1、电力拖动原理图及相关图一、 异步电动机三相异步电动机是由静止的定子和旋转的转子两个主要部分组成。定子和转子之间有一定的气隙。1、异步电动机的定子异步电动机的定子由定子铁芯，定子绕组和机壳（包括机座、端盖等）组成。定子铁芯的作用是作为电机磁通路的一部分和嵌置定子绕组。它由 0.5 毫米厚的硅钢片迭压而成，片与片间相互绝缘，以减少旋转磁场在铁芯中引起的涡流损耗和磁滞损耗。为了增加散热面积，当定子铁芯较长时，在轴向长度上，每隔 36 厘米留有径向通风沟，整个铁芯在两端用压板压紧。为了嵌置定子绕组，在定子铁芯内圆冲有相同的槽。通用的槽形有：半闭口槽，半开口槽，开口槽。定子绕组是电机的电路部分，其主要作
2、用是感应电势，通过电流以实现机电能量转换。定子绕组线圈在槽内布置分为单层和双层两种。绕组的槽内部分与铁芯之间必须可靠地绝缘，这部分绝缘称为槽绝缘又称对地绝缘。如果是双层绕组，两层绕组之间还需有层间绝缘。槽内的导线用槽楔固定在槽内。2、异步电动机的转子异步电动机的转子由转子铁芯，转子绕组和转轴等构成转子铁芯也是电机磁路的一部分，它和定子铁芯以及气隙共同构成电机的完整磁路。转子铁芯一般由 0.5 毫米厚的硅钢片迭成。中、小型异步电动机的转子铁芯大都是直接安装在电机轴上。大型异步电动机的转子铁芯则套装在转子支架上，支架套在转轴上。在转子铁芯的外圆上开有槽，以供嵌置或浇铸转子绕组。为了改善转子铁芯散热
3、条件，较大容量的异步电动机转子铁芯上留有径向通风沟或轴向通风孔。转子绕组的作用是感应电势、流过电流和产生电磁转矩，其结构形式有鼠笼和绕线式两种。鼠笼式转子异步电动机的转子绕组是自行闭合的短路绕组。每个转子槽中插入一根导体，在伸出铁芯两端的槽口处，用两个端环分别把导条的两端都连接起来。如果去掉铁芯，整个绕组的外形就象一个“鼠笼” ，所以称为鼠笼式转子。绕线式转子的绕组和定子绕组相似，是用绝缘导线嵌于转子铁芯槽内，且联接成星形的三对绕组。然后把三个出线端分别接到转子轴上的桑人滑环，再通过电刷把电流引出来。如图 8-4。3、异步电动机的起动评价异步电动机的起动性能时，主要看它的起动转矩和起动电流。起
4、动电流过大，对于供电电网和电动机本身都将产生不利的影响。过大的起动电流冲击，将引起电网电压的波动，影响在同一电网上的其他电机和电气设备的正常运行。因此，异步电动机的起动，关键在于限制其起动电流，增大起动转矩，从而改善电动机的起动性能。1、 鼠笼式异步电动机的直接起动：利用电动机的开关设备把电动机的定子绕组直接接到额定电压的电网上。其优点是起动设备和操作都比较简单，但起动电流大，而起动转矩并不大。若电网的容量足够大时或在电网中引起的电压降不超过额定电压的（1015）%时，允许直接起动。2、 鼠笼式异步电动机的降压起动：如果电动机所接电网的容量不够大，不允许直接起动，可以采用降压的办法来减少起动电
5、流，只适宜于对起动转矩要求不高的场合，即只适宜于轻载或空载起动的生产机械。、 定子电路中串电抗器（或电阻器）降压起动如图 9-10。起动时合上开关K1，将电抗器（或电阻器）接入定子电路，待转速接近稳定值时，再合上K2，切除电抗器（或电阻器） 。其优点是起动平稳，运行可靠，设备简单，但存在起动转矩严重减小的缺点。而且当串入电阻降压起动时，损耗较大。、 自耦变压器降压起动，利用自耦变压器将电网电压降压后，再加到电动机的定子绕组上。待转速接近稳定值时，再把电动机直接接在电网上。如图 9-12。起动时，在 K 已闭合的情况下，将 K3 及 K1 闭合，这时自耦变压器的三相绕组联成星形接止电网，电动机定
6、子绕组接在自耦变压器的副边，电动机的定子绕组在降低了的电压下开始起动。待转速上升一定数值后，将 K1 及 K3 断开，同时将 K2 闭合。自耦变压器从电网切除，电动机接上全压运行。该特点价格高、维修麻烦、不允许频繁起动。、 星形三角形联接的降压起动：当电动机正常运行时，其定子三相绕组是三角形联接的情况下，可以采用星形三角形联接的降压起动。如图 9-13。起动时，闭合 K1 并将 K2 倒向“起动”位置。这时三相定子绕组接成星形，待转速上升到一定程度后，将 K2 倒向 “运行”位置，于是三相定子绕组换成三角形。这种起动方法的起动设备比较简单，成本低，运行比较可靠，维修方便。其缺点是它只适宜用于正
