三相异步电动机的原理与结构论文文档.pdf

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1、三相异步电动机的结构与工作原理 5.1 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

2、 制 动的 基 本原理 和基 本方 法；（5）应用 场合和如何正确使 用。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 5-1 所示。图 5-1 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

3、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 0.2之间。2三相异步电动机的转动 原理 1）基 本 原理

4、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 5-2所示。图 5-2 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

5、转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。2）旋转磁场（1）产生 图 5-3 表示最简单的三相定子绕组 AX、BY、CZ，它们在空间按互差 1200的规律对称排列。并接成星形与三相电源 U、V、W 相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流：随着 电流在定子绕组 中 通过，在三相定子绕组 中 就 会 产生旋转磁场(图 5-4)。00sinsin(120)sin(120)U mV mW mi I ti I ti I t 图 5-3 三相异步电动机定子接线 当 t=00时，0Ai，AX 绕组 中无 电流；Bi 为负，BY 绕组 中 的电流 从 Y 流 入 B1流 出；Ci为正，CZ绕组 中 的电流 从 C

6、 流 入 Z流 出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图 5-4（a）所 示。当 t=1200时，0Bi，BY 绕组中无电流；Ai 为正，AX 绕组中的电流从 A流入 X流出；Ci 为负，CZ绕组中的电流从 Z流入 C 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图 5-4（b）所 示。当 t=2400时，0Ci，CZ绕组中无电流；Ai 为负，AX绕组中的电流从 X流 入 A流 出；Bi为正，BY 绕组中的电流从 B流入 Y流 出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图 5-4（c）所 示。可见，当定子绕组中的电流变化 一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流

7、不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋，因此称为旋转磁场。AiAiBiCXBYCZti iAiBiCO120 240 36 0 图 5-4 旋转磁场的形成（2）旋转磁场的方向 旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。3）三相异步电动机的极数与转速（1）极数（磁极对数 p）三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差 1200空间角时，产生的旋转磁场具有一对极，即 p=1；当每相绕组为两个线

8、圈串联，绕组的始端之间相差 600空间角时，产生的旋转磁场具有两对极，即 p=2；同理，如果要产生三对极，即 p=3的旋转磁场，则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈，绕组的始端之间相差 400（=1200/p）空间角。极数 p与绕组的始端之间的空间角 的关系为：0120p（2）转速 n 三相异步电动机旋转磁场的转速 n0与电动机磁极对数 p有关，它们的关系是：1060 fnp（5-1）由（5-1）可知，旋转磁场的转速 n0决定于电流频率 f1和磁场的极数 p。对某一异步电动机而言，f1和 p通常是一定的，所以磁场转速 n0是个常数。在我国，工频 f1=50Hz，因此对应于不同极对数

9、p的旋转磁场转速 n0，见表 5-1 A A AY Z Y表 5-1 p 1 2 3 4 5 6 n0 3000 1500 1000 750 600 500（3）转差率 s 电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速 n不可能达到与旋转磁场的转速 n0相等，否则转子与旋转磁场之间就没有相对运动，因而磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差，因此我们把这种电动机称为异步电动机，又因为这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的，故又称为感应电动机。旋转磁场的转速 n0常称为同步转速。转差率 s 用来表示转子转速 n与磁场转速

10、 n0相差的程度的物理量。即：00 0n n nsn n(5-2)转差率是异步电动机的一个重要的物理量。当旋转磁场以同步转速 n0开始旋转时，转子则因机械惯性尚未转动，转子的瞬间转速 n=0，这时转差率 S=1。转子转动起来之后，n0，（n0-n）差值减小，电动机的转差率 S1。如果转轴上的阻转矩加大，则转子转速 n降低，即异步程度加大，才 能 产生足够 大的感 受 电动势 和电流，产生足够 大的电磁转矩，这时的转差率 S增 大。反 之，S减小。异步电动机运行时，转速与同步转速一 般很接近，转差率 很 小。在 额定工作状态下约 为 0.0150.06之间。根据式(4-2),可以 得 到电动机的

