1、电动与控制,杨一平（.13700890593),许昌职业技术学院,一、 三相异步电动机,特点：运行可靠、结构简单、制造方便、维护容易、价格低廉等，应用广泛。 分类：三相异步电动机和单相异步电动机。 三相异步电动机的种类及外形如图1.1所示。,1.异步电动机的特点,图1.1 三相异步电动机的种类及外形图,2.三相异步电动机的结构,三相异步电动机的种类很多，但它们的基本结构类似，都是由定子和转子构成的，在定子和转子之间留有一定的气隙此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图1.2所示。 1.定子 2.转子,罩壳,机座,接线盒,端盖,轴承盖,吊环,端盖,接线盒,转子,转轴,定子铁芯,定子绕组
2、,风扇,罩壳,图1.2 电动机的结构及外形,定子星形接法与三角形接法,(a) 星形接法 (b)三角形接法 图1.4 定子绕组的星形和三角形连接,4kW以下电机多采用星形接法,4kW以上电机多采用三角形接法,3.定子绕组的接线,4. 三相异步电动机的基本原理,在定子绕组中，通入三相交流电所产生的旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用产生的电磁力形成电磁转矩，驱动转子转动，从而使电动机工作。,n=(1s)60 f1/ p,5转速,6. 三相异步电动机的铭牌,7. 三相异步电动机的安装与使用,图1.16 电动机的固定与接线,二、三相异步电动机的控制,1.三相异步电动机控制常用低压电器,二、 三相异步
3、电动机的基本控制,（1）刀开关（闸刀开关）,作用：不频繁地手动接通、断开电路和隔离电源用。结构图和符号 ：,手柄向上，不得倒装/平装,手柄向上，不得倒装/平装,电源线,负载线,（a）开关板用刀开关,（b）带熔断器式刀开关,（c）图形符号,（2）铁壳开关（HH系列铁壳封闭式负荷开关）,刀开关与熔断器组合,锁紧螺钉,开关盖,手柄,速断弹簧,转轴,瓷插式熔断器,静夹座,U形动触刀,铁壳开关常用来控制小容量异步电动机的不频繁启动和停止,机械连锁,刀开关的图形符号及文字符号,图2.5 控制按钮实物图,（3）控制按钮,通常制成具有常开触点和常闭触点的复合式结构。,按钮的组成,按钮帽,复位弹簧,动触点,常闭
4、静触点,常开静触点,图2.7 按钮开关的图形符号及文字符号,根据运动部件的位置切换电路控制的电器件；用来控制运动部件的运动方向、行程大小或进行位置保护。,（4）行程开关（限位开关）,结构、工作原理：与按钮相同 区别：不靠手动；而是利用运动部件上的挡块碰压使触点动作,结构、工作原理,触头,弹簧,常闭触点,触点弹簧,常开触点,行程开关的图形符号及文字符号,按其工作原理可分为：高频振荡型、电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔效应型等多种，其中以高频振荡型最为常用。,（5）接近开关（无触点开关）,接近开关的检测距离,常用的接近开关：LJ1、LJ2、JX10及JK等系列。 应用广泛：具有工作稳定可靠、使
5、用寿命长、重复定位精度高、操作频率高、动作迅速等优点。,用于多挡位的功能选择控制，也可以作为电气测量仪表的换相开关或作为小容量电动机的启动、制动、调速和换向开关。,（6）万能转换开关（波段开关）,手柄,面板,绝缘垫板,接线端子,绝缘杆,凸轮,图2.14 万能转换开关的图形符号及文字符号,虚线：操作位置,表示：1触点在I操作位置是接通的,5触点在操作位置是接通的,或：通,或-：断,瓷插式熔断器,熔体,瓷座,静触点,动触点,瓷插件,用于低压分支电路的短路保护,（7）熔断器,螺旋式熔断器,熔体,瓷帽,底座,用于机床电气控制设备中,熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽
