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1、电工技术基础,第六章电动机及控制,本章要求,1、了解电动机种类；2、理解异步电动机工作原理，熟悉异步电动机转速、转差率计算；3、理解异步电动机起动、调速和制动原理；3、学会阅读电动机电气控制原理图，能进行电动机控制设计；4、了解电动机节能知识。,6.1电动机种类,电动机是在生产和生活中得到广泛应用的动力机械，它可以把电能转换成机械能。电动机的种类很多，其中在工业生产中应用最广的是三相异步电动机。电动机可按电源种类、结构、用途和转子结构等方式进行分类。一、按电源分类,二、按结构和原理分类,三、按用途分类,四、按转子结构分类分为笼型感应电动机（或称鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（或称绕线型
2、异步电动机）。五、按起动与运行方式分类分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。,6.2三相异步电动机,6.2.1三相异步电动机结构三相异步电动机由定子（固定部分）和转子（转动部分）和其他部分组成，转子与定子之间由气隙分开。,一、定子三相异步电动机的定子由机座、铁芯和绕组三部分组成。机座：用铸铁或铸钢制成的，用来固定铁芯和绕组，起支承作用。定子铁芯用来放置定子绕组和作为电动机磁路一部分。定子铁芯通常由厚度为0.5毫米的表面有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，铁芯内圆均匀分布用来嵌放定子绕组的槽。,定子绕组是电动机的电路部分，在绕组中
3、通入三相交流电，产生旋转磁场。绕组由三个在空间互隔120电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成，绕组用绝缘包皮的导线（如漆包铜线等）绕成而成，每一组称为一相绕组，三相异步电动机的绕组由三相对称绕组U1U2、V1V2、W1W2组成。定子绕组应保证绕组各导电部分与铁芯之间有可靠绝缘以及绕组之间也具有可靠绝缘。绕组绝缘主要有对地绝缘（定子绕组整体与定子铁芯之间绝缘）、相间绝缘（各相定子绕组之间绝缘）和匝间绝缘（每相绕组匝间绝缘）。,电动机接线盒内接线板连接电动机三相绕组首尾引出线，三相绕组首尾引出线排成两排，第一排三个接线端子为绕组首部引出线，自左至右排列编号为U1、V1、W1，下排三个接线端子
4、为绕组尾部引出线，自左至右排列的编号为W2、U2、V2。定子绕组的连接应该根据电源线电压和每相绕组的额定电压进行，定子绕组一般接成星形连接（Y接）或三角形连接（接）。,二、转子三相异步电动机的转子由铁芯、绕组和转轴三部分组成，转子由轴承和端盖支承。转子铁芯的作用是作为电机磁路一部分和放置转子绕组。转子铁芯通常由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔用来放置转子绕组。转子绕组的作用是切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，形成电磁转矩并驱动电动机旋转。转子绕组可分为鼠笼式和绕线式两种。,鼠笼式转子绕组由导条和环行端环组成，绕组外形像鼠笼，因此常被称为笼型绕组。鼠笼式转子绕组
5、通常采用铸铝转子绕组或铜条铜端环焊接绕组。鼠笼式电动机具有构造简单、价格低、可靠性高和使用方便的优点，广泛应用于设备中。,绕线式绕组为对称的三相绕组，通常接成星形，三个绕组首端接到转轴集流环上后通过电刷与外电路联接。绕线式绕组通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件能改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，对于要求一定范围内进行平滑调速的设备（如吊车、电梯、空气压缩机等）得到较多应用。但绕线式转子绕组结构复杂，在应用中不如鼠笼式广泛。,6.2.2三相异步电动机工作原理在装有手柄的U形磁铁两极之间放置闭合导体（转子），当转动手柄带动磁铁旋转时，发现导体也跟着旋转。手柄转动速度越快，导体
