1、資料三相異步電動機的結構與工作原理5.1 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基

2、本 方法；（5）應用場合和如何正確使用。5.1.1 三相異步電動機的結構與工作原理1.三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）和轉子（旋轉部分）。此外還有端蓋、風扇等附屬部分，如圖 5-1所示。定子繞組（三相）圖5-1三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 C乙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二角形。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

3、電動機的轉子由三部分組成: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。轉子繞組轉子繞組后兩種形式：鼠籠式-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。2.三相異步電動機的轉動原理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 5-2所示磁鐵圖5-2三相異步電動機工作原理(1) .演

4、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5-3表示最簡單的三相定子繞組 AX BY CZZ它們在空間按互差1200的規律對稱

5、排列。并接成星形與三相電源 U、V、Wffi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5-4)。iu = ImSin tiV = Imsin( t - 1200)0iw TmSin( t 1200)圖5-3三相異步電動機定子接線當。t=00時，iA=0,AX繞組中無電流;iB為負，BY繞組中的電流從Y流入B流出;ic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 5-4 (a)所示。當以二1200時，iB =0 , BY繞組中無電流；iA為正，AX繞組中的電流從A流入X流出;iC為負，CZ繞組中的電流從Z流

6、入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖 5-4 (b)所示。當切t=240°時，ic =0, CZ繞組中無電流；iA為負，AX繞組中的電流從X流入A流出;iB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 5-4 (c)所示。可見，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資料旋，因此稱為旋轉磁場AAAXXX(5-3)(a) wt = 0°(b) co t = 120°(c) 3 t = 240°圖5-4旋轉磁場的形成

7、(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

8、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巾勺關系為:(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:(5-1)60 fi n 0 -P由(5-1)可知，旋轉磁場的轉速 團決定于電流頻率fi和磁場的極數p。對某一異步 電動機而言，fi和P通常是一定的，所以磁場轉速 n。是個常數。在我國，工頻fi=50Hz,因此對應于不同極對數 p的旋轉磁場轉速no,見表5-1表5-1p123456n。300015001000750600500(3).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

9、n不可能達到與旋轉磁 場的轉速n。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n。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n。相差的程度的物理量。即:(5-2)n0 - n n s =n。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n。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=。，這時*專差率S=1o轉子轉動起來之后，n

10、>。，(nn)差值減小，電動機的轉差率 S<1o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,.這時的轉差率一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(4-2),可以得到電動機的轉速常用公式n = 1 - s n。例 有一臺三相異步電動機，具額定轉速 n=975r/min ,電源頻率f=50Hz,求電動 機的極數和額定負載時的轉差率 So解：由于電動機的額定轉速接近而略小于同步轉速，而同步轉速對應于不同的 極對數有一系

11、列固定的數值。顯然，與 975r/min最相近的同步轉速n0=100Or/min ,與 此相應的磁極對數p=3。因此，額定負載時的轉差率為：n0 -n1000 -9751000s =- 100%= 100% =2.5%no（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。總結：1、三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）

12、和轉子（旋轉部分）2、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，并且旋轉的磁場 和閉合的轉子繞組的轉速不同，這也是“異步”二字的含義；3、三相電源流過在空間互差一定角度按一定規律排列的三相繞組時，便會產生旋 轉磁場；4、旋轉磁場的方向是由三相繞組中電源相序決定的；5、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:60 tn。二P6、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：n0 - nns 二二n°n0轉差率是異步電動機的一個重要的物理量，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0.015

13、0.06之間。7、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。資料5.1.2三相異步電機的轉矩特性與機械特性1 .電磁轉矩（簡稱轉矩）異步電動機的轉矩T是由旋轉磁場的每極磁通 中與轉子電流12相互作用而產生的 電磁轉矩的大小與轉子繞組中的電流I及旋轉磁場的強弱有關。經理論證明，它們的關系是：T = KT6 12cos%（5-4）其中T為電磁轉矩Kt為與電機結構有關的常數6為旋轉磁場每個極的磁通量I 2為轉子繞組電流的有效值良為轉子電流滯后于轉子電勢的相位角若考慮電源電壓及電機的一些參數與電磁轉矩的關系，（5-4）修正為：sR2U

