三相异步电动机及控制电路(教案).doc

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1、 三相异步电动机的工作原理及控制电路三相异步电动机和其他电动机想比较，具有结构简单，制造方便、运行可靠、价格低廉等一系列优点，因此应用广泛。三相异步电动机的原理和结构一、三相异步电动机的工作原理（一）、三相交流电机的旋转磁场1、旋转磁场的产生：三相交流电通给三相定子绕组（三个线圈彼此互隔1200分布在定子铁心内圆的圆周上）经过画图分析不同时间产生的磁场的位置，发现旋转磁场，并找出其特点2、旋转磁场的特点：大小不变，以一个转速向某一个方向旋转，这个转速把它命名为旋转磁场的同步转速n1 n1 =60 f / p （f为电源频率；p为磁极对数）3、思考：如何改变旋转磁场的方向？方法：任意调换三相电源

2、中的任意两根相线（交换两根相线即改变了三相电源的相序，从而可以改变旋转磁场的方向）（二）、 三相异步电动机的工作原理1、分析工作原理：三相电通给定子绕组，产生旋转磁场，静止的转子相对于旋转磁场有一个相对的切割磁力线的运动，产生感应电动势，产生感应电流，转子绕组上有了电流，在磁场中会受到电磁力的作用，形成电磁转矩T，驱动转子旋转起来，实现了电能转换成机械能的目的。2、体会“三相异步电动机”名称的由来：“三相”：三相电通入三相定子绕组“异步”：不同步，肉眼看不见的旋转磁场转速n1 和看到的转子转速n2大小不同（方向相同），且n1 n2“电动机”：最终实现了电能转换成机械能3、简化模型：转子绕组定子

3、绕组在三相异步电动机的工作原理中：给定子绕组通电，然后转子绕组通过电磁感应产生电，这一点及变压器相似（一次侧通电，二次侧感应出电），所以经常为了分析的方便将三相异步电动机的结构比作变压器，如右图：4、思考：如何改变转子旋转的方向？方法：通过任意调换两相电流的相序，改变旋转磁场的方向，就改变了转子的旋转方向5、转差率 S=（n1-n）/n1转子从静止开始运行，转差率S是从1趋向于0（但不能等于0，0S1）二、 三相异步电动机的基本结构 1、 三相异步电动机的结构基本结构：定子有定子铁心和定子绕组 转子有转子铁心和转子绕组 定子及转子之间的气隙材料：铁心均由硅钢片叠压而成；转子绕组：可分为笼型和绕

4、线型（其中笼型因结构简单等得到广泛应用）三、 三相异步电动机的铭牌数据1、额定容量（功率）PN （单位：KW）含义：指转轴上输出的机械功率表达式：机械功率=电动机的有功功率电动机效率 2、额定电压UN （单位：V）：加在定子绕组上的线电压3、额定电流IN （单位：A）：输入定子绕组的线电流4、额定转速nN （单位：r/min）5、额定频率 fN（单位：HZ）：我国工频为50HZ6、绝缘等级7、接法： 定子绕组有Y和两种接法 三相异步电动机的起动一、起动要求：1. 应有足够大的起动转矩TS ；2. 在保证TS 足够大前提下，起动电流IS越小越好二、笼型异步电动机的起动（一）、直接起动（全压起动）

5、1、分析过程：在起动瞬间n=0，切割旋转磁场的速度最快，所以产生的感应电动势和感应电流最大，相对应的定子绕组的起动电流过大，是额定电流（4-7）倍；2、存在问题：（1）起动电流过大，引起电网电压明显降低和电机发热 （2）起动转矩由于磁通和功率因素低，所以起动转矩TS 并不大，若低于负载转矩，则无法带动负载起动故一般直接起动只适用于小型的笼型异步电动机（及电源容量相比），可按经验公式来确定是否能直接起动（二）、 笼型异步电动机的减压起动为了能安全起动，对笼型异步电动机实行减压起动1. 定子串接电抗器或电阻的减压起动方法：起动时，电抗器或电阻接入定子电路；起动后，切除电抗器或电阻，进行正常运行特点