6、转动速度也越快，反之亦然。如果改变磁铁转向，导体转向也跟随改变。如果停止磁铁转动，导体也停止转动。当U形磁铁旋转时，磁铁与闭合导体（转子）之间发生了相对运动，导体切割磁力线，在导体内部会产生感应电动势和感应电流。感应电流会使导体在磁场中受力，使导体就沿U型磁铁的旋转方向转动。异步电动机工作需要两个条件，旋转磁场和自由转动的闭合导体（转子）。,一、旋转磁场的产生和方向鼠笼型三相异步电动机定子剖面图和星形接线示意图。三相定子绕组U1U2、V1V2、W1W2空间上互差120对称排列，接成星形与三相电源U、V、W连接。三相定子绕组中通过三相对称电流。,当t=0时，U1U2绕组中电流为零,iU=0。以图
7、上参考方向，iV为负，V1V2绕组中电流从V2流入V1流出；iW为正，W1W2绕组中电流从W1流入W2流出。定子中三相绕组产生的合成磁场根据右手定则，如图（a）所示。当t=120时，V1V2绕组中电流为零。以图上参考方向，iV=0。iU为正，U1U2绕组中电流从U1流入U2流出；iW为负，W1W2绕组中电流从W2流入W1流出。定子中三相绕组产生的合成磁场根据右手定则，如图（b）所示。当t=240时，W1W2绕组中电流为零,iW=0。以图上参考方向，iU为负，U1U2绕组中电流从U2流入U1流出；iV为正，V1V2绕组中电流从V1流入V2流出。定子中三相绕组产生的合成磁场根据右手定则，如图（c）
8、所示。,当三相定子绕组中电流作一个周期变化时，定子中三相绕组产生的合成磁场按电流相序方向在空间旋转一周。如果持续给三相定子绕组施加交流电，则定子绕组中电流作周期性变化，使定子绕组产生旋转磁场。因此，旋转磁场的速度跟交流电的周期（频率）有关。定子绕组产生的旋转磁场方向由三相绕组电流相序决定，如果需要改变旋转磁场方向，可以通过改变定子绕组电流相序就能实现，实际操作中把三相电源中的任意两相对调就能实现旋转磁场方向的改变。图中旋转磁场按相序UWV方向旋转。,二、三相异步电动机极数三相异步电动机极数是指定子产生旋转磁场的磁极个数，而磁极对数用p表示。定子产生的旋转磁场极数与定子三相绕组有关，如果每相绕组
9、只有一个线圈，绕组首端间相差120，那么定子产生旋转磁场只有一对磁极（p=1）。,如果每相绕组由两个线圈串联而成，绕组的首端间相差60，那么定子产生旋转磁场就有两对磁极（p=2）。如果定子绕组产生三对磁极（p=3）的旋转磁场，那么每相绕组需要串联三个线圈，绕组首端间相差40。异步电动机的磁极对数p与绕组首端间角度关系为,三、三相异步电动机转速三相异步电动机定子绕组的旋转磁场转速n0由交流电频率f和电动机磁极对数p决定通常来说，三相异步电动机电源频率f和磁极对数p是固定的，旋转磁场转速n0为常数。下表为磁极对数p与旋转磁场转速n0关系。,转子的转动方向跟旋转磁场旋转的方向相同。转子转速n实际上不
10、可能和旋转磁场的转速n0相等，如果n和旋转磁场的转速n0相等，那么转子与旋转磁场间没有相对运动，旋转磁场的磁力线与转子导体之间没有相对运动，这样转子就不可能产生电动势、电流，也无法产生转矩。旋转磁场与转子间实际上存在转速差，因此把这种电动机称为异步电动机。旋转磁场的转速n0被称为同步转速，而用转差率s来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度,当异步电动机启动时，旋转磁场以同步转速n0开始旋转，转子由于惯性没有转动，此时转子瞬时转速n为零，瞬时转差率s=1。当转子被带动转动后，转速差值减小，直至转差率等于额定转差率。异步电动机的转速与同步转速通常很接近，转差率在1.5%6%之间。三相异步电动机的
11、转速可由同步转速n0和转差率s计算。,例题：三相异步电动机铭牌标示额定转速n=980r/min，电网工频为50赫兹。求该电动机极数和额定转差率s。解：三相异步电动机额定转速n与同步转速n0接近，同步转速与电源频率f和磁极对数p有关，且为固定值。额定转速980r/min对应的同步转速n0=1000r/min。因此，该电动机的磁极对数p=3，即极数为6。额定转差率为,6.2.3三相异步电动机铭牌参数三相异步电动机的铭牌上通常标注了型号、执行标准、额定功率等重要参数。一、型号三相异步电动机型号通常由四部分组成，第一部分是产品代号，第二部分是规格代号，第三部分是特殊环境代号，第四部分是补充代号。三相异
