電機與電氣控制技術

模塊六電機與電氣控制技術一、磁路二、變壓器三、電動機四、繼電-接觸器控制系統(tǒng)五、典型電氣控制線路

授課人：昆明冶金高等?？茖W校

金瑞一、磁路電工設備中常見的磁路及鐵心線圈變壓器

鐵心–+SN電機

鐵心繞組繞組繞組繞組1、磁路的基本物理量

（1）

磁感應強度B(磁通密度)：是表示磁場內(nèi)某點的磁場強弱和方向的物理量。均勻磁場—磁場內(nèi)各點的B大小相等，方向相同。單位：T（特[斯拉]）方向：與電流之間用右螺旋定則確定。（該點磁場作用于1米長、1安電流的導體上的力）（4）

磁場強度

H定義：H=B/=IN/l（3）

磁導率

相對磁導率

r=/0

對于鐵磁材料

r=102105單位：A/m(安/米)鐵磁材料廣泛應用在變壓器、電機、電工儀表等。真空磁導率

0=410

–

7H/m（亨/米）對于均勻磁場

F

=B

?S

F-標量單位：Wb

（韋[伯]）（2）

磁通F等于磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積S的乘積。（二）磁路歐姆定律磁通勢：F=NI單位A(安）磁路磁阻：單位H-1(每亨）磁路歐姆定律：INU–+鐵心磁路

二、變壓器1、變壓器的用途

變壓器可以變換電壓、電流和阻抗的功能。應用非常廣泛。電力系統(tǒng)：變壓器用于改變供電系統(tǒng)的電壓。電子線路：變壓器用于改變電壓、耦合電路、傳送信號和實現(xiàn)阻抗的匹配等。

還有一些特殊變壓器（如：自耦變壓器、電流互感器等）及專用變壓器（如：電焊變壓器、整流變壓器等）。按相數(shù)分:

單相、三相和多相變壓器。分類：按用途分:

電力變壓器，特殊用途變壓器。按結構分:

心式變壓器、殼式變壓器。按冷卻方式分:

自冷變壓器、油冷變壓器。2、變壓器的基本結構其它部件:

油箱、冷卻裝置、保護裝置等殼式變壓器

變壓器主要組成部分變壓器鐵心:

硅鋼片疊壓而成變壓器繞組:

原邊(一次線圈、高壓繞組)副邊(二次線圈、低壓繞組)心式變壓器線圈鐵心鐵心線圈

低壓繞組

高壓繞組同心式繞組交疊式繞組

低壓繞組

高壓繞組3、變壓器的工作原理

I1

U1動電生磁

主磁通Φ

磁場傳遞

I2

U2

動磁生電三、電動機

（一）電動機的分類電動機直流電動機交流電動機同步電動機

異步電動機（籠型、繞線型）特殊電動機三相異步電動機單相異步電動機在工業(yè)生產(chǎn)中應用最多的是三相交流異步電動機（二）三相異步電動機的結構和原理三相異步電機接線盒轉軸1.三相異步電動機的結構機座定子鐵心定子繞組接線盒端蓋罩殼風扇轉子主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、軸承、風扇等部件。轉軸2.定子

三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組組成。定子繞組機座鐵心定子鐵心沖片U1U2三相定子繞組（U相）3.轉子根據(jù)轉子繞組結構的不同分為：

三相異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心沖片鐵心轉子繞組轉軸籠型轉子去掉鐵心后的轉子導條（轉子鐵心槽內(nèi)嵌有鑄鋁導條）籠型轉子繞線型轉子（轉子鐵心槽內(nèi)嵌有三相繞組）U1U2V1V2W1W2++SN4.三相異步電動機的運轉原理?+ff轉子轉速n旋轉的磁場可以帶動轉子同方向旋轉異步電動機原理圖???+++轉子定子磁場轉速n1n

三相異步電動機轉子在旋轉磁場的作用下轉動起來，其轉向與旋轉磁場的轉向相同。磁場轉速n1轉子感應電動勢(電流)

旋轉磁場的磁極對數(shù)p與取決于三相定子繞組的結構和連接方式。旋轉磁場的磁極對數(shù)p旋轉磁場的轉速n0(轉/每分）電源頻率電動機的磁極對數(shù)7501000150030004321pn(轉/每分)n=(1–s)n1轉差率：0<s

<sN=0.01~0.06例

一臺額定轉速為1450r/min的三相異步電動機，求：額定轉差率。解：因為sN=0.01~0.06，所以該電動機為4極電機，旋轉磁場轉速為1500r/min。（三）三相交流異步電動機的控制1、

三相異步電動機的起動控制對電動機起動的要求:

起動過程:電動機接通電源后，轉速由零增至穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。起動轉矩大起動電流小起動時間短起動過程的特點:轉子繞組的功率因數(shù)低，起動轉矩不大?；\型電動機常用起動方法:直接起動降壓起動起動電流是額定電流的4~7倍。（1）直接起動(全壓起動)M3~

Q直接起動線路缺點：起動電流大。控制電路簡單，投資少，起動時間短。優(yōu)點：允許直接起動的條件：

因為起動電流大，引起的線路壓降就大，可能影響到其他設備的正常工作，所以一般10KW以上的大容量電動機不允許直接起動。

：電動機起動電流倍數(shù)（2）降壓起動Y-降壓起動

電動機在起動時接成Y聯(lián)結，正常運行時接成聯(lián)結。只適用于工作時接的電動機。（運行）Q2Y（起動）Q1缺點：起動轉矩小。設備簡單，成本低，操作方便，動作可靠。每相定子繞組承受相電壓起動，起動電流小。優(yōu)點：