11、转速常用 公式 01 n s n(5-3)例 有一 台三 相异步电动机，其额定 转速 n=975r/min，电 源频 率 f=50Hz，求 电动机的 极数和额定负载 时的转差率 S。解：由于 电动机的 额定 转速 接近 而 略 小 于 同步转速，而同步转速对应 于 不同的 极 对 数有一 系列固定 的 数 值。显然，与 975r/min最 相 近 的同步转速 n0=1000r/min，与此相应的磁 极对 数 p=3。因此，额定负载 时的转差率为：001000 975100%100%2.5%1000n nsn（4）三 相异步电动机的 定 子电 路 与转子电 路 三 相异步电动机 中 的电磁 关系

12、 同 变压器类似，定 子 绕组 相当 于变压器 的原 绕组，转子 绕组（一 般 是 短接 的）相当 于副绕组。给定 子 绕组接 上 三 相电 源 电 压，则 定 子 中 就有 三 相电流通过，此三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过定子和转子铁心而闭合，这个磁场在转子和定子的每相绕组中都要感应出电动势。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

13、方向是由三相绕组中电源相序决定的；5、三相异步电动机旋转磁场的转速 n0与电动机磁极对数 p 有关，它们的关系是：1060 fnp 6、转差率 s 用来表示转子转速 n 与磁场转速 n0相差的程度的物理量。即：00 0n n nsn n 转差率是异步电动机的一个 重 要的物理量，异步电动机 运 行时，转速与同步转速一 般很接近，转差率 很小。在 额 定 工作状态下约 为 0.0150.06之 间。7、三相异步电动机中的电磁关系同 变压器类似，定子绕组相 当于变压器 的 原 绕组，转子绕组（一 般 是 短接 的）相 当于副 绕组。三相异步电机的转 矩特性 与机 械特性 1 电磁转 矩（简称 转

14、矩）异步电动机的转 矩 T是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流 I2相互 作 用而产生的。电磁转矩 的 大小 与转子绕组中的电流 I及 旋转磁场的 强弱 有关。经 理 论证明，它们的关系是：2 2cosTT K I（5-4）其中 T 为电磁转 矩 KT为与电机结 构 有关的 常 数 为旋转磁场每个极的磁通量 I2为转子绕组电流的有 效值 2为转子电流 滞后于 转子电势的相 位 角 若考虑 电源电 压及 电机的一 些参 数与电磁转 矩 的关系，（5-4）修正 为：22 12 22 20()TsR UT KR sX（5-5）其中 TK为常数 U1为定子绕组的相电压 S为转差率 R2为转子每相绕组的电

15、阻 X20为转子静止时每相绕组的感抗 由上式可知，转矩 T还与定子每相电压 U1的平方成比例，所以当电源电压有所变动时，对转矩的影响很大。此外，转矩 T还受转子电阻 R2的影响。图 4-15为异步电动机的转矩特性曲线。2机械特性曲线 图 5-5 三相异步电动机的机械特性曲线 在一定的电源电压 U1和转子电阻 R2下，电动机的转矩 T与转差率 n之间的关系曲线 T=f(s)或转速与转矩的关系曲线 n=f(T)，称为电动机的机械特性曲线，它可根据式（5-4）得出，如图 5-5所示。在机械特性曲线上我们要讨论三个转矩：1）额定转矩 TN 额定转矩 TN是异步电动机带额定负载时，转轴上的输出转矩。2

16、9550NPTn（5-6）式中 P2是电动机轴上输出的机械功率，其单位是瓦特，n的单位是转/分，TN的单位是牛米。当忽略电动机本身机械摩擦转矩 T0时，阻转矩近似为负载转矩 TL，电动机作等速旋转时，电 磁 转矩 T必 与阻转矩 TL相等，即 T=TL。额定负载时，则 有 TN=TL。2）最 大转矩 Tm Tm又 称为 临界 转矩，是电动机可 能产生 的 最 大电 磁 转矩。它 反映了 电动机的 过 载 能力。aOTnn0TmaxTqTNnNbcTNTqTmaxTs sm1O(a)T=f(s)曲线(b)n=f(T)曲线 最大转矩的转差率为 Sm，此时的 Sm叫做临界转差率，见图 5-5（a）最

17、大转矩 Tm与额定转矩 TN之比称为电动机的过载系数，即=Tm/TN 一般三相异步的过载系数在 之间。在选用电动机时，必须考虑可能出现的最大负载转矩，而后根据所选电动机的过载系数算出电动机的最大转矩，它必须大于最大负载转矩。否则，就是重选电动机。3）起动转矩 Tst，Tst为电动机起动初始瞬间的转矩，即 n=0，s 时的转矩。为确保电动机能够带额定负载起动，必须满足：Tst TN，一般的三相异步电动机有 Tst/TN=1。3电动机的负载能力自适应分析 电动机在工作时，它所产生的电磁转矩 T的大小能够在一定的范围内自动调整以适应负载的变化，这种特性称为自适应负载能力。2 LT n S I T 直

