1、皖西學院目錄1. 概述.2(1) .三相異步電動機.2(2) .三相異步電動機的構造.2(3) .三相異步電動機的工作原理.4(4) .三相異步電機的啟動方法.92. 三相異步電動機正反轉控制電路設計.15（1） .設計目的.15（2） .設計原理.15（3） .設計內容及要求.15（4） .設計步驟.16 1）.器材選取.16 2）.三相異步電動機正反轉聯鎖控制電路的設計.17 3）.帶信號燈及過載保護的三相異步電動機聯鎖正反轉控制電路的設計.183. 總結及心得體會.19 4. 主要參考文獻.21 1. 概述(1) .三相異步電動機 實現電能與機械能相互轉換的電工設備總稱為電機。電機是利用

2、電磁感應原理實現電能與機械能的相互轉換。把機械能轉換成電能的設備稱為發電機，而把電能轉換成機械能的設備叫做電動機。 在生產上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結構簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優點。它被廣泛地用來驅動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等。 對于各種電動機我們應該了解下列幾個方面的問題：（1）基本構造；（2）工作原理；（3）表示轉速與轉矩之間關系的機械特性；（4）起動、調速及制動的基本原理和方法；（5）應用場合和如何正確使用。(2)三相異步電動機的構造 三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉

3、子（旋轉部分）。此外還有端蓋、風扇等附屬部分，如圖1-1所示。圖 1-1 三相電動機的結構示意圖1）定子三相異步電動機的定子由三部分組成：定子定子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。定子繞組三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵心槽內的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機座機座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組2） 轉子 三相異步電動機的轉子由三部分組成：轉子轉子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉子三相繞組。轉子繞組轉子繞組有兩種形式： 鼠籠式

4、 - 鼠籠式異步電動機。 繞線式 - 繞線式異步電動機。轉軸轉軸上加機械負載 鼠籠式電動機由于構造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產上應用得最廣泛的一種電動機。 為了保證轉子能夠自由旋轉，在定子與轉子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0.21.0mm之間。(3)三相異步電動機的工作原理1）基本原理 為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖1-2所示。圖 1-2 三相異步電動機工作原理 (1)演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導體，當轉動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉時，將發現導體也跟著旋；若改變磁鐵的轉向，則導體的轉向也跟著改變。 (2)現象

5、解釋：當磁鐵旋轉時，磁鐵與閉合的導體發生相對運動，鼠籠式導體切割磁力線而在其內部產生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，于是導體就沿磁鐵的旋轉方向轉動起來，這就是異步電動機的基本原理。轉子轉動的方向和磁極旋轉的方向相同。 (3)結論：欲使異步電動機旋轉，必須有旋轉的磁場和閉合的轉子繞組。2）旋轉磁場（1） 產生 圖1-3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產生旋轉磁場(圖1-4)。 圖 1-3 三相異步電動機定

6、子接線當wt=00時，AX繞組中無電流；為負，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1-4（a）所示。 當wt=1200時，BY繞組中無電流；為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；為負，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1-4（b）所示。 當wt=2400時，CZ繞組中無電流；為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖1-4（c）所示?？梢?，當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一周。隨著定

7、子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉磁場。 圖 1-4 旋轉磁場的形成（2）旋轉磁場的方向 旋轉磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調即可。這時，轉子的旋轉方向也跟著改變。（3）三相異步電動機的極數與轉速 1）.極數（磁極對數p） 三相異步電動機的極數就是旋轉磁場的極數。旋轉磁場的極數和三相繞組的安排有關。 當每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差1200空間角時，產生的旋轉磁場具有一對極，即p=1； 當每相繞組為兩個線圈串聯，繞組的始端之間相差600空間角時，產生

8、的旋轉磁場具有兩對極，即p=2； 同理，如果要產生三對極，即p=3的旋轉磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯的三個線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。極數p與繞組的始端之間的空間角q的關系為：2）轉速n 三相異步電動機旋轉磁場的轉速n0與電動機磁極對數p有關，它們的關系是： （1-1） 由（1-1）可知，旋轉磁場的轉速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數p。對某一異步電動機而言，f1和p通常是一定的，所以磁場轉速n0是個常數。 在我國，工頻f1=50Hz，因此對應于不同極對數p的旋轉磁場轉速n0，見表1-1表1-1p123456n03000150010007506005

9、003）轉差率s 電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向相同，但轉子的轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速n0相等，否則轉子與旋轉磁場之間就沒有相對運動，因而磁力線就不切割轉子導體，轉子電動勢、轉子電流以及轉矩也就都不存在。也就是說旋轉磁場與轉子之間存在轉速差，因此我們把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機的轉動原理是建立在電磁感應基礎上的，故又稱為感應電動機。旋轉磁場的轉速n0常稱為同步轉速。 轉差率s用來表示轉子轉速n與磁場轉速n0相差的程度的物理量。即： (1-2) 轉差率是異步電動機的一個重要的物理量。 當旋轉磁場以同步轉速n0開始旋轉時，轉子則因機械慣性尚未轉動，轉子的瞬間轉速n=0，

