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1、电工电子技术项目项目四电子课件项目四项目四 三相异步电动机及其控制三相异步电动机及其控制任务一三相异步电动机的基本结构任务二三相异步电动机的工作原理技能训练三相异步电动机正反转控制任务三三相异步电动机的启动任务四三相异步电动机的控制技能训练三相异步电动机的控制操作电动机是利用电磁感应原理，把电能转换为机械能，输出机械转矩的动力机械。根据电动机所使用的电流性质可分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机按所使用的电源相数可分为单相电动机和三相电动机两种，三相和单相电动机又分同步和异步两种。三相交流异步电动机按转子结构形式可分为鼠笼式和绕线式异步电动机；按外壳的防护形式可分为开启式、防护式、封闭
2、式异步电动机，其外形如图4-1所示。异步电动机具有结构简单、工作可靠、使用和维修方便等优点，因此，在工农业生产和生活各方面都得到广泛的应用。图4-1三相异步电动机外形图任务一三相异步电动机的基本结构三相异步电动机是由定子和转子两个基本部分组成的，定子与转子间存在很小的间隙，称为气隙，一般为0.252-mm。三相鼠笼式异步电动机的组成如图4-2所示。图4-2三相笼型异步电动机的构造一、定子异步电动机的静止部分称为定子，主要由定子铁芯、定子绕组和机座等部件组成，用来产生旋转磁场。（1）定子铁芯。定子铁芯是电机磁路的一部分，由于异步电动机中的磁场是旋转的，定子铁芯中的磁通为交变磁通。为了减小磁场在铁
3、芯中引起的涡流及磁滞损耗，定子铁芯由导磁性能较好的0.350.5mm厚、表面具有绝缘层(涂绝缘漆或硅钢片表面具有氧化膜绝缘层)的硅钢片叠压而成。定子铁芯叠片内圆冲有均匀分布的一定形状的槽，用以嵌放定子绕组,如图4-3所示。图4-3异步电动机的机座和定子铁芯任务一三相异步电动机的基本结构(2)定子绕组。定子绕组是电机的电路部分，由许多线圈按一定的规律连接而成。小型异步电动机的定子绕组由高强度漆包圆铜线或铝线绕制而成；大、中型异步电机的定子绕组用截面较大的扁铜线绕制而成，再包上绝缘。三相绕组按照一定的空间角度依次嵌放在定子槽内，并与铁芯绝缘。三相绕组共有六个出线端引出机壳外，接在机座的接线盒中。每
4、相绕组的首末端用符号U1-U2、V1-V2、W1-W2标记，在接线形式上要按电动机铭牌上的说明，接成星形或三角形。图4-4(a)是定子绕组内部连线的示意图，图4-4(b)是定子绕组连成星形的连接图，图4-4(c)是定子绕组连成三角形的连接图。图4-4异步电动机定子绕组的接法任务一三相异步电动机的基本结构（3）机座。机座是电动机的外壳，用以固定和支撑定子铁芯及端盖，机座应具有足够的强度和刚度，同时还应满足通风散热的需要。小型异步电动机的机座一般用铸铁铸成，也可用铝铸造。大型异步电动机机座常用钢板焊接而成。为了增加散热面积，加强散热，封闭式异步电动机机座外壳上面有散热筋，防护式电动机机座两端端盖开
5、有通风孔，或机座与定子铁芯间留有通风道。任务一三相异步电动机的基本结构二、转子转子由转子铁芯、转子绕组和转轴等部件构成。转子是用来产生电磁转矩的。（1）转子铁芯：转子铁芯也是电机磁路的一部分。通常用定子冲片内圆冲下来的原料做转子叠片，即一般仍用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套装在转轴上，转子铁芯叠片外圆冲有嵌放转子绕组的槽。为了改善电动机的启动及运行性能，鼠笼式异步电动机转子铁芯一般采用斜槽结构。（2）转子绕组：转子绕组的作用是产生感应电势和电流并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。转子绕组根据结构不同分为笼型和绕线型两种。笼型转子绕组：用铸铝的方法，把转子导条和端环、风扇叶片用铝液一