18、至新的平衡。此过程中，2I 时，1 I 电源提供的功率自动 增加。总结：1、电磁转矩 T的大小与转 子绕组 中的电 流 I及旋 转磁 场 的 强弱 有 关。2 2cosTT K I 转矩 T还 与定 子每 相电 压 U1的平 方成 比 例，所以 当 电源电 压 有所变动时，对 转矩的 影响很 大。此 外，转矩 T还受 转 子 电 阻 R2的 影响。2、在一定的电源电 压 U1和 转 子 电 阻 R2下，电动机的转矩 T与转差率 n之间的 关 系 曲线 T=f(s)或 转 速 与转矩的 关 系 曲线 n=f(T)，称为电动机的机 械 特性 曲线。其 特性见图 5-5 3、三 个 转矩：1）额定转

19、矩 TN 额定转矩 TN是异步电动机带额定负载时，转 轴上 的 输 出转矩。2 9550NPTn 2）最大转矩 Tm Tm又 称为临界转矩，是电动机可能产生的最大电磁转矩。它 反映了 电动机的过载能力。3）起动转矩 Tst，Tst为电动机起动初始瞬间的转矩，即 n=0，s 时的转矩。4、电动机的负载能力自适应分析 电动机在工作时，它所产生的电磁转矩 T 的大小能够在一定的范围内自动调整以适应负载的变化，这种特性称为自适应负载能力。5.2三相异步电动机的使用 电动机或其他电气设备电路的接通或断开，目前普遍采用继电器、接触器、按钮及开关等控制电器来组成控制系统。这种控制系统一般称为继电接触器控制系

20、统。任何复杂的控制电路，都是由一些基本的单元电路组成的。因此，在本节中我们主要讨论 继电接触器控制的一些基本电路。要 弄清 一 个 控制电路的 原理，必须了解 其中 各个 电器元 件 的 结构，动作 原理 以及它们的控制作用。电器的种 类繁多，可分为 手 动的 和 自动的 两类。手 动电器是由工作 人员手 动 操纵的，例如刀 开关、点火 开关等。而 自动电器 则 是按 照指令、信号 或 某个物理量 的变化 而 自动动作的，例如各 种继电器、接触器、电磁 阀 等。因此本节 首先对 这些 常 用控制电器作 简 单 介绍。5.2.1 常 用 低压 电器 介绍 1 手 动电器 1）刀 开关 刀 开关

21、又叫闸刀 开关，一般用 于不频繁操 作的 低压 电 路中，用作接通 和切 断电 源，有 时 也 用来控制小 容量 电 动机的 直 接起动 与停 机。电路 符号 QS 刀开关由闸刀（动触点）、静插座（静触点）、手柄和绝缘底板等组成。刀开关的种类很多。按极数（刀片数）分为单极、双极和三极；按结构分为平板式和条架式；按操作方式分为直接手柄操作式、杠杆操作机构式和电动操作机构式；按转换方向分为单投和双投等。图 5-6 刀开关的电路符号 刀开关一般与熔断器串联使用，以便在短路或过负荷时熔断器熔断而自动切断电路。刀开关的额定电压通常为 250V 和 500V，额定电流在 1500A以下。考虑到电机较大的起

22、动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：35倍异步电机额定电流 2）按钮 按钮常用于接通、断开控制电路，它的 结构和电路符号见图 5-7。按钮上的触点分为常开触点和常 闭 触 点，由于按钮的结构 特 点，按钮 只 起 发出“接通”和“断开”信 号的作用。图 5-7 按钮的结构和符号 2自动电器 1）熔断器 熔断器 主要 作短路或过 载保护 用，串联在 被保护 的 线 路 中。线 路 正常 工 作时如 同 一 根导线，起通路作用；当线 路短路或过 载 时熔 断 器 熔断，起到 保护线 路上 其他 电器 设备 的作用。熔断器的结构 有管 式、磁 插式、螺旋 式、等 几 种。其核心 部 分 熔体（熔 丝

