《汽車(chē)電工電子技術(shù)》課件第4章

第4章電機(jī)和控制電器4.1三相異步電動(dòng)機(jī)

4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌4.4單相異步電動(dòng)機(jī)4.5直流電動(dòng)機(jī)4.6直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)整、轉(zhuǎn)向與制動(dòng)4.7步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理4.8常用控制電器介紹4.9三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向、行程及時(shí)間控制習(xí)題

4.1三相異步電動(dòng)機(jī)

4.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)主要由兩個(gè)基本部分組成，其固定不動(dòng)部分稱(chēng)定子，轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱(chēng)轉(zhuǎn)子。

圖4.1是它的外形結(jié)構(gòu)圖。

圖4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子最外面是機(jī)座，它是由鑄造鐵或鑄鋼制成的。在機(jī)座內(nèi)，裝有0.5mm厚的互相絕緣的硅鋼片疊成的圓筒形鐵芯，

硅鋼片的外形如圖4.2所示。

圖4.2定子的硅鋼片

鐵芯的內(nèi)壁均勻地分布著很多的平行槽，槽內(nèi)安放著三個(gè)與鐵芯絕緣的繞組，這就是三相定子繞組。三相繞組有三個(gè)起端和三個(gè)末端，從機(jī)座的接線盒內(nèi)引出，如圖4.3所示，其中，圖4.3(a)的三相繞組接成Ｙ形，而圖4.3(b)的三相繞組連接成△形。三相定子繞組空間接成Ｙ形還是△形，取決于電動(dòng)機(jī)每相繞組的額定電壓和額定電流。

圖4.3三相定子繞組的接法

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、軸承等組成的。轉(zhuǎn)子鐵芯是由硅鋼片疊成的圓柱形，其圓柱表面有很多均勻分布的平行槽，槽內(nèi)裝入轉(zhuǎn)子繞組，然后固定在轉(zhuǎn)軸上。

硅鋼片如圖4.4所示。

圖4.4轉(zhuǎn)子鐵芯的硅鋼片

根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。鼠籠式的轉(zhuǎn)子繞組像一個(gè)鼠籠，如圖4.5所示。轉(zhuǎn)子鐵芯的平行槽內(nèi)裝有銅條，兩端用端環(huán)短接。目前，100kW以下的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組端環(huán)及作冷卻的葉片一起用鋁鑄造成一體，

其外形如圖4.6所示。

其制作方法簡(jiǎn)便，應(yīng)用較廣。

圖4.5鼠籠式轉(zhuǎn)子

(a)籠型繞組；

(b)轉(zhuǎn)子外形

圖4.6鑄鋁鼠式轉(zhuǎn)子

繞線式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相仿，也有三相繞組，它的三個(gè)末端連在一起，三個(gè)起端與固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)銅滑環(huán)相連，銅滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸絕緣，通過(guò)電刷與外加變阻器相連。當(dāng)電動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，串入電阻，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加，電阻逐漸減少，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，外加電阻一般轉(zhuǎn)到零位，如圖4.7所示。圖4.7繞線式轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接

4.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)圖4.8所示為三相異步電動(dòng)機(jī)最簡(jiǎn)單的定子繞組。其三相繞組在空間彼此相隔120°，三個(gè)繞組的末端U2、V2、W2連在一起，三個(gè)首端U1、V1、W1分別接入三相電源，成Ｙ形連接，圖中標(biāo)出各相電流的參考方向，其電流波形如圖4.9所示。

圖4.8三相定子繞組的布置

圖4.9三相對(duì)稱(chēng)電流的波形

下面，選擇幾個(gè)時(shí)刻來(lái)分析三相定子繞組通入三相對(duì)稱(chēng)電流后的合成磁場(chǎng)的分布情況。（1）t=0時(shí)刻：iU＝0，iV為負(fù)，說(shuō)明電流實(shí)際從V2流進(jìn)，從V1流出；IW為正，即實(shí)際電流從W1流進(jìn)，從W2流出。應(yīng)用右手螺旋定則，可判別出其合成磁場(chǎng)方向?yàn)樽陨隙?，如圖4.10（a）所示。（2）時(shí)刻：iU為“正”，電流從U1流進(jìn)，從U2流出;iV＝0；iW為“負(fù)”，電流從W2流進(jìn),從W1流出。再用右手螺旋定則，可確定其合成磁場(chǎng)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)了120°，如圖4.10（b）所示。

(3）時(shí)刻:用類(lèi)似的方法同樣可以判別出合成磁場(chǎng)又順時(shí)針轉(zhuǎn)了120°，如圖4.10（c）所示。（4）

t=T時(shí)刻:合成磁場(chǎng)又順時(shí)針轉(zhuǎn)了120°，即回復(fù)到原先t=0時(shí)刻的位置，如圖4.10（d）所示。圖4.10三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（p=1）

上述的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)磁極（p=1），電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間也正好轉(zhuǎn)了一周。如果要合成一個(gè)兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，則必須把每相繞組的數(shù)目增加一倍，各線圈的始末端在空間彼此相隔60°，通入三相對(duì)稱(chēng)電流，就可產(chǎn)生兩個(gè)Ｎ極和兩個(gè)S極，即p=2。假設(shè)三相交流電的頻率為f1，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1：在p=1時(shí)，n1＝60f1r/min；p=2時(shí)， 。依此類(lèi)推，若存在p對(duì)磁極，則極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 并可發(fā)現(xiàn)電流變化一周，合成磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)了1／p周。