14、12(5-5)Rf (SX20)2其中 KT為常數U為定子繞組的相電壓S為轉差率R為轉子每相繞組的電阻X20為轉子靜止時每相繞組的感抗由上式可知，轉矩T還與定子每相電壓U的平方成比例，所以當電源電壓有所變動 時，對轉矩的影響很大。止匕外，轉矩 T還受轉子電阻 用的影響。圖4-15為異步電動機 的轉矩特性曲線。2 .機械特性曲線(a) T = f(s)曲線(b) n=f(T)曲線圖5-5三相異步電動機的機械特性曲線在一定的電源電壓U和轉子電阻R下，電動機的轉矩T與轉差率n之間的關系曲線T=f(s)或轉速與轉矩的關系曲線n=f(T),稱為電動機的機械特性曲線，它可根據式(5-4) 得出，如圖5-5

15、所示。在機械特性曲線上我們要討論三個轉矩：1) .額定轉矩Tn額定轉矩Tn是異步電動機帶額定負載時，轉軸上的輸出轉矩。P2Tn = 9550 2n(5-6)式中P2是電動機軸上輸出的機械功率，其單位是瓦特，n的單位是轉/分，Tn的單位是牛米。當忽略電動機本身機械摩擦轉矩 口時，阻轉矩近似為負載轉矩 Tl,電動機作等 速旋轉時，電磁轉矩T必與阻轉矩Tl相等，即T= Tlo額定負載時，則有Tn= Tlo2) .最大轉矩TmTm又稱為臨界轉矩，是電動機可能產生的最大電磁轉矩。它反映了電動機的過 載能力。最大轉矩的轉差率為Sm,此時的Sm叫做臨界轉差率，見圖5-5 (a)最大轉矩Tm與額定轉矩Tn之比

16、稱為電動機的過載系數A,即= Tm Tn一般三相異步的過載系數在1.8 2.2之間。在選用電動機時，必須考慮可能出現的最大負載轉矩，而后根據所選電動機的過載 系數算出電動機的最大轉矩，它必須大于最大負載轉矩。否則，就是重選電動機。3) .起動轉矩Tst,Tst為電動機起動初始瞬間的轉矩，即 n=0, s= 1時的轉矩。為確保電動機能夠帶額定負載起動，必須滿足：Ts»Tn, 一般的三相異步電動機有Tst/TN=1-2.2。3.電動機的負載能力自適應分析電動機在工作時，它所產生的電磁轉矩T的大小能夠在一定的范圍內自動調整以適應負載的變化，這種特性稱為自適應負載能力。TL-pnipqS-I

17、2-ppipT 直至 新的平衡。比過 程中，I 2 時， 電源提供的功率自動增加。總結：1、電磁轉矩T的大小與轉子繞組中的電流I及旋轉磁場的強弱有關。T = KT ” 2 cos 2轉矩T還與定子每相電壓U的平方成比例，所以當電源電壓有所變動時，對轉矩的 影響很大。止匕外，轉矩T還受轉子電阻R的影響。2、在一定的電源電壓U1和轉子電阻R2下，電動機的轉矩T與轉差率n之間的關系曲線 T=f(s)或轉速與轉矩的關系曲線n=f(T),稱為電動機的機械特性曲線。其特性見圖 5-53、三個轉矩：1) .額定轉矩Tn額定轉矩Tn是異步電動機帶額定負載時，轉軸上的輸出轉矩。PTN =9550 二n2) .最

18、大轉矩TmTm又稱為臨界轉矩，是電動機可能產生的最大電磁轉矩。它反映了電動機的過 載能力。3) .起動轉矩Tst,Tst為電動機起動初始瞬間的轉矩，即 n=0, s= 1時的轉矩。4、電動機的負載能力自適應分析電動機在工作時，它所產生的電磁轉矩 T的大小能夠在一定的范圍內自動調整以適 應負載的變化，這種特性稱為自適應負載能力。資料5.2 .三相異步電動機的使用電動機或其他電氣設備電路的接通或斷開，目前普遍采用繼電器、接觸器、按鈕及 開關等控制電器來組成控制系統。這種控制系統一般稱為繼電一一接觸器控制系統。任何復雜的控制電路，都是由一些基本的單元電路組成的。因此，在本節中我們主 要討論繼電一一接

