《電工電子技術》課件 項目五 機床電氣控制電路

機床電氣控制電路目五項認識三相異步電動機三相異步電動機控制電路任務1任務2目錄CONTENTS任務1認識三相異步電動機一、三相異步電動機的結構三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）。2.轉子1.定子定子定子鐵心定子鐵心是電動機工作磁通的主要通路，一般由厚度為0.5mm的、相互絕緣的硅鋼片疊成，以減小交流磁通所引起的渦流損耗。在定子鐵心硅鋼片的內圓上沖有均勻分布的槽口，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。定子繞組中、小型電動機一般采用高強度漆包線（銅線或鋁線）繞制，由對稱的三相繞組組成。三相繞組按照一定的規(guī)律依次嵌放在定子鐵心的槽口內，并與鐵心之間夾以絕緣層。定子繞組一般可接成星形或三角形。機座機座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組。轉子轉子鐵心由厚度為0.5mm的、相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉子三相繞組。轉子繞組轉子繞組有兩種形式：鼠籠式——鼠籠式異步電動機。繞線式——繞線式異步電動機。轉軸轉軸上加機械負載二、三相異步電動機的工作原理1.基本原理（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，當轉動手柄帶動蹄形磁鐵N、S極旋轉時，將發(fā)現導體也跟著旋轉；若改變磁鐵的轉向，則導體的轉向也跟著改變。（2）現象解釋當磁鐵旋轉時，磁鐵與閉合的導體發(fā)生相對運動，鼠籠式導體切割磁力線而在其內部產生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到電磁力的作用，于是導體就沿磁鐵的旋轉方向轉動起來，這就是異步電動機的基本原理。其中轉子轉動的方向和磁極旋轉的方向相同。（3）工作原理磁鐵旋轉→切割轉子導體→感應電動勢和感生電流→感生電流與磁場作用產生電磁轉矩→旋轉2.旋轉磁場（1）旋轉磁場的產生欲使異步電動機旋轉，必須有旋轉的磁場和閉合的轉子繞組。三相定子繞組AX、BY、CZ在空間按互差120°的規(guī)律對稱排列。現將三相繞組接成星形與三相對稱交流電源U、V、W相聯，則三相定子繞組便通過三相對稱電流。隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產生旋轉磁場。

（2）旋轉磁場的方向旋轉磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉磁場的方向，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即可。這時，轉子的旋轉方向也跟著改變。3.三相異步電動機的極數、旋轉磁場轉速（1）磁極對數p

三相異步電動機的磁極對數就是旋轉磁場的磁極對數。旋轉磁場只有兩個磁極（一個N極、一個S極）即一對磁極（磁極對數p=1）時，就稱這種電動機為二極電動機。對二極電動機來說，當三相電流變化一個周期時，旋轉磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一周。如果是四極（p=2）電動機，當三相電流變化一周時，旋轉磁場在空間只轉180°。同理對p對磁極的異步電動機，當定子三相電流變化一周時，其旋轉磁場在空間只轉1/p周。（2）旋轉磁場轉速

n1三相異步電動機定子旋轉磁場的轉速n1與電動機磁極對數p

、電源頻率f有關，它們的關系是4.三相異步電動機的轉動原理設磁場以n1的速度沿順時針方向旋轉，則靜止的轉子和旋轉磁場之間便有了相對運動，轉子繞組因切割磁感線而產生感應電動勢。因為轉子繞組相當于反時針方向切割磁力線，所以根據右手定則確定出轉子上半部導線感應電流方向是向內，下半部感應電流是向外的。感應電流再與旋轉磁場作用而產生電磁力，力的方向可以用左手定則判定。磁場力對轉子的作用下形成轉矩，在轉矩的作用下，轉子以n2