6、次浇铸而成，称为铸铝转子绕组，如图4-5所示。图4-5笼型铸铝转子结构任务一三相异步电动机的基本结构中、小型异步电动机的鼠笼转子绕组一般采用铸铝转子绕组。在每个转子槽中插入一铜条，在铜条两端各用一铜质端环焊接起来形成一个鼠笼的样子，称为铜条转子绕组，如图4-6所示。鼠笼式转子结构简单，制造方便，运行可靠，得到广泛应用。图4-6笼型铜条转子结构任务一三相异步电动机的基本结构绕线转子绕组：绕线转子异步电动机的定子绕组结构与笼型异步电动机完全一样，两者的转子绕组却不同。绕线转子异步电动机的转子绕组是一个与定子绕组具有相同极数的三相对称绕组。转子绕组一般都接成星形，绕组的末端接在一起，绕组的首端分别接
7、到转轴上的三个与转轴绝缘的滑环上，再通过安装在定子端盖上的电刷装置与外电路相连，如图4-7所示是绕线式转子的结构和接线图。绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转子电路中接入附加电阻，以改善异步电动机的启动性能或调节电动机的转速。在正常工作情况下，转子绕组是短接的，不接入附加电阻。图4-7绕线式异步电动机转子结构及转子接线图任务一三相异步电动机的基本结构（3）转轴：转轴一般由中碳钢或合金钢制成，其作用是支撑转子和传递转矩，因而要求有一定的机械强度。任务一三相异步电动机的基本结构任务二三相异步电动机的工作原理一、旋转磁场的产生1.定子的旋转磁场对称三相电流通入在空间上彼此相差120的三个相同的线
8、圈时，就能产生旋转磁场。三相异步电动机就是根据这一原理而工作的。为此，先介绍旋转磁场是怎样产生的，设对称三相电流为i1=Imsinti2=Imsin(t-120)i3=Imsin(t+120)如图4-8所示为这组电流的波形曲线。现将这组电流i1、i2和i3分别通入在空间位置上彼此相差120，而结构和形状完全相同的三个线圈U1U2、V1V2和W1W2中，如图4-9所示。为便于说明问题，在图4-8所示的电流波形曲线的横坐标上取t=0、90、180、270和360五个瞬间，依次来研究U1U2、V1V2和W1W2三个线圈的合成磁场(注意合成磁场方向的变化)。这里，规定各相电流分别从线圈的始端(即U1、
9、V1和W1)流入，从线圈的末端(即U2、V2和W2)流出的方向为各相电流的标定方向。图4-8三相定子电流的波形图4-9简化的三相定子绕组任务二三相异步电动机的工作原理从图4-8所示的电流波形曲线上可以看出，在t=0的瞬间，电流i1=0，而i3具有正值，i2具有负值，并且它们在数值上大小相等。因而线圈U1U2中无电流，而i2从V1V2的V2端流入，V1端流出，i3从W1W2的W1端流入，W2端流出。根据右手螺旋法则可以确定三个线圈的合成磁场方向，它与U1U2的轴线重合指向左，如图4-10(a)所示。图4-10异步电动机旋转磁场示意图任务二三相异步电动机的工作原理到t=90的瞬间，i1到达了正的最
10、大值，而i2和i3都变到了负值，且大小相等。因而i1从U1U2的U1端流入，U2端流出；i2从V1V2的V2端流入，V1端流出；i3从W1W2的W2端流入，W1端流出。根据右手螺旋法则确定，其合成磁场的方向垂直向上，如图4-10(b)所示。同样可得，当t=180、270和360三个瞬间的合成磁场方向，分别如图4-10(c)、(d)和(e)所示。综上所述，可以得出结论：当空间彼此相差120的三个相同的线圈通入对称三相交流电时，就能够产生与电流变化有相同角速度的旋转磁场(即在一个周期内电流的相位角变化了360，其合成磁场的方向在空间也旋转了360)。任务二三相异步电动机的工作原理2.旋转磁场的转速
11、由以上分析可以看出，异步电动机定子绕组中的三相电流所产生的合成磁场是随着电流的变化在空间不断旋转，形成一个具有一对磁极(磁极对数p=1)的旋转磁场。三相电流变化一个周期T(即变化360电角度)，合成磁场在空间旋转一周。三相电流的频率为f，表明三相电流每秒钟交变的周期数为f，故旋转磁场每分钟的转速为n0=60f(rmin)通过定子绕组的缠绕制作，可以使定子磁场为四极(磁极对数p=2)，可以证明，电流变化一个周期，合成磁场在空间旋转180，其转速为n0=60f/2-(rmin)。由此可以推广到p对磁极的异步电动机的旋转磁场的转速为n0=60fp(r/min)（4-1）由此可得，旋转磁场的转速n0取
