电工学第四章教案高等教育大学_高等教育-大学课件.pdf

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1、学习好资料 欢迎下载 第四章 常用电动机 三相异步电动机是各种生产机械的主要动力设备，仅在需要均匀调速的生产机械上，如龙门刨床、轧钢机床及某些重型机床的主传动结构，以及电力机车中才采用直流电动机。而要求恒速连续工作的大功率压缩机、水泵、风机则采用交流同步电动机。单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中。4.1 三相交流异步电动机的工作原理 4.1.1 结构 一、笼型 1定子：三相异步电动机的固定部分称为定子，由机座、压装在机座内的圆筒形铁心以及三相定子绕组组成。2旋转部分称为转子，由转子铁心、转子绕组和转轴等组成。转子绕组的作用是产生感应电动势、流过电流和产生电磁转矩，笼型转子的每

2、个转子槽中插入一根铜导条，在伸出铁心两端的槽口处，用两个短路铜环分别把所有导条的两端都焊接起来。如果去掉铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，所以称为笼型转子。中、小型异步电动机一般都采用铸铝转子，把导线条、端环以及端环上风叶一起铸出，笼型电动机结构简单、价格低廉、工作可靠，使用、维护都很方便，所以应用极为广泛。3在定子和转子之间有一个很小的间隙，称为气隙。二、绕线型 1绕线型转子的绕组和定子相似，是用绝缘导线嵌放在转子槽内，联结成星形的三相对称绕组，绕组的三个出线端分别接到转子轴上的三个滑环（环与环，环与转轴都互相绝缘），通过碳质电刷把电流引出来。绕线型转子的特点是可以通过滑环和电刷在转子绕组回

3、路中接入附加电阻，用以改善电动机的启动性能，或调节电动机的转速。学习好资料 欢迎下载 4.1.2 铭牌数据 1.型号：型号是电动机名称、类型、规格的代号，例如 Y 132 M4三相异步电动机系列代号机座中心高（mm）磁极数机座长度代号 三相异步电动机系列代号有：Y为普通笼型异步电动机；YR为绕线型异步电动机；YB为防爆型异步电动机；YQ为高起动转矩异步电动机等等。机座长度代号有：S短机座；M 中机座；L长机座。2.额定功率NP:电动机在制造厂所规定的额定情况下运行时，所输出的机械功率，单位一般为千瓦（kW）。三相异步电动机的额定功率NP为：NNNNNNNTIUPcos3 式中N和Ncos分别为

4、额定情况下的效率和功率因数，NT为额定转矩（N-m），N为额定角速度（弧度/s）3.额定电压NU：是指电动机额定运行时，外加于定子绕组上的线电压，单位为伏（V）。一般规定电动机的工作电压不应高于或低于额定值的 5%。当工作电压高于额定值时，磁通将增大，造成铁心过热并使定子电流大于额定电流，引起绕组过热。当工作电压低于额定值时，引起输出转矩减小，转速下降，定子电流增加，也使绕组过热，对电动机的运行是不利的。4.接法：我国的低压供电线电压为 380V，所以规定额定功率为 4kW 及以上的异步电动机，额定电压为 380V，绕组为三角形联结。额定功率为 3kW 及以下的，额定电压为 380/220V，

5、绕组为 Y/联结（即电源线电压为 380V 时，电动机绕组为星形连接；电源线电压为 220V时，电动机绕组为三角形联结）。电动机的连接方法见图 4.1.6 所示，图中1U、1V、1W分别为三相绕组的始端（头），2U、2V、2W分别为相应绕组的末端（尾）。5.额定电流NI：是指电动机在额定电压和额定输出功率时，定子绕组的线电流，单位为安（A）。根据式（4.1.1）可得额定电流计算式为 NNNNNUPIcos3 机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电

6、器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 电动机定子电流与输出功率的关系见图 4.1.7。图 4.1.6 定子绕组的星形联接和三角形联接 图 4.1.7 三相异步电动机的工作特性曲线 6.额定频率Nf：