12、步电动机型号为YE2-132S1-2各部分含义。,第一部分产品代号是电动机所属系列及类型代号，采用所属系列和名称汉语文字中一个或者几个字母汉语拼音来组成。图中的电动机型号第一部分产品代号是YE2，由Y（异步电动机）和E2（高效率，第二次改型）组成。第二部分是规格代号，表达电动机规格形式，包括电机结构参数、如中心高、铁心规格、电动机性能参数（极数、容量、电压、电流、转速等）。中心高、额定电压等用数字表示，基座长短用字母L、M、S（长、中、短）表示，同一机座不同铁芯用1、2、3等数字区别表示。图中的电动机型号第二部分规格代号是132S1-2，其中132表示轴中心高132mm，S1表示短机座、铁芯1
13、号，2表示该电动机极数为4极。,第三部分是特殊环境代号，用来表示电机所适用的特殊工作环境内容，通常用特定字母或字母加数字表示，如TH表示可用于湿热环境。普通型号电动机不需要标注该部分。第四部分是补充代号，包括安装方式、派生序号等，用字母或阿拉伯数字组成。补充代号所代表的内容应在产品标准中规定。,二、定子连接方式（接法）定子与电源的连接方式应该根据绕组的额定电压，在低压配电系统中的运行的三相异步电动机，如果绕组额定电压为220V，应接成星形连接（Y接）；如果绕组额定电压为380V，应接成三角形连接（接）。图中电动机采用三角形接法。三、额定功率PN额定功率是指电动机在设计制造时所规定的额定工况下运
14、行时输出端的机械功率,单位为瓦（W）或千瓦（kW）。额定功率由以下公式计算,四、额定电压UN额定电压是指施加在定子绕组上的线电压，单位为伏（V）。五、额定电流IN额定电流是指电动机在额定电压、额定频率下定子绕组的线电流，单位为安（A）。六、额定频率fN我国电网的额定频率fN为50Hz。七、额定转速nN额定转速是指电动机在额定电压、额定频率、轴输出额定功率时，转子的转速，单位为r/min。八、额定效率N额定效率用来衡量电动机内部功率损耗大小，额定工况下轴输出功率与输入功率之比为电动机额定效率。,九、额定功率因数cosN额定功率因数等于输入有功功率与视在功率之比，用来衡量真正消耗的有功功率所占比重
15、。十、绝缘等级电动机绝缘等级是指电动机所用绝缘材料的耐热等级，分为A、E、B、F、H共5级。电动机绝缘等级与最高允许温度、绕组温升限值和性能参考温度对照表。图中异步电动机的绝缘等级为F级。,十一、工作方式工作方式用来表示电动机运行方式，为适应不同负载要求，按负载持续时间不同，电动机工作方式分为连续工作制S1、短时工作制S2和断续周期工作制S3。图中异步电动机为连续工作制S1。十二、防护等级IP55电动机防护等级代号由字母IP和两位数字组成，最常用防护等级有IP11、IP21、IP22、IP23、IP44、IP54、IP55等。图中异步电动机防护等级为IP55，即防护等级为防尘防喷水。第一位数字
16、用来表示电动机外壳对人和壳内部件提供的防护等级，即防止人体触及或接近壳内带电部分和触及壳内转动部件，以及防止固体异物进入电机。第二位数字表示由于外壳进水而引起有害影响的防护等级，即防止由于电动机进水而引起有害影响。,6.2.4三相异步电动机电磁转矩与机械特性一、电磁转矩三相异步电动机在进行拖动工作时，负载变化会使电动机输出电磁转矩变化。异步电动机的电磁转矩也称转矩，用字母T表示，由旋转磁场每极磁通与转子电流I2相互作用而产生的。转矩大小与转子绕组电流I及旋转磁场强弱有关。三相异步电动机的定子绕组相当于变压器一次绕组，转子绕组相当于二次绕组，旋转磁场的主磁通相当于变压器的主磁通。旋转磁场每个磁极
17、主磁通为其中U为定子绕组电压，k为定子绕组结构常数，f为电源频率，N为每相绕组匝数。由于k、f、N均为常数，因此每个磁极主磁通与电压称正比。,三相异步电动机转矩T与磁极磁通量和转子绕组电流有效值成正比T为电磁转矩，KT为与电机结构有关的常数，为旋转磁场每极磁通量，I2为转子绕组电流有效值，2为转子电流滞后于转子电势的相位角。如果考虑电源电压和电动机参数的影响，转矩T为式中为常数，U1为定子绕组的电压有效值，s为转差率，R2为转子每相绕组的电阻，X20为转子静止时每相绕组的感抗，R2、X20通常为常数。,因此当电源电压有效值一定时，转矩T是转差率s的函数，T=f（s）关系。转矩T与定子每相电压U
