三相异步电动机及控制线路.doc

模块二 三相异步电动机及其控制线路项目一 三相异步电动机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法；（5）应用场合和如何正确使用。一、三相异步电动机的结构与工作原理1三相异步电动机的构造三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图1所示。图 1 三相电动机的结构示意图1）定子三相异步电动机的定子由三部分组成：定子定子铁心由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组AX、BY、CZ。定子绕组三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。机座机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组2）转子三相异步电动机的转子由三部分组成：转子转子铁心由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。转子绕组转子绕组有两种形式： 鼠笼式 - 鼠笼式异步电动机。 绕线式 - 绕线式异步电动机。转轴转轴上加机械负载鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.21.0mm之间。2三相异步电动机的转动原理1）基本原理为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图2所示。图 2 三相异步电动机工作原理(1)演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。(2)现象解释：当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。(3)结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。总结：1、三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。2、欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组，并且旋转的磁场和闭合的转子绕组的转速不同，这也是“异步”二字的含义；3、三相电源流过在空间互差一定角度按一定规律排列的三相绕组时，便会产生旋转磁场； 4、旋转磁场的方向是由三相绕组中电源相序决定的；二、鼠笼式异步电动机的起动方法1）直接起动直接起动又称为全压起动，就是利用闸刀开关或接触器将电动机的定子绕组直接加到额定电压下起动。这种方法只用于小容量的电动机或电动机容量远小于供电变压器容量的场合。2）降压起动在起动时降低加在定子绕组上的电压，以减小起动电流，待转速上升到接近额定转速时，再恢复到全压运行。此方法适于大中型鼠笼式异步电动机的轻载或空载起动。 星形-三角形（Y-D）换接起动起动时，将三相定子绕组接成星形，待转速上升到接近额定转速时，再换成三角形。这样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的。此方法只能用于正常工作时定子绕组为三角形联接的电动机。这种换接起动可采用星三角起动器来实现。星三角起动器体积小、成本低、寿命长、动作可靠。 自耦降压起动自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低。如图所示，起动时，先把开关Q2扳到“起动”位置，当转速接近额定值时，将Q2扳向“工作”位置，切除自耦变压器。采用自耦降压起动，也同时能使起动电流和起动转矩减小。正常运行作星形联接或容量较大的鼠笼式异步电动机，常用自耦降压起动。项目二、三相异步电动机的控制1直接启动控制电路直接启动即启动时把电动机直接接入电网，加上额定电压，一般来说，电动机的容量不大于直接供电变压器容量的2030时，都可以直接启动。1）点动控制合上开关S，三相电源被引入控制电路，但电动机还不能起动。按下按钮SB，接触器KM线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入三相电源起动运转。松开按钮SB， 图3 点动控制接触器KM线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。2).直接起动控制（1）起动过程。按下起动按钮SB1，接触器KM线圈通电，与SB1并联的KM的辅助常开触点闭合，以保证松开按钮SBl后KM线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控制。（2）停止过程。按下停止按钮SB2，接触器KM线圈断电，与SB1并联的KM的辅助常开触点断开，以保证松开按钮SB2后KM线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM的主触点持续断开，电动机停转。与SB1并联的KM的辅助常开触点的这种作用称为自锁。