7、我国国内用的异步电动机规定的电源频率为 50Hz。7.额定转速Nn：是指电动机在额定电压、额定频率下，输出额定功率时的转速，单位为转/分（r/min）。8.额定效率N：电动机在额定运行时的效率，是额定输出功率与额定输入功率的比值。即%100cos3%10012NNNNNNNIUPPP 一般电动机的额定效率N约为 75%92%。从图 4.1.7 中的曲线可以看出，在额定功率的75%左右是效率最高。9.额定功率因数Ncos：电动机在额定运行时的功率因数。三相异步电动机的功率因数与输出功率的关系见图 4.1.7。在额定负载时Ncos在 0.70.9 之间，而在空载时只有 0.2 0.3。因此，必须避

8、免电动机长期在轻载和空载下运行。4.1.3 旋转磁场 1.旋转磁场的产生 在0t的瞬时，定子绕组中的电流方向如图 4.1.10（a）所示。这时0Ai，Bi是负的，其方向与参考方向相反，即自 V2到 V1；Ci是正的，其方向与参考方向相同，即自 W1到 W2。按右手螺旋定则可得到各个绕组电流所产生的合成磁场方向，是一个具有两个磁极的磁场，又称为一对磁极的磁场，其磁极对数 p=1。在60t时，定子绕组中电流的方向和三相电流的合成磁场的方向如图 4.1.10（b）机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动

9、机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 所示，也是一个两极磁场。但这个两极磁场的空间位置和0t时相比，已按顺时针方向在空间转过了60角。同理可得在12

10、0t及180t时的三相电流合成磁场，它比60t时的合成磁场在空间沿顺时针方向又分别转过了60和120。2.旋转磁场的转向 若三相电流出现正幅值的顺序为 A、B、C，则旋转磁场旋转方向是 U1-U2、V1-V2、W1-W2 如果将同三相电源相联接的三个导线中的任意两根的对调一下，例如 B 与 C 两相对调，即将Bi通入 W1-W2、Ci通入 V1-V2，则旋转磁场的旋转方向为 U1-U2、W1-W2、V1-V2，形成反转。3.旋转磁场的极数 产生的旋转磁场具有一对极，即 p=1。若定子有 12 槽，每相绕组有两个相同的线圈串联，则三相绕组的始端之间相差60的空间角，产生具有两对磁极的旋转磁场，即

11、 p=2。如果要产生三对极，即 p=3 的旋转磁场，则定子要有 18 槽每相绕组必须有三个相同的线圈串联，每相绕组的始端之间相差40)120(p。4.旋转磁场的转速 pfn600（r/min）式中的0n又称为同步转速，因我国电网频率50fHz,当电动机磁极对数 p 分别为 1、2、3、4 时，相应的同步转速0n分别为 3000、1500、1000、750 r/min。4.1.4 转动原理 1当三相定子绕组接至三相电源后，在电动机内产生旋转磁场。2转子导体逆时针方向切割磁通而产生感应电动势，由感应电动势产生了感应电流，所以这种电动机被称为感应电动机。3转子绕组中的感应电流与磁场相互作用又产生电磁

12、力 F，其方向由左手定则决定。机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定

13、子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 4各个载流转子导体在旋转磁场作用下受到的电磁力对转子转轴所形成的合成转矩称为电磁转矩 T，由于 T 的作用使电动机转子转动起来。电磁转矩与旋转磁场的转向是一致的。5电动机转子的转速 n 必须低于旋转磁场转速 0n。所以这种电动机称为异步电动机。6异步电动机的同步转速0n与转速 n 之差与同步转速之比称为转差率，用 s 表示，即 00nnns 由于一般电动机的转速 n0，故转差率在 0 到 1 的范围内，即 0s1，常用的异步电动机，在额定负载时的额定转速Nn很接近同步转速，所以它的额定转差率Ns很小，约为0.01-0.07。【例题 4.