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接入三相對(duì)稱(chēng)電流后，在定子空間產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如其以n1轉(zhuǎn)速順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如圖4.11所示，與靜止的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理和右手定則，產(chǎn)生出如圖中標(biāo)出方向的感應(yīng)電流。載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中又受到電磁力的作用，其方向可用左手定則判別，如圖4.11中所示，則一對(duì)電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成轉(zhuǎn)矩T，其作用方向同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致，因此，轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。圖4.11異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1慢，即n＜n1

。因此，這種電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)。如果n1=n時(shí)，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而也不存在感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩即為零。n1與n的相對(duì)轉(zhuǎn)速n1-n與n1的比值稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用S表示，即（4-1）

轉(zhuǎn)差率S是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)n=0，S＝1；當(dāng)n=n1,S=0時(shí)，稱(chēng)為理想空載情況。一般S值在2％～8％之間。例4-1有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速n＝2900r/min，試求電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率（電源頻率f1=50Hz）。解由于異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近而小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速得p=1,即因此，額定轉(zhuǎn)差率

4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)

4.2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

1.直接啟動(dòng)

直接啟動(dòng)是定子繞組直接加上額定電壓來(lái)啟動(dòng)的方法。這種啟動(dòng)方法，設(shè)備簡(jiǎn)單啟動(dòng)快，但啟動(dòng)電流較大。在低壓（500V以下）公用電網(wǎng)供電的系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)容量不超過(guò)10kW時(shí)，容許直接啟動(dòng)。而專(zhuān)用變壓器供電系統(tǒng)中，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)容量不超過(guò)變壓器容量的20％～30％時(shí)，也允許直接啟動(dòng)。

2.降壓?jiǎn)?dòng)這種方法是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高接近穩(wěn)定時(shí)，再加上全部額定電壓，以正常運(yùn)行的方法。由于降低了啟動(dòng)電壓，故而啟動(dòng)電流較小，但由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因此這種啟動(dòng)方法只適用于輕載和空載下啟動(dòng)。

常用的降壓?jiǎn)?dòng)方法有以下幾種：（1）定子繞組串接入電阻啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方法如圖4.12所示。啟動(dòng)時(shí)，先合上開(kāi)關(guān)QS1，啟動(dòng)電流經(jīng)限流電阻Ｒ到三相繞組，故而啟動(dòng)電流減小，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速逐漸上升，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，再合上開(kāi)關(guān)QS2。其作用是將電阻Ｒ短接，使三相繞組獲得全部的電源電壓。這種啟動(dòng)方法，會(huì)使啟動(dòng)電流在電阻Ｒ上損耗一定的電能。

（2）Ｙ—△換接啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方法只適用于正常工作時(shí)定子繞組是三角形連接的，而且只在啟動(dòng)時(shí)將它接成Y形，如圖4.13所示。啟動(dòng)時(shí)，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS2投向下方啟動(dòng)位置，此時(shí)三相定子繞組接成Ｙ形，然后合上開(kāi)關(guān)QS1。待轉(zhuǎn)速上升至穩(wěn)定狀態(tài)，再將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS2投向上方，使三相定子繞組接成△形。經(jīng)計(jì)算，Ｙ—△換接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流僅為直接啟動(dòng)電流的1/3，當(dāng)然其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也僅為直接啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3，因此只能輕載或空載時(shí)啟動(dòng)。圖4.12串接電阻啟動(dòng)線路

圖4.13

Y—△換接啟動(dòng)線路

（3）自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)。這種啟動(dòng)方法是將三相定子繞組接到三相變壓器的副邊，利用變壓器降壓作用，將啟動(dòng)電壓減小來(lái)達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的，如圖4.14所示。啟動(dòng)時(shí)合上開(kāi)關(guān)QS1，將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS2放在啟動(dòng)位置，這時(shí)定子繞組接在變壓器副邊，此時(shí)降低了的電源電壓使啟動(dòng)電流減小，待轉(zhuǎn)速逐漸上升到穩(wěn)態(tài)時(shí)，再將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QS2放在工作位置，自耦變壓器被切除，

定子繞組直接接至電源電壓。

圖4.14自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)線路

4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

有些生產(chǎn)機(jī)械需要有各種轉(zhuǎn)速工作，這就需要電動(dòng)機(jī)能夠調(diào)速。調(diào)速是指用人工的辦法，在同一負(fù)載下，使電動(dòng)機(jī)由某一轉(zhuǎn)速值變?yōu)榱硪晦D(zhuǎn)速值。由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 及 的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速公式可得

(4-2)因此，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以由以下幾種方法調(diào)速。

1.改變定子繞組的電流頻率f1

這是一種比較先進(jìn)的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其越來(lái)越廣泛地被用于自動(dòng)化生產(chǎn)中的電動(dòng)機(jī)調(diào)速，甚至某些家用電器。由于我國(guó)的工頻電源頻率是50Ｈｚ，要改變它需要有一套專(zhuān)用裝置，如交流-直流-交流變頻裝置和交流-交流變頻裝置等。

2.改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的接法可改變其磁極對(duì)數(shù)，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于極對(duì)數(shù)是成倍變化的，故而這種調(diào)速方法不能無(wú)限調(diào)速。采用這種方法的電動(dòng)機(jī)的每相繞組必須是由兩個(gè)相同的部分組成的，如圖4.15(a)、(b)所示。U相繞組U1U2和可以接成串聯(lián)，也可接成并聯(lián)。串聯(lián)時(shí)，空間分布磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)p=2，而并聯(lián)時(shí)，極對(duì)數(shù)p=1，從而達(dá)到調(diào)速的目的。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)大多數(shù)采用這種方法調(diào)速，但一般不超過(guò)4速。雙速電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣。圖4.15改變磁極對(duì)數(shù)p的調(diào)速

