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1、8.0-8.0-1 1 电动机的作用是将电能转换为机械能。现代各种生产机械都广泛应用电动机来驱动。有的生产机械只装配着一台电动机，如单轴钻床；有的需要好几台电动机，如某些机床的主轴、刀架、横梁以及润滑油泵和冷却油泵等都是由单独的电动机来驱动的。常见的桥式起重机上就有三台电动机。第第9 9章章 电动机及其控制概述电动机及其控制概述2021/9/2318.0-8.0-2 29.1 9.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构9.2 9.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理9.3 9.3 三相异步电动机的转矩和机械特性三相异步电动机的转矩和机械特性9.4 9.4 三相异步电动机的
2、启动、调速、制动三相异步电动机的启动、调速、制动本章目录本章目录9.5 9.5 常用控制电器常用控制电器9.6 9.6 三相异步电动机的启动控制三相异步电动机的启动控制9.7 9.7 三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制2021/9/2328.0-8.0-3 3电动机可分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机又分为异步电动机（或称感应电动机）和同步电动机。直流电动机按照励磁方式的不同分为他励、并励、串励和复励四种。2021/9/2338.0-8.0-4 49.1 9.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构三相异步电动机分成两个基本部分：定子（固定部分）和转子（旋转部分
3、）图图9.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造2021/9/234三相异步电动机的定子由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的三相定子绕组组成。机座是用铸铁或铸钢制成的，铁心是由互相绝缘的硅钢片叠成的。铁心的内圆周表面冲有槽（图9.2），用以放置对称三相绕组AX，BY和CZ，有的联接成星形，有的联接成三角形。图9.2定子和转子的铁心片9.1 9.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构2021/9/2358.0-8.0-6 6三相异步电动机的转子根据构造上的不同分为两种型式：鼠笼式和绕线式。转子铁心是圆柱状，也用硅钢片叠成，表面冲有槽（图9.2）。铁心装在转轴上，轴上加机械负载。9
4、.1 9.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构图9.2定子和转子的铁心片2021/9/236鼠笼式的转子绕组做成鼠笼状 图9.3 鼠笼式转子 2021/9/237绕线式异步电动机的构造如图9.4所示 图图9.4 9.4 绕线式异步电动机的构造绕线式异步电动机的构造2021/9/2389.2 9.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理图9.5 异步电动机转子转动的演示两点启示：第一、有一个旋转的磁场；第二、转子跟着磁场转动。异步电动机转子的原理是与上述演示相似的。2021/9/2399.2.19.2.1旋转磁场(1)旋转磁场的产生图9.6 三相对称电流2021/9/2310
5、图图9.7 三相电流产生的旋转磁场（三相电流产生的旋转磁场（p=1）2021/9/2311（2）旋转磁场的转向）旋转磁场的转向图 9.8 旋转磁场的反转2021/9/2312（3）旋转磁场的极数）旋转磁场的极数图9.10产生四极旋转磁场的定子绕组图9.11三相电流产生的旋转磁场（p=2)2021/9/2313（4）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速三相异步电动机的转速，它与旋转磁场的转速有关，三相异步电动机的转速，它与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的转速决定于磁场的极数。而旋转磁场的转速决定于磁场的极数。由此推知，当旋转磁场具有由此推知，当旋转磁场具有 对磁极时，磁场的转速为 表 9.112345