12、决于电源频率和电动机的磁极对数p。旋转磁场的转速亦称作同步转速。任务二三相异步电动机的工作原理3.旋转磁场的方向旋转磁场的旋转方向与三相绕组中的电流相序有关。如图4-8和图4-9所示，L1、L2、L3三相绕组顺序通入三相电流i1、i2、i3，其旋转方向与电流相序(L1-L2-L3)一致，为顺时针方向。如果要改变旋转磁场的方向，可将定子绕组与三相电源连接的三根导线中的任意两根对调位置，如将L2、L3两相接线互换，即i1仍送入L1相绕组，但 i3送入L2相绕组，i2送入L3相绕组，如图4-11(a)所示。用上面所说的同样方法可以确定，这时旋转磁场是按逆时针方向旋转的。如图4-11(b)、(c)画出
13、了t=0和t=60两个时刻的情况，其他时刻可依此类推。图4-11旋转磁场的反向旋转任务二三相异步电动机的工作原理旋转磁场的旋转方向与三相电源的相序一致。要使旋转磁场反转，只要改变电源的相序，即只要把接到三相绕组始端上的任意两根电源线对调，就可以实现旋转磁场的反转。改变异步电动机的转向，就是根据这一原理来实现的。任务二三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的转动原理如果三相异步电动机的定子绕组中通入对称三相正弦交流电，就会产生旋转磁场，由于旋转磁场与静止的转子绕组之间有相对运动，转子导体就切割旋转磁场的磁感线，其中将产生感应电动势。因为转子绕组是闭合的，所以转子绕组中会有电流流过。转子绕组中
14、的电流产生后，立即又受到旋转磁场的电磁力的作用，于是，转子在电磁转矩的作用下沿着旋转磁场的方向旋转起来，这就是三相异步电动机的工作原理。任务二三相异步电动机的工作原理如图4-12所示是两极三相异步电动机转动原理示意图。设磁场以同步转速n0逆时针方向旋转，转子与磁场之间有相对运动。即相当于磁场不动、转子导体以顺时针方向切割磁力线，于是在导体中产生感应电动势，其方向由右手定则确定，如图4-12所示。由于转子导体的两端由端环连通，形成闭合的转子电路，在转子电路中便产生了感应电流。载流的转子导体在磁场中受电磁力F的作用(电磁力的方向可用左手定则确定)形成一电磁转矩，在此转矩的作用下，转子沿旋转磁场的方
15、向转动起来，其转速用n表示。转速n总是要小于旋转磁场的同步转速n0，否则，两者之间没有相对运动，就不会产生感应电动势及感应电流，电磁转矩也无法形成，电动机不可能旋转，这就是异步电动机名称的由来。又因转子中的电流是感应产生的，故异步电动机又称做感应电动机。图4-12两极三相异步电动机转动原理示意图任务二三相异步电动机的工作原理通常，把同步转速n0与转子转速n的差值称为转差，转差与n0的比值称为异步电动机的转差率，用s表示。即s=n0-nn0或s=n0-nn0100%（4-2）转差率s是描绘异步电动机运行情况的一个重要物理量。在电动机启动瞬间，n=0，s=1，转差率最大。空载运行时，转子转速最高，
16、转差率最小，sTfz，该电动机可以采用Y启动。任务三三相异步电动机的启动3)自耦变压器(补偿器)降压启动。降压启动原理如图4-15所示，启动时先合上开关S1，再把S2投向“启动”位，这时自耦变压器将电源电压降低后加到电动机上，待电动机转速升高后，再把S2投向“运行”位，电动机就正常运行。自耦变压器在启动阶段使用，启动结束切除。图4-15自耦变压器降压启动任务三三相异步电动机的启动由于电压的下降已使电动机的启动电流下降K倍，而自耦变压器又使原边电流比副边电流下降K倍，所以启动电流下降到1K2倍。自耦变压器的电压降低到1K倍，而电动机的转矩与电压的平方成正比，所以电动机的启动转矩降为全压启动转矩的
17、1K2倍。用自耦变压器(补偿器)降压启动限流作用很好，但启动转矩也下降了。为了满足不同的负载要求，自耦变压器副边有23组抽头，其电压分别为原边电压的80、65或80、60、40。实际使用中把自耦变压器、开关触头、操作手柄等组合在一起构成自耦减压启动器(又称为启动补偿器)，有手动或自动切换两种控制线路。自耦补偿启动的优点是：自耦变压器的不同抽头可供不同负载启动时选择，适用Y形或形接法的电动机；缺点是体积大，价格高，质量重。任务三三相异步电动机的启动任务三三相异步电动机的启动4)延边三角形启动。延边三角形启动法与星形三角形启动法类似，如图4-16所示，启动时定子绕组一部分接成星形，另一部分接成三角