23、 或熔片）是 用电 阻率 较 高 的 易 熔 合金 制成，如 铅锡合 金；或 者是 用 截面积 较 小 的 导体 制成。熔 体 额定电流FI 的选择：1 无冲 击电流的 场合（如电 灯、电 炉）F LI I；图 5-8 熔断器的电路符号 2一 台 电动机的熔 体：熔 体 额定电流 电动机的起动电流；如 果 电动机起动 频繁，则 为：熔 体 额定电流 电动机的起动电流(1.62)；3 几台 电动机 合 用的 总 熔 体：熔 体 额定电流=(1.52.5)容量最 大的电动机的额定电流+其余 电动机的额定电流 之 和。2）交 流接触器 接触器 是 一种自动开关，是 电 力拖 动 中主要 的控制电器

24、之 一，它分为直流和 交 流 两 类。其中，交 流接触器常用 来 接通和断开电动机或 其他设备 的 主 电路。图 5-9 是交 流接触器的 主要结构图。接触器主要由电磁铁和触头两部分组成。它是利用电磁铁的吸引力而动作的。当电磁线圈通电后，吸引山字形动铁心(上铁心)，而使常开触头闭合。图 5-9 接触器工作原理图 根据用途不同，接触器的触头分主触头和辅助触头两种。辅助触头通过的电流较小，常接在电动机的控制电路中；主触头能通过较大电流，常接在电动机的主电路中。如 CJl0-20 型交流接触器有三个常开主触头和四个辅助触头(两个常开，两个常闭)。当主触头断开时，其间产生电弧，会烧坏触头，并使电路分断

25、时间拉长，因此，必须采取灭弧措施。通常交流接触器的触头都做成桥式结构，它有两个断点，以降低触头断开时加在断点上的电压，使电弧容易熄灭，同时各相间 装 有 绝缘隔板，可 防止短 路。在电流较大的接触器中 还专门设 有灭弧 装置。接触器的电路 符号见 图 5-10，接触器线圈 主触头 用 于 主电路 辅助触头 用 于 控制电路 图 5-10 接触器电路 符号 在选用接触器时，应注意它的额定电流、线圈电压及触头数量等。CJl0 系列接触器的主触头额定电流有 5、10、20、40、75、120A等数种。3）中间继电器 中间继电器的结构与接触器基本相同，只是体积较小，触点较多，通常用来传递信号和同时控制

26、多个电路，也可以用来控制小容量的电动机或其他执行元件。常用的中间继电器有 JZ7系列，触点的额定电流为 5A，选用时应考虑线圈的电压。4）热继电器 热继电器是用来保护电动机，使之免受长期过载危害的继电器。热继电器是利用电流的热效应而动作的，它的工作原理如图 5-11所示。图中热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中的双金属片，由两种具有不同线膨 胀 系数的金属 采 用热和压 力辗 压而 成，亦 可 采 用 冷 结 合，其中，下层 金属的膨 胀 系数大，上层 的小。当主电路中电流 超 过容 许值，双金属片受热 向上弯曲致 使 脱扣，扣板 在 弹簧 的 拉力下将 常 闭 触头 断开。触头

27、是接在电动机的控制电路中的，控制电路 断开 使接触器的线圈 断 电，从 而 断开电动机的主电路。由 于 热 惯性，热继电器不 能 作 短 路保护，因 为 发生短 路 事故 时，我们要求 电路 立即断开，而热继电器是不 能立即 动作的。但 是 这 个热 惯性又 是 合乎我们要求 的，比 如在电动机 起 动或短 时过载时，由 于 热 惯性 热继电器不 会 动作，这 可 避 免电动机的不 必要 的 停车。如 果要 热继电器 复位，则按下复位按钮即 可。图 5-11 热继电器工作原理图 常用的热继电器有 JR0、JRl0及 JRl6等系列。热继电器的主 要技术 数 据 是 整 定电流。所谓整 定电流，

28、就 是热元件通过的电流 超 过 此值 的 20%时，热继电器应 当 在 20min内 动作。JR0一 40型 的 整 定电流 从 一 40A有 9种 规格。选用热继电器时，应使其 整 定电流与电动机的额定电流基本 上 一 致。5）行 程开关 行 程开关 结构与 按钮类似，但 其动作 要 由机 械撞 击。用作电路 的 限 位保护、行 程 控制、自 动 切换 等。图 5-12 行程开关结构示意图和电路符号 三相异步电动机技术数据及选择 1三相异步电动机技术数据 每台电动机的机座上都装有一块铭牌。铭牌上标注有该电动机的主要性能和技术数据。三相异步电动机 型 号 Y132M-4 功 率 频 率 50H