3.改變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速這種方法適用于繞線式電動(dòng)機(jī)。將電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子電路串入電阻，只要調(diào)節(jié)電阻值大小，便可調(diào)速。這種調(diào)速方法能獲得平滑的調(diào)速，但由于調(diào)節(jié)電阻的能量損耗較大，故而不太經(jīng)濟(jì)，僅適用于起重設(shè)備等恒轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。

4.2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

1.反接制動(dòng)

將電動(dòng)機(jī)電源切斷后，再將其接到電源的三根相線中的任意兩根對(duì)調(diào)位置，此時(shí)電動(dòng)機(jī)便有反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生，但轉(zhuǎn)子由于慣性仍按原方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因此產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)電磁通量轉(zhuǎn)矩迫使電動(dòng)機(jī)迅速減速，如圖4.16所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)，再將反接電源切斷，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。這種制動(dòng)方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，制動(dòng)迅速，但機(jī)械沖擊較大，制動(dòng)時(shí)，電源的電流很大，

一般用于不經(jīng)常制動(dòng)的場(chǎng)合。

圖4.16反接制動(dòng)

2.能耗制動(dòng)

將電動(dòng)機(jī)三相電源切斷，同時(shí)通入直流電，如圖4.17所示，這時(shí)，在定子和轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生了一個(gè)固定的不旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，但轉(zhuǎn)子由于慣性仍按原轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生了一個(gè)與原轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，

使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。

圖4.17能耗制動(dòng)

4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌

表4-1異步電動(dòng)機(jī)的銘牌

1.型號(hào)

Y160M-6Y——三相異步電動(dòng)機(jī)。160——機(jī)座中心高（mm）。M——機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)(L為長(zhǎng)機(jī)座；M為中機(jī)座；S為短機(jī)座)。6——磁極數(shù)。此外有：YR——繞線式異步電動(dòng)機(jī)；YZ——起重冶金用異步電動(dòng)機(jī)；YB——防爆型異步電動(dòng)機(jī)；YQ——高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)。

2.(額定)頻率

(額定)頻率是加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的交流電源頻率。我國(guó)的工頻規(guī)定為50Hz。

3.(額定)電壓

(額定)電壓是電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)加到定子繞組上的電源線電壓值。

4.(額定)功率

(額定)功率是電動(dòng)機(jī)在(額定)電壓、(額定)頻率下，額定負(fù)載運(yùn)行工作狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)軸上的輸出機(jī)械功率，又稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)容量。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的(額定)功率、(額定)轉(zhuǎn)速，可求出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩

（4-3）

式中，pN單位為kW，nN的單位為r/min。

5.(額定)電流

(額定)電流是電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下，定子繞組上的線電流值。

6.(額定)轉(zhuǎn)速

(額定)轉(zhuǎn)速是電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,單位為轉(zhuǎn)/分（r/min）。

7.接法

接法指電動(dòng)機(jī)在額定電壓作用下的三相定子繞組的連接方式。由于電動(dòng)機(jī)的額定電壓為定值，若電源的線電壓不同，則電動(dòng)機(jī)定子繞組的接法就不同。如電動(dòng)機(jī)定子繞組額定電壓UN=220V，而電源線電壓為220V時(shí)，則電動(dòng)機(jī)三相定子繞組應(yīng)接成△形；如電源線電壓為380V，則電動(dòng)機(jī)應(yīng)接成Y形。故而有些電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)為220V/380V，

△/Y即為此意。

當(dāng)然額定電流也有××A/××A兩種。

8.絕緣等級(jí)

絕緣等級(jí)是指電動(dòng)機(jī)定子繞組所用絕緣材料允許的最高溫度等級(jí)。有A、E、B、F、H、C幾種等級(jí)。它們的極限工作溫度分別是105℃、120℃、130℃、155℃、180℃和大于180℃。

9.工作方式

工作方式指電動(dòng)機(jī)正常連續(xù)使用時(shí)，允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，一般分連續(xù)、短時(shí)和斷續(xù)三種工作方式。

※4.4單相異步電動(dòng)機(jī)

4.4.1單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)單相交流電流流入單相定子繞組時(shí)（見(jiàn)圖4.18），就在電動(dòng)機(jī)繞組軸線ＹＹ上產(chǎn)生一個(gè)交變的脈動(dòng)磁場(chǎng)，其方向垂直向上或垂直向下，其磁場(chǎng)的磁通按正弦規(guī)律分布（見(jiàn)圖4.19），

可見(jiàn)該磁場(chǎng)在空間是不旋轉(zhuǎn)的。

圖4.18最簡(jiǎn)單的單相異步電動(dòng)機(jī)圖4.19

ＹＹ位置脈動(dòng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線

圖4.20合成轉(zhuǎn)矩

4.4.2電容分相式異步電動(dòng)機(jī)

在實(shí)際工作中，是如何形成外力（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）使單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來(lái)的呢？電容分相原理是可以解決啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的問(wèn)題的。這種異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組有兩組：一組稱(chēng)為主繞組Ｌ1（又稱(chēng)工作繞組），另一組稱(chēng)為輔助繞組Ｌ2（又稱(chēng)啟動(dòng)繞組）。它們?cè)诙ㄗ予F芯中空間位置相隔90°。輔助繞組Ｌ2與電容Ｃ相串聯(lián),經(jīng)離心開(kāi)關(guān)S（或直接）與主繞組并聯(lián)，接于單相交流電源上，