7、常运转时定子绕组接成三角形的电动机，而且不能按不同负载选择不同的起动电压。3、 绕线式异步电动机转子串接对称电阻起动：对于鼠笼式异步电动机，无论采用哪种降压起动方法来减少起动电流，电动机的起动转矩都随着减少。所以对于某些在重载下起动的生产机械（例如提升机、皮带运输机和吊车等） ，它们不仅要求限制起动电流，而且还要求有足够大的起动转矩，在这种情况下，基本排除了采用鼠笼式异步电动机的可能性，而采用起动性能较好的绕线式异步电动机。在绕线式异步电动机的转子回路内串入适当的起动电阻，既可以降低起动电流，又可提高起动转矩如图 9-20。 （逐步切除）在工程实践中，有时为了以较少数量的电磁换接元件而得到较多
8、的加速级数，可在绕线式异步电动机的转子电路中串接不对称电阻进行起动。4、 绕线式异步电动机转子串接频敏变阻器起动：是采用一种新型的无触点元件频敏变阻器，将其接入转子电路。如图 9-22。起动开始时，转子频率较高，电抗 Xq 数值较大，迫使转子电流主要从电阻 Rq 中流过，随着转速的提高，电抗 Xq 逐渐减少，导致起动过程中流经电阻 Rq 与 Xq 的转子电流不断重新分配，当转速上升到接近或等于额定转速时，附加电阻 Rq 几乎被短路，转子电流几乎全部流经 Xq，相当于 Rq 被连续地切除，因而电动机在整个起动过程中的电磁转矩几乎保持不变，起动时间大大宿短，且加速平滑。5、 异步电动机的制动有机械
9、制动和电气制动。二、 同步电动机同步电动机也是一种交流电动机，但和交流异步电动机不同，它的转速 n和旋转磁场的同步速度 n1 相同。和所有的旋转电动机一样，同步电动机也是由定子和转子两大部分所构成。大容量同步电动机的定子（电枢）和异步电动机的定子基本相同，包括导磁的铁芯和导电的三相对称分布绕组。同步电动机的转子和异步电动机的转子不同，它有两种结构型式：一种是有明显的磁极，称为凸极同步电动机；另一种无明显的磁极，转子为圆柱体，称为隐极式同步电动机。转子铁芯上装有直流励磁绕组，直流励磁电流经电刷和滑环引入励磁绕组。直流电源可由联接在同步电机轴上的或单独的直流发电机（称为励磁机）担任，也可由可控硅整
10、流设备提供。和一切旋转电机一样，同步电机也是可逆的，既可作为发电机，也可作为电动机。在同步发电机中，直流电机流经励磁绕组后，转子产生一个对其本身无相对运动的恒定磁场。转子由原动机（气轮机、水轮机、菜油机等）拖动以恒定的转速旋转。当作为同步电动机时如图 11-1。当定子三相对称绕组内通以三相交流电流，变产生电枢旋转磁场，其转速为同步转速，其旋转方向取决于电流的相序，与此同时，将转子的励磁绕组接至直流电源，产生一个对转子本身无相对运动的恒定磁场，其极对数和定子磁场相同。在此两个磁场的相互作用下，电机转子受力的作用而跟着定子旋转磁场一同旋转，从而驱使电动机轴上的生产机械旋转而作功。目前大多数同步电动
11、机都采用异步起动法，即先使同步电动机在异步转矩的作用下转动起来，待转速上升到亚同步速（n=95%n1）时，再给转子励磁绕组通以直流电流，使转子建立磁场。依靠定、转子磁场相互作用所产生的基本电磁转矩，和凸极转子所引起的磁阻转矩（磁阻转矩在异步起动阶段同样也起作用）将转子牵入同步。所以同步电动机的异步起动法，可分为异步起动和牵入同步两个阶段。异步起动如图 11-23。在凸极同步电动机转子主极极靴上安置有鼠笼起动绕组。起动时，先把直流励磁绕组通过一个电阻 Rq 短接（即开关K1 合到电阻 Rq 侧） ，然后将定子绕组接到交流电网，依靠定子旋转磁场和转子鼠笼起动绕组中感应电流所产生的异步转矩，使转子起
12、动起来。必须指出，同步电动机起动时，其直流励磁绕组必须通过电阻短接，如果让励磁绕组开路，旋转磁场将以同步速度 n1 切割匝数很多的励磁绕组，其中将产生很高的电势，有可能使励磁绕组的绝缘被击穿，甚至危及人身安全。因此异步起动时，励磁绕组不允许开路，但也不能将励磁绕组直接短接，否则，励磁绕组中感应的单相电流将会产生所谓的“单轴转矩” ，使同步电动机只能起动到 1/2n1 附近的转速，而不能继续加速。进入牵入同步阶段，如果在正常励磁电流下牵入同步的过程失败，可采取强迫励磁的措施，即将励磁电流增大 23 倍。三 试图举例（P47 图 2-1-2）（一） 、如图 2-1-2 为水泵的电路工作原理图。1、