29、z 电 压 380V 电 流 接 法 转 速 1440r/min 绝缘等级 E 工作方式 连续 温 升 80 防护等级 IP44 重 量 55Kg 年 月 编号 电机厂 1）型号 为不同用途和不同工作环境的需要，电机制造厂把电动机制成各种系列，每个系列的不同电动机用不同的型号表示。如 Y 315 S 6 三相异步电动机 机座中心高 mm 机座长度代号 S：短铁心 M：中铁心 L：长铁心 磁极数 2）接法 接法指电动机三相定子绕组的 联 接方式。一 般鼠笼 式电动机的接 线盒 中有 六根引出线，标有 U1、V1、W1、U2、V2、W2，其 中：U1、V1、W1是 每一相绕组的 始端 U2、V2、

30、W2是 每一相绕组的 末端 三相异步电动机的 联 接方法有 两 种：星形（Y）联 接和三 角形（）联 接。通常 三相异步电动机功率 在 4kW以下者 接成 星形；在 4kW（不 含）以 上 者，接成三 角形。3）电压 铭牌上 所 标的电压 值是 指电动机 在额 定 运 行 时 定子绕组上 应加 的 线 电压 值。一 般规 定电动机的电压不 应 高 于或低于额 定 值 的 5%。电路符号 ST 电路符号 ST 必须注意：在低于额定电压下运行时，最大转矩 Tmax和启动转矩 Tst会显著地降低，这对电动机的运行是不利的。三相异步电动机的额定电压有 380V、3000V及 6000V等多种。4）电流

31、 铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的最大线电流允许值。当电动机空载时，转子转速接近于旋转磁场的转速，两者之间相对转速很小，所以转子电流近似为零，这时定子电流几乎全为建立旋转磁场的励磁电流。当输出功率增大时，转子电流和定子电流都随着相应增大。5）功率与效率 铭牌上所标的功率值是指电动机在规定的环境温度下，在额定运行时电极轴上输出的机械功率值。输出功率与输入功率不等，其差值等于电动机本身的损耗功率，包括 铜 损、铁 损及机械损耗等。所 谓 效率 就 是输出功率与输入功率的 比 值。一般鼠笼式 电动机在额定运行时的效率 约 为72%93%。6）功率 因数 因 为电动机是电 感性负 载

32、，定子相电流 比 相电压 滞后一个 角，cos 就 是电动机的功率 因数。三相异步电动机的功率 因数较 低，在额定 负 载时 约 为，而 在 轻 载和空载时 更 低，空载时 只 有。选择 电动机时应注意其 容量，防止“大 马拉 小 车”，并力求缩短 空载时间。7）转速 电动机额定运行时的转子转速，单位 为转/分。不 同 的磁极 数 对应有不 同 的转速等 级。最 常用 的是 四个级 的（n0=1500r/min）。8）绝缘 等 级 绝缘 等 级 是 按 电动机绕组所 用 的 绝缘材 料在 使用 时 容 许的极 限 温度 来 分 级 的。所 谓 极 限 温度是指电机 绝缘结构中 最 热点 的最

33、高容 许温度。绝缘 等 级 环境温度 40 时的 容 许温 升 极 限 允许温度 A 65 105 E 80 120 B 90 130 2三相异步电动机的 选择 正确选择 电动机的功率、种 类、型式 是极为 重要 的。1）功率的 选择 电动机的功率 根据负 载的 情况选择合适 的功率，选 大 了虽然能保证正常 运行，但 是不 经济，电动机的效率和功率 因数 都不 高；选 小 了就 不 能保证 电动机和 生产 机械的 正常 运行，不 能充分 发挥生产 机械的效 能，并使 电动机 由 于 过 载 而过早 地损 坏。（1）连续运行电动机功率的选择 对连续运行的电动机，先算出生产机械的功率，所选电动机