19、觸器控制的一些基本電路。要弄清一個控制電路的原理，必須了解其中各個電器元件的結構，動作原理以及它 們的控制作用。電器的種類繁多，可分為手動的和自動的兩類。手動電器是由工作人員 手動操縱的，例如刀開關、點火開關等。而自動電器則是按照指令、信號或某個物理量 的變化而自動動作的，例如各種繼電器、接觸器、電磁閥等。因此本節首先對這些常用 控制電器作簡單介紹。5.2.1 .常用低壓電器介紹1.手動電器電路符號圖5-6刀開關的電路符號1） .刀開關刀開關又叫閘刀開關，一般用于不頻繁操作的低壓電 路中，用作接通和切斷電源，有時也用來控制小容量 電動機的直接起動與停機。刀開關由閘刀（動觸點）、靜插座（靜觸點）

20、、手柄和 絕緣底板等組成。刀開關的種類很多。按極數（刀片數）分為單極、雙 極和三極；按結構分為平板式和條架式；按操作方式 分為直接手柄操作式、杠桿操作機構式和電動操作機 構式；按轉換方向分為單投和雙投等。刀開關一般與熔斷器串聯使用，以便在短路或過負荷時熔斷器熔斷而自動切斷電路35倍異步電機額定常開（動合觸制常用1動斷眼旬復合按Wi常開按鈕和常用按鈕就在一起。刀開關的額定電壓通常為250V和500V,額定電流在1500A以下。考慮到電機較大的起動電流，刀閘的額定電流值應如下選擇:電流2） .按鈕按鈕常用于接通、斷開控制電路，它的 結構和電路符號見圖5-7。按鈕上的觸點分為常開觸點和常閉觸 點，由

21、于按鈕的結構特點，按鈕只起發出“接 通”和“斷開”信號的作用。圖5-7按鈕的結構和符號資料FU圖5-8熔斷器的電路符號主觸頭彈簧輔助銜鐵2.自動電器1) .熔斷器熔斷器主要作短路或過載保護用，串聯在被保護的線路中 線路正常工作時如同一根導線，起通路作用；當線路短路或過 載時熔斷器熔斷，起到保護線路上其他電器設備的作用。熔斷器的結構有管式、磁插式、螺旋式、等幾種。其核心 部分熔體（熔絲或熔片）是用電阻率較高的易熔合金制成，如 鉛錫合金；或者是用截面積較小的導體制成。熔體額定電流I F的選擇：1 .無沖擊電流的場合（如電燈、電爐）IF > IL;2 . 一臺電動機的熔體：熔體額定電流電動機的

22、起動電流攵.5;如果電動機起動頻繁，則為：熔體額定電流電動機的起動電流犬1.62）;3 .幾臺電動機合用的總熔體：熔體額定電流 =（1.52.5） X容量最大的電動機的額 定電流+其余電動機的額定電流之和。2) .交流接觸器接觸器是一種自動開關，是電力拖動中主要的控制電器之一，它分為直流和交流兩類。其中，交流接觸器常用來接通和斷開電動機或其他設備的主電路。圖5-9是交流接觸器的主要結構圖。接觸器主要由電磁鐵和觸頭兩部分組成。它是利用電磁鐵的吸引力 而動作的。當電磁線圈通電后，吸引山字形動鐵心（上鐵心），而使常開觸頭閉合。圖5-9接觸器工作原理圖根據用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。

23、 輔助觸頭通過的電流較小, 常接在電動機的控制電路中；主觸頭能通過較大電流，常接在電動機的主電路中。如CJ10-20型交流接觸器有三個常開主觸頭和四個輔助觸頭 (兩個常開，兩個常閉)c當主觸頭斷開時，具間產生電弧，會燒壞觸頭，并使電路分斷時間拉長，因此，必 須采取滅弧措施。通常交流接觸器的觸頭都做成橋式結構，它有兩個斷點，以降低觸頭 斷開時加在斷點上的電壓，使電弧容易熄滅，同時各相間裝有絕緣隔板，可防止短路。 在電流較大的接觸器中還專門設有滅弧裝置。接觸器的電路符號見圖5-10,接觸器線圈主觸頭一一用于主電路常開常閉 4輔助觸頭一一用于控制電路M圖5-10 接觸器電路符號在選用接觸器時，應注意