13、电路构成（1）三相交流电 L1、L2、L3 作为主电路电源，通过刀闸开关 QS、断路器 QA、交流接触器 KM、热继电器 EH 连接到水泵电动机上。（2） 路的电源由主回路 QA 与接触器 KM 的 L1、L3 相取得，电源经保险 FU1、FU2 供给。2、启动机泵操作见图 2-1-2（b）操作员按下启动按钮（SB2） ，交流接触器线圈 KM 电路接通，接触器KM 开接点闭合自保，接触器 KM 主接点闭合，电动机 M 得电运转，驱动机泵工作。交流接触器 KM 的辅助开接点闭合，运转指示灯 RD（红）灯亮，表示机泵运转状态。4、机泵的操作按下停止按钮 SB1，控制电路切断，接触器 KM 线圈失电
14、释放，使接触器 KM 主触点断开，电动机断电停转，机泵停止工作，辅助的闭接点复位，停运只是灯 GN（绿）灯亮，表示机泵停运状态。5、故障停机（1） 、过负荷停机。当电动机出现过载运行时，热继电器 EH 动作，其触点EH 断开，接触器 KM 线圈断电并释放，接触器 KM 主触点断开，电动机断电停机（机泵停止工作） ，绿灯 GN 亮。（2） 、短路故障停机。电动机回路发生短路故障时，断路器 QA 自动跳闸，电动机 M 停转，这时 QA 断开，控制电源也随之断电，红（RD ） 、绿（GN）灯全灭。（二）手动与自动操作的自藕变压器降压启动电路如图 2-8-7、2-8-8。1、自动操作把操作选择开关 S
15、A 置于自动位置，触点 1、2 接通。按下启动按钮SB2：电流由 LI控制保险 FU1停止按钮 SB1 闭点启动按钮SB2启动按钮 SB3 闭点时间继电器 KT 闭点降压启动接触器KM 线圈运行接触器 KM1 闭点热继电器 EH 闭点控制保险FU2电源 L3 上相线，接触器 KM 线圈电路接通动作。在主电路 2-8-7 中，接触器 KM 的五个主触点同时闭合，三个接通主电路，另外两个闭合接通电动机绕组的电源（自藕变压器的一个抽头直接与电动机绕组连接，把自藕变压器 ZOB 一部分绕组串入电动机主回路中） ，自藕变压器 ZOB 投入工作。电动机开始启动，运转起来，由于启动接触器 KM 动作，所属的
16、触点改变状态。电流由 LI 控制保险 FU1KM 闭合开触点中间继电器 KA 线圈 （选择开关 SA1、2 接通的触点时间继电器 KT 线圈） 热继电器 EH 闭点控制保险 FU2电源 L3 上，中间继电器KA、时间继电器 KT 同时获得动作，启动按钮 SB2 下的开触点 KA闭合，起自保作用，维持 KA 在吸合状态，同时维持了接触器 KM在吸合状态。图 2-8-8 中，时间继电器 KT（在达到整定的时间）延时，闭触点KT 先断开，但 KM 线圈断电释放，电动机瞬间脱离电源运转。接触器 KM 闭合的开触点断开，但中间继电器 KA、时间继电器 KT仍在吸合中，时间继电器 KT 延时闭合的开触点
17、KT 闭合，由于接触器 KM 闭触点复位，运行接触器 KM1 线圈电路接通动作，辅助的开触点 KM1 闭合，为 KM1 线圈电路自保。在 2-8-7 主电路中，接触器三个主触点同时闭合，电动机获得额定电压启动运转，电动机进入正常运转状态。2、手动操作把选择开关 SA 置于手动位置，选择开关 SA 的触点 1、3 接通，按下启动按钮 SB2：电流由 LI控制保险 FU1停止按钮 SB1 闭点启动按钮 SB2启动按钮 SB3 闭点时间继电器 KT 延时打开闭触点接触器 KM 线圈接触器 KM1 闭点热继电器 EH 闭点控制保险 FU2电源 L3 上相线。接触器 KM 线圈电路接通动作，开触点 KM
18、 闭合，中间继电器 KA得电动作，开触点 KA 闭合自保，同时也维持接触器 KM 在吸合状态。在主电路 2-8-7 中，接触器 KM 的五个主触点同时闭合，电动机 M获得经过自藕变压器 ZOB 降压的三相电源启动运转。当转速接近亚同步，即电流表回落接近正常运转电流值时，按下正常运行按钮SB3，使降压接触器 KM 线圈电路断电，接触器 KM 释放，主触头KM 断开，电动机 M 脱离电源惯性运转。当按到按钮开关 SB3 开触点闭合时，电流由电源 L1控制保险FU1停止按钮 SB1 闭点中间继电器 KA 闭合的开触点选择开关 SA1、3 接通的触点按钮 SB3 按下闭合的开触点接触器 KM1线圈接触器线圈 KM1接触器 KM 释放回归闭接点 KM热继电器 EH 闭接点控制保险 FU2电源 L3 相上。接触器 KM1 的电动作，开触点 KM1 闭合起自保作用，主回路中正常运行 KM1 三个主触点同时闭合，电动机获得额定电压启动运转，电动机进入正常运转状态。在电动机正常运转时，中间继电器 KA处于工作状态。