6、6（r/min）3000150010007506005002021/9/23149.2.2 电动机的转动原理电动机的转动原理 图9.12 转子转动的原理图 如图所示为三相异步电动机转子转动的如图所示为三相异步电动机转子转动的原理图，图中原理图，图中N，S表示两极旋转磁场，表示两极旋转磁场，转子中只画出两根导条（铜或铝）。当转子中只画出两根导条（铜或铝）。当旋转磁场向顺时针方向旋转时，其磁力旋转磁场向顺时针方向旋转时，其磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由势。电动势的方向由右手定则右手定则确定。在确定。在这里应用右手定则时，可假设磁极不动，这
7、里应用右手定则时，可假设磁极不动，而转子导条向逆时针方向旋转切割磁力而转子导条向逆时针方向旋转切割磁力线，这与实际上磁极顺时针方向旋转时线，这与实际上磁极顺时针方向旋转时磁力线切割转子导条是相当的。磁力线切割转子导条是相当的。在在电动势电动势的作用下，的作用下，闭闭合的合的导导条中就有条中就有电电流。流。这电这电流与旋流与旋转转磁磁场场相互作用。而使相互作用。而使转转子子导导条受到条受到电电磁力磁力 。电磁力的方向可。电磁力的方向可应用应用左手定则左手定则来确定。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来确定。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。来。2021/9/23159.2.3 转差率转差率
8、图9.12 转子转动的原理图 我们用转差率来表示转子转速与磁场转速相差的程度，即转差率是异步电动机的一个重要的物理量。转子转速越接近磁场转速，则转差率越小。由于三相异步电动机的额定转速与同步转速相近，所以它的转差率很小。通常异步电动机在额定负载时的转差率约为1%9%。2021/9/23162021/9/23179.3 9.3 三相异步电动机的转矩和机械特性三相异步电动机的转矩和机械特性9.3.1 电机转矩电机转矩常数，与电动机的结构有关；每级磁通；转子电流；电机转矩另一种表达式电机转矩另一种表达式2021/9/23189.3.2 机械特性曲线机械特性曲线图9.13 固有特性2021/9/231
9、91.额定状态额定状态 2021/9/23202 临界状态临界状态 2021/9/23213 起动状态起动状态 2021/9/23229.4 三相异步电动机的启动、调速、制动三相异步电动机的启动、调速、制动9.4.1 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 异步电动机起动时的主要缺点是起动电流较大。为了减异步电动机起动时的主要缺点是起动电流较大。为了减小起动电流（有时也为了提高或减小起动转矩），必须采用小起动电流（有时也为了提高或减小起动转矩），必须采用适当的起动方法。适当的起动方法。电动机起动就是把它开动起来。电动机起动就是把它开动起来。在在刚刚起起动时动时，由于旋，由于旋转转磁磁场对场对
10、静止的静止的转转子有着很大的相子有着很大的相对转对转速，磁通切割速，磁通切割转转子子导导条条的速度很快，的速度很快，这时转这时转子子绕组绕组中感中感应应出的出的电动势电动势和和产产生的生的转转子子电电流都很大。和流都很大。和变压变压器的原理一器的原理一样样，转转子子电电流增大，定子流增大，定子电电流必然相流必然相应应增大。一般中小型鼠增大。一般中小型鼠笼笼式式电动电动机的定子起机的定子起动电动电流流（指（指线电线电流）与流）与额额定定电电流之比流之比值值大大约为约为57。例如。例如Y132M-4型型电动电动机的机的额额定定电电流流为为15.4A，起，起动电动电流与流与额额定定电电流之比流之比值
11、值为为7，因此起，因此起动电动电流流为为2021/9/23231 直接启动直接启动 直接启动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接启动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到具有额定电压的电源上。这种启动方法虽然简直接接到具有额定电压的电源上。这种启动方法虽然简单，但如上所述，由于启动电流较大，将使线路电压下单，但如上所述，由于启动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。降，影响负载正常工作。一台电动机能否直接启动，有一定规定。有的一台电动机能否直接启动，有一定规定。有的地区规定：用电单位如有独立的变压器，则在电动机起地区规定：用电单位如有独立的变压器，则在电动机起动频繁时，电动机容量小于