24、它的額定電流、線圈電壓及觸頭數量等。CJ10系列接觸器 的主觸頭額定電流有5、10、20、40、75、120A等數種。3) .中間繼電器中間繼電器的結構與接觸器基本相同，只是體積較小，觸點較多，通常用來傳遞信 號和同時控制多個電路，也可以用來控制小容量的電動機或其他執行元件。常用的中間繼電器有JZ7系列，觸點的額定電流為5A,選用時應考慮線圈的電壓。4) .熱繼電器熱繼電器是用來保護電動機，使之免受長期過載危害的繼電器。熱繼電器是利用電流的熱效應而動作的，它的工作原理如圖5-11所示。圖中熱元件是一段電阻不大的電阻絲，接在電動機的主電路中的雙金屬片，由兩種具有不同線膨 脹系數的金屬采用熱和壓力

25、輾壓而成， 亦可采用冷結合，其中，下層金屬的膨脹系數大， 上層的小。當主電路中電流超過容許值，雙金屬片受熱向上彎曲致使脫扣，扣板在彈簧 的拉力下將常閉觸頭斷開。觸頭是接在電動機的控制電路中的，控制電路斷開使接觸器 的線圈斷電，從而斷開電動機的主電路。由于熱慣性，熱繼電器不能作短路保護，因為發生短路事故時，我們要求電路立即 斷開，而熱繼電器是不能立即動作的。但是這個熱慣性又是合乎我們要求的，比如在電動機起動或短時過載時，由于熱慣性熱繼電器不會動作，這可避免電動機的不必要的停 車。如果要熱繼電器復位，則按下復位按鈕即可。圖5-11熱繼電器工作原理圖常用的熱繼電器有JRR JR10及JR16等系列。

26、熱繼電器的主要技術數據是整定電流。所謂整定電流，就是熱元件通過的電流超過此值的20%寸，熱繼電器應當在20min內動作。JR0 40型的整定電流從0.6A 40A有9種規格。選用熱繼電器時，應使其 整定電流與電動機的額定電流基本上一致。5) .行程開關行程開關結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。用作電路的限位保護、行程控 制、自動切換等。ST電路符號電路符號療程懺英 他拘不電圖5-12行程開關結構示意圖和電路符號5.2.2三相異步電動機技術數據及選擇1） 三相異步電動機技術數據每臺電動機的機座上都裝有一塊銘牌。銘牌上標注有該電動機的主要性能和技術數據。三相異步電動機型號Y132M-4功 率7

27、.5kW頻率50Hz電壓380V電 流15.4A接法轉速1440r/min絕緣等級E工作方式連續溫升80 C防護等級IP44重量55Kg年 月 編號XX電機廠1）.型號為不同用途和不同工作環境的 的不同電動機用不同的型號表示。需要，電機制造廠把電動機制成各種系列，每個系列 如Y三相異步電動機315機座中心高mmS機座長度代號6磁極數S:M:L:短鐵心 中鐵心 長鐵心2） .接法接法指電動機三相定子繞組的聯接方式0般鼠籠式電動機的接線盒中有六根引出線，標有U、V W. U2、V2、W,其中:U、VI、W是每一相繞組的始端U2、V、 W2是每一相繞組的末端三相異步電動機的聯接方法有兩種：星形（Y）

28、聯接和三角形（）聯接。通常三相 異步電動機功率在4kW以下者接成星形；在4kW（不含）以上者，接成三角形。3） .電壓銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。一般規定電動機的電壓不應高于或低于額定值的 5%必須注意：在低于額定電壓下運行時，最大轉矩 Tmax和啟動轉矩Tst會顯著地降低， 這對電動機的運行是不利的。三相異步電動機的額定電壓有 380V、3000V及6000V等多種。4） .電流銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的最大線電流允許值。當電動機空載時，轉子轉速接近于旋轉磁場的轉速，兩者之間相對轉速很小，所以 轉子電流近似為零，這時定子電流幾乎全

29、為建立旋轉磁場的勵磁電流。當輸出功率增大 時，轉子電流和定子電流都隨著相應增大。5） .功率與效率銘牌上所標的功率值是指電動機在規定的環境溫度下，在額定運行時電極軸上輸出 的機械功率值。輸出功率與輸入功率不等，其差值等于電動機本身的損耗功率，包括銅 損、鐵損及機械損耗等。所謂效率刈就是輸出功率與輸入功率的比值。一般鼠籠式電動機在額定運行時的效 率約為72%-93%6） .功率因數因為電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯后一個 中角，cos?就是電動機的 功率因數。三相異步電動機的功率因數較低， 在額定負載時約為0.70.9 ,而在輕載和 空載時更低，空載時只有0.20.3。選擇電動機時應注