18、1的平方成正比，因此电源电压变动对转矩的影响很大。但并不是说施加在电动机的电压越高，它输出的转矩就越大。电动机输出转矩大小决定于负载转矩TL大小,当电动机稳定运行时，T与TL相等；当电动机加速运行时，T大于TL；当电动机减速运行时，T小于TL。此外，转矩T还受转子电阻R2的影响。,二、三相异步电动机机械特性如果三相异步电动机转矩变化时，转速也会变化。图为三相异步电动机转矩的关系曲线n=f(T)，也称机械特性曲线。三相异步电动机的机械特性由电动机自身结构和参数决定，与负载无关。机械特性曲线上ab段为三相异步电动机稳定运行段，通常情况下异步电动机应该运行在稳定运行段，电动机的转速随输出转矩增大稍有
19、下降，当负载转矩增大或减小时，电动机转速相应减小或增大。,1、额定转矩TN额定转矩TN是指三相异步电动机带额定负载时转轴上的输出转矩P2为电动机轴上输出的机械功率（单位为瓦W），n为转速（单位转/分rpm），TN为额定转矩（单位牛米Nm）。忽略电动机自身机械摩擦转矩T0，电动机等速运转时，转矩T与负载转矩TL相等，T=TL。额定工况下运行时，TN=TL。,2、最大转矩Tm最大转矩Tm也称为临界转矩，是电动机可能产生的最大转矩，反映电动机的过载能力。电动机最大转矩时的转差率为Sm，称为临界转差率。最大转矩Tm与额定转矩TN之比称为电动机的过载系数=Tm/TN。三相异步电动机过载系数一般在1.82
20、.2之间。选用电动机时，必须根据工作中出现最大负载转矩和所选电动机过载系数算出电动机最大转矩，该计算最大转矩必须大于最大负载转矩。,3、起动转矩Tst起动转矩Tst为三相异步电动机起动瞬间的转矩，即电动机在n=0，s1工况下的转矩。为了确保电动机能够带额定负载起动，电动机的起动转矩应大于额定转矩。三相异步电动机在工作时产生的转矩T大小能在一定范围内自动调整，以适应负载的变化，这种特性称为自适应负载能力。,6.2.5三相异步电动机起动、调速、制动一、三相异步电动机起动三相异步电机起动是指定子绕组接通交流电源，转速从零开始增加，直到稳定为止的过程。笼型三相异步电动机定子绕组刚接通交流电源瞬间，转子
21、的瞬时转速为零，定子绕组产生的旋转磁场相对于转子的速度为最大，此时转子绕组中的感应电动势和电流为最大，因而定子绕组中的感应电流也最大，通常达到额定电流的5到7倍。但转子相应的功率因素很低，转子电流有功分量（有功功率）不大，导致起动转矩不大。因此三相异步电动机的起动性能不理想。三相异步电动机常用的起动方式有直接起动、降压启动。,（一）直接起动直接起动是指三相异步电动机定子绕组直接施加额定电压的起动，也称全压起动。直接起动的优点是起动转矩大、起动时间短、起动设备简单、操作方便和投资费用低等；缺点是起动电流偏大，正常额定电流的5倍左右。因此，只要电源系统容量许可和被拖动设备能够承受直接起动的冲击力矩
22、，设计起动方式时应选择直接起动方式。对于7.5kW及以下容量的三相异步电动机通常采用直接起动方式，而大容量的电动机则采用降压起动方式。,（二）降压起动降压起动是指起动时降低加在三相异步电动机定子绕组上的电压，减小起动电流，起动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。常用的降压起动方式有星三角（Y）起动、自耦变压器起动、软起动器起动和定子串电抗起动。降压起动的优点对电网冲击比较小，与变频起动相比结构简单投资少；缺点是起动转矩小，适合轻载起动或者空载起动的工作条件。,1、Y降压起动图中的三相异步电动机定子绕组为连接，采用Y降压起动方式。起动时定子绕组接成Y接线方式起动，当电动机速度接近额定
23、转速时定子绕组转为接线方式运行。采用Y降压起动方式起动时，启动电流小，启动转矩小，从三相交流电路知识可知，定子绕组电压为额定电压的1/，电流为直接起动的1/3，启动转矩为直接起动时的1/3。这种起动方式的优点是不需要添置起动设备，通过起动开关或交流接触器等控制设备就能实现；缺点是只适用于定子绕组设计为连接的异步电动机，而大型异步电机不能重载起动。,2、自耦变压器降压起动对于容量较大或者正常运行时接成星形Y连接的笼型三相异步电动机，可采用自耦变压器降压起动方式。自耦变压器降压起动通过自耦变压器把电源降压后施加到电动机定子绕组上，使起动电流减小。起动时电源接到自耦变压器一次侧，自耦变压器二次侧接到