12、变压器容量的动频繁时，电动机容量小于变压器容量的20%时允许直时允许直接启动；如果电动机不经常启动，它的容量小于变压器接启动；如果电动机不经常启动，它的容量小于变压器容量的容量的30%时允许直接启动。如果没有独立的变压器时允许直接启动。如果没有独立的变压器（与照明共用），电动机直接启动时所产生的电压降不（与照明共用），电动机直接启动时所产生的电压降不应超过应超过5%。二三十千瓦以下的异步电动机一般都是采用直二三十千瓦以下的异步电动机一般都是采用直接启动的。接启动的。2021/9/23242 降压启动降压启动 如果电动机直接起动时所引起的线路电压降较大，必须采用如果电动机直接起动时所引起的线路电
13、压降较大，必须采用降压起动，就是在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，降压起动，就是在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流。鼠笼式电动机的降压起动常用下面几种方法：以减小起动电流。鼠笼式电动机的降压起动常用下面几种方法：(1)星形星形三角形（三角形（Y-）换接起动）换接起动如果如果电动电动机在工作机在工作时时其定子其定子绕组绕组是是联联接成三角形的，那么接成三角形的，那么在起在起动时动时可把它可把它联联成星形，等到成星形，等到转转速接近速接近额额定定值时值时再再换换接接成三角形。成三角形。这样这样，在起，在起动时动时就把定子每相就把定子每相绕组绕组上的上的电压电压降降到正常工
14、作到正常工作电压电压的的 .2021/9/2325图9.14 比较星形联接和三角形联接时的启动电流2021/9/2326采用星三角起动器来实现。图9.15是一种星三角起动器的接线简图。图图9.15 星三角起星三角起动动器接器接线简图线简图 2021/9/2327(2)自耦降压起动自耦降压起动 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过程中的端电压降低.图图9.16 自耦降压起动接线图自耦降压起动接线图2021/9/2328绕线式电动机的起动，只要在转子电路中接入大小适当的起动电阻 图图9.17 绕线式电动机起动时的接线图绕线
15、式电动机起动时的接线图2021/9/23299.4.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速2021/9/23301 变频调速变频调速 图9.18 变频调速装置2021/9/23311 变频调速变频调速 2021/9/23322 变极调速变极调速 图9.19 改变极对数p的调速方法 2021/9/23339.4.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动1 能耗制动能耗制动2021/9/23342 反接制动反接制动3 发电制动发电制动2021/9/23359.5 9.5 常用控制电器常用控制电器9.5.1 9.5.1 按钮按钮 按钮通常是用来接通或断开控制电路（其中按钮通常是用来接通或断
16、开控制电路（其中电流很小），从而控制电动机或其他电气设备的运电流很小），从而控制电动机或其他电气设备的运行。行。图图9.20 按钮剖面图按钮剖面图2021/9/2336 原来就接通的触点，称为原来就接通的触点，称为常闭触点常闭触点；原来就断开；原来就断开的触点，称为的触点，称为常开触点常开触点。9.5.1 9.5.1 按钮按钮图图9.21 双联按钮双联按钮2021/9/23379.5.2 9.5.2 交流接触器交流接触器 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，每小时可开闭好几百次。接触器主要由电磁铁和触点两部分组成。它是利用电磁铁的吸引力而动作的。图9.22 交流接触器的主要结构
17、图2021/9/23389.5.3 9.5.3 热继电器热继电器 热继电器是用来保护电动机使之免受长期过载的危害。热继电器是利用电流的热效应而动作的，它的原理图如图9.23所示。热元件是一段电阻不大的电阻丝，接在电动机的主电路中。双金属片系由两种具有不同线膨胀系数的金属碾压而成。图中，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而使双金属片受热时，它便向上弯曲，因而脱扣，扣板在弹簧的拉力下将常闭触点断开。图图9.23 热继电器的原理图热继电器的原理图2021/9/23392021/9/23409.6 9.6 三相异步电动机的启动控制9.6.1 9.6.1 三相异步电动机的直接启动三相异步电动机的直接启动图图9.24 三相异步电动机直接启动三相异步电动机直接启动2021/9/23419.6.2 9.6.2 三相异步电动机的三相异步电动机的Y-Y-启动控制启动控制图图9.25 三相异步电动机三相异步电动机Y-启动启动2021/9/23429.7 9.7 三相异步电动机的正反转控制三相异步电动机的正反转控制图图9.26 三相异步电动机正反转控制三相异步电动机正反转控制 2021/9/2343