34、的额定功率等于或稍大于生产机械的功率即可。（2）短时运行电动机功率的选择 如果没有合适的专为短时运行设计的电动机，可选用连续运行的电动机。由于发热惯性，在短时运行时可以容许过载。工作时间愈短，则过载可以愈大。但电动机的过载是受到限制的。通常是根据过载系数 来选择短时运行电动机的功率。电动机的额定功率可以是生产机械所要求的功率的 1/。2）种类和型式的选择（1）种类的选择 选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑的。交、直流电动机的选择 如没有特殊要求，一般都应采用交流电动机。鼠笼式与绕线式的选择 三 相 鼠笼式 异步 电动机 结构简单，坚固耐 用，工作可

35、 靠，价格 低廉，维护方 便，但调速 困难，功率 因 数 较低，起动性能 较差。因此 在要求机械特性 较硬而无 特殊调速要求的一般生产机械的 拖 动应 尽 可能采用鼠笼式电动机。因此只 有在 不 方 便 采用鼠笼式 异步 电动机时 才 采用绕线式电动机。（2）结构 型式的选择 电动机常制 成 以 下几 种 结构 型式：开启 式 在 构造上无 特殊 防 护 装置，用于 干燥无灰尘 的 场 所。通 风非 常 良好。防 护式 在机 壳 或 端盖下 面有通 风罩，以 防止铁屑 等 杂物掉入。也 有 将外壳做成挡板状，以 防止在一定 角度内 有 雨水滴溅入其中。封闭 式 它 的 外壳严密封闭，靠自身风扇

36、 或 外部风扇冷却，并 在 外壳带 有 散 热 片。在 灰尘多、潮湿 或 含 有 酸 性 气体 的 场 所，可采用 它。防爆 式 整个 电机 严密封闭，用于有 爆炸 性 气体 的 场 所。（3）安装结构 型式的选择 机 座带底脚，端盖无凸缘（B3）机 座不带底脚，端盖 有 凸缘（B5）机座带底脚，端盖有凸缘（B35）（4）电压和转速的选择 电压的选择 电动机电压等级的选择，要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。Y 系列鼠笼式电动机的额定电压只有 380V 一个等级。只有大功率异步电动机才采用 3000V 和6000V。转速的选择 电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。但通

37、常转速不低于 500r/min。因为当功率一定时，电动机的转速愈低，则其尺寸愈大，价格愈贵，且效率也较低。因此就不如购买一台高速电动机再另配减速器来得合算。异步电动机通常采用 4个极的，即同步转速 n0=1500r/min。例 有一 Y225M-4 型三相鼠笼式异步电动机，额定数据如下：试求（1）额 定电 流；（2）额定转 差 率 SN；（3）额定转 矩 TN、最 大转 矩 Tmax、起 动转 矩 Tst。功率 转速 电压 效率 功率因数 Ist/IN Tst/TN Tmax/TN()45kW 1480r/min 380V 92.3%解：（1）4-10Kw电动机通常 都 采用 380V/接法

38、3245 1084.23 cos 3 380 0.88 0.923NN NPI AU（2）已知 电动机是 四 极的，即02,1500/min.p n r 所 以 001500 14800.0131500Nn nsn（3）max459550 9550 290.4()14801.9 290.4 551.8()2.2 290.4 638.9()NNNstst NNNPT N mnTT T N mTT T N m 总结：1、控制 电器是 指在 电 路中起 通 断、保护、控制或调节作 用的器 件。继 电器 接触 器 控制 系 统通常使用 500V 以下的低压 控制 电器。2、电动机的 铭牌 数据用来 标

39、明 电动机的额定 值 和 主 要 技术规范，在 使用 中应遵守铭牌 的 规 定。3、选择电动机时，应 根据 负载 和使用 环境 的 实际情况进 行选择，选择时 应注意 电动机的功率应尽 可 能与负载 相 匹 配，既 不 宜“大”，更 不 宜“小马拉 大 车”。异步电动机的启动与调速分析 1起动特性分析（1）起动电流 Ist 在刚起动时，由于旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，磁力线切割转子导体的速度很快，这时转子绕组中感应出的电动势和产生的转子电流均很大，同时，定子电流必然也很大。一般中小型鼠笼式电动机定子的起动电流可达额定电流的 5 7倍。注意：在实际操作时应尽可能不让电动机频繁起动。如