18、形，看上去像三角形的三个边延长，故称为“延边三角形”。这种启动方法的启动电流比星形三角形启动法的电流要大，当然启动转矩也随之增大。如果改变每相两段绕组（如1到7与7到4之间）的匝数比，可以得到不同的启动电流和启动转矩，但用延边三角形启动的笼型异步电动机定子绕组的抽头多，限制了它的使用。图4-16延边三角形启动任务三三相异步电动机的启动四、三相绕线转子异步电动机的启动三相绕线转子异步电动机有转子串接电阻及转子串接频敏变阻器两种启动方法。绕线式异步电动机转子回路串入可调电阻或频敏变阻器之后，可以减小启动电流，同时增大启动转矩，因而启动性能比鼠笼式异步电动机好。1.转子串接电阻启动启动时，为了增大电
19、动机在整个启动过程中的转矩，缩短启动时间，随着电动机转速的升高，应把转子回路串入的电阻逐级切除。小型绕线转子异步电动机可采用如图4-17所示的启动电路。容量较大的电动机应采用图4-18所示的启动电路。图4-17绕线转子与外加电阻接线图图4-18绕线转子异步电动机转子串联电阻启动线路（有级）任务三三相异步电动机的启动电动机刚开始启动时，变阻器的电阻全部串入转子回路，启动后，转速逐渐上升，切除一部分电阻，使电动机转子加速；随着转速的升高，又切除一部分电阻；随着转速的再升高，电阻全部切除：电动机转速继续上升，最后在额定转速状态下稳定运行，启动过程结束。这种启动方法，既减少了启动电流，又有较大的启动转
20、矩，适合电动机重载启动。所以广泛用在起重机、卷扬机、龙门吊等机械上，缺点是控制设备复杂，投资大，启动时有一部分能量消耗在电阻上，且启动过程中存在着电流的冲击以及机械上的冲击，不是平滑启动。任务三三相异步电动机的启动2.转子串接频敏变阻器启动频敏变阻器的三个绕组分别绕在三个铁芯柱上，铁芯用厚612-mm的钢板制成。设计时有意使铁芯在饱和情况下工作，工作时会产生较大的涡流和磁滞损耗，由于铁芯较饱和，线圈匝数不多，所以绕组的感抗和直流电阻都较小。三个绕组接成星形，通过集电环和电刷与转子电路相接。如图4-19所示是频敏变阻器一相的等效电路图，如图4-20所示是频敏变阻器启动线路图。图4-19一相的等效
21、电路图4-20频敏变阻器启动线路任务三三相异步电动机的启动启动开始时，电动机转速很低，转子电流频率很高，频敏变阻器的损耗较大，即损耗电阻值较大，限制了启动电流，增大了启动转矩。随着转速的上升，转子电流频率不断下降，频敏变阻器的损耗等效电阻值随之平滑下降，使电动机平滑启动。启动结束，应将滑环短接切除频敏变阻器。频敏变阻器实际上是利用转速上升转子电流频率的平滑变化来达到使转子回路电阻平滑减小的目的，所以是一种无触点的变阻器，能实现无级平滑启动，可获得恒转矩的启动特性，没有机械冲击。而且，频敏变阻器结构比较简单，成本低，使用寿命长，维护方便。其缺点是体积较大，设备笨重。由于其电抗的存在，功率因数较低
22、，启动转矩并不很大，因此当绕线式异步电动机在轻载启动时，可采用频敏变阻器启动，重载时一般采用串接变阻器启动。任务三三相异步电动机的启动技能训练三相异步电动机正反转控制一、实验目的（1）通过对三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路的安装接线，掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法。（2）加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。（3）学会分析、排除继电-接触控制线路故障的方法。二、原理说明在鼠笼机正反转控制线路中，通过相序的更换来改变电动机的旋转方向。本实验给出两种不同的正、反转控制线路如图30-1及30-2，具有如下特点：1.电气互锁 为了避免接触器KM1（正转）、KM2（反转）同时得电
23、吸合造成三相电源短路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM1（KM2）动断触头，它们保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电（如图301），以达到电气互锁目的。2.电气和机械双重互锁除电气互锁外，可再采用复合按钮SB1与SB2组成的机械互锁环节（如图302），以求线路工作更加可靠。3.线路具有短路、过载、失、欠压保护等功能。技能训练三相异步电动机正反转控制三、实验设备技能训练三相异步电动机正反转控制四、实验内容认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据；并用万用电表档检查各电器线圈、触头是否完好。鼠笼机接成接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W，供电线电