24、电动机定子绕组上。通过改变自耦变压器抽头位置就能获得不同二次侧电压，启动时电动机定子绕组的电压为自耦变压器设置抽头对应的二次侧电压。起动完毕后，移除自耦变压器并把电源电压直接施加到电动机定子绕组，这时电动机将在额定电压下运行。自耦变压器降压起动的缺点是不允许频繁启动，元器件成本偏高。,二、三相异步电动机调速改变三相异步电动机电源频率f、极对数p或转差率s都能够实现电动机调速，而调速方式从本质上可分为改变同步转速或不改变同步转速两种。异步电动机调速方法有变极对数调速、变频调速、串级调速、绕线式电动机转子串电阻调速等。（一）变极对数调速变极对数调速方法利用改变定子绕组端部连接方式实现电动机定子绕组
25、极对数改变，从而达到调速目的。,把U相绕组等分为两份形成两个线圈U11U21和U12U22。当两个线圈正向串联时，形成四极磁场；当两个线圈反向并联时，形成两极磁场。变极对数调速方法具有稳定性良好、效率高、接线简单、成本低等优点，与调压调速、电磁转差离合器配合使用可以获得较高效率的平滑调速特性，适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。缺点是属于有级调速，级差较大，不能获得平滑调速。变极调速方法一般应用于笼式三相异步电动机，使用时应确保变极后三相绕组的对称以及基波磁势的转向不变。电动机极数变换后，额定转矩和额定容量都要变化。,（二）变频调速变频调速是改变电动
26、机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器。变频调速在调速过程中没有附加损耗，效率高。这种调速方法的精度高，调速范围大，可实现无级调速。变频调速广泛应用于笼型异步电动机调速。（三）串级调速串级调速是在绕线式电动机转子回路中串联可调节的附加电势，通过改变电动机转差达到调速的目的。这种调速方式的大部分转差功率被串联的附加电势吸收，如果利用特定装置，可以把吸收的转差功率进行利用。,（四）绕线式电动机转子串电阻调速绕线式异步电动机转子串入附加电阻调速方法时在电动机转子串入附加电阻，这样会使电动机转差率加大。串入电阻越大，电动机转速越低。这种调速方法属于有
27、级调速，需要投入的设备简单，方便控制，转差功率以发热形式消耗在串入的电阻上。,三、三相异步电动机制动当运行中的三相异步电动机断电后由于惯性作用，电动机需要一定时间才能停止转动。对于某些设备，在生产过程中可能需要从高速运转快速切换到低速运转。从安全和生产效率角度出发，对以上两种情况需要电动机进行制动。三相异步电动机制动可分为机械制动和电气制动两种方式。机械制动利用电磁铁操纵机械机构对电动机进行制动（如电磁抱闸制动、电磁离合器制动等）。电气制动是使电动机产生与目前旋转方向相反的制动转矩，主要有反接制动、能耗制动和回馈制动三种方式。,（一）反接制动反接制动是在电动机切断正常运转电源的同时改变定子绕组
28、电源相序，使电动机定子产生反转旋转磁场和与惯性旋转方向相反的制动力矩，使电动机停止转动。当电动机的转速接近零时，应立即退出反接制动电源，否则电动机反转。反接制动具有元器件简单、产生的制动力矩大、冲击力强、准确度低的特点，适用于要求制动速度高和制动不频繁的10kW以下小容量电动机，如机床的主轴制动。,（二）能耗制动能耗制动是在电动机切断交流电源的同时给定子绕组的任意二相施加直流电源，使定子绕组产生静止磁场，转子惯性转动切割静止磁场，从而产生制动力矩。能耗制动具有平稳、准确、能耗小的优点，缺点是需要增加附加直流电源装置、制动力弱和低速时制动力矩小。能耗制动主要用于制动较大容量电动机以及频繁、准确、
29、平稳的制动的设备等场所，如磨床、立式铣床等。,（三）回馈制动回馈制动是在电动机转动方向不变情况下，转子旋转速度大于定子旋转磁场同步转速，这时异步电动机变成异步发电机。如起重机下放重物G时，重物G拖动电动机转子，使nn0，转子切割旋转磁场方向与原有电动运行状态（nn0）相反，这样导致转子中产生的感应电动势和电流的方向也相反，电磁转矩T与转子旋转n反向，成为制动转矩。这时异步电动机轴上的机械能转换成电能，回馈给电源。,6.3三相异步电动机控制电路,6.3.1电气控制原理图实际应用中常常使用电气控制原理图、布置图和安装接线图等。电气控制原理图用来表示电气设备的动作逻辑关系。电气控制原理图采用元件按功