6、：能耗较大，实际应用不多，不深入研究。2. Y-起动方法：起动时将定子接成Y形，运行时定子绕组接成形研究起动情况： IsY= 1/3 * Is TsY= 1/3 * Ts 适用场所：运行于形的笼型异步电动机，轻载起动3. 自耦变压器起动方法：起动时接入自耦变压器，运行时切除自耦变压器全压运行研究起动情况：Is= k2 * Is Ts = k2 * Ts （k为变压比且k1）适用场所：轻载起动 总结：笼型异步电动机的降压起动可以降低起动电流的大小，但及此同时起动转矩也减小了，所以它只适用于轻载起动三、 三相异步电动机的调速由转差率公式 S=（n1-n）/n1 得：n= n1 (1-S)=60f1

7、(1-s)/p所以调速方法有：1、改变定子绕组的磁极对数p-变极调速 2、改变供电电网的频率f1-变频调速 3、改变定电动机的转差率S，方法有改变电压调速、绕线式电机转子串电阻调速和串级调速。 （一）、变极调速方法：通常用改变定子绕组的接法来改变磁极对数，转子均采用笼型转子 原理：将定子绕组串联，p大，电动机低速运行；将定子绕组并联，p小，电动机高速运行接线方式：（低速）/YY（高速）、Y（低速）/YY（高速）等（二）、 变频调速方法：改变电源频率注意点：电源频率降低调速时，若电源电压不变时，则磁通将增加，是铁心饱和，从而导致铁损增加，这是不允许的。因此在变频调速的同时，为了保证磁通不变，就必

8、须降低电源电压。使U1/f1 为常数。（三）、改变转差率S1、改变定子电压调速适用场所：笼型异步电动机，向下调速特点：调速范围很宽，缺点是低压时机械特性太软，转速变化大2、转子串电阻调速适用场所：中、小容量的绕线转子异步电动机，向下调速特点：方法简单四、 三相异步电动机的反转及制动（一）、 三相异步电动机的反转1、方法：改变三相电中任意两相电流相序，从而改变旋转磁场的方向，达到改变三相异步电动机的转子转动的方向（二）、 三相异步电动机的制动制动状态：转速方向n及电磁转矩T相反制动结果：1、位能性负载一般处于制动状态是使其保持一定的运行速度 2、机械负载制动时一般是停车制动方法：分为机械制动和动

9、力制动两类1、机械制动：采用电磁抱闸闸制动2、动力制动：（1）、能耗制动方法：切断电动机三相电源的同时，在任意二相绕组中接入直流电，并在定子回路中串入电阻用以限制强大的制动电流。原理：在任意二相绕组中接入直流电流，在转子空间获得一个大小、方向不变的恒定磁场，从而使转子产生一个及电动机原转向相反的电磁转矩以实现制动。其实质是：用直流磁场消耗掉转子的动能，所以这种方法又叫动能制动或直流制动。（2）、电源反接制动方法：改变电动机定子绕组及电源联接相序原理：产生一个及转速相反的电磁转矩T注意点：a、为了限制制动电流和增大制动转矩，在转子回路串入制动电阻b、当转速接近为0时，需立即切断电源，让电机停车三

10、相异步电动机的电气控制三相异步电动机的典型控制一 三相笼型异步电动机起动控制电路（一）、三相笼型异步电动机全压起动所谓全压起动，是将额定电压直接加在定子绕组上1点动控制电路 点动：按下控制按钮，交流接触器线圈得电，主电路交流接触器的主触头闭和，电动机直接起动；松开控制按钮，交流接触器线圈失电，主电路交流接触器的主触头分断，电动机停止运行2连动控制电路连动：按下控制按钮，交流接触器线圈得电，主电路交流接触器的主触头闭和，电动机直接起动；松开控制按钮，由于交流接触器常开辅助触头闭和，线圈依然得电，主电路交流接触器的主触头依然闭和，电动机连续运行3点、连动控制比较：（1）“自锁”设计：用交流触器常开