图示控制电路还可实现短路保护、过载保护和零压保护。 Ø 起短路保护的是串接在主电路中的熔断器FU。一旦电路发生短路故障，熔体立即熔断，电动机立即停转。Ø 起过载保护的是热继电器FR。当过载时，热继电器的发热元件发热，将其常闭触点断开，使接触器KM线圈断电，串联在电动机回路中的KM的主触点断开，电动机停转。同时KM辅助触点也断开，解除自锁。故障排除后若要重新起动，需按下FR的复位按钮，使FR的常闭触点复位（闭合）即可。Ø 起零压（或欠压）保护的是接触器KM本身。当电源暂时断电或电压严重下降时，接触器KM线圈的电磁吸力不足，衔铁自行释放，使主、辅触点自行复位，切断电源，电动机停转，同时解除自锁。2正反转控制1）简单的正反转控制（1）正向起动过程。按下起动按钮SB1，接触器KM1线圈通电，与SB1并联的KM1的辅助常开触点闭合，以保证KM1线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。（2）停止过程。按下停止按钮SB3，接触器KM1线圈断电，与SB1并联的KM1的辅助触点断开，以保证KM1线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM1的主触点 图5简单的正反转控制持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。（3）反向起动过程。按下起动按钮SB2，接触器KM2线圈通电，与SB2并联的KM2的辅助常开触点闭合，以保证线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM2的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。缺点： KM1和KM2线圈不能同时通电，因此不能同时按下SB1和SB2，也不能在电动机正转时按下反转起动按钮，或在电动机反转时按下正转起动按钮。如果操作错误，将引起主回路电源短路。2）带电气互锁的正反转控制电路将接触器KM1的辅助常闭触点串入KM2的线圈回路中，从而保证在KM1线圈通电时KM2线圈回路总是断开的；将接触器KM2的辅助常闭触点串入KM1的线圈回路中，从而保证在KM2线圈通电时KM1线圈回路总是断开的。这样接触器的辅助常闭触点KM1和KM2保证了两个接触器线圈不能同时通电，这种控制方式称为互锁或者联锁，这两个辅助常开触点称为互锁或者联锁触点。 缺点：电路在具体操作时，若电动机处于正转状态要反转时必须先按停止按钮SB3，使互锁触点KM1闭合后按下反转起动按钮SB2才能使电动机反转；若电动机处于反转状态要正转时必须先按停止按钮SB3，使互锁触点KM2闭合后按下正转起动按钮SB1才能使电动机正转。5.2.4三相异步电动机的控制上一节课我们讲了电动机的点动与长动控制，这一节课我们在此基础上进一步讲述电动机的继电器接触器控制系统。2正反转控制3）同时具有电气互锁和机械互锁的正反转控制电路采用复式按钮，将SB1按钮的常闭触点串接在KM2的线圈电路中；将SB2的常闭触点串接在KM1的线圈电路中；这样，无论何时，只要按下反转起动按钮，在KM2线圈通电之前就首先使KM1断电，从而保证KM1和KM2不同时通电；从反转到正转的情况也是一样。这种由机械按钮实现的互锁也叫机械或按钮互锁。 图7具有电气互锁和机械互锁的正反转控制3Y降压起动控制按下起动按钮SB1，时间继电器KT和接触器KM2同时通电吸合，KM2的常开主触点闭合，把定子绕组连接成星形，其常开辅助触点闭合，接通接触器KM1。KM1的常开主触点闭合，将定子接入电源，电动机在星形连接下起动。KM1的一对常开辅助触点闭合，进行自锁。经一定延时，KT的常闭触点断开，KM2断电复位，接触器KM3通电吸合。KM3的常开主触点将定子绕组接成三角形，使电动机在额定 图8 Y降压起动控制电压下正常运行。与按钮SB1串联的KM3的常闭辅助触点的作用是：当电动机正常运行时，该常闭触点断开，切断了KT、KM2的通路，即使误按SB1，KT和KM2也不会通电，以免影响电路正常运行。若要停车，则按下停止按钮SB3，接触器KM1、KM2同时断电释放，电动机脱离电源停止转动。4行程控制1）限位控制（图9）当生产机械的运动部件到达预定的位置时压下行程开关的触杆，将常闭触点断开，接触器线圈断电，使电动机断电而停止运行。图9 限位控制 总结：1、异步电动机有两种直接起动方法：直接起动和降压起动。直接起动简单、经济，应尽量采用；电机容量较大时应采用降压起动以限制起动电流，常用的降压起动方法有Y降压起动、自耦变压器降压起动和定子串电阻降压起动等。2、异步电动机的直接起动和正反转控制电路时控制的基本环节，应掌握它们的工作原理和分析方法，明确自锁和互锁的含义和思想方法。3、首先了解工艺过程及控制要求；4、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的控制关系；5、主电路、控制电路分开阅读或设计；6、控制电路中，根据控制要求按自上而下、自左而右的顺序进行读图或设计；7、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都叫相同的名字；8、原理图上所有电器，必须按国家统一符号标注，且均按未通电状态表示；9、继电器、接触器的线圈只能并联，不能串联；10、控制顺序只能由控制电路实现，不能由主电路实现项目三、三相异步电动机的正、反转控制一、实验目的1了解交流接触器、热继电器的结构，并掌握其工作原理。