10、這時轉差率S=1。轉子轉動起來之后，n0，（n0-n）差值減小，電動機的轉差率S1。如果轉軸上的阻轉矩加大，則轉子轉速n降低，即異步程度加大，才能產生足夠大的感受電動勢和電流，產生足夠大的電磁轉矩，這時的轉差率S增大。反之，S減小。異步電動機運行時，轉速與同步轉速一般很接近，轉差率很小。在額定工作狀態下約為0.0150.06之間。 根據式(1-2),可以得到電動機的轉速常用公式 (1-3)4）三相異步電動機的定子電路與轉子電路 三相異步電動機中的電磁關系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相

11、電流產生旋轉磁場，其磁力線通過定子和轉子鐵心而閉合，這個磁場在轉子和定子的每相繞組中都要感應出電動勢。(4).三相異步電機的啟動方法 三相異步電動機的起動方法主要有直接起動、傳統減壓啟動和軟啟動三種啟動方法。下面就分別做詳細介紹。1).直接起動 直接起動，也叫全壓起動。起動時通過一些直接起動設備，將全部電源電壓(即全壓)直接加到異步電動機的定子繞組，使電動機在額定電壓下進行起動。一般情況下，直接起動時起動電流為額定電流的38倍，起動轉矩為額定轉矩的12倍。根據對國產電動機實際測量，某些籠型異步電動機起動電流甚至可以達到812倍。 直接起動的起動線路是最簡單的，如圖1-5所示。然而這種起動方法有

12、諸多不足。對于需要頻繁起動的電動機，過大的起動電流會造成電動機的發熱，縮短電動機的使用壽命；同時電動機繞組在電動力的作用下，會發生變形，可能引起短路進而燒毀電動機；另外過大的起動電流，會使線路電壓降增大，造成電網電壓的顯著下降，從而影響同一電網的其他設備的正常工作，有時甚至使它們停下來或無法帶負載起動。這是因為Ts及Tm均與電網電壓的平方成正比，電網電壓的顯著下降，可使Ts及Tm 均下降到低于Tz。 一般情況下，異步電動機的功率小于75kW時允許直接起動。如果功率大于75kW，而電源總容量較大，能符合下式要求的話，電動機也可允許直接起動。 如果不能滿足上式的要求，則必須采用減壓啟動的方法，通過

13、減壓，把啟動電流Ist限制到允許的數值。圖1-5直接啟動原理圖2).傳統減壓起動 減壓起動是在起動時先降低定子繞組上的電壓，待起動后，再把電壓恢復到額定值。減壓起動雖然可以減小起動電流，但是同時起動轉矩也會減小。因此，減壓起動方法一般只適用于輕載或空載情況。傳統減壓起動的具體方法很多，這里介紹以下三種減壓起動的方法：(1).定子串接電阻或電抗起動定子繞組串電阻或電抗相當于降低定子繞組的外加電壓。由三相異步電動機的等效電路可知：起動電流正比于定子繞組的電壓，因而定子繞組串電阻或電抗可以達到減小起動電流的目的。但考慮到起動轉矩與定子繞組電壓的平方成正比，起動轉矩會降低的更多。因此，這種起動方法僅僅

14、適用于空載或輕載起動場合。 對于容量較小的異步電動機，一般采用定子繞組串電阻降壓；但對于容量較大的異步電動機，考慮到串接電阻會造成銅耗較大，故采用定子繞組串電抗降壓起動。 如圖1-6所示：當起動電機時，合上開關Q，交流接觸器KM斷開，使電源經電阻或電抗R流進電機。當電機起動完成時KM吸合，短接電阻或電抗R。圖1-6定子串電阻或電抗起動原理圖(2).星-三角形(丫-)起動 星-三角形起動法是電動機起動時，定子繞組為星形(丫)接法，當轉速上升至接近額定轉速時，將繞組切換為三角形()接法，使電動機轉為正常運行的一種起動方式。星-三角形起動方法雖然簡單，但電動機定子繞組的六個出線端都要引出來，略顯麻煩

15、。 圖1-7為星-三角形起動法的原理圖。接觸器KM2和KM3互鎖，即其中一個閉合時，必須保證另一個斷開。KM2閉合時，定子繞組為星形(丫)接法，使電動機起動。切換至KM3閉合，定子繞組改為三角形()接法，電動機轉為正常運行。由控制電路中的時間繼電器KT確定星-三角切換的時間。 定子繞組接成星形連接后，每相繞組的相電壓為三角形連接(全壓)時的l/，故星-三角形起動時起動電流及起動轉矩均下降為直接起動的13。由于起動轉矩小，該方法只適合于輕載起動的場合。圖1-7 星-三角形起動法的原理圖(3).自耦變壓器起動 自耦變壓器起動法就是電動機起動時，電源通過自耦變壓器降壓后接到電動機上，待轉速上升至接近