的速度跟隨旋轉磁場同向轉動。顯然，當旋轉磁場的方向改變時，轉子轉動的方向也將隨之改變。5.轉差率

s通常我們把旋轉磁場轉速n1

與轉子轉速n2

的差值和旋轉磁場轉速n1的比值稱為異步電動機的轉差率，用s表示電動機的轉速常用公式三、三相異步電動機的接法三相異步電動機的接法具體指電動機三相定子繞組的連接方式。一般籠式電動機的接線盒中有六根引出線，標有U1、V1、W1、U2、V2、W2，其中：U1、V1、W1是每一相繞組的首端，U2、V2、W2是每一相繞組的末端。三相異步電動機定子繞組的連接方法有兩種：星形（Y）連接和三角形（Δ）連接。四、三相異步電動機的電磁轉矩和機械特性1.電磁轉矩電磁轉矩的一般表達式2.機械特性曲線額定轉矩TN起動轉矩Tst最大轉矩TM五、三相異步電動機的控制1.三相異步電動機的起動（1）起動特性分析①起動電流Ist在剛起動時，由于旋轉磁場對靜止的轉子有著很大的相對轉速，磁力線切割轉子導體的速度很快，這時轉子繞組中感應出的電動勢和產生的轉子電流均很大，同時，定子電流必然也很大。一般中小型籠式電動機定子的起動電流可達額定電流的5~7倍。②起動轉矩Tst電動機起動時，轉子電流雖然很大，但轉子的功率因數很低，電動機的起動轉矩較小。起動轉矩小存在以下問題：一是會延長起動時間；二是不能在滿載下起動。因此應設法提高。但起動轉矩如果過大，會使傳動機構受到沖擊而損壞，所以一般機床的主電動機都是空載起動，對起動轉矩沒有什么要求。（2）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，待轉速上升到接近額定轉速時，再恢復到全壓運行。這種方法適于大中型籠式異步電動機的輕載或空載起動。星形-三角形（Y-Δ）降壓起動自耦變壓器降壓起動2.三相異步電動機的調速（1）變頻調速此方法可獲得平滑且范圍較大的調速效果，且具有硬的機械特性，可實現無極調速。隨著科學技術的發(fā)展，變頻調速在多個領域得到了廣泛應用。（2）變極調速此方法不能實現無極調速，但它簡單方便，常用于金屬切割機床或其他生產機械上。（3）轉子回路串電阻調速在繞線式異步電動機的轉子電路中，串入一個三相調速變阻器進行調速。此方法能平滑地調節(jié)繞線式電動機的轉速，且設備簡單、投資少。但變阻器增加了損耗，故常用于短時調速或調速范圍不太大的場合。3.三相異步電動機的制動（1）反接制動當電動機快速轉動而需停轉時，改變電源相序，使轉子受一個與原轉動方向相反的轉矩而迅速停轉。這種辦法制動時應當注意，當轉子轉速接近零時，應及時切斷電源，以免電動機反轉。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動機過熱。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生一方向恒定的磁場，使轉子受一與轉子轉動方向相反的電磁力的作用，于是產生制動轉矩，實現制動。

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。在有些機床中常采用這種制動方法。（3）發(fā)電反饋制動當轉子的轉速超過旋轉磁場的轉速時，這時的轉矩也是制動的。任務2三相異步電動機控制電路一、電器分類1．按用途分（1）控制電器：用于各種控制電路和控制系統的電器，如接觸器、繼電器等。（2）主令電器：用于自動控制系統中發(fā)送控制指令的電器，如按鈕、行程開關等。（3）保護電器：用于保護電路及用電設備的電器，如熔斷器、熱繼電器等。（4）配電電器：用于電能的輸送和分配的電器。如低壓斷路器、隔離器等。（5）執(zhí)行電器：用于完成某種動作或傳動功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。2．按工作原理分類（1）電磁式電器：依據電磁感應原理來工作的電器，如交直流接觸器、各種電磁式繼電器等。（2）非電量控制器：電器的工作是靠外力或某種非電物理量的變化而動作的電器，如刀開關、行程開關、按鈕、速度繼電器壓力繼電器、溫度繼電器等。3．按操作方式分類（1）自動電器：時間繼電器、速度繼電器等（2）手動電器：按鈕、刀開關、轉換開關等。4．按觸點類型（1）有觸點電器：繼電器、接觸器、行程開關等。（2）無觸點電器：固態(tài)繼電器、接近開關等。二、常用低壓電器1.