30、能布局绘制，表达元件导电部件及连接关系，并不一定反映元件实际位置。,一、电气控制原理图组成电气控制原理图一般分主电路和控制电路两部分。主电路是电气设备工作电路，包括电源、负载、开关、保护元器件等。主电路中通过的是电气负载的工作电流，特点是电流大。控制电路是控制主电路工作状态和显示主电路工作状态的电路，包括控制主电路等工作的控制电器和信号、照明灯元件，如按钮、接触器和继电器的线圈和辅助触点、热继电器触点等。控制电路中流过的电流通常比较小。,二、电气控制原理图的阅读与绘制电气控制原理图中所有元件应采用国家标准中规定的图形符号和文字符号表示。电气控制原理图中元件布局应根据便于阅读原则安排。主电路安排
31、在左侧或上方，控制电路安排在右侧或下方。在阅读电气控制原理图时，从电气控制原理图名称及标题栏了解设备名称，从主电路了解主电路控制的电动机数量、功能及相互关系，从控制电路了解控制顺序与配合。主电路和控制电路都应按照功能和动作顺序布置，通常动作顺序按照从上到下，从左到右排列的原则。,同一元件的不同部件（如接触器的线圈和触点）在不同位置时，应在元件的不同部件处标注相同文字符号。对于同类元件应在文字符号后加数字序号区别。如果控制图中有两台接触器，可分别以KM1、KM2文字符号加以区别，它们的不同部件也应以不同脚码数字区别，如KM1的主触点可能是KM1-1、KM1-2、KM1-3、KM1的辅助触点可能是
32、KM1-4、KM1-5等。电气控制原理图中，所有元件和设备应按不通电或没有受到外力作用时的状态画出。如接触器、继电器的触点、线圈按不通电时的状态画出，各种开关的触点按没有受到外力作用时状态画出。,6.3.2点动控制点动控制常用于间歇运行的设备中，如电钻、砂轮机等。在图示的电动机点动控制中，主电路由电源（L1L3）、断路器QF、熔断器FU2、接触器主触点KM组成。控制电路由熔断器FU1、按钮开关SB和接触器线圈组成。当电动机需要起动时，控制电路动作顺序为按下SBKM线圈得电控制电路导通，而主电路中的接触器主触点KM在线圈得电后动作闭合，主电路导通使电动机得电工作。当需要停止电动机时，控制电路和主
33、电路的动作顺序为松开SBKM线圈失电KM主触点断开电动机停止。,6.3.3连动控制连动控制实现电动机连续动作，连动控制在电气设备中得到广泛应用，如车床、铣床等。在图示的电动机点动控制中，主电路由电源（L1L3）、断路器QF、熔断器FU2、接触器主触点KM组成。控制电路由熔断器FU1、停止按钮开关（常闭）SB1、起动按钮开关（常开）SB2、接触器辅助常开触点KM和接触器线圈KM组成。,当电动机需要起动时，控制电路动作顺序为按下起动按钮SB2KM线圈得电控制电路导通，同时接触器动作，常开辅助触点KM闭合，同时在主电路中的接触器主触点KM闭合，主电路导通，电动机得电工作。当松开SB2，控制电路中SB
34、2支路断开。但是与SB2并联的另一支路的接触器辅助常开触点KM此时还处于闭合状态，因此控制电路还是保持接通，这样接触器线圈KM继续得电，电动机保持连续运转。在这个控制电路中，松开启动按钮SB2后，依靠接触器常开辅助触点使线圈保持得电，这种作用被称为接触器自锁。当需要停止电动机时，控制电路和主电路的动作顺序为按下停止SB1KM线圈失电KM主触点断开电动机停止。当停止按钮SB1后，控制电路断电，接触器线圈失电，接触器所有触点复位，这时自锁也被解除。,6.3.4点连动控制点连动控制可以实现电动机连续动作和点动动作的切换。在图示电动机点动控制中，主电路与连动电路相同。控制电路由熔断器FU1、热继电器常
35、闭触点FR、停止按钮开关（常闭）SB1、连动按钮开关（常开）SB2、点动按钮开关（复合按钮）SB3、接触器辅助常开触点KM和接触器线圈KM组成。,一、点动当电动机需要点动时，控制电路动作顺序为按下起动按钮SB3KM线圈得电控制电路导通。主电路中的接触器主触点KM在线圈得电后动作闭合，主电路导通使电动机得电工作。由于复合按钮SB3被按下，接触器无法实现自锁。当松开SB3KM线圈失电KM主触点断开电动机停止。二、连动当电动机需要连动时，按下起动按钮SB2KM线圈得电控制电路导通。主电路中的接触器主触点KM闭合，主电路导通，电动机得电连动，接触器辅助常开触点KM使接触器自锁。需要停止电动机时，控制电