11、辅助触头及控制按钮并联（2） “自锁”作用：只要按下控制按钮，保证线圈一直有电，无论是否松开控制按钮，电动机可以连续运行（二）正反转控制电路分析原理：“从主电路着眼”：主电路中的KM1闭和时将三相电按L1L2L3的顺序引进；KM1分断，KM2闭和时将三相电按L3L2L1的顺序引进，及KM1比较，它改变了两相电流相序；故可知KM1和KM2控制正反转。“从控制电路着手”：分析具体的控制原理图b：按下SB2，KM1线圈得电KM1主触头闭和电动机正转 KM1辅助常开触头闭和形成自锁 KM1辅助常闭触头分断，KM2线圈不能得电按下SB3，KM1线圈失电KM1主触头分断 KM1辅助常闭触头闭和，KM2线圈

12、得电KM2主触头闭和 电动机反转KM2辅助常闭触头分断，KM1线圈不能得电图a同样按照“从主电路着眼，从控制电路着手”的原则分析。图中用到了“自锁”，还有“互锁”（又叫联锁）设计方法：将交流接触器的常闭辅助触头串联在对方线圈的支路中设计作用：可以控制两个线圈不能同时得电，保证了主电路KM1、KM2的主触头不能同时闭和而造成L1L3两相形成短路比较图a和b：同样可以控制正反转，操作上a图烦琐（要想反转，必须先按下停止按钮SB1再按SB3才可以），所以图b要好思考问题：1）为什么图b可以做到按钮直接切换正反转呢？ 因为它用的是复合按钮，采用机械联锁的方法，直接切换正反转2）线路的故障分析： a.合

13、上电源开关，电动机立即正转，当按下停止按钮时，电动机停转；但一松开停止按钮，电动机又正向起动答案：起动SB2常开、常闭接反了b. 合上电源开关，按下正转（或反转）按钮，正转（或反转）接触器就不停地吸合及释放，电路无法工 作；当松开按钮时，接触器不再吸合。答案：互锁KM1、KM2常闭辅助触头接反了（三）、三相笼型异步电动机降压起动控制电路有两种控制电路： 1、接触器自动控制的Y-降压起动电路按下SB2KM线圈通电KM（4-5）闭合自锁 KM主触点闭合 电动机绕组接成Y起动 KMY主触点闭合 KMY线圈通电 KMY（5-8）连锁触点分断（使KM控制回路分断，实现联锁） KMY主触点分断按下SB3

14、KMY线圈断电 KMY（5-8）联锁触点闭合，接通KM部分控制电路 KM（8-9）自锁触点闭合自锁 KM线圈通电 KM主触点闭合，电动机绕组接成形运行 KM（5-6）联锁触点断开，分断KMY控制电路，实现联锁总结： 采用Y-减压起动，设备简单、经济，可频繁操作。2、时间继电器自动控制的Y-降压起动电路注意：时间继电器的动作。时间继电器经过一定延时后，其延时常闭触头打开，切断KMY控制电路，最终使电动机接成接到电网上运行，完成了整个起动过程。3、 自耦变压器降压起动控制电路（略）（四） 三相异步电动机的制动控制1、 单向反接制动控制电路（1）、原理：反接制动的关键在于电动机电源相序的改变，且当转

15、速下降接近于零时，能自动将电源切除。为此采用了速度继电器SR(KS)来检测电动机的速度变化。（2）、控制过程：起动时，按下起动按钮SB2，接触器KM1通电并自锁，电动机M通电运行。电动机正常运转时，速度继电器KS的常开触头闭合，为反接制动作好准备。停车时，按下停止按钮SB1，KM1线圈断电，电动机M脱离电源，由于此时电动机的惯性，转速仍较高，KS的常开触头仍处于闭合状态，所以SB1常开触头闭合时，反接制动接触器KM2线圈得电并自锁，其主触头闭合，使电动机得到相序相反的三相交流电源，进入反接制动状态，转速迅速下降。当转速接近于零时，速度继电器常开触头复位，接触器KM2线圈断电，反接制动结束。2、