40、在切削加工时，一般只是用摩擦离合器或电磁离合器将主轴与电机轴脱开，而不将电动机停下来。（2）起动转矩 Tst 电 动 机 起 动 时，转 子 电 流 I2虽 然 很 大，但 转 子 的 功 率 因 数 cos2很 低，由 公 式2 2cosMT C I 可 知，电动机的起动转矩 T较 小，通常 1.1 2.0st NT T。起动转矩小可 造成以 下 问题：（1）会延长 起动时 间。（2）不能在 满载 下起动。因 此 应 设法提高。但起动转矩如 果过 大，会使传 动机 构受到冲 击而 损坏，所以 一般机 床 的主电动机 都 是空载 起动（起动 后再 切削），对起动转矩 没 有 什么要求。综上所述

41、，异步电机的主 要缺点 是起电流大而起转矩小。因 此，我们 必 须采取适当 的起动 方法，以减 小起动电流 并保证 有 足够 的起转矩。2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

42、-）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 1 3。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 8-9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

43、机，常用自耦降压起动。3 三相异步电动机的 调 速 调 速就是在同 一负 载 下 能 得 到 不 同的转速，以满足生产 过程的 要求。调 速的方法 pfS n S nnn nS60)1()1(000 可 见，可 通 过三 个途径进 行 调 速：改 变电 源频率 f，改 变 磁极对数 p，改 变转 差率 S。前两者 是鼠笼式电动机的 调 速方法，后者 是绕 线 式电动机的 调 速方法。（1）变 频调 速 此方法可 获得平滑且范围较 大的 调 速 效果，且具有硬 的机 械特性；但须有专门 的变 频装 置由 可 控硅整 流器和可 控硅逆 变器组成，设备复杂，成本 较高，应 用 范围不广。（2）变 极

44、调 速 此方法 不 能实现 无极调 速，但它简单 方 便，常用于 金属 切 割 机 床 或 其他生产 机 械 上。（3）转子电 路串 电 阻调 速 在绕 线 式异步电动机的转子电 路 中，串入一个 三相 调 速变 阻 器 进 行 调 速。此方法能 平滑地调节 绕 线 式电动机的转速，且设备简单、投 资 少；但 变 阻 器 增加了损耗，故 常用于 短 时 调 速或 调 速 范围不太 大的 场合。以 上可 知，异步电动机的 各 种 调 速方法 都不太理想，所 以 异步电动机常用于 要求 转速 比较稳 定或 调 速 性 能 要求不高 的 场合。4三相异步电动机的制动 制动是给电动机一个与转动方向相反

45、的转矩，促使它在断开电源后很快地减速或停转。对电动机制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向相反，这时的转矩称为制动转矩。常见的电气制动方法有：（1）反接制动 当电动机快速转动而需停转时，改变电源相序，使转子受一个与原转动方向相反的转矩而迅速停转。注意，当转子转速接近零时，应及时切断电源，以免电机反转。为了限制电流，对功率较大的电动机进行制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中接入电阻。这种方法比较简单，制动力强，效果较好，但制动过程中的冲击也强烈，易损坏传动器件，且能量消耗 较大，频繁 反接制动 会 使电机过 热。对有 些 中 型车床和铣床 的 主轴 的制动 采用 这种方法。（2

46、）能耗 制动 电动机 脱离 三相电源的 同 时，给定子绕 组 接入一 直 流电源，使 直 流电流 通 入定子绕 组。于是在电动机中 便产生 一方向 恒 定的 磁场，使转子受一与转子转动方向相反的 F 力的 作用，于是 产生 制动转矩，实现 制动。直 流电流的大 小 一 般 为电动机 额 定电流的 1 倍。由于 这种方法是 用消耗 转子的动 能（转 换 为电 能）来 进行制动的，所 以称为 能耗 制动。这种制动 能量消耗小，制动 准确 而 平稳，无 冲击，但需要 直 流电流。在有 些 机 床 中 采用 这种制动方法。（3）发 电反 馈 制动 当转子的转速 n 超 过 旋 转 磁场 的转速 n0时

47、，这时的转矩也是制动的。如：当 起重 机快速 下放重物 时，重物拖 动转子，使 其 转速 nn0，重物 受 到 制动而 等 速 下降。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20 30 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(a)接线 示 意 图(b)电气原 理图 M 3 SB

48、S FU KM M 3 S FU KM KM SB 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 5-13 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

49、 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。图 5-14 直接起动控制 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。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

50、。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，