24、压为220V。1.接触器联锁的正反转控制线路按图4-21接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。图4-21技能训练三相异步电动机正反转控制(1)开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电压为220V。(2)按正向起动按钮SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。(3)按反向起动按钮SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。(4)按停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。(5)再按SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。(6)实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。技能训练三相异步电动机正反转控制2.接触器和按钮双重联锁的正反转控制
25、线路按图4-22接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。(1)按控制屏启动按钮，接通220 V三相交流电源。(2)按正向起动按钮SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。按停止按钮SB3，使电动机停转。(3)按反向起动按钮SB2，电动机反向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。按停止按钮SB3，使电动机停转。(4)按正向(或反向)起动按钮，电动机起动后，再去按反向(或正向)起动按钮，观察有何情况发生？(5)电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有何情况发生？(6)失压与欠压保护技能训练三相异步电动机正反转控制按起动按钮SB1(或SB2)电动机起动后，按控制屏停止
26、按钮，断开实验线路三相电源，模拟电动机失压(或零压)状态，观察电动机与接触器的动作情况，随后，再按控制屏上启动按钮，接通三相电源，但不按SB1(或SB2)，观察电动机能否自行起动？图4-22接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路技能训练三相异步电动机正反转控制重新起动电动机后，逐渐减小三相自耦调压器的输出电压，直至接触器释放，观察电动机是否自行停转。过载保护打开热继电器的后盖，当电动机起动后，人为地拨动双金属片模拟电动机过载情况，观察电机、电器动作情况。注意：此项内容，较难操作且危险，有条件可由指导教师作示范操作。实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。技能训练三相异
27、步电动机正反转控制四、故障分析（1）接通电源后，按起动按钮(SB1或SB2)，接触器吸合，但电动机不转且发出“嗡嗡”声响；或者虽能起动，但转速很慢。这种故障大多是主回路一相断线或电源缺相。（2）接通电源后，按起动按钮(SB1或SB2),若接触器通断频繁，且发出连续的劈啪声或吸合不牢，发出颤动声，此类故障原因可能是：线路接错，将接触器线圈与自身的动断触头串在一条回路上了。自锁触头接触不良，时通时断。接触器铁心上的短路环脱落或断裂。电源电压过低或与接触器线。圈电压等级不匹配。技能训练三相异步电动机正反转控制五、预习思考题（1）在电动机正、反转控制线路中，为什么必须保证两个接触器不能同时工作？采用哪