36、路和主电路的动作顺序为按下停止SB1KM线圈失电KM主触点断开电动机停止，自锁也解除。,6.3.5正反转控制正反转控制是设备中常见的运行方式，如起重天车、垂直升降机等。正反转控制是通过改变通入电动机三相定子绕组中电流的相序，实现电动机改变旋转方向。图中电路正转接触器和反转接触器与电源相连接侧接线相同，与负载接线时调相，把U与W相对调。,为确保相序对调时2个KM线圈不能同时得电，防止发生相间短路故障，图示电路采取了按钮机械联锁和接触器电气联锁的双重联锁。图中的SB2和SB3为按钮机械联锁，即使发生了同时按下正反转按钮的误操作，两接触器不可能同时得电，防止发生相间短路故障。在控制电路的56和89之
37、间分别是用于电气联锁的两个接触器辅助常闭触点，如果KM1接触器得电，那么89之间的KM1辅助常闭触点必然断开，这样从电气方面防止发生相间短路故障，为接触器的电气联锁。电路特点：机械、电气双重联锁，不可能发生相间短路故障。,一、正转控制在控制电路中，按下SB2，SB2在图中78之间常闭触点断开，实现对KM2线圈的机械联锁，SB2完全按下KM1线圈得电KM1所有触点动作，KM1通过其辅助常开触点实现自锁，同时通过在89之间的辅助常闭触点实现对KM2的电气联锁。由于控制电路中KM1线圈得电，使主电路中接触器主触点KM1闭合，电动机得电正转工作。松开SB2，电动机保持正转。二、反转控制与正转工作相似，
38、按下SB3即可实现电动机反转工作。三、停止按下SB1，控制电路断开，所有元件失电复位，电动机停止工作。,6.3.6多地控制多地控制常用于需要在车间两处以上地点控制同一台设备。常闭按钮SB1和常开按钮SB3为安装在甲地的停止和起动按钮；SB2和SB4为安装在乙地停止和起动按钮。这个控制电路两地起动按钮SB2、SB4并联，停止按钮SB1、SB3串联。在甲地按下SB2，起动电动机。如果需要在甲地停止电动机，那么按下SB1。如果需要到达乙地才停止时，按下SB3。,6.3.7星三角降压起动控制大型异步电动机起动时可采取星三角降压起动方式，起动时定子绕组接成Y接线方式起动，起动电流大大降低；当电动机速度接
39、近额定转速时定子绕组转为接线方式运行。图为采用时间继电器自动控制Y-电动机降压起动控制电路。,接触器KMY用于星形Y降压起动，接触器KM用于三角形全压运行，时间继电器KT用来控制Y形降压起动时间及完成Y-切换。常开按钮SB1为起动按钮，常闭按钮SB2为停止按钮，熔断器FU1用于主电路的短路保护，熔断器FU2用于控制电路的短路保护，热继电器FR用于过载保护。当电动机需要进行降压起动时，合上刀开关QS，按下SB1，各元件动作顺序如下表,6.4电动机节能,目前，电动机节能主要通过两个途径，一是通过变频器调速，改善交流电机的运行效率；二是使用高效电机。6.4.1变频器节能变频器是一种广泛应用于企业电动
40、机节能的装置，变频器通过改变电源频率实现电动机速度调整，从而调节电动机输出功率，达到节能目的。变频器常用于运行工况变化大的设备上，如风机、水泵等上。,在风机、水泵等运行工况变化大的设备上，如果使用定速电动机，电动机转速将始终不变，输出的功率也不变。从力学知识可知，功率为流量和压力的乘积，流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，因此功率与转速的三次方成正比。也就是说，在这些设备上，当工况变化时导致电动机的转速从n1下降到n2时，对应的功率变化为通过变频调速可以改变异步电动机轴输出功率，达到节约电能的效果。与定速异步电动机相比，应用变频装置后，通常可以节约20%以上电能。从异步电动的起动方式可知