14、1.1】三相异步电动机的额定转速为 n=1440r/min，电源频率为 50Hz，试求电动机的极数和额定负载时的转差率。【解】电动机的额定转速 n 接近于而小于同步转速0n，与 1440r/min 最接近的同步转速为0n=1500r/min，与此相对应的磁极对数215005060600nfp，则额定负载时的转差率为：00nnns=04.0150014401500 4.2 三相交流异步电动机的使用 4.2.1 转矩特性 2.电磁转矩 当NSS 时，表示电动机处于额定运行状态，此时转子转速Nn为额定转速，转矩NT为额定转矩，所输出的机械功率为额定功率NP。根据式（4.1.1）可得 机械上如龙门刨床

15、轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料

16、 欢迎下载 NNNNNTnTP602（W）则 NNNNNNNnPnPPT55.9602 （4.2.8）式中NT的单位为 Nm,NP的单位为 W，Nn的单位为 r/min。若NP的单位以 kW 表示，则式（4.2.8）可改写为NNNnPT9550。电动机最大转矩mT与额定转矩NT之比称为过载系数NmmTT。Y 系列异步电动机的m范围为 1.82.2，当电动机负载转矩NLmTTT时为过载运行状态，在短时间内是允许的，但长期过载必然会使电动机因电流太大温度升高而损坏。当 S=1，n=0 时表示电动机处于起动状态，此时的转矩stTT 称为起动转矩或堵转转矩。起动转矩stT与额定转矩NT之比称为起动转矩

17、倍数，表示电动机的起动能力，Y 系列异步电动机的起动转矩倍数为 1.62.2。4.2.2 机械特性 )(Tfn 当负载转矩LT发生变化时，只要mLTT，则电动机可以自动调节，使电动机的电磁转矩重新适应负载的需要。例如，当负载转矩LT增加时，电动机的电磁转矩 T 不能马上改变，因而LTT导致电动机的转速下降，随着转速的下降，电磁转矩 T 上升，直到LTT，电动机在一个新的工作点上稳定下来，此点的转速nn，如图中所示，所以 bc 段为稳定工作区，一般异步电动机)(Tfn 特性曲线的 bc 段较平坦，故在此区段内，负载转矩的变动引起的转速变化不大，这种特性成为硬机械特性。如果负载转矩突然增加，或电源

18、电压突然降低使mLTT 时，则电动机转速迅速下降，进入 ab 段，电动机的电磁转矩随转速的下降而减小，导致电动机迅速停止运转，这种现象称为堵转。堵转后，电动机中的电流立即升高为额定电流的数倍，如果没有保护措施及时切断电源，电动机将被烧毁。机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两

19、端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 4.2.3 起动 1.起动性能 电动机能够起动的条件是起动转矩stT必须大于负载转矩LT。电动机在接通电源瞬间，转子电路的感应电动势和感应电流为最大，这称为起动电流或堵转电流stI。一般中小型三相异步电动机的起动电流为额定电流的 57 倍。过大的起动电流会在电源线路上产生较大的电压降落，影响同一变压器供电的其它负载的正常工作。如果附

20、近的大容量异步电动机起动时，电灯会突然变暗，电动机的电磁转矩也会突然下降，转速降低。另外，尽管电动机起动电流很大，但由于转子的功率因数2cos很低，实际上电动机的起动转矩是不大的。所以异步电动机不能在满载下起动，因而一般机床的主电动机都是空载起动，起动后再切削工作。2.起动方法（1）直接起动 直接起动就是采用开关或接触器直接将额定电压加到电动机上。这种起动方法的优点是简单、经济和起动快。缺点是由于起动电流很大，起动瞬间会造成电网电压突然下降。一台电动机能否直接起动，要根据电力管理部门的规定，如果电动机和照明负载共用一台变压器供电，则规定电动机起动时引起的电网电压降不能超过额定电压的 5%，一般

21、在 15kW 以下的笼型异步电动机可以考虑直接起动。（2）Y 换接降压起动 降压起动的目的是为了减小电动机起动时的起动电流对电网的影响，其方法是在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近稳定时，再把电压恢复到正常值。由于电动机的转矩与电压平方成正比，所以降压起动时转矩亦会相应减小，目前降压起动的主要方法为星三角（Y）换接起动，其适用条件是正常运行时定子绕组为 联接的笼型异步电动机，图 4.2.6 为 Y换接起动原理电路。在起动时，先将开关1Q合上接通三相电源，然后将开关2Q向下闭合，使电动机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连

22、续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 机的定子绕组为星型联结，这时每相绕组上的起动电压只有它的额定电压