30、意其容量，防止“大馬拉小車”，并力求縮短空載時間。7） .轉速電動機額定運行時的轉子轉速，單位為轉/分。不同的磁極數對應有不同的轉速等級。最常用的是四個級的(n0=1500r/min )。8） .絕緣等級絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度是指電機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度。:等級環境溫度40 c時的容許溫升極限允許溫度A65 C105CE80 C120CB90 C130C9） 三相異步電動機的選擇正確選擇電動機的功率、種類、型式是極為重要的。1) .功率的選擇電動機的功率根據負載的情況選擇合適的功率，選大了雖然能保證正常運行，但是 不經濟，電動

31、機的效率和功率因數都不高；選小了就不能保證電動機和生產機械的正常 運行，不能充分發揮生產機械的效能，并使電動機由于過載而過早地損壞。(1)連續運行電動機功率的選擇對連續運行的電動機，先算出生產機械的功率，所選電動機的額定功率等于或稍大 于生產機械的功率即可。(2)短時運行電動機功率的選擇如果沒有合適的專為短時運行設計的電動機，可選用連續運行的電動機。由于發熱 慣性，在短時運行時可以容許過載。工作時間愈短，則過載可以愈大。但電動機的過載 是受到限制的。通常是根據過載系數九來選擇短時運行電動機的功率。電動機的額定功 率可以是生產機械所要求的功率的 1/M2) .種類和型式的選擇(1) .種類的選擇

32、選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、調速與起動性能、維護及價格等方 面來考慮的。交、直流電動機的選擇如沒有特殊要求，一般都應采用交流電動機。鼠籠式與繞線式的選擇三相鼠籠式異步電動機結構簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便，但 調速困難，功率因數較低，起動性能較差。因此在要求機械特性較硬而無特殊調速要求 的一般生產機械的拖動應盡可能采用鼠籠式電動機。因此只有在不方便采用鼠籠式異步電動機時才采用繞線式電動機。(2) .結構型式的選擇電動機常制成以下幾種結構型式：開啟式在構造上無特殊防護裝置，用于干燥無灰塵的場所。通風非常良好。防護式在機殼或端蓋下面有通風罩，以防止鐵屑等雜物掉入。也有

33、將外殼做成擋板狀，以 防止在一定角度內有雨水滴濺入其中。封閉式它的外殼嚴密封閉，靠自身風扇或外部風扇冷卻，并在外殼帶有散熱片。在灰塵多、 潮濕或含有酸性氣體的場所，可采用它。防爆式整個電機嚴密封閉，用于有爆炸性氣體的場所。(3) .安裝結構型式的選擇機座帶底腳，端蓋無凸緣(R)機座不帶底腳，端蓋有凸緣(E5)機座帶底腳，端蓋有凸緣(B35)(4) .電壓和轉速的選擇電壓的選擇電動機電壓等級的選擇，要根據電動機類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。Y系列鼠籠式電動機的額定電壓只有380V一個等級。只有大功率異步電動機才采用3000V和 6000V轉速的選擇電動機的額定轉速是根據生產機械的要求而

34、選定的。但通常轉速不低于500r/min。因為當功率一定時，電動機的轉速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，且效率也較低。因 此就不如購買一臺高速電動機再另配減速器來得合算。異步電動機通常采用4個極的，即同步轉速n°=1500r/min。例 有一 Y225M-4型三相鼠籠式異步電動機，額定數據如下：試求（1）額定電流；（2）額定轉差率S； （3）額定轉矩Tn、最大轉矩Tmax、起動轉矩Tst。功率轉速電壓效率功率因數I st/I NTst/TNTmaXT N(45kW1480r/min380V92.3%0.887.01.92.2解：（1） 4-10Kw電動機通常都采用380V/接法_3烏3

35、UnC0S n-84.2A45 10.3 380 0.88 0.923（2）已知電動機是四極的，即 p =2,n0 =1500r/min.所以no - nn。1500-14801500= 0.013(3)Tn -9550 PN =9550 -5- =290.4(N m) nN1480TstTst丈Tn =1.9 290.4 -551.8( N m)TnTmax = Tn =2.2 290.4 = 638.9( N m)總結:1、控制電器是指在電路中起通斷、保護、控制或調節作用的器件。繼電器一接觸器控 制系統通常使用500V以下的低壓控制電器。2、電動機的銘牌數據用來標明電動機的額定值和主要技術