28、些措施可解决此问题，这些方法有何利弊，最佳方案是什么？（2）、在控制线路中,短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的?在实际运行过程中,这几种保护有何意义?技能训练三相异步电动机正反转控制任务四三相异步电动机的控制一、三相异步电动机的调速为了适应生产的需要，满足生产机械的要求，在工业生产过程中需要人为地改变电动机的转速，称为调速。选择异步电动机调速方法的基本原则是：调速范围广，调速平滑性好，调速设备简单，调速中的损耗小。根据异步电动机的转速关系式n=(1-s)60f/p可以看出，异步电动机调速有三种方法：(1)改变定子绕组磁极对数p变极调速。(2)改变电动机的转差率s变转差率调速。(3)改变
29、供给电动机电源的频率f变频调速。1.变极调速通过对定子绕组引出线的不同连接，得到相应的极对数。变极调速只用于笼型异步电动机，因为定子变极时，笼型转子也能作相应的变极；绕线转子电动机的转子绕组极数是固定不变的，所以不能进行变极调速。变极调速的优点是所需设备简单；缺点是电动机绕组引出头多，调速只能有级调节，级数少。变极调速通常不单独使用，往往与机械调速配套使用，以达到相互补充、扩大调速范围的目的。在金属切削机床、通风机、升降机等机械中，多速电动机有比较广泛的应用。任务四三相异步电动机的控制2.变转差率调速改变转差率s调速的方法有转子回路串接电阻调速、变压调速、转子回路串电势调速和电磁调速等。本书简
30、单介绍前两种方法。1)变阻调速变阻调速是通过改变电动机转子电路的外接电阻实现的，因此只适用于绕线转子电动机的调速。机械特性曲线如图4-23所示。对应一定的负载转矩就有不同的转速n1、n2、n3。这种调速方法简单方便，但机械特性曲线较软，而且外接电阻越大，曲线越软，致使如果负载有较小的变化，便会引起很大的转速波动。另外，在转子电路上的串接电阻要消耗功率，使电动机效率较低。变阻调速主要应用于起重、运输机械的调速。图4-23转子串联电阻调速任务四三相异步电动机的控制变阻调速原理与转子串联电阻启动是一样的，但应该注意到启动用的转子外接串联电阻功率往往较小，不能用于调速；而调速用的外接串联电阻功率较大，
31、可以用做启动。2)变压调速变压调速是改变电动机定子绕组上的电压。由于转矩与电压的平方成正比，对于不同的定子电压，可以得到一组不同的机械特性曲线，如图4-24所示。对于恒转矩负载，可得到不同的稳定转速n1、n2、n3，可见，恒转矩负载的调速变化很小，实用价值不大。图4-24改变定子电压调速任务四三相异步电动机的控制目前，随着晶闸管技术的发展，晶闸管交流调压调速已得到广泛应用。其优点是可以获得较大的调速范围，调速平滑性较好。其缺点是：当电动机运行在低转速时，转差率较大，转子铜损较大，使电动机效率低，发热严重，故这种调速一般不宜于在低速下长时间运转。任务四三相异步电动机的控制3.变频调速变频调速是改
32、变电动机电源的频率，应用最广的是恒磁通调速，或称为恒转矩调速，异步电动机的变频调速有三种方式：(1)恒磁通控制。(2)恒电流控制(过载能力不变)。机械特性曲线与恒磁通控制的机械特性曲线相类似，只是过载能力小，用于负载容量小且变化不大的场合。(3)恒功率控制。如果电动机的调速要高于额定转速，而电源电压又不能提高，此时电动机应为恒功率调速。变频调速具有质量轻、体积小、惯性小、效率高等优点，变频调速设备价格也在逐步下降。随着计算机技术的发展，采用矢量控制技术，异步电动机调速的机械特性曲线可以做得像直流电动机调速一样硬，这是目前交流调速的发展方向。任务四三相异步电动机的控制二、三相异步电动机的制动电动
33、机与电源断开之后，由于转子有惯性，要经过一段时间后才会停止转动。为了使电动机迅速准确地停转，必须对电动机实行制动，通常采用的制动方法有机械制动和电气制动，电气制动又分反接制动、能耗制动和再生制动。1.机械制动机械制动是利用机械装置使电动机在电源切断以后迅速停转的方法。常用的机械制动有电磁离合器制动和电磁抱闸制动。2.电气制动电气制动是使异步电动机产生一个与其旋转方向相反的电磁转矩，作为制动转矩，从而使电动机减速或停转。电气制动的主要方法有反接制动、能耗制动及再生制动。任务四三相异步电动机的控制1)反接制动反接制动是改变正在转动的电动机定子绕组中任意两相与电源接线的相序，使旋转磁场的转向与原来相