23、的31，当电动机到达一定转速后，迅速把开关2Q向上闭合，定子绕组转换成三角形联结，使电动机在额定电压下运行。这种起动方式的电动机起动线电流和起动转矩都降低到直接起动时的31,因此只能在空载情况下起动。（3）软起动法 采用软起动控制器和电动机串联如图 4.2.7 所示，在电动机起动过程中，软起动控制器可按用户期望的起动特性，对电动机进行限流起动或限压起动，使其平滑可靠地完成起动。限流起动模式的起动过程如图 4.2.8 所示。在电动机起动时，软起动控制器的输出电流从零迅速增加，直到输出电流达到设定的电流限幅值mI，然后电压逐渐升高，电动机逐渐加速，最后达到稳定工作状态，输出电流为负载电流LI。电流

24、限幅值可根据实际负载情况设定为（0.5 4）NI。由图可见，在负载一定时，mI选的小，起动时间长；反之，起动时间短。限压起动模式的起动过程如图 4.2.9 所示。在电动机起动时，软起动控制器的输出电压从较小的0U开始逐渐升高至额定电压NU。其初始电压0U及起动时间1t可根据负载情况和工艺要求设定，以获得满意的电压上升率，使电动机平滑地起动，避免电动机对负载的转速冲击及力矩冲击，并使对电网电压的冲击最小。电动机停车时，可直接断电停车，也可利用软起动控制器使输出电压逐渐平滑地减小至零，使电动机无机械应力地缓慢停车。软起动控制器还兼有对电动机的过流、过压、过载和缺相等保护功能。因此得到日益广泛地应用

25、。（4）转子串接电阻起动 绕线型电动机可以采用在转子回路中串电阻stR的起动方法，如图 4.2.10所示。这样既可以限制起动电流，同时又增大了起动转矩。因此对要求启动转矩较大的生产机械，例如起重机、锻压机等常采用绕线型电动机拖动。电动机起动结束后，随着转速的上升将起动电阻逐段切除。机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼

26、型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 4.2.4 调速 电动机的调速就是在一定的负载条件下，人为地改变电动机的电路参数，使电动机的转速发生改变，以满足不同生产过程的要求。由异步电动机的转速公式：pfsnsn1060)1()1(可见，改变异步电动机转速的方法有：改变转差率s、改变磁极对数p和改变电源频率1f。下面分别进行讨论：1

27、.改变磁极对数调速 由式0n=pf160 可知，如果磁极对数p减小一半，则旋转磁场的转速0n将提高一倍，转子转速n差不多也提高一倍。因此改变p可以得到不同的转速。如何改变磁极对数，取决于定子绕组的布置和联接方式。笼型多速异步电动机的定子绕组是特殊设计和制造的，可以通过改变外部联接的方式来改变磁极对数p，以达到调节转速的目的。常见的多速电动机有双速、三速、四速几种，是有级调速。2.改变转差率调速 只要在绕线型电动机的转子电路中接入一个调速电阻2R（和起动电阻一样接入），改变电阻2R的大小，在负载转矩不变时，就可得到平滑调速。譬如增大调速电阻2R时，转差率s上升，而转速n下降。这种调速方法的优点是

28、设备简单、投资少，缺点是功率损耗较大，运行效率较低，这种调速方法广泛应用于起重设备中。3.变频调速 变频调速是通过改变笼型异步电动机定子绕组的供电频率1f来改变同步转速0n而实现调速的。如果能均匀地改变供电频率1f，则电动机的同步转速0n及电动机的转速n均可以平滑的改变。在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，其特点是调速范围大、稳定性好、运行效率高。目前已有多种系列的通用变频器问世，由于使用方便，可靠性高且经济效益显著，得到了广泛地应用。机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单

29、相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 近年来变频调速技术发展很快，目前主要采用如图 4.2.11所示的通用变频调速装置，它主要由整流器和逆变器两大部分组