如圖4.21所示。

圖4.21電容分相式異步電動(dòng)機(jī)線路(a)電容啟動(dòng)式；

(b)電容運(yùn)轉(zhuǎn)式

只要適當(dāng)?shù)剡x取電容Ｃ，就能使通入繞組Ｌ2的電流i2導(dǎo)前90°于繞組Ｌ1的電流i1，如圖4.22所示，這就稱(chēng)為電容分相法。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子電流就能產(chǎn)生一個(gè)如圖4.23所示的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（過(guò)程自行分析）。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，鼠籠式轉(zhuǎn)子上就受到了一個(gè)同向的電磁轉(zhuǎn)矩，跟著轉(zhuǎn)起來(lái)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速80％時(shí)，離心開(kāi)關(guān)S打開(kāi)，切斷了輔助繞組(見(jiàn)圖4.21（a))，稱(chēng)為電容啟動(dòng)式電動(dòng)機(jī)。如果不裝離心開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)后，輔助繞組中始終有電流流過(guò)(見(jiàn)圖4.21(b))，稱(chēng)為電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)。圖4.22兩相繞組中的電流波形

圖4.23單相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

如果要電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)只要換接任意一組繞組的電源接線端即可，如圖4.24所示。其中S為換接開(kāi)關(guān)，當(dāng)S接到2位置時(shí)，電容Ｃ與繞組A串聯(lián)，即A為輔助繞組；當(dāng)S接到1位置時(shí)，B為輔助繞組。若S接1時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)的話，那么S接2時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)反轉(zhuǎn)（過(guò)程請(qǐng)自行分析）。當(dāng)S在1、2間轉(zhuǎn)換時(shí)，即實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制。一般家用洗衣機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)就是用此方法來(lái)控制的。圖4.24電容分相式異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制線路

4.4.3罩極式異步電動(dòng)機(jī)

罩極式異步電動(dòng)機(jī)如圖4.25（a）所示。在凸出的磁極上有一凹槽，把磁極分成兩部分p1和p2。在p2上嵌有短路銅環(huán)，相當(dāng)于一個(gè)副繞組，稱(chēng)為被罩部分。當(dāng)磁極的激磁繞組通入交流電流后，產(chǎn)生磁通，分為兩部分Φ1和Φ2，如圖4.25（b）所示。由于短路銅環(huán)的作用，產(chǎn)生的感應(yīng)電流阻礙其磁通Φ2的變化，所以被罩部分的磁極p2中的磁通Φ2在相位上滯后磁極p1中的磁通Φ1，即磁通在空間部分分成兩束。由于Φ1和Φ2在空間的位置不同，時(shí)間上又有相位差，這樣就產(chǎn)生一個(gè)合成移動(dòng)磁場(chǎng)。在這移動(dòng)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子就沿著磁極p1向磁極p2方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了。圖4.25罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和磁通分布（a)基本構(gòu)造；

(b)磁通分布

4.5直

流

電

動(dòng)

機(jī)

4.5.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)由固定的磁極和旋轉(zhuǎn)的電樞所組成，如圖4.26所示。圖中，有一對(duì)固定Ｎ、S磁極（一般由勵(lì)磁繞組通入直流電產(chǎn)生）。在電樞鐵芯上，安裝著一個(gè)與鐵芯絕緣的線圈，其兩個(gè)端點(diǎn)與兩個(gè)半圓形的銅換向片連接，兩個(gè)固定的電刷A和B緊壓在兩個(gè)換向片上，并與直流電源相接。電流從電刷A流入，經(jīng)換向片與直流電源相接。電流從電刷A流入，經(jīng)換向片與線圈的上面一段導(dǎo)線1相連，導(dǎo)線1電流流入用表示，而線圈的下面一段導(dǎo)線2電流流出用⊙表示，再?gòu)碾娝流回電流。載流導(dǎo)體1和2在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用。力的方向可用左手定則確定。對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生了一個(gè)逆時(shí)針轉(zhuǎn)向的電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。

圖4.26直流電動(dòng)機(jī)當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，兩個(gè)線圈導(dǎo)線1、2處于水平位置。此時(shí)，導(dǎo)線中沒(méi)有電流流過(guò)，電磁轉(zhuǎn)矩也消失，但由于慣性的作用，電樞仍能轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度。這時(shí)，電刷A、B分別與導(dǎo)線2、1相連，線圈中又有電流流入，此時(shí),電流流向?yàn)椋弘娫凑龢O→電刷A→導(dǎo)線2→導(dǎo)線1→電刷B→電源負(fù)極，即所謂“換向”，但Ｎ、S極下導(dǎo)線中的電流流向不變，故而電磁轉(zhuǎn)矩方向不變，電樞仍按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。由于一個(gè)線圈的電磁轉(zhuǎn)矩太小，故而實(shí)際直流電動(dòng)機(jī)是由多個(gè)線圈與換向器相連的。經(jīng)數(shù)學(xué)計(jì)算，

電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩可由下式?jīng)Q定：

式中,CT為電機(jī)常數(shù)（與電動(dòng)機(jī)構(gòu)造有關(guān)，對(duì)于某臺(tái)電動(dòng)機(jī)，CT為定值）；Φ為每極磁通量；IS為電樞電流。

直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)后，線圈的上、下兩邊導(dǎo)線1、2不斷切割磁力線而被感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則判別，其方向與電樞電流的流向相反，故而被稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)。

其大小由下式表示：

E反=CTΦn

（4-5）

式中,CT為電機(jī)常數(shù)；Φ為每極磁通量；n為電樞轉(zhuǎn)速。因此，

直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡方程式為

U=E反+ISRS

式中，RS為電樞電阻。

4.5.2直流電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)

勵(lì)磁式電機(jī)根據(jù)勵(lì)磁繞組的接法不同可分為四類(lèi)。

(1)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)：這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組各自分開(kāi)。勵(lì)磁電流由另外單獨(dú)的直流電源提供，如圖4.27所示。由于這種電機(jī)的勵(lì)磁電流僅取決于他勵(lì)電源，而不受電樞端電壓的影響，

