啵ㄊ筀M控制回路分?jǐn)?，?shí)現(xiàn)聯(lián)鎖） KMY主觸點(diǎn)分?jǐn)喟聪耂B3 KMY線圈斷電 KMY（5-8）聯(lián)鎖觸點(diǎn)閉合，接通KM部分控制電路 KM（8-9）自鎖觸點(diǎn)閉合自鎖 KM線圈通電 KM主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)繞組接成形運(yùn)行 KM（5-6

16、）聯(lián)鎖觸點(diǎn)斷開，分?jǐn)郖MY控制電路，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖總結(jié)： 采用Y-減壓起動(dòng)，設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，可頻繁操作。2、時(shí)間繼電器自動(dòng)控制的Y-降壓起動(dòng)電路注意：時(shí)間繼電器的動(dòng)作。時(shí)間繼電器經(jīng)過一定延時(shí)后，其延時(shí)常閉觸頭打開，切斷KMY控制電路，最終使電動(dòng)機(jī)接成接到電網(wǎng)上運(yùn)行，完成了整個(gè)起動(dòng)過程。3、 自耦變壓器降壓起動(dòng)控制電路（略）（四） 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制1、 單向反接制動(dòng)控制電路（1）、原理：反接制動(dòng)的關(guān)鍵在于電動(dòng)機(jī)電源相序的改變，且當(dāng)轉(zhuǎn)速下降接近于零時(shí)，能自動(dòng)將電源切除。為此采用了速度繼電器SR(KS)來檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的速度變化。（2）、控制過程：起動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1通電并自鎖，電

17、動(dòng)機(jī)M通電運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度繼電器KS的常開觸頭閉合，為反接制動(dòng)作好準(zhǔn)備。停車時(shí)，按下停止按鈕SB1，KM1線圈斷電，電動(dòng)機(jī)M脫離電源，由于此時(shí)電動(dòng)機(jī)的慣性，轉(zhuǎn)速仍較高，KS的常開觸頭仍處于閉合狀態(tài)，所以SB1常開觸頭閉合時(shí)，反接制動(dòng)接觸器KM2線圈得電并自鎖，其主觸頭閉合，使電動(dòng)機(jī)得到相序相反的三相交流電源，進(jìn)入反接制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速迅速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，速度繼電器常開觸頭復(fù)位，接觸器KM2線圈斷電，反接制動(dòng)結(jié)束。2、 能耗制動(dòng)控制電路能耗制動(dòng)原理：電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源后，給定子繞組加一直流電源，以產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)，起阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的作用，達(dá)到制動(dòng)的目的。（1） 單向運(yùn)行能耗制動(dòng)控制

18、電路1時(shí)間原則控制：利用時(shí)間繼電器KT實(shí)現(xiàn)（詳見相關(guān)教材）2速度原則控制：依靠速度繼電器SR（KS）實(shí)現(xiàn)控制控制原理：電動(dòng)機(jī)在剛剛脫離三相交流電源時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性，速度仍很高，速度繼電器SR的常開觸頭仍然處于閉合狀態(tài)，所以接觸器KM2線圈能夠依靠SBl按鈕的按下通電自鎖。于是，兩相定子繞組獲得直流電源，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入能耗制動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的慣性速度接近零時(shí)，SR常開觸頭復(fù)位，接觸器KM2線圈斷電而釋放，能耗制動(dòng)結(jié)束。三相異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)控制1、 短路保護(hù)常用的短路保護(hù)電器是熔斷器和自動(dòng)空氣斷路器。2 、 過載保護(hù)常用的過載保護(hù)元件是熱繼電器。由于熱慣性的原因，熱繼電器不會(huì)受到電動(dòng)機(jī)短時(shí)過載沖擊電流的影響而瞬時(shí)動(dòng)作，所以在使用熱繼電器作過載保護(hù)的同時(shí)，還必須有短路保護(hù)，并且選做短