30、成。整流器先将频率f为 50Hz的三相交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率1f可调、电压有效值1U也可调的三相交流电，供给三相笼型电动机。由此可得到电动机的无极调速，并具有较好的机械特性。4.3 三相交流异步电动机的控制 4.3.1 控制电器 异步电动机的起动、反转、调速等运行状态都是由开关、接触器、继电器的触点及线圈联接成控制电路，通过控制电动机与电源的通断以及变更其接线方式来实现的，这种控制方式称为继电接触器控制。以下首先介绍一些主要的控制电器，然后介绍最简单的控制电路。1.按钮 按钮用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而控制电动机或其他电器设备的运行。其结构如图 4.3.1 所

31、示。将按钮按下时，下面一对原来断开的静触点被动触点接通，以接通某一控制电路，该触点称为动合（常开）触点。上面一对原来接通的静触点则被断开，以切断另一控制电路，该触点称为动断（常闭）触点。松开按钮时，动触点在弹簧下自动回复到原来位置（称为复位）。2.熔断器 熔断器俗称保险丝，是最简便的而且有效的短路保护电器。它主要由熔体及安装熔体的绝缘座等部件组成，图 4.3.2 是常用的几种熔断器的结构。熔断器在使用时应与它所保护的电路串联。如果该电路一旦发生短路等故障时，只要通过熔体的电流超过某一定值，在一定时间内熔体将因过热而熔断，从而使电路断开，保护了线路及电器设备。机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机

32、床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 图 4.

33、3.1 按钮的结构 图 4.3.2 熔断器的结构 3.自动空气断路器 自动空气断路器也叫自动开关，用于 500V以下的交直流供电电路。其一般原理图如图4.3.3 所示。图 4.3.3 自动空气断路器的原理图 断路器的主触点由手动操作结构使之闭合，并被锁钩锁在合闸的位置。如果电路中发生过流及短路故障，则过流脱扣器线圈将产生较强的电磁吸力使脱扣机构中的锁钩脱开，主触点在释放弹簧的作用下迅速分断电路。如果电路中电压严重下降或断电时，欠压脱扣器的衔铁就被释放而使主触点断开，实现了失压保护。当电源电压恢复正常时，必须重新合闸后才能工作。4.交流接触器 交流接触器是利用电磁力来接通和断开主电路的执行电器。

34、常用于电动机、电炉等负载的自动控制及远距离控制。图 4.3.4 是交流接触器的主要结构。当吸引线圈两端施加额定电压时，产生电磁力，将动铁心（上铁心）吸下，动铁心带动动触点一起下移，使动触点和静触点闭合接通电路，当线圈断电时，铁心失去电磁力，动铁心在复位弹簧的作用下复位，触点恢复常态。交流接触器有三对动合主触点和若干对辅助触点，主触点可以通过较大电流，用在主电路中控制三相负载，辅助触点用在电流较小的控制电路中。机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电

35、器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 图 4.3.4 交流接触器的结构 5.热继电器 热继电器是用于交流异步电动机过载保护的，它利用电流的热效应而动作，其结构原理如图 4.3.5 所示。把低电阻的热

36、元件传戒在电动机的主 电路中，当热元件中通过的电流超过其整 定值而过热一段时间后，由于双金属片的 上面一层金属的膨胀系数小，而下面的大，图 4.3.5 热继电器的原理图 因而受热后便向上弯曲，使扣板脱扣，扣板在弹簧的拉力下将动断触点断开，使控制电动机的接触器线圈断电，从而断开电动机主电路，待热元件冷却后，按下复位按钮就可把热继电器复位，重新起动电动机。现在生产的热继电器都具有三组热元件，且具有断相保护功能，即在三项电流严重不平衡甚至断开一相的情况下，其机械结构亦能使扣板脱扣将动断触点断开，保护了电动机因断相造成二相电流过载而脱环的情况。6.电磁继电器 电磁继电器是由电磁铁带动触点动作的控制电器

37、。其结构类似于交流继电器，只是电磁系统及触点小一些，而触点数量较多，较常用的有中间继电器，时间继电器等。中间继电器具有 48 对触点，在控制电路用来扩展控制路数及使输入电路与触点所控制的输出电路隔离。时间继电器的线圈通电吸合后，要经过一段延时时间才使触点动作（通电延时）；或是线圈断电放开后，再经过一段延时时间才使触点复原（断电延时），继电器的延时功能一般是由机械结构完成的。继电接触器控制系统中常用电机、电器的图形符号参见表 4.3.1。4.3.2 直接起动控制 在阅读控制电路时应注意，在原理线路图中，通常把整个线路分为主电路和控制电路两部分。主电路是从电源进线到电动机的联接线路，由空气开关、熔