34、反，从而使转子受到反力矩作用，转速很快下降到零。当电动机转速接近零时，立即切断电源，以免电动机反转，如图4-25所示。图4-25反接制动线路任务四三相异步电动机的控制反接制动时，转子与旋转磁场的相对速度非常大，转子感应电流将比启动瞬间的电流还大，因此经常进行反接制动，电流冲击大，电动机会过热，甚至损坏；电磁转矩从驱动立刻变为制动，对电动机转轴及传动部分有很大的机械冲击。故反接制动时通常接入限流电阻，以缓和电流和机械冲击。为了准确停转，常采用速度继电器来控制，及时切断电源。反接制动的优点是停转迅速、设备简易；缺点是对电动机及负载冲击大。一般只用于小型电动机，且不经常停转制动的场合。任务四三相异步
35、电动机的控制2)能耗制动能耗制动控制线路如图4-26所示，假定电动机是顺时针旋转，断开开关S1，电动机脱离三相电源，但由于惯性的作用，转子仍沿着顺时针方向继续转动。立即闭合开关S2，直流电源通过电阻R加在定子W相、V相绕组上，通入的直流电流大小应为(1.52)IN，直流电流在定子绕组W相、V相流过，会产生一个固定的磁场，如图4-27所示。惯性运动的转子导体切割固定磁场的磁通，产生感应电动势及电流(用右手定则判别)，这个电流又与固定磁场作用产生电磁力矩，其方向与转子转动的方向相反(用左手定则判别)，使转子较快地停止转动。实质是将电动机转为发电机状态，产生与转速反向的转动力矩。图4-26能耗制动控
36、制线路图4-27能耗制动原理示意图任务四三相异步电动机的控制这种制动方法是利用转子惯性转动切割磁通而产生制动转矩，把转子的动能消耗在转子回路的电阻上，所以称为能耗制动。它的优点是制动力较强，能耗少，制动较平稳，对电网及机械设备冲击小；但在低速时制动力矩也随之减小，不易制停，需要另加直流电源。3)再生制动在电动机工作过程中，由于外来因素的影响，使电动机转速n超过旋转磁场的同步转速n0(一般指势能负荷，如起重机在下放重物时)，电动机进入发电机状态，此时电磁转矩的方向与转子的旋转方向相反，变为制动转矩，电动机将机械能转变成电能向电网反馈，故又称为再生制动或回馈制动。再生制动的优点是经济性能好，可将负
37、载的机械能转换成电能反馈回电网。其缺点是应用范围窄，仅当电动机转速nn0时才能实现制动。常用于起重机、电力机车和多速电动机中。任务四三相异步电动机的控制技能训练三相异步电动机的控制操作一、实验目的(1)通过对三相鼠笼式异步电动机点动控制和自锁控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。(2)通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点二、原理说明（1）继电接触控制在各类生产机械中获得广泛地应用，凡是需要进行前后、上下、左右、进退等运动的生产机械，均采用传统的典型的正、反转继电接触控制。交流电动机继电接触控制电路的主要设备是交流接触器，其主要构造为：电磁系统铁心、吸引线圈和
38、短路环。触头系统主触头和辅助触头，还可按吸引线圈得电前后触头的动作状态，分动合（常开）、动断（常闭）两类。消弧系统在切断大电流的触头上装有灭弧罩，以迅速切断电弧。接线端子，反作用弹簧等。技能训练三相异步电动机的控制操作（2）在控制回路中常采用接触器的辅助触头来实现自锁和互锁控制。要求接触器线圈得电后能自动保持动作后的状态，这就是自锁，通常用接触器自身的动合触头与起动按钮相并联来实现，以达到电动机的长期运行，这一动合触头称为“自锁触头”。使两个电器不能同时得电动作的控制，称为互锁控制，如为了避免正、反转两个接触器同时得电而造成三相电源短路事故，必须增设互锁控制环节。为操作的方便，也为防止因接触器
39、主触头长期大电流的烧蚀而偶发触头粘连后造成的三相电源短路事故，通常在具有正、反转控制的线路中采用既有接触器的动断辅助触头的电气互锁，又有复合按钮机械互锁的双重互锁的控制环节。技能训练三相异步电动机的控制操作（3）控制按钮通常用以短时通、断小电流的控制回路，以实现近、远距离控制电动机等执行部件的起、停或正、反转控制。按钮是专供人工操作使用。对于复合按钮，其触点的动作规律是：当按下时，其动断触头先断，动合触头后合；当松手时，则动合触头先断，动断触头后合。（4）在电动机运行过程中，应对可能出现的故障进行保护。采用熔断器作短路保护，当电动机或电器发生短路时，及时熔断熔体，达到保护线路、保护电源的目的。