36、規范，在使用中應遵守銘牌 的規定。3、選擇電動機時，應根據負載和使用環境的實際情況進行選擇，選擇時應注意電動機 的功率應盡可能與負載相匹配，既不宜“大”，更不宜“小馬拉大車”。5.2.3 .異步電動機的啟動與調速分析1 .起動特性分析（1）起動電流1st在剛起動時，由于旋轉磁場對靜止的轉子有著很大的相對轉速，磁力線切割轉子導 體的速度很快，這時轉子繞組中感應出的電動勢和產生的轉子電流均很大，同時，定子 電流必然也很大。一般中小型鼠籠式電動機定子的起動電流可達額定電流的5；倍。注意：在實際操作時應盡可能不讓電動機頻繁起動。 如在切削加工時，一般只是用 摩擦離合器或電磁離合器將主軸與電機軸脫開，而

37、不將電動機停下來。（2）起動轉矩Tst電動機起動時，轉子電流I 2雖然很大，但轉子的功率因數COS中2很低，由公式T =Cm62COS%可知，電動機的起動轉矩 T較小，通常TJTn =1.1|_ 2.0。起動轉矩小可造成以下問題：（1）會延長起動時間。（2）不能在滿載下起動。因此 應設法提高。但起動轉矩如果過大，會使傳動機構受到沖擊而損壞，所以一般機床的主 電動機都是空載起動（起動后再切削），對起動轉矩沒有什么要求。綜上所述，異步電機的主要缺點是起電流大而起轉矩小。因此，我們必須采取適當 的起動方法，以減小起動電流并保證有足夠的起轉矩。2 .鼠籠式異步電動機的起動方法1） .直接起動直接起動又

38、稱為全壓起動，就是利用閘刀開關或接觸器將電動機的定子繞組直接加 到額定電壓下起動。這種方法只用于小容量的電動機或電動機容量遠小于供電變壓器容量的場合。2） .降壓起動在起動時降低加在定子繞組上的電壓，以減小起動電流，待轉速上升到接近額定轉 速時，再恢復到全壓運行。此方法適于大中型鼠籠式異步電動機的輕載或空載起動。星形-三角形（Y- ）換接起動起動時，將三相定子繞組接成星形，待轉速上升到接近額定轉速時，再換成三角形。這樣，在起動時就把定子每相繞組上的電壓降到正常工作電壓的173。此方法只能用于正常工作時定子繞組為三角形聯接的電動機。這種換接起動可采用星三角起動器來實現。星三角起動器體積小、成本低

39、、壽命長、 動作可靠。自耦降壓起動自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低。如圖 8-9所示，起動時，先把開關Q2扳到“起動”位置，當轉速接近額定值時，將Q2扳向“工 作”位置，切除自耦變壓器。采用自耦降壓起動，也同時能使起動電流和起動轉矩減小。正常運行作星形聯接或容量較大的鼠籠式異步電動機，常用自耦降壓起動。3 .三相異步電動機的調速調速就是在同一負載下能得到不同的轉速，以滿足生產過程的要求。調速的方法n0 nn。60 fn =（1 -S）n0 =（1 -S）-P可見，可通過三個途徑進行調速：改變電源頻率f ,改變磁極對數p,改變轉差率S 前兩者是鼠籠式電動機的調速方

40、法，后者是繞線式電動機的調速方法。(1) 變頻調速此方法可獲得平滑且范圍較大的調速效果，且具有硬的機械特性；但須有專門的變 頻裝置一一由可控硅整流器和可控硅逆變器組成，設備復雜，成本較高，應用范圍不廣。(2) 變極調速此方法不能實現無極調速，但它簡單方便，常用于金屬切割機床或其他生產機械上。(3) 轉子電路用電阻調速在繞線式異步電動機的轉子電路中，用入一個三相調速變阻器進行調速。此方法能平滑地調節繞線式電動機的轉速，且設備簡單、投資少；但變阻器增加了 損耗，故常用于短時調速或調速范圍不太大的場合。以上可知，異步電動機的各種調速方法都不太理想，所以異步電動機常用于要求轉 速比較穩定或調速性能要求