16、額定轉速時，將自耦變壓器從電源切除，而使電動機直接接到電網上轉化為正常運行的一種起動方法。 圖1-8所示為自耦變壓器起動的自動控制主回路?？刂七^程如下：合上空氣開關Q接通三相電源。按啟動按鈕后KM1線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時由于KM1輔助常開觸點閉合，使得接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭(例如65)將三相電壓的65接入電動。當時間繼電器KT延時完畢閉合后，KM1線圈斷電，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時KM2線圈斷電，切斷自耦變壓器電源，使KM3線圈得電吸合，KM3主觸頭接通電動機在全壓下運行。自耦變壓器一般有65和8

17、0額定電壓的兩組抽頭。 若自耦變壓器的變比為k，與直接起動相比，采用自耦變壓器起動時，其一次側起動線電流和起動轉矩都降低到直接起動的lk2。 自耦變壓器起動法不受電動機繞組接線方式(丫接法或接法)的限制，允許的起動電流和所需起動轉矩可通過改變抽頭進行選擇，但設備費用較高。圖1-8 異步電動機的自耦變壓器起動法 自耦變壓器起動適用于容量較大的低壓電動機作減壓起動用，應用非常廣泛，有手動及自動控制線路。其優點是電壓抽頭可供不同負載起動時選擇；缺點是質量大、體積大、價格高、維護檢修費用高。3). 軟啟動 軟起動可分為有級和無級兩類，前者的調節是分檔的，后者的調節是連續的。在電動機定子回路中，通過串入

18、限流作用的電力器件實現軟起動，叫做降壓或者限流軟起動。它是軟起動中的一個重要類別。按限流器件不同可分為：以電解液限流的液阻軟起動；以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動；以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動。2. 三相異步電動機正反轉控制電路設計（1）.設計目的 1）.了解三相異步電動機接觸器聯鎖正反轉控制的接線和操作方法。 2）.理解聯鎖和自鎖的概念。 3）.掌握三相異步電動機接觸器的正反轉控制的基本原理與實物連接的要求。（2）.設計原理 三相異步電動機的旋轉方向是取決于磁場的旋轉方向，而磁場的旋轉方向又取決于電源的相序，所以電源的相序決定了電動機的旋轉方向。任意改變電源的相序時，電動機的旋轉方向

19、也會隨之改變。(3) .設計內容及要求內容：按鈕聯鎖的電動機正反轉控制電路設計要求：1） .按鈕控制電機正反轉2） .電路中的聯鎖等設置合理3） .正,反轉時分別用信號燈表示4） 電機過載時候具有自動報警裝置(4) .設計步驟1）.器材選取三相異步電動機型號：Y90S-4參數：額定功率(KW) 1.1 額定電流（A） 2.7 轉速（r/min） 1400 效率（%） 78.0 功率因數（cos ） 0.78 堵轉轉矩/額定轉矩（倍） 2.3 堵轉電流/額定電流（倍） 6.5 最大轉矩/額定轉矩（倍） 2.3 重量（Kg） 25 熱繼電器型號： JRS1-09-307/Z參數：JR 熱過載繼電器

20、 S 三相雙金屬片式 1 設計序號 09 額定工作電流 307 整定電流代號 Z 組合安裝熔斷器,按鈕,繼電器,常開常閉觸點,導線若干。2）.三相異步電動機正反轉聯鎖控制電路的設計 圖1-9圖1-9控制線路的動作過程是：（1） .正轉控制 合上電源開關QS，按正轉起動按鈕SB5，正轉控制回路接通，KM1的線圈通電動作，其常開觸頭閉合自鎖、常閉觸頭斷開對KM2的聯鎖，同時主觸頭閉合，主電路按U1、V1、W1相序接通，電動機正轉。（2）.反轉控制 要使電動機改變轉向（即由正轉變為反轉）時應先按下停止按鈕SB1，使正轉控制電路斷開電動機停轉，然后才能使電動機反轉，為什么要這樣操作呢？因為反轉控制回中

21、串聯了正轉接觸器KM1的常閉觸頭，當KM1通電工作時，它是斷開的，若這時直接按反轉按鈕SB4，反轉接觸器KM2是無法通電的，電動機也就得不到電源，故電動機仍然正轉狀態，不會反轉。電機停轉后按下SB4，反轉接觸器KM2通電動作，主觸頭閉合，主電路按W1, V1,U1相序接通，電動機的電源相序改變了，故電動機作反向旋轉。3）.帶信號燈及過載保護的三相異步電動機聯鎖正反轉控制電路的設計 圖1-10圖1-10工作過程如下：合上電源開關QS(1).正轉控制 按正轉起動按鈕SB1，且SB1聯鎖開關斷開，正轉控制回路接通，KM1的線圈通電動作，其常開觸頭閉合自鎖、常閉觸頭斷開對KM2的聯鎖，信號燈L1亮，同時主觸頭閉合，主電路按Ua、Ub、Uc相序接通，電動機正轉。（2）.反轉控制 按反轉起動按鈕SB2，且SB2聯鎖開關斷開，正轉控制回路斷開，反轉控制回路接通，KM