6、上的玻璃孔观察到。,密封管式熔断器,熔体,熔片,熔断管,用于低压电力网或成套配电设备中,有填料式熔断器,无填料密封式熔断器,快速熔断器,自恢复熔断器,如照明、电炉等电阻性负载 熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流，即IRNI IRN熔体的额定电流； I电路的工作电流。,没有冲击电流的电阻性负载,选择,*单台电动机 IRN (1.52.5) IN IN：电动机的额定电流，轻载启动或启动时间较短时，系数可取1.5；重载启动或启动时间较长时，系数可取2.5。 *多台电动机，由一个熔断器保护时：IRN (1.52.5) INmax+IN INmax：容量最大的一台电动机的额定电流； IN ：其余电
7、动机额定电流之和。, 电动机类负载，应考虑启动冲击电流的影响。, 多级熔断器保护,在配电系统中，通常有多级熔断器保护。 短路时，远离电源端的前级熔断器应先熔断 后一级熔体的额定电流通常比前一级熔体的额定电流至少应大一个等级（防止熔断器越级熔断而扩大停电范围）。,熔断器的图形符号及文字符号,（8）接触器,图2.18 交流接触器实物图,（a）CJX1（3TB）型,（b）CJ20型,（c）CJ12型,直流接触器实物图,图5-16 交流接触器结构示意图 1-动触头 2-静触头 3-衔铁 4-弹簧 5-线圈 6-铁心 7-垫毡 8-触头弹簧 9-灭弧罩 10-触头压力弹簧,接触器的结构,交流接触器结构图
8、,灭弧装置,由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件等组成,接触器的工作原理,线圈加额定电压，衔铁吸合，常闭触头断开，常开触头闭合；线圈电压消失，触头恢复常态。为防止铁心振动，需加短路 环。,接触器的图形符号及文字符号,定义：从获得输入信号（线圈的通电或断电）时起，经过一定的延时后才有信号输出（触点的闭合或断开）的继电器 是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。 分类（按动作原理与构造）： 电磁式、空气阻尼式、电动式、晶体管式及数字式等类型。,（9）时间继电器,图2.40 时间继电器实物图,（a）空气阻尼式,（b）晶体管式,（c）数字式,空气阻尼式时间继电器,由电磁系统、延时机构和工作触点
9、3部分组成,通电延时和断电延时,时间继电器的图形符号和文字符号,作用：电动机的过载保护,利用双金属片受热弯曲去推动杠杆使触头动作,利用电阻值随温度变化而变化的特性制成,利用过载电流发热使易熔合金熔化而使继电器动作,型式：双金属片式,热敏电阻式,易熔合金式,结构：由发热元件、双金属片和触头及动作机构等部分组成 。,（10）热继电器,复位按钮,复位调节螺钉,辅助常开触点,动触头,辅助常闭触点,推动导板,主双金属片,接线端子,偏心轮,热元件,补偿双金属片,支撑件,弹簧,（1）热继电器的组成及工作原理,热继电器的图形符号及文字符号,（11）自动开关(自动空气断路器/自动空气开关),功能：不频繁通断电路
10、，并能在电路过载、短路及失压时自动分断电路。 特点：操作安全，分断能力较高。 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） 结构：触头系统、灭弧装置、脱扣机构、传动机构。,万能式低压断路器结构图,1接线柱 2脱扣指示按钮 3过电流脱扣器 4外壳 5操作手柄 塑壳式3VE4型自动开关的外观图,（1）自动开关的工作原理,1主触头2自由脱扣器 3过电流脱扣器 4分励脱扣器 5热脱扣器6失压脱扣器 7按钮,线路短路或严重过载保护,远距离跳闸，对电路不起保护作用,线路过载保护,电动机的失压保护,自动开关的图形符号及文字符号,（12）速度继电器,作用：根据速度的大小通断电路 结构：定子、转子和触头 原理：与异