因而稱(chēng)為他勵(lì)式。

圖4.27他勵(lì)式電動(dòng)機(jī)

圖4.28并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)

(2)并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)：這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，如圖4.28所示。電子勵(lì)磁繞組承受了電樞兩端的全部電壓，為了減小繞組的銅損耗，勵(lì)磁電流越小越好，故繞組的匝數(shù)較多，導(dǎo)線較細(xì)。

(3)串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)：這種電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組串聯(lián)，如圖4.29所示。為了減小勵(lì)磁繞組的電壓降和銅損耗，繞組應(yīng)具有較小的電阻，因此它一般用截面較大的導(dǎo)線，且匝數(shù)較小。圖4.29串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)

(4)復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)：這種電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)同電樞并聯(lián)，一個(gè)同電樞串聯(lián)，如圖4.30所示。

永磁式直流電動(dòng)機(jī)在電路中符號(hào)如圖4.31所示。

圖4.30復(fù)勵(lì)式電動(dòng)機(jī)

圖4.31永磁式電動(dòng)機(jī)

4.5.3直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

直流電動(dòng)機(jī)由靜止不動(dòng)的定子和會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞所組成，圖4.32是其外形結(jié)構(gòu)，其定子由磁極、勵(lì)磁繞組、機(jī)座、電刷裝置等組成（永磁式直流電動(dòng)機(jī)磁極由永久磁鐵組成，沒(méi)有勵(lì)磁繞組）。磁極的極心用1～1.5mm厚的鋼片由鉚釘鉚合而成，勵(lì)磁繞組套在極心上，然后用螺栓固定在機(jī)座上，如圖4.33所示。機(jī)座由鑄鋼或鑄鐵制成，它是磁路的一部分，用于固定磁極、電刷架、端蓋等部件。

圖4.32直流電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)

圖4.33磁極和勵(lì)磁繞組

圖4.34電樞圖4.35換向器的外形圖直流電動(dòng)機(jī)的電樞由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器組成，圖4.34(a)為電樞鐵芯中的硅鋼片外形，把它疊成圖4.34(b)所示的圓筒形，上面的凹槽內(nèi)放置電樞繞組。繞組按一定的規(guī)則和換向器上的換向片相連。

圖4.35為換向器外形圖。電刷一般由石墨組成，安裝在刷架上，用彈簧將它壓緊在換向器上。

4.6直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)整、轉(zhuǎn)向與制動(dòng)

4.6.1直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

直流電動(dòng)機(jī)剛接入電源啟動(dòng)時(shí)，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等于零，電樞上的反電動(dòng)勢(shì)為零，故而外加電壓全部加到電樞電阻上，而電樞電阻一般都較小，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的電樞電流會(huì)很大，即啟動(dòng)電流

例如，一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V，電樞電阻為0.4Ω，其額定電流為50A，則直接啟動(dòng)時(shí)的電流

這樣大的啟動(dòng)電流（為額定電流的11倍），會(huì)使直流電動(dòng)機(jī)的換向器形成火花而燒壞。因此啟動(dòng)時(shí)，必須在電樞電路中串入電阻或降低電源電壓，以限制其啟動(dòng)電流，但又要考慮啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不因啟動(dòng)電流減小太多而影響啟動(dòng)能力，一般限制在1.5～2.5倍額定電流。如圖4.36所示為并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)線路圖。啟動(dòng)時(shí)將啟動(dòng)變阻器RSt放到最大位置，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸升高，逐步減小啟動(dòng)變阻器RSt,最后使它短接，而此時(shí)磁場(chǎng)變阻Rf調(diào)到最小，增加磁通Φ，使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增大，

增加啟動(dòng)能力。

汽車(chē)啟動(dòng)機(jī)采用串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，即勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，如圖4.37所示。啟動(dòng)時(shí)，可使電流達(dá)到最大（約100多安培），此時(shí)電樞的輸出轉(zhuǎn)矩也最大，使汽車(chē)很容易啟動(dòng)。而汽車(chē)啟動(dòng)機(jī)允許短時(shí)間超載工作。串勵(lì)式比并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大得多。

圖4.36并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)線路

圖4.37串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的線路

4.6.2直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一般有以下三種方法。以并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)為例，根據(jù)式（4-5）和（4-6）可得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為

我們可以通過(guò)改變?chǔ)?、RS和U來(lái)進(jìn)行調(diào)速。

1.改變磁極磁通Φ改變磁通Φ值的大小，可以改變轉(zhuǎn)速n。為此在勵(lì)磁電路中串接一只磁場(chǎng)變阻Rf，如圖4.38所示。如把磁場(chǎng)變阻器阻值增加，則激磁電流減小，磁通也隨之減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高；反之，磁場(chǎng)變阻器阻值減小，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。

由于并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流較小，而在調(diào)速過(guò)程中能量耗損也較小，故而實(shí)際使用中應(yīng)用較廣。

串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)也可采用改變磁通Φ來(lái)調(diào)速，不過(guò)此時(shí)磁場(chǎng)變阻Rf必須與激磁繞組并聯(lián)，如圖4.39所示。磁場(chǎng)變阻器阻值減小，通過(guò)變阻器的電流增大，而激磁繞組的電流減小，磁通Φ減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高；反之，則轉(zhuǎn)速降低。

以改變磁極磁通Φ來(lái)調(diào)速，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能在其額定轉(zhuǎn)速以上平滑調(diào)節(jié)。但轉(zhuǎn)速增高受到電樞機(jī)械強(qiáng)度的制動(dòng)，一般不超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的20％。