Q1M3~

Q2起動運行自耦補償器降壓起動三相自耦變壓器如果自耦變壓器的變比為Ka采用自耦變壓器的起動電流、起動轉矩為：

繞線式電動機起動時，可在轉子繞組中串入電阻或頻敏變阻器，可減小起動電流，還可以增大起動轉矩。轉子串電阻和頻敏變阻器起動0TmR2Temn

繞線式電動機適用于要求起動轉矩大的生產(chǎn)機械，如卷揚機、起重機等。2、

三相異步電動機正反轉控制

三根相線中任意兩根互調，稱“調相”或“換相”，相序改變，旋轉磁場反向，即可實現(xiàn)正反轉。3、

三相異步電動機的調速控制調速方法變頻調速（籠型電動機）變極調速（籠型電動機）變轉差率調速（繞線型電動機）

電動機的轉速與電源頻率、電機磁極對數(shù)、轉差率有關。（1）變極調速電源頻率不變，改變電動機的磁極對數(shù)p調速。有級調速U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2定子繞組接線電機磁場情況U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U22（2）

變頻調速

改變頻率（f1)調整電動機的轉速，屬無級調速，調速性能好，但需有一套專用變頻設備。~f=50HzM3~變頻設備f1

可調（3）

變轉差率調速

在繞線式電動機轉子繞組中串入可調電阻R

,可改變

s和n。

也可串入電動勢，稱串級調速。

還可使用電磁轉差離合器調速。Tm0R2TemnnT2可實現(xiàn)小范圍無級調速，但能耗大，效率低，廣泛應用于起重設備。特點：n4、

三相異步電動機的制動控制（1）

能耗制動調節(jié)制動電流RPQ2+_能耗制動的特點：

制動準確、平穩(wěn)、能量消耗小。但制動力較弱,且需要有直流電源。固定磁場n1=0制動原理SN?TemM3~Q1（2）

反接制動QRM3~~運行制動n制動原理SN?Tem旋轉磁場n1

將電源的任意兩相對調，產(chǎn)生反向旋轉磁場，產(chǎn)生制動轉矩。方法簡單，制動效果好，但能耗大。特點：制動限流電阻（3）

回饋制動

電動機轉速n大于旋轉磁場轉速n1。如起重機重物下放時。n制動原理SN?Tem旋轉磁場n1nn1電動機處于發(fā)電運行狀態(tài)。特點：（四）

直流電動機與異步電動機相比，直流電動機的結構復雜，使用和維護不如異步機方便，而且要使用直流電源。直流電機的優(yōu)點：（1）調速性能好:調速范圍廣，易于平滑調節(jié)。（2）起動、制動轉矩大，易于快速起動、停車。（3）易于控制。應用：（1）軋鋼機、電氣機車、無軌電車、中大型龍門刨床等調速范圍大的大型設備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機等。（3）家庭：電動縫紉機、電動自行車、電動玩具1、工作原理U+–NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場的作用下，使線圈逆時針旋轉。FFU+–NS電刷換向片IIFFU+–NS電刷換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場中旋轉，將在線圈中產(chǎn)生感應電動勢，感應電動勢的方向與電流的方向相反。2、直流電機的構成直流電機由定子、轉子和機座等部分構成。機座磁極勵磁繞組轉子勵磁式直流電動機結構（1）

轉子（又稱電樞）由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。（2）

定子定子的分類：永磁式：由永久磁鐵做成。勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過直流電，形成電磁鐵。勵磁的定義：磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。根據(jù)勵磁線圈和轉子繞組的聯(lián)接關系，勵磁式的直流電機又可細分為：他勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的電源分開。并勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復勵電動機：勵磁線圈與轉子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵UfIfIaUM并勵UIfM串勵UM復勵U（五）單相異步電動機1、

基本工作原理單相異步電動機單相定子繞組，籠型轉子。結構：工作原理及特點：單相定子繞組產(chǎn)生的是脈動磁場，可分解為大小、轉速相同而轉向相反的兩個磁場，當S=1時，對轉子產(chǎn)生的合成力矩為零，所以起動轉矩為零。常用類型：電容分相式、罩極式單相異步電動機。電源：單相交流電源。功率：幾幾百瓦。用途：家用電器（風扇、冰箱、洗衣機等）及功率不大的電動工具。2、

起動方法S:

離心力開關分相起動1:

工作繞組2:

起動繞組空間相隔90o

起動繞組電流與工作繞組電流不同相(分相),產(chǎn)生旋轉磁場。相量圖

電機運轉方向：由起動繞組轉向工作繞組。

改變電容C的串聯(lián)位置（串在繞組1），電機反轉。S1-2M1~+C定子繞組罩極起動1和2形成一個向罩極部分移動的磁場。

12u凸極定子短路銅環(huán)籠型轉子電機旋轉方向：未罩極轉向被罩極。n

三相異步電動機運行時斷了一相線，相當于單相異步電動機，稱為缺相運行。

若在起動時缺相，則不能起動，且電流很大，應立刻切斷電源，否則電動機很快被燒毀。

若在運行時缺相，則能夠繼續(xù)轉動,如果仍帶額定負載,電流會超過額定值，電動機易被燒壞。三相異步電動機的缺相運行四、繼電-接觸器控制系統(tǒng)1、低壓電器低壓電器是指工作在交流1000V和直流1200V額定電壓以下的電器。

負荷開關（QS）

自動空氣斷路器（QF）

按鈕(SB)行程開關(SQ)交流接