11、步电动机类似 参数：动作转速：120rpm复位转速：100rpm,转子,速度继电器结构原理图,电动机轴,定子,绕组,摆锤,动触点,静触点,2 常用的电压启动控制方式,（1）简单控制 （a）刀开关直接启动方式,小型台钻的应用,（a）台钻实物图 （b）直接启动电路图,（b）单向全电压控制启动方式,10kW以下交流电动机，在需要频繁关断时，常采用按钮和接触器进行间接通断。,自锁/自保电路,自锁点,按下SBKM线圈通电KM主触点闭合M旋转 松开SBKM线圈断电KM主触点断开M停转,（c）点动控制,用于机床刀架、横梁、立柱等快速移动和机床对刀等场合,图2.31 常见的点动控制线路,大型机床为操作方便，往
12、往要求在两个或两个以上的地点都能进行操作,（d）多点控制,为保证操作安全，要求几个操作者都必须发出准备好信号后设备才能动作,（2）三相异步电动机的降压启动,原因：大电动机，启动电流过大，会引起较大的电网压降，严重时则直接影响接在同一线路上的其他负载的正常工作，易造成运行中的电动机转速下降、甚至停转等事故。 方法：先降低加在定子绕组上的电压，当电动机接近额定转速时，再加上额定电压运行。,只适用于可以轻载或空载启动的场合,(a)定子绕组串电阻降压启动控制,正常运行时定子绕组接成三角形的三相异步电动机，都可采用星形-三角形降压启动。 电动机启动时，将其定子绕组连接成星形，加在电动机每相绕组上的电压为
13、额定电压的1/ ，启动电流为三角形直接启动电流的l/3，减小了启动电流。经一段时间延时，待电动机转速上升到接近额定转速时再接成三角形，使电动机在额定电压下运行。,(b)星形-三角形降压启动控制,正常运行时定子绕组接成星形的笼型异步电动机，往往容量较大，可采用自耦变压器以减低电动机的启动电压。 启动时电动机定子串入自耦变压器，定子绕组得到的电压为自耦变压器的二次电压。启动后，断开自耦变压器，定子绕组通以额定电压，使电动机在全电压下运行。,(c)自耦变压器降压启动控制,(3) 三相异步电动机的正反转控制,生产机械改变运动方向（主轴的伸缩、工作台的左右移动等），电动机能实现正转、反转两个方向的运转。
14、 只要将电动机接在三相电源中的任意两根电线对调，即改变电源的相序，就可实现电动机的反转。,图2.51 三相异步电动机的正反转控制线路,(4)三相异步电动机的制动控制,机械制动：利用机械装置使电动机迅速停转，常用机械抱闸、液压制动器等机械装置。 机械抱闸装置：由制动电磁铁和闸瓦制动器组成，分为通电制动和断电制动。 制动时将制动电磁铁的线圈通电或断电，通过机械抱闸使电动机制动。 电气制动：在电动机停车时产生一个与转子原来转动方向相反的电磁转矩，迫使电动机迅速停车。 能耗制动、反接制动,强迫电动机立即停转,能耗制动是在电动机被按下停止按钮断开三相电源的同时，定子绕组任意两相接入直流电源，产生静止磁场
15、，利用转子感应电流与静止磁场的作用，产生电磁制动力矩而制动的。 能耗制动分为时间原则方式和速度原则方式。优点是制动准确、平稳、能量消耗小；缺点是需要一套整流设备。,(a)能耗制动控制,图2.54 速度原则的单向能耗制动控制线路,假设电机在正转，则KM1通电，SR动合触点闭合,图2.55 时间原则的单向能耗制动控制线路,假设电机在正转，则KM1通电,反接制动是在电动机被按下停止按钮断开三相电源后，改变其三相电源的相序再接入电动机定子绕组中，即产生与转动方向相反的电磁力矩，使电动机制动。在电动机转速接近零时，应及时将反接电源切除，否则电动机会反向旋转。 优点：制动迅速（旋转磁场相对速度大，定子电流