41、不高的場合。4 .三相異步電動機的制動制動是給電動機一個與轉動方向相反的轉矩，促使它在斷開電源后很快地減速或停 轉。對電動機制動，也就是要求它的轉矩與轉子的轉動方向相反，這時的轉矩稱為制動 轉矩。常見的電氣制動方法有:(1)反接制動當電動機快速轉動而需停轉時，改變電源相序，使轉子受一個與原轉動方向相反的 轉矩而迅速停轉。注意，當轉子轉速接近零時，應及時切斷電源，以免電機反轉。為了限制電流，對功率較大的電動機進行制動時必須在定子電路（鼠籠式）或轉子 電路（繞線式）中接入電阻。這種方法比較簡單，制動力強，效果較好，但制動過程中的沖擊也強烈，易損壞傳 動器件，且能量消耗較大，頻繁反接制動會使電機過熱

42、。對有些中型車床和銃床的主軸 的制動采用這種方法。（2）能耗制動電動機脫離三相電源的同時，給定子繞組接入一直流電源，使直流電流通入定子繞 組。于是在電動機中便產生一方向恒定的磁場，使轉子受一與轉子轉動方向相反的F力的作用，于是產生制動轉矩，實現制動。直流電流的大小一般為電動機額定電流的 0.51倍。由于這種方法是用消耗轉子的動能（轉換為電能）來進行制動的，所以稱為能耗制 動。這種制動能量消耗小，制動準確而平穩，無沖擊，但需要直流電流。在有些機床中 采用這種制動方法。（3）發電反饋制動當轉子的轉速n超過旋轉磁場的轉速no時，這時的轉矩也是制動的。如：當起重機快速下放重物時，重物拖動轉子，使其轉速

43、 n>n0,重物受到制動而等速下 降。5.2.4 .三相異步電動機的控制1.直接啟動控制電路圖5-13點動控制直接啟動即啟動時把電動機直接 接入電網，加上額定電壓，一般來說， 電動機的容量不大于直接供電變壓器 容量的20%s30%時，都可以直接啟 動。1） .點動控制合上開關S,三相電源被引入控制 電路，但電動機還不能起動。按下按鈕 SB,接觸器KM圈通電，銜鐵吸合， 常開主觸點接通，電動機定子接入三相 電源起動運轉。松開按鈕SB, 接觸器KM線圈斷電，銜鐵松開，常開主觸點斷開，電動機因斷電而停轉2） .直接起動控制圖5-14直接起動控制(1)起動過程。按下起動按鈕SB,接觸器K惟圈 通

44、電，與SB并聯的KM的輔助常開觸點閉合，以保證松 開按鈕SB后KM線圈持續通電，串聯在電動機回路中的 KM的主觸點持續閉合，電動機連續運轉， 從而實現連續 運轉控制。(2)停止過程。按下停止按鈕SB,接觸器K惟圈 斷電，與SB并聯的KM的輔助常開觸點斷開，以保證松 開按鈕SB后KM線圈持續失電，串聯在電動機回路中的 KM的主觸點持續斷開，電動機停轉。與SB并聯的KM的輔助常開觸點的這種作用稱為自鎖。圖示控制電路還可實現短路保護、過載保護和零壓 保護。起短路保護的是用接在主電路中的熔斷器 FU 一旦電路發生短路故障，熔體立即熔 斷，電動機立即停轉。起過載保護的是熱繼電器FR當過載時，熱繼電器的發

45、熱元件發熱，將其常閉觸點 斷開，使接觸器KM線圈斷電，串聯在電動機回路中的 KM的主觸點斷開，電動機停 轉。同時KMffl助觸點也斷開，解除自鎖。故障排除后若要重新起動，需按下 FR的 復位按鈕，使FR的常閉觸點復位(閉合)即可。起零壓(或欠壓)保護的是接觸器 KM本身。當電源暫時斷電或電壓嚴重下降時，接 觸器KM線圈的電磁吸力不足，銜鐵自行釋放，使主、輔觸點自行復位，切斷電源， 電動機停轉，同時解除自鎖。2.正反轉控制1) .簡單的正反轉控制(1)正向起動過程。按下起動按鈕 SB,接觸器KM線圈通電，與SB并聯的 KM的輔助常開觸點閉合，以保證 KM線圈 持續通電，串聯在電動機回路中的 KM