圖4.38并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)改變?chǔ)档恼{(diào)速線路

圖4.39串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)改變?chǔ)档恼{(diào)速線路

2.改變電樞電路中的電阻

在電樞電路中串聯(lián)一個(gè)可調(diào)變阻器RSC，如圖4.40所示。當(dāng)阻值RSC增大時(shí)，電樞電流ISC減小，則轉(zhuǎn)速降低，反之，RSC減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將升高。由于電樞電流一般較大，故而調(diào)速電阻RSC要消耗大量的能量，不太經(jīng)濟(jì)。另外，還會(huì)使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。采用這種調(diào)速方法，只能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在額定值以下作比較平滑的調(diào)節(jié)。圖4.40電樞電路中串接電阻調(diào)速

3.改變電源電壓U

由公式 ，若保持激磁電路中磁通Φ不變，則改變電動(dòng)機(jī)的直流電源電壓U，可以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)。但應(yīng)注意U不能超過(guò)額定電壓。改變直流電源電壓，過(guò)去采用直流發(fā)電機(jī)，現(xiàn)在大多數(shù)采用晶閘管整流電源。4.6.3直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向

改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，由直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，只要改變其電樞電流方向或者改變勵(lì)磁電流方向即可。但兩者只能取一，通常是采用改變電樞電流方向的方法。因?yàn)閯?lì)磁電路的電感較大，故而反接時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而擊穿勵(lì)磁繞組。

4.6.4直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

為了使直流電動(dòng)機(jī)切斷電源后能迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，需要對(duì)電動(dòng)機(jī)采取制動(dòng)方法。如圖4.41所示即為其中的一種稱(chēng)為能耗制動(dòng)的方法。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S由1轉(zhuǎn)至2時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電路與電源脫離，而與某一電阻元件Ｒ相連形成回路。如圖4.42（a）所示，由于電動(dòng)機(jī)的電樞具有慣性，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電路仍在繼續(xù)工作，因此電樞繞組切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并且方向也不變。不過(guò)此時(shí)電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)狀態(tài)向電阻元件Ｒ供電，其電流方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向一致，而此方向與原來(lái)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)正好相反(見(jiàn)圖4.42（b）)。此時(shí)電流在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的一對(duì)制動(dòng)電磁力FB對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩TB與電動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)向相反，因而電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。

圖4.41能耗制動(dòng)的線路

圖4.42制動(dòng)電磁力F的產(chǎn)生示意圖

(a)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)；

(b)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)

※4.7步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

圖4.43反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作示意圖

1.單三拍

當(dāng)A相繞組單獨(dú)先通入脈沖直流電，定子與轉(zhuǎn)子的氣隙間即產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)方向與A相繞組軸線重合一致。這時(shí)轉(zhuǎn)子被磁化。根據(jù)磁力線力圖通過(guò)磁阻最小路徑的性質(zhì)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與A相繞組軸一致，如圖4.43所示位置。接著B(niǎo)相繞組單獨(dú)通入脈沖直流電，定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙磁場(chǎng)方向又與B相繞組軸線一致，則轉(zhuǎn)子就又要轉(zhuǎn)到B相繞組軸線處，使轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)了60°,接著Ｃ相單獨(dú)通入脈沖直流電，轉(zhuǎn)子又在空間轉(zhuǎn)了60°。如果定子繞組按A-B-Ｃ-A……順序分別通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)沿著順時(shí)針60°一次轉(zhuǎn)一個(gè)角度，持續(xù)旋轉(zhuǎn)下去。我們將轉(zhuǎn)子在空間每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，稱(chēng)為前進(jìn)了一步。這個(gè)角度稱(chēng)為步進(jìn)角θ。而將從一相通入脈沖信號(hào)換接到另一相通電稱(chēng)為一拍。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每經(jīng)一拍，轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步。上述的通電方式稱(chēng)為“單三拍”。所謂“單”指的是每次只有1個(gè)繞組單獨(dú)通電。

2.六拍

如果A相不斷電的情況下又接通B相，此時(shí)定子A相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)和B相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)共同作用，使轉(zhuǎn)子不能順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，只能旋轉(zhuǎn)30°，故步進(jìn)角將減小一半。此后如果按A-AB-B-BC-C-CA方式順序通電斷電，則轉(zhuǎn)子將按θ/2步進(jìn)角以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

這種通電方式稱(chēng)為六拍。

上述最簡(jiǎn)單的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)角太大，在實(shí)際中不適用。圖4.44所示是一種實(shí)際的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)示意圖。在每個(gè)定子磁極上和轉(zhuǎn)子表面增加了小齒，定子與轉(zhuǎn)子的齒距相同，齒數(shù)適當(dāng)，使得在一對(duì)磁極下的定子與轉(zhuǎn)子的小齒一一正對(duì)應(yīng)，如圖中A相繞組，而下一相繞組（如B相）的定子與轉(zhuǎn)子的小齒，正好錯(cuò)開(kāi)齒距（設(shè)為t）的相數(shù)（設(shè)為m）分之一（即為t/m），而再下一相繞組（如Ｃ相）的定子與轉(zhuǎn)子的小齒又錯(cuò)開(kāi)了2t/m。依次推算下去，在定子繞組磁場(chǎng)作用下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每運(yùn)行一拍，轉(zhuǎn)子則轉(zhuǎn)過(guò)相當(dāng)于t/m齒距的角度θ

即有式中：z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；N為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距的運(yùn)行節(jié)拍數(shù)。

圖4.44三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作示意圖

因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通電N拍，轉(zhuǎn)子則轉(zhuǎn)過(guò)Nθ的角度，相當(dāng)于一個(gè)齒距。如目前常見(jiàn)的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子有6個(gè)磁極，每個(gè)磁極上有5個(gè)齒，轉(zhuǎn)子有40個(gè)齒，此種電動(dòng)機(jī)按單三拍通電，θ=3°，若按六拍通電,θ=1.5°。4.8常用控制電器介紹