16、大） 缺点：冲击较大，对传动部件有害，能量消耗也较大（主回路中串入电阻R来限制反接制动的电流）。 应用：不经常起制动的10kW以下的小容量电动机。,(b)反接制动控制,图2.56 反接制动控制线路,常采用只在其中任意两相绕组中串接电阻,(5)三相异步电动机的变速,调速：在负载不变的情况下，人为地改变电动机的转速，以满足各种生产机械需求。 调速的方法：机械调速或电气调速。 电气调速可大大简化机械变速机构，并能获得较好的调速效果。n=(1s)n0=(1s)60 f1/p 异步电动机的转速有3种方法：改变频率f1、磁极对数p和转差率s 。,变频调速装置的方框图在变频装置的支持下，即可实现三相异步电动
17、机的无级调速（变频调速的应用将在第6章中介绍）。,(a)变频调速,通过改变异步电动机供电电源的频率f1来改变同步转速n来实现调速,电压可调的直流电,频率连续可调的三相交流电,在电动机转子绕组电路中接入一个调速电阻，通过改变电阻即可实现调速。 应用：用于绕线转子电动机 特点：电动机的同步转速保持不变。 主要有3种： 定子调压调速 转子电路串电阻调速 串级调速,(b)变转差率调速,调速过程中保持电动机同步转速n0不变，改变转差率s来进行调速,改变磁极对数（改变电动机每相绕组的连接方法）电动机的同步转速改变改变电动机转速。 多速电动机：双速、三速、四速等。 不能实现无级调速：磁极对数p只能成倍变化。
18、 在机床中常用减速齿轮箱来扩大调速范围，经济简单。,(c)变极调速,图2.60 电动机定子绕组接线示意图,双速电动机（改变定子绕组接线的方法）,图2.61 双速电动机控制线路,采用复合按钮,(6)三相异步电动机的保护环节,(a)短路保护,原因：电动机绕组或导线的绝缘损坏，或者线路发生故障时，可能造成短路事故。 危害：短路时，若不迅速切断电源，会产生很大的短路电流和电动力，使电气设备损坏。 常用保护元件：熔断器FU和自动开关QF。 在短路时，熔断器由于熔体熔断而切断电路起保护作用；自动开关在电路出现短路故障时自动跳闸，起保护作用。,(b)过载保护,原因：负载突然增加、断相运行或电网电压降低都会引
19、起过载。 危害：三相异步电动机的电动机长期超载运行，其绕组温升将超过允许值，会造成绝缘材料变脆、变硬、减少寿命，甚至造成电动机损坏。 常用保护元件：热继电器FR和自动开关QF 热继电器具有过载保护作用而不具有的短路保护作用。选择时注意，作为短路保护，熔断器熔体的额定电流一般不应超过热继电器发热元件额定电流的4倍。,原因：过大的负载转矩或不正确的启动方法会引起电动机的过电流故障。 危害：在频繁正反转启动、制动的重复短时工作中过电流比发生短路的可能性更大。 常用保护元件：过电流继电器KI和接触器KM配合使用 应用：用于直流电动机或绕线式异步电动机；也起着短路保护的作用（一般过电流的动作值为启动电流
20、的1.2倍） 三相笼型异步电动机，可不设置过电流保护。,(c)过电流保护,为防止电网失电后恢复供电时电动机自行启动而实行的保护。 原因：电动机当电动机正在运行时，如果电源电压因某种原因消失，则在电源电压恢复时，必须防止电动机自行启动设备的损坏、人身事故。 电网若同时有许多电动机自行启动，则会引起过电流，也会使电网电压瞬间下降。 常用保护元件：接触器KM的自锁环节或用自动开关QF,(d)零电压保护,(e)欠电压保护,为防止电源电压降到允许值以下造成电动机损坏实行的保护。 原因：当电动机正常运转时，如果电源电压过分地降低，将引起一些电器释放，造成控制线路工作不正常。 电动机如果电源电压过低，而负载不变时，会造成电动机绕组电流增大，使电动机发热甚至烧坏，还会引起转速下降甚至停转。 常用保护元件：接触器KM的自锁环节或用自动开关QF,谢谢！,