2掌握电动机实现正、反转控制的原理。3掌握电动机正、反转控制线路正确的接线方法和操作方法。二、实验原理 1直接起动的正反转 不少生产机械，例如吊车、刨床等都需要上下、左右等两个方向的运动，这就要求拖动它的电动机必须能实现正、反转控制。 由三相异步电动机工作原理可知，电动机的转动方向与旋转磁场的方向一致，要改变电动机的转向只要改变旋转磁场的方向即可，而旋转磁场的方向由三相电源的相序决定。因此将电动机的三根电源线中的任意两根对调，便可实现电动机的反转，其原理图如右图所示。在右图的主电路中，SB3是停机按钮，SB1正转起动按钮，KM1正转控制接触器，当KM1的线圈通电，其主触头闭合，定子绕组三个头分别接入电源的A、B、C三相，电动机正转。SB2是反转起动按钮，KM2是反转控制接触器，当KM2的线圈通电，其主触头闭合，定子绕组三个头分别接入电源的C、B、A三相，电动机反转。可见当通入定子绕组的电流相序改变时，电动机就反转。注意：（1）为保证正转或反转能连续工作，在电路中设置了两个自锁开关，他们分别与其起动开关并联。如果没有自锁开关，则本电路只能实现点动运转控制。（2）为保证正转时，反转控制电路可靠断开，即KM1与KM2不能同时闭合，因此在电路中分别设置了两个互锁开关。三、实验仪器1控制电路装置一套2三相异步电动机一台四、实验步骤1按图连接好线路(注意电动机绕组接成Y形联接)，由同学相互检查无误并请教师检查同意后，合上开关QS。2接触器点动控制 按下正转按钮SB1电动机旋转，松手后电动机停止转动。3电动机自锁控制 将交流接触器KM1的一对常开辅助触头并联到SB1上，按下正转按钮，电动机正向旋转，松手后电动机继续转动。4电动机正反转控制 （1）正转按下正转按钮SB1，观察电动机正向旋转。（2）停机按下停止按钮SB3。（3）反转按下反转按钮SB2，观察电动机反向旋动。五、实验注意事项1实验电路较复杂，相与相的触头距离近，因此接线时要求十分小心。2通电后不要再改动电路，避免发生短路事故。3控制电路的连接，起始线连在W相上，终点线却要连在V相上去，切记。点动控制线路 一、实训目的和要求1.熟悉按钮、交流接触器等常用低压电器的文字符号与图形符号；2.能识读电气控制电路图，分析电路工作原理，用万用表检测电器元件的好坏；3.掌握电气控制电路安装接线的技能。二、实训器材1.常用电工工具：包括试电笔、钢丝钳、剥线钳、螺丝刀、电工刀、尖嘴钳、斜口钳等。2.万用表、兆欧表3.绝缘导线：主电路采用BV1.5mm?，控制电路采用BV1mm?。4.三相异步电动机5.电气控制柜（内装交流接触器、时间继电器、中间继电器、位置开关、按钮、熔断器、热继电器等电器元件）三、实训电路1. 货物升降机的点动控制线路货物升降机的点动控制线路如图1所示。图1 电机点动控制线路原理图四、实训步骤1.实训开始前，应先画好电气原理图，分析工作原理，写出控制过程。2.根据电动机功率的大小选配电器元件的规格，并填在表1中。表1 元件明细表3.清点各元件的规格和数量，检查各个电器元件是否完好无损；4.根据原理图，设计并画出实际的安装图（如图1-5所示），作为接线安装的依据；5.按图接线，接线要求符合安装规范，工艺美观、线路正确。6.接线完毕，用万用表经检测无误后方可通电校验。图2电动机点动控制线路安装接线图五、实训时应注意的问题1.装接电路应遵循"先主后控、从上到下、从左到右" 的原则。2.布线应注意走线工艺，要求："横平竖直，变换走向应垂直、避免交叉，多线集中并拢，布线时，严禁损伤线芯和导线绝缘。 3.导线与接线端子或线桩连接时，应不压绝缘层、不反圈及不露铜过长。并做到同一元件、同一回路的不同接点的导线间距离保持一致。每个接线端连线不得超过二根导线，按钮要求出线最少。4.热继电器的整定电流必须按电动机的额定电流进行调整。5.电动机和按钮的金属外壳必须可靠接地。使用兆欧表依次测量电动机绕组与外壳间及各绕组间的绝缘电阻值，检查绝缘电阻值是否符合要求。6.实训中要文明操作，注意用电安全，需要通电时，应在实训教师指导下进行。六、电路检查1.主电路检查：（1）将万用表档位拨到R×1档或数字表的200档（如无说明，主电路检查均置于该位置），将表笔放在U11、V11处，模拟KM获电吸合（按下KM），此时万用表的读数应为电机两绕组的串联电阻值。（2）将表笔分别放在U11、W11处和V11、W11处，模拟KM获电吸合（按下KM），读数应同上，为两绕组串联电阻值。2.控制电路检查：将万用表档位拨到R×100（或10）档或数字表的2K档（如无说明，控制电路检查均置于该位置），将表笔放在0、1两端，此时万用表读数应为无穷大，按下SB2不放，读数为KM线圈的电阻值。七、实训报告1撰写实训预习报告根据安装货物升降机上升的点动控制线路的的工作过程，写出实训器材的名称、规格和数量以及实训操作步骤。2.实训思考1.如果要货物升降机上升的连续运行控制，应如何对货物升降机上升的点动控制线路进行改进？