4.8.1開(kāi)關(guān)

開(kāi)關(guān)的作用是切斷和閉合電路。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，開(kāi)關(guān)分為閘刀開(kāi)關(guān)、鐵殼開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、組合開(kāi)關(guān)等。下面介紹其中常用的一種組合開(kāi)關(guān)，如圖4.45所示為其結(jié)構(gòu)圖。它有三對(duì)靜觸片、三對(duì)動(dòng)觸片。靜觸片固定在絕緣墊板上，一端與接線柱相連，以便與負(fù)載或電源線相接。三對(duì)動(dòng)觸片固定在中間絕緣轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸通過(guò)手柄，每旋轉(zhuǎn)90°，實(shí)現(xiàn)動(dòng)、靜觸片接通或斷開(kāi)一次。

圖4.45組合開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)(a)外形；

(b)符號(hào)

4.8.2按鈕按鈕是在電力拖動(dòng)中，發(fā)出主令的電器。如圖4.46所示為其結(jié)構(gòu)剖面圖及符號(hào)。它有一對(duì)固定的靜觸頭，中間動(dòng)觸頭連在絕緣桿上。當(dāng)按下按鈕帽時(shí)，上面一對(duì)常閉觸頭，動(dòng)斷時(shí)先被打開(kāi)，而下面一對(duì)常開(kāi)觸頭，動(dòng)合時(shí)后被接通。放開(kāi)按鈕帽時(shí)，在彈簧作用下，動(dòng)斷觸點(diǎn)復(fù)位閉合，動(dòng)合觸點(diǎn)復(fù)位打開(kāi)。

圖4.46按鈕(a)剖面圖；

(b)圖形符號(hào)

4.8.3接觸器

接觸器是為了能頻繁啟動(dòng)或?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離控制而設(shè)計(jì)的一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)，其工作原理是通過(guò)通電線圈產(chǎn)生電磁吸力來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能的。其按取用的電源不同而分為交流接觸器和直流接觸器。接觸器的主要組成部分有電磁鐵和觸點(diǎn)。如圖4.47所示為常用的ＣＪ10型交流接觸器的外形、

結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)。

圖4.47CJ10型交流接觸器(a)CJ10-10；

(b)CJ10-20；

(c)結(jié)構(gòu)示意圖；

(d)圖形符號(hào)

一組動(dòng)合觸點(diǎn)經(jīng)連桿與電磁鐵的動(dòng)鐵芯絕緣地連在一起，而一組靜觸點(diǎn)固定在絕緣殼體上，當(dāng)電磁鐵吸引線圈尚未通電時(shí)，互相分開(kāi)的觸點(diǎn)稱(chēng)為動(dòng)合觸點(diǎn)，又稱(chēng)常開(kāi)觸點(diǎn)。而互相閉合的觸點(diǎn)稱(chēng)為動(dòng)斷觸點(diǎn)，又稱(chēng)常閉觸點(diǎn)。當(dāng)吸引線圈加上額定電壓后，電磁鐵產(chǎn)生吸力，將動(dòng)鐵芯吸合，帶動(dòng)連桿，使動(dòng)合觸點(diǎn)接通，而動(dòng)斷觸點(diǎn)打開(kāi)。當(dāng)吸引線圈斷電時(shí)，由于彈簧的作用，將動(dòng)鐵芯釋放，恢復(fù)成原來(lái)的狀態(tài)。因此，只要控制吸引線圈的通電或斷電，即可控制觸點(diǎn)的接通與斷開(kāi)，從而達(dá)到控制電路通斷的目的。

交流接觸器的額定電壓有36V、110V、220V和380V，額定電流有5A、10A、20A、40A、60A、100A、150A等。在實(shí)際使用中，則按電源電壓和負(fù)載大小而定。

4.8.4熔斷器

熔斷器俗稱(chēng)保險(xiǎn)絲，它是一種短路保護(hù)電器。它有管式、插入式、螺旋式等，如圖4.48所示。其中的熔絲、熔片用電阻率較高的易熔合金制成。當(dāng)正常工作時(shí)，流過(guò)熔體的電流小于它的額定電流，熔體不熔斷，而一旦電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，熔體便立即熔斷，從而切斷了電源，保護(hù)了電器。

圖4.48熔斷器外形(a)管式；

(b)插入式；

(c)螺旋式

熔絲或熔片的選擇應(yīng)根據(jù)電路的具體情況而定。在照明、電熱線路中，熔絲的額定電流應(yīng)等于或稍大于負(fù)載的額定電流。若負(fù)載是電動(dòng)機(jī)，

應(yīng)根據(jù)下式選擇：

頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，上式分母取1.6～2.0。

4.8.5熱繼電器繼電器是一種傳遞信號(hào)的電器，按照輸入信號(hào)切斷和閉合電路。它的輸入信號(hào)可以是溫度、速度、壓力等非電量，也可以是電流、電壓，而輸出的是觸點(diǎn)通斷信號(hào)。熱繼電器是利用電流的熱效應(yīng)而動(dòng)作的電器，其通常用來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)載。如圖4.49所示為其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4.49熱繼電器結(jié)構(gòu)示意圖

4.9三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向、行程及時(shí)間控制

4.9.1三相異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)及正反轉(zhuǎn)控制

1.直接啟動(dòng)控制線路

如圖4.50所示是異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制線路圖。接通電源開(kāi)關(guān)QS，按下啟動(dòng)按鈕SB1，