16、 能耗制动控制电路能耗制动原理：电动机脱离三相交流电源后，给定子绕组加一直流电源，以产生静止磁场，起阻止转子旋转的作用，达到制动的目的。（1） 单向运行能耗制动控制电路1时间原则控制：利用时间继电器KT实现（详见相关教材）2速度原则控制：依靠速度继电器SR（KS）实现控制控制原理：电动机在刚刚脱离三相交流电源时，由于电动机转子的惯性，速度仍很高，速度继电器SR的常开触头仍然处于闭合状态，所以接触器KM2线圈能够依靠SBl按钮的按下通电自锁。于是，两相定子绕组获得直流电源，电动机进入能耗制动。当电动机转子的惯性速度接近零时，SR常开触头复位，接触器KM2线圈断电而释放，能耗制动结束。三相异步电动

17、机的保护控制1、 短路保护常用的短路保护电器是熔断器和自动空气断路器。2 、 过载保护常用的过载保护元件是热继电器。由于热惯性的原因，热继电器不会受到电动机短时过载冲击电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器作过载保护的同时，还必须有短路保护，并且选做短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。3 、 过电流保护过流保护常用电磁式过电流继电器实现。当电动机过流达到电流继电器的动作值时，继电器动作，使串接在控制电路中的常闭触头断开、切断控制电路，电动机随之脱离电源停转，达到了过流保护的目的。一般过电流的动作值为起动电流的1.2倍。短路、过电流、过载保护虽然都是电流保护，

18、但由于故障电流、动作值以及保护特性、保护要求以及使用元件的不同，它们之间是不能相互取代的。4 、 欠压保护实现欠压保护的电器是接触器和电磁式电压继电器。5、 零压保护（失压保护）保护环节采用电器保护环节采用电器短路保护熔断器、自动开关、过电流继电器零压保护电压继电器、自动开关、按钮接触器控制并具有自锁的电路过载保护热继电器、自动开关欠压保护欠电压继电器、自动开关过电流保护过电流继电器限位保护行程开关欠电流保护欠电流继电器弱磁保护欠电流继电器生产机械在工作时，如果由于某种原因而发生电网突然停电，那么在电源电压恢复时，电动机便会自行起动运转，导致人身和设备事故，并引起电网过电流和瞬时网络电压下降。

19、为了防止在此种情况下出现电动机自行起动而实施的保护叫做零电压保护。常用的失压保护电器是接触器和中间继电器。当电网停电时，接触器和中间继电器触头复位，切断主电路和控制电源。当电网恢复供电时，若不重新按下起动按钮，电动机就不会自行起动，实现了失压保护。可总结为下表：电控线路故障诊断及维修一 、 电气设备的维护和保养1、电气设备日常维护保养的重要性2、日常维护（1）检查电动机 （2）检查控制和保护电器（3）检查电气线路 （4）检查限位开关二、 电控线路的故障检修1、检修前的故障调查故障调查的方法：问、看、听、摸2、根据电路、设备的结构及工作原理直观查找故障范围3、从控制电路动作顺序检查故障范围4、仪

20、表测量检查（1）电压测量法（2）电阻测量法5、机械故障检查：在检修中，应注意机械故障的特征和现象，找出故障点，并排除故障。电机电气实验部分：实验一 三相异步电动机点动、连动控制实验目的1熟悉交流接触器、热继电器、按钮等电器元件的结构、工作原理、型号规格、使用方法，理解它们在控制电路中的作用。2掌握三相异步电动机单相起动、停止的工作原理、接线方法。3掌握“自锁”的设计方法和作用。预习要求1看懂实验用的电路图，理解其工作原理。2对照电器元件，看清接触器的主触头和辅助触头的部位。什么是常开触头和常闭触头？3“自锁”的设计方法和作用实验设备三相笼型异步电动机一台；交流接触器、热继电器、停止按钮、起动按