40、熔体熔断时间与流过的电流关系称为熔断器的保护特性，这是选择熔体的主要依据。采用热继电器实现过载保护，使电动机免受长期过载之危害。其主要的技术指标是整定电流值，即电流超过此值的20时，其动断触头应能在一定时间内断开，切断控制回路，动作后只能由人工进行复位。技能训练三相异步电动机的控制操作（5）在电气控制线路中，最常见的故障发生在接触器上。接触器线圈的电压等级通常有220 V和380 V等，使用时必须认请，切勿疏忽，否则，电压过高易烧坏线圈，电压过低，吸力不够，不易吸合或吸合频繁，这不但会产生很大的噪声，也因磁路气隙增大，致使电流过大，也易烧坏线圈。此外，在接触器铁心的部分端面嵌装有短路铜环，其作
41、用是为了使铁心吸合牢靠，消除颤动与噪声，若发现短路环脱落或断裂现象，接触器将会产生很大的振动与噪声。技能训练三相异步电动机的控制操作三、实验设备技能训练三相异步电动机的控制操作四、实验内容认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据；并用万用表档检查各电器线圈、触头是否完好。鼠笼机接成接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W，供电线电压为220 V。点动控制按图4-28点动控制线路进行安装接线，接线时，先接主电路，即从220 V三相交流电源的输出端U、V、W开始，经接触器KM的主触头，热继电器FR的热元件到电动机M的三个线端A、B、C，用导线按顺序串联起来。主电
42、路连接完整无误后，再连接控制电路，即从220 V三相交流电源某输出端(如V)开始，经过常开按钮SB1、接触器KM的线圈、热继电器FR的常闭触头到三相交流电源另一输出端(如W)。显然这是对接触器KM线圈供电的电路。技能训练三相异步电动机的控制操作接好线路，经指导教师检查后，方可进行通电操作。(1)开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电压为220V。(2)按起动按钮SB1，对电动机M进行点动操作，比较按下SB1与松开SB1电动机和接触器的运行情况。（3）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路三相交流电源。图4-28技能训练三相异步电动机的控制操作2.自锁控制电路按图4-29
43、所示自锁线路进行接线，它与图4-28的不同点在于控制电路中多串联一只常闭按钮SB2，同时在SB1上并联1只接触器KM的常开触头，它起自锁作用。图4-29技能训练三相异步电动机的控制操作接好线路经指导教师检查后，方可进行通电操作。(1)按控制屏启动按钮，接通220V三相交流电源。按起动按钮SB1，松手后观察电动机M是否继续运转。按停止按钮SB2，松手后观察电动机M是否停止运转。(4)按控制屏停止按钮，切断实验线路三相电源，拆除控制回路中自锁触头KM，再接通三相电源，启动电动机，观察电动机及接触器的运转情况。从而验证自锁触头的作用。实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路的三
44、相交流电源。技能训练三相异步电动机的控制操作五、实验注意事项（1）接线时合理安排挂箱位置，接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠。（2）操作时要胆大、心细、谨慎，不许用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。（3）通电观察继电器动作情况时,要注意安全,防止碰触带电部位。技能训练三相异步电动机的控制操作六、预习思考题（1）试比较点动控制线路与自锁控制线路从结构上看主要区别是什么？从功能上看主要区别是什么？（2）在主回路中，熔断器和热继电器热元件可否少用一只或两只？熔断器和热继电器两者可否只采用其中一种就可起到短路和过载保护作用？为什么？技能训练三相异步电动机的控制操作谢谢大家谢谢大家