刀開關（QS）刀開關在電路中主要用于隔離、轉換以及接通和分斷電路，多數用于電源開關、照明設備的控制，也可以用來控制小容量的電動機的啟動和停止操作。刀開關按刀片數量不同，可分為單刀、雙刀和三刀三種。2.斷路器（QF）斷路器稱為自動空氣開關，用于不頻繁接通和斷開電路以及控制電動機的運行，相當于刀開關、熔斷器、過電流繼電器、欠電壓繼電器和熱繼電器的組合，當電路發(fā)生短路、過載和失壓等情況時，能自動切斷電路，也就是我們常說的跳閘。3.按鈕（SB）按鈕是一種手動操作，用來接通或斷開電路，并具有復位功能的控制開關，一般由動觸點、靜觸點、按鈕帽、復位彈簧和外殼組成。4.熔斷器（FU）熔斷器是一種最常見的短路保護裝置，一般有熔管、熔體和底·座組成。5.交流接觸器（KM）接觸器主要用來遠距離接通和斷開電路以及頻繁控制電動機的接通和斷開操作，按照電流種類可分為直流接觸器和交流接觸器。交流接觸器主要由電磁機構、觸頭系統和滅弧裝置等組成。6.繼電器（KA）繼電器是一種利用電流、電壓、時間、溫度等信號的變化來接通或斷開所控制的電路，以實現自動控制或完成保護任務的自動電器。當繼電器輸入電壓、電流和頻率等電量或溫度、壓力和轉速等非電量達到規(guī)定值時，繼電器的觸頭便接通或分斷所控制或保護的電路。繼電器被廣泛應用于電力拖動系統、電力保護系統以及各類遙控和通信系統中。7.熱繼電器（FR）熱繼電器是一種利用電流的熱效應來切斷電路的保護電器，由熱元件、雙金屬片、脫扣機構、觸點、復位按鈕和電流整定裝置組成，在電路中主要起過載保護。三、電動機常用電氣控制電路1.三相異步電動機點動控制電路合上開關QS，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而起動運轉。松開按鈕SB，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。2.三相異步電動機長動控制電路（1）起動過程按下起動按鈕SB2，接觸器KM線圈通電，與SB2并聯的KM的輔助常開觸點閉合，以保證松開按鈕SB2后KM線圈持續(xù)通電，串聯在電動機回路中的KM的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)運轉，從而實現連續(xù)運轉控制，這種現象稱為自鎖。（2）停止過程按下停止按鈕SB1，接觸器KM線圈斷電，與SB2并聯的KM的輔助常開觸點斷開，以保證松開按鈕SB1后KM線圈持續(xù)失電，串聯在電動機回路中的KM的主觸點持續(xù)斷開，電動機停轉。3.三相異步電動機正反轉控制電路（1）正向起動過程按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電，與SB2并聯的KM1的輔助常開觸點閉合，形成自鎖，串聯在電動機回路中的KM1的主觸點持續(xù)閉合，電動機正向運轉。（2）停止過程按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈斷電，與SB2并聯的KM1的輔助觸點斷開，串聯在電動機回路中的KM1的主觸點斷開，切斷電動機定子電源，電動機停轉。（3）反向起動過程按下起動按鈕SB3，接觸器KM2線圈通電，與SB3并聯的KM2的輔助常開觸點閉合，形成自鎖，串聯在電動機回路中的KM2的主觸點持續(xù)閉合，電動機反向運轉。4.接觸器互鎖的正反轉控制電路將接觸器KM1的輔助常閉觸點串入KM2的線圈回路中，從而保證在KM1線圈通電時KM2線圈回路總是斷開的；將接觸器KM2的輔助常閉觸點串入KM1的線圈回路中，從而保證在KM2線圈通電時KM1線圈回路總是斷開的。這樣接觸器的輔助常閉觸點KM1和KM2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鎖，這兩個輔助常開觸點稱為互鎖觸點或者聯鎖觸點。若電動機處于正轉狀態(tài)要反轉時必須先按停止按鈕SB1，使電動機停止后才能按下按鈕SB3使電動機反轉；若電動機處于反轉狀態(tài)要正轉時必須先按停止按鈕SB1，使電動機停止后才能按下正轉起動按鈕S