則電流路徑為：

接觸器ＫＭ吸引線圈得電，使所有動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)得電而開(kāi)始向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)。當(dāng)放開(kāi)SB1按鈕時(shí)，由于并聯(lián)在其兩端的接觸器ＫＭ一對(duì)輔助動(dòng)合觸點(diǎn)已閉合，故而不影響接觸器ＫＭ吸引線圈得電，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。接觸器ＫＭ這一對(duì)輔助動(dòng)合觸點(diǎn)的作用稱(chēng)為自鎖，而這對(duì)輔助動(dòng)合觸點(diǎn)亦稱(chēng)為自鎖觸點(diǎn)。如欲使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，只要按下停止按鈕SB2，便可切斷接觸器吸引線圈的通電回路，失電而使動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn)。圖4.50異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)控制線路圖

該電路具有三種保護(hù)作用：①短路保護(hù)作用——熔斷器FU擔(dān)任。②欠壓保護(hù)——接觸器KM吸引線圈擔(dān)任。當(dāng)電源電壓低于額定電壓值時(shí)，吸引線圈因電源電壓過(guò)低而不能克服彈簧作用吸引動(dòng)鐵芯，故而不能使動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，從而避免了電源電壓過(guò)低而造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降，從而影響電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

③過(guò)載保護(hù)——熱繼電器FR擔(dān)任。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)造成電流過(guò)大，從而使熱繼電器通過(guò)發(fā)熱元件而使雙金屬片動(dòng)作，打開(kāi)FR的常閉觸點(diǎn)，切斷了接觸器吸引線圈的供電，打開(kāi)動(dòng)合觸點(diǎn)KM，電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn)，從而避免了電動(dòng)機(jī)的損壞。

2.點(diǎn)動(dòng)控制線路

生產(chǎn)實(shí)際中，有時(shí)需要點(diǎn)動(dòng)控制，如車(chē)床夾件的調(diào)整狀態(tài)，要求按下按鈕，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；而放開(kāi)按鈕，電動(dòng)機(jī)便要停止。按要求只要將上述線路中自鎖回路切斷即可。

如圖4.51所示即為三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)或連續(xù)控制線路圖。

圖4.51三相異步電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)或連續(xù)控制線路圖

此電路既能點(diǎn)動(dòng)控制，又能直接連續(xù)控制。按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB，其動(dòng)斷、動(dòng)合觸點(diǎn)聯(lián)動(dòng)（如圖中虛線連接），接觸器KM吸引線圈經(jīng)SB動(dòng)合觸點(diǎn)通電后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)SB動(dòng)斷觸點(diǎn)切斷接觸器KM的自鎖回路。釋放SB按鈕后，接觸器KM吸引線圈失電而使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。若按下按鈕SB1，便可連續(xù)工作。

3.正反轉(zhuǎn)控制線路

在生產(chǎn)上，許多機(jī)械都要有正、反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。這就要求拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。從三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理中知道，只要換接定子繞組三相電源進(jìn)線中的任意兩根線即可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

如圖4.52所示即為其控制線路。

圖4.52電動(dòng)機(jī)正、

反轉(zhuǎn)控制線路

其過(guò)程是：先合上電源開(kāi)關(guān)QS，再按以下步驟操作：①正轉(zhuǎn)。按下正轉(zhuǎn)按鈕SB1，電流路徑為：

B相→停止鈕SB3→SB2鈕動(dòng)斷觸點(diǎn)→SB1鈕動(dòng)合觸點(diǎn)→接觸器KM2輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)→接觸器KM1吸引線圈→熱繼電器FR動(dòng)斷觸點(diǎn)→C相→輔助動(dòng)合觸點(diǎn)KM1閉合→自鎖→接觸器KM1吸合→主動(dòng)合觸點(diǎn)KM1閉合→電動(dòng)機(jī)得電正轉(zhuǎn)→輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)KM1斷開(kāi)

②停止。按下停轉(zhuǎn)按鈕SB3，切斷接觸器KM1吸引線圈回路，使接觸器KM1釋放，電動(dòng)機(jī)失電而停轉(zhuǎn)。③反轉(zhuǎn)。按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2，電動(dòng)機(jī)便反轉(zhuǎn)，其工作過(guò)程請(qǐng)自行分析。在電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)電路中，接觸器KM1和KM2是不允許同時(shí)接通的，否則會(huì)造成電源短路、接觸器主動(dòng)合觸點(diǎn)燒壞等事故。為了保證電路能正常工作，電路采用了互鎖保護(hù)，即接觸器KM1吸合時(shí)，不允許接觸器KM2得電吸合；而接觸器KM2吸合時(shí)，也不允許接觸器KM1得電吸合。電路中采用了以下兩重互鎖保護(hù)電路：

①接觸器互鎖。分別將接觸器的輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)接入另一接觸器的控制回路。當(dāng)接觸器KM1得電吸合時(shí)，其輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)打開(kāi)，切斷了接觸器KM2吸引線圈的電路，保證KM2不能吸合。同樣,接觸器KM1的吸引線圈也串入接觸器KM2的輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)互鎖。

②按鈕互鎖。正、反轉(zhuǎn)按鈕將各自聯(lián)動(dòng)的動(dòng)斷觸點(diǎn)串入對(duì)方控制線路，當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鈕SB1時(shí)，其動(dòng)斷觸點(diǎn)先切斷了反轉(zhuǎn)控制電路，然后動(dòng)合觸點(diǎn)再接通正轉(zhuǎn)控制電路（見(jiàn)按鈕結(jié)構(gòu)圖）。同理，反轉(zhuǎn)按鈕SB2按下時(shí)，先切斷了正轉(zhuǎn)控制電路，再接通反轉(zhuǎn)控制電路而實(shí)現(xiàn)了互鎖。按鈕互