21、钮、电源开关、万用表各1只；熔断器3只；电工工具及导线。实验内容及步骤1检查各电器元件质量情况，了解其使用方法。2用万用表欧姆档检查接触器、按钮的常开、常闭触头是否闭和或断开；用手动按接触器、按钮的可动部件，察看是否灵活。2按电路原理图正确联接线路，先接主电路，后接辅助电路。3自己检查线路无误后，请老师认可，然后通电试验。4操作起动按钮和停止按钮观察电动机的运行情况。如发现故障应立即断开电源，分析原因，排除故障后再送电实验。5观察FR动作对线路的影响（可手动断开触点试验）。实验思考1根据给定的电动机铭牌参数，如何选择接触器、热继电器、熔断器等低压电器的类型？2三相异步电动机点动、连动控制有何不

22、同？什么是“自锁”？3在实验中，一接通电源，未按起动按钮电动机立即起动旋转，是何原因？按下停止按钮，电动机不能停车又是何原因？4若电动机不能实现连续运行，可能的故障是什么？5若自锁常开触头错接成常闭触头，会发生怎样的现象？6线路中已用了热继电器，为什么还要装熔断器？是否重复？实验二 三相异步电动机的正、反转控制实验目的1掌握三相异步电动机正、反转控制电路的连接和操作。2理解三相异步电动机的正、反转控制的工作原理。3掌握“互锁”的设计方法和作用。预习要求1 三相异步电动机实现正、反转的方法是什么？在主电路中两个交流接触器的主触头应如何接线？2接触器KM1和KM2若同时吸合，会发生什么情况？为了防

23、止两个接触器同时吸合，在电路中采取了哪些保护措施？ 实验器材三相笼型异步电动机一台；电源开关、热继电器、熔断器；交流接触器、控制按钮各两只；电工工具及导线。 实验内容及步骤1检查电器元件的质量情况，了解其使用方法。2按图接线，请老师核实后通电试验。3先后操作起动按钮SB2、反转起动按钮SB3 ，观察电动机转向，是否相反。4重复操作，观察并分析控制电路如何实现电动机可逆运行的。 实验思考1本实验电路中共有哪些保护环节？由什么电器元件来实现的？2采用了复合按钮，为什么还要采用由接触器辅助常闭触头组成的互锁环节？3实验中如发现按下正（或反）转按钮，电动机转向不变，试分析其原因。4当电动机正转时，按下

24、反转按钮但没有按到底，会出现什么现象？ 实验三 笼型异步电动机Y-降压起动控制实验目的1掌握笼型异步电动机的Y-降压起动控制电路的连接和操作。2理解笼型异步电动机的Y-降压起动控制电路的工作原理。3了解时间继电器的结构、原理及使用方法。预习要求1Y-降压起动适用于正常运行于定子绕组形连接的笼型异步电动机，所以当定子绕组的额定电压为220V，必须接通的电源线电压应为多少？2在主电路中为了分别将定子绕组连接成Y和，交流接触器的主触头应如何接线？ 实验器材 三相笼型异步电动机一台；电源开关、热继电器、熔断器；交流接触器三只；控制按钮两只；电工工具及导线。 实验步骤及内容1检查电器元件的质量情况，了解

25、其使用方法。2检查电源电压及电动机运行于形时的额定电压是否匹配，否则要在电源引出端接入变压器。2按电路原理图正确联接线路，先接主电路，后接辅助电路。3检查线路，尤其要注意延时通断的触点是否正确，延时长短是否合适。4检查无误后，请老师认可，然后通电试验。重复操作，观察并分析控制电路如何实现电动机可逆运行的。5通电运行时，按下起动按钮SB2，观察接触器动作顺序，及电动机运行情况。6调节时间继电器的延时，观察电动机的起动过程变化。实验思考1分析Y-降压起动控制电路的控制原理？什么情况下使用该起动方法？2时间继电器在电路中的作用是什么？设计一个断电延时继电器控制Y-降压起动的控制电路。3若电动机起动结束后不能完成自动切换，始终处于低速状态，是何原因？4实验中曾发生什么故障？为什么?是如何排除的？第 11 页