38、断器、接触器主触点、热继电器热元件组成，其工作电流较大。控制电路是由各种控制电器及其部件（如按钮、继电器的触点和线圈、接触器的辅助触点和线圈等）和信号灯等组成。同一个控制电器中起不同 机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以

39、及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 作用的部件应画在不同的电路中，然后用同一个文字符号标注，以说明它们是同属于一个控制电器 1.三相异步电动机的点动控制电路 点动控制是直接用按钮控制电动机的起动及停车，其控制原理图如图 4.3.6 所示。图的左边为主电路，由三相电源开始，经空气开关 Q、熔断器 FU、接触器 KM 的主触点到电动机构成。右边虚线框内为控制电路，由三相电源的一相开始，经按钮 SB、接触器 KM 的线圈回到三

40、相电源的另一相。工作时，首先合上空气开关 Q，这时电动机不会运转。当按下按钮 SB 时，接触器 KM 的线圈通电产生电磁力，将三个动合主触点吸合，使电动机通电运转。松开按钮 SB，接触器 KM 的线圈断电失磁，主触点断开，电动机断电停车，主电路中熔断器 FU 的作用是电动机的短路保护。2.三相异步电动机的直接起动控制电路 图 4.3.7 是中、小容量笼型电动机直接起动的控制线路，其中用了空气开关 Q、交流接触器 KM、按钮 SB、热继电器 FR 及熔断器 FU 等控制电器。工作时先将空气开关 Q 闭合，引入电源，当按下起动按钮2SB(动合触点)时，交流接触器 KM 的线圈通电，动铁心被吸合，将

41、三个主触点(动合触点)闭合，使电动机通电起动。当松开2SB时，按钮触点恢复到原来断开位置，但是由于与2SB并联的交流接触器 KM 的辅助触点(动合触点)和主触点同时闭合，因此接触器线圈的电路仍然接通，而使接触器触点保持在闭合的位置。这个辅助触点称为自锁触点，起到使电动机能长时间运行的自锁作用。如按停止按钮1SB(动断触点)，则将接触线圈的电路切断，动铁心和触点恢复到断开的位置，电动机停车。上述控制电路除具有对电动机实行远距离的起动、停车控制功能外，还具有短路保护、过载保护、失压和欠压保护作用。除空气开关本身带有短路、过载、保护功能外，电路中一旦发生短路事故，熔断器 FU亦立即熔断，主电路和控制

42、电路都失去电压，电动机马上停转。起过载保护作用的是热继电器 FR。当电动机过载时，它的发热元件发热促使其常闭触头断开，因而接触器线圈断电，主触头断开，电动机停转。起失压和欠压保护作用的是交流接触器 KM。当电源停电或者由某种原因使电源电压降机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心

43、两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 低过多（欠压）时，接触器线圈电流将消失或减小，电磁力吸不住铁心，使电动机断开电源。当电源电压恢复时，如不重新按下起动按钮，电动机就不会自行启动（因自锁触点也是断开的），避免了发生事故；另外可以保证异步电动机不再电压过低的情况下运行，避免发生过电流。如果把上述控制线路中的接触器、热继电器以及熔断器等组装在一个防护壳中，则这个组合体称

44、为磁力起动器。*4.3.3 正反转控制 要改变三相异步电动机的转向，只须将电动机连接到电源的三根相线中的任意两根对调，改变通入电动机的三相电流相序，使旋转磁场转向变反。为此，只要用两个交流接触器就能实现这一要求，如图 4.3.8（a）所示。当正转接触器FKM工作时，电动机正转；当反转接触器RKM工作时，由于对调了两根电源相线，所以电动机反转。由图可见，如果两个交流接触器同时吸合，它们的主触点都闭合，必将造成电源短路。为了保证两个接触器不同时工作，在控制电路中，每个接触器线圈串接了对方接触器的动断辅助触点RKM和FKM，即把正转接触器FKM的一个动断辅助触点串接在反转接触器RKM的线圈电路中，而