41、，运用变频器对电动机进行变频调速起动，可以降低起动对线路和电源的冲击。,6.4.2高效率三相异步电动机异步电动机的损耗主要有三部分：可变损耗、固定损耗和杂散损耗。可变损耗随电动机负荷变化，这部分损耗包括定子电阻损耗（铜损）、转子电阻损耗和电刷电阻损耗。固定损耗与电动机的负荷无关，包括铁芯损耗和机械损耗。其中铁损部分包含磁滞损耗和涡流损耗，铁损与电压的平方成正比，磁滞损耗与频率成反比。杂散损耗包括轴承摩擦损耗和风扇、转子等风阻损耗。对于定子绕组电阻损失，主要通过降低电动机定子绕组电阻的方法。对于转子绕组电阻损失，通过减小转子电流、增加转子槽截面积和减小转子绕组的电阻的方法。对于电动机铁耗损失，通
42、过增加铁芯的长度以降低磁通密度、减少铁芯片的厚度降低感应电流损失、采用导磁性能更好的冷轧硅钢片降低磁滞损耗、采用高性能铁芯片绝缘涂层和采用先进制造技术。,我国对中小型三相感应电动机有严格的能效标准，2012年实施中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级GB18613-2012，规定2016年9月1日起，中小型异步电机实施新标国家二级（IE3超高效电机）。据统计，符合我国2级能效的YE3超高效异步电动机效率平均值约为91.7%，符合我国3级能效的YX3高效电机效率平均值约为90.3%，需要淘汰的Y系列异步电动机效率平均值约为87.3%。,高效率异步电动机和在异步电动机加装变频装置都是提高异步电动
43、机效率和节能的有效手段。根据设备实际情况，可以单独或同时使用。高效率异步电动机通过制造工艺提高电机本身的能量转换比达到提高运行效率和节能。变频装置通过调节电机转速来节能，电动机本身能量转换比没有提高，还需增加变频装置的能耗。对于运行负载工况变化较大的设备，采用变频装置的节能效果效果明显，节能效果一般在20%左右，而只使用高效率电动机的节能效果在2%左右。对于运行负载工况稳定的设备，由于不需要调速，变频装置的效果就不明显，建议使用高效率电动机。,本章小结,一、三相异步电动机广泛应用于设备中，由定子（固定部分）和转子（转动部分）和其他部分组成。三相异步电动机工作原理是三相正弦交流电通入电动机定子的
44、三相绕组,产生旋转磁场，旋转磁场切割转子绕组导体,转子产生感应电动势，转子在磁场中受力旋转。二、三相异步电动机定子绕组的旋转磁场转速n0由交流电频率f和电动机磁极对数p决定。转子转速n与旋转磁场转速n0存在转速差，用转差率s来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度。,三、三相异步电动机常用的起动方式有直接起动、降压启动。直接起动是指三相异步电动机定子绕组直接施加额定电压的起动，优点是起动转矩大、起动时间短、起动设备简单、操作方便和投资费用低等；缺点是起动电流偏大，正常额定电流的5倍左右。降压起动时降低定子绕组上电压，减小起动电流，起动后再将电压恢复到额定值，电动机进入正常工作状态。常用的降压起
45、动方式有星三角（Y）起动、自耦变压器起动、软起动器起动和定子串电抗起动。降压起动的优点对电网冲击比较小，与变频起动相比结构简单投资少；缺点是起动转矩小，适合轻载起动或者空载起动的工作条件。对于7.5kW及以下容量的三相异步电动机通常采用直接起动方式，而大容量的电动机则采用降压起动方式。,四、三相异步电动机调速方法有变极对数调速、变频调速、串级调速、绕线式电动机转子串电阻调速等。这些方法时通过改变频率f、极对数p或转差率s都能够实现电动机调速。五、三相异步电动机制动分为机械制动和电气制动两种方式。机械制动利用电磁铁操纵机械机构对电动机进行制动（如电磁抱闸制动、电磁离合器制动等）。电气制动是使电动
46、机产生与目前旋转方向相反的制动转矩，主要有反接制动、能耗制动和回馈制动三种方式。,六、电气控制原理图用来表示电气设备的动作逻辑关系，采用元件按功能布局绘制，表达元件导电部件及连接关系。电气控制原理图一般分主电路和控制电路两部分。主电路是电气设备工作电路，包括电源、负载、开关、保护元器件等，电路中通过负载工作电流，电流大。控制电路是控制主电路工作状态和显示主电路工作状态的电路，包括控制主电路等工作的控制电器和信号、照明灯元件，控制电路中流过的电流通常比较小。七、三相异步电动机节能主要通过变频器调速和使用高效电机两种方法实现。对于运行负载工况变化较大的设备，采用变频装置的节能效果效果明显。对于运行负载工况稳定的设备，使用高效率电动机效果更好。,