45、把反转接触器的一个动断辅助点串接在正转接触器的线圈电路中。这两个动断触点称为联锁触点。这样一来，当按下正转起动按钮FSB时，正转接触器线圈通电，主触点FKM闭合，电动机正转。与此同时，联锁触点断开了反转接触器RKM的线圈电路。因此，即使误按了反转起动按钮RSB，反转接触器也不能动作。在同一时间里的两个接触器中只允许一个吸合的控制作用称为互锁作用。在图 4.3.8（a）线路中，如果在正转过程中要求反转，必须先按停止按钮1SB，让联锁触点FKM闭合后，才能按反转起动按钮RSB使电动机反转，这样就很不方便，为此可以采用复合按钮通过触点动作的先后不同进行按钮互锁。在图 4.3.8（b）中每一个复合按钮

46、都有一对动合触点和一对动断触点，两个起动按钮的动断触点分别与对方的接触线圈串联。当按下正转起动按钮FSB时，它的动断触点先断开反转接触器的线圈，再接通正转接触器线圈；机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸

47、出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 同样当按下反转起动按钮RSB时，它的动断触点先断开正转接触器的线圈，再接通反转接触器线圈。因此，再改变电动机转向时可以不必先按停止按钮，只要按下相应的另一起动按钮即可。如果两种互锁方式同时采用，构成双重互锁相互制约的工作方式则控制更为可靠。在正反转控制电路中，短路保护、过载保护、失压和欠压保护所用的电器和保护原理都和直接起动控制电路相同。4.3.4 可编程控制简介 继电接触器控制是传统的工业控制模式，它

48、把继电器触点及线圈按一定的控制逻辑关系联接成控制线路，控制接触器通断，然后由电动机或电磁装置带动机构运动。但由于继电器本身占一定体积并消耗电能，经常会出故障，加上接线固定，使变更控制逻辑比较困难。所以应用在复杂的控制系统中可靠性、灵活性都比较差。现代控制系统中普遍采用可编程控制，它采用可编程控制器把复杂的继电器控制逻辑转换为由中央处理器、输入变换器、输出变换器及用户程序进行处理的开关量控制逻辑，实现了硬件逻辑的软件化。不仅克服了传统继电接触器控制的弊病，而且在控制器中还可以实现数值运算、与计算机联网通信、模拟量输入、模拟量输出等功能。1.可编程控制器 可编程控制器（Programmable L

49、ogic Controller，简称 PLC）的组成框图如图 4.3.9 所示，图中外部控制信号由按钮及各种开关输入，经过中央处理器按一定的程序处理以后，通过输出接口向各种输出设备如接触器电磁线圈、电磁阀、指示灯发出动作信号。而在内部的存储器 图 4.3.9 PLC 的硬件系统结构图 中存有固定的控制器运行监控、自检等各种功能的系统管理和监控程序，又有由用户编写的 机械上如龙门刨床轧钢机床及某些重型机床的主传动结构以及电力机车中才采用直流电动机而要求恒速连续工作的大功率压缩机水泵风机则采用交流同步电动机单相异步电动机用于功率不大的电动工具和某些家用电器中三相交流异三相定子绕组组成旋转部分称为转

50、子由转子铁心转子绕组和转轴等组成转子绕组的作用是产生感应电动势流过电流和产生电磁转矩笼型转子的每个转子槽中插入一根铜条在伸出铁心两端的槽口处用两个短路铜环分别把所有条的两端把线条端环以及端环上风叶一起铸出笼型电动机结构简单价格低廉工作可靠使用维护都很方便所以应用极为广泛在定子和转子之间有一个很小的间隙称为气隙二绕线型绕线型转子的绕组和定子相似是用绝缘线嵌放在转子槽内联结成学习好资料 欢迎下载 用编程器输入的用户程序。用户程序可以根据现场情况随时修改增删。在设计可编程控制系统时只要根据现场控制需要确定输入信号点数，输出信号点数（I/O点数），然后根据点数选定标准的 PLC 产品，把所用的输入开关