46、的 主觸點持續閉合，電動機連續正向運轉。(2)停止過程。按下停止按鈕 SB, 接觸器KM線圈斷電，與SB并聯的KM的 輔助觸點斷開，以保證KM線圈持續失電， 串聯在電動機回路中的KM的主觸點 圖5-15簡單的正反轉控制持續斷開，切斷電動機定子電源，電動機停轉(3)反向起動過程。按下起動按鈕 SB,接觸器KM線圈通電，與SB并聯的KM的 輔助常開觸點閉合，以保證線圈持續通電，串聯在電動機回路中的 KM的主觸點持續閉 合，電動機連續反向運轉。缺點：KM1和KM線圈不能同時通電，因此不能同時按下 SB和SB,也不能在電動機正 轉時按下反轉起動按鈕，或在電動機反轉時按下正轉起動按鈕。如果操作錯誤，將引

47、起 主回路電源短路。2) .帶電氣互鎖的正反轉控制電路將接觸器KM的輔助常閉觸點用入 KM的線圈回 路中，從而保證在KM線圈通電時KM線圈回路總是 斷開的；將接觸器KM的輔助常閉觸點用入KM的線 圈回路中，從而保證在KM線圈通電時KM線圈回路 總是斷開的。這樣接觸器的輔助常閉觸點 KM和KM 保證了兩個接觸器線圈不能同時通電，這種控制方 式稱為互鎖或者聯鎖，這兩個輔助常開觸點稱為互 鎖或者聯鎖觸點。圖5-16帶電氣互鎖的正反轉控制缺點：電路在具體操作時，若電動機處于正轉狀態要反轉時必須先按停止按鈕SB,使互鎖觸點KM閉合后按下反轉起動按鈕 SB才能使電動機反轉；若電動機處于反轉狀態 要正轉時必

48、須先按停止按鈕 SB,使互鎖觸點KM閉合后按下正轉起動按鈕SB才能使電 動機正轉。5.2.4 .三相異步電動機的控制這一節課我們在此基礎上進一步講述上一節課我們講了電動機的點動與長動控制, 電動機的繼電器一一接觸器控制系統。2.正反轉控制3).同時具有電氣互鎖和機械互鎖的正反轉控 制電路采用復式按鈕，將SB按鈕的常閉觸點用接 在KM的線圈電路中；將SB的常閉觸點用接在 KM的線圈電路中；這樣，無論何時，只要按下 反轉起動按鈕，在 KM線圈通電之前就首先使 KM斷電，從而保證KM和KM不同時通電；從反 轉到正轉的情況也是一樣。這種由機械按鈕實 現的互鎖也叫機械或按鈕互鎖。FRSB3SBiBkm2

49、KM2 KMi圖5-17具有電氣互鎖和機械互鎖的正反轉控制3 . Y降壓起動控制按下起動按鈕SB,時間繼 電器KT和接觸器KM同時通電 吸合，KM的常開主觸點閉合， 把定子繞組連接成星形，其常開 輔助觸點閉合，接通接觸器KM。 KM的常開主觸點閉合，將定子 接入電源，電動機在星形連接下 起動。KM的一對常開輔助觸點 閉合，進行自鎖。經一定延時， KT的常閉觸點斷開，KM斷電復 位，接觸器KM通電吸合。KM 的常開主觸點將定子繞組接成FR三角形，使電動機在額定圖5-18 Y 降壓起動控制電壓下正常運行。與按鈕SB串聯的KM的常閉輔助觸點的作用是：當電動機正常運行時,該常閉觸點斷開，切斷了 KT、

50、KM的通路，即使誤按SB, KT和KM也不會通電，以免影 響電路正常運行。若要停車，則按下停止按鈕 SB,接觸器KM、KM同時斷電釋放，電 動機脫離電源停止轉動。4 .行程控制1).限位控制(圖5-19)當生產機械的運動部件到達預定的位置時壓下行程開關的觸桿，將常閉觸點斷開,接觸器線圈斷電，使電動機斷電而停止運行圖5-20行程往返控制圖5-19限位控制2）.行程往返控制（圖5-20）按下正向起動按鈕SB,電動機正向起動運行，帶動工作臺向前運動。當運行到SQ位置時，擋塊壓下SQ,接觸器KM斷電釋放，KM通電吸合，電動機反向起動運行，使 工作臺后退。工作臺退到SQ位置時，擋塊壓下SQ, KM斷電釋放，KM通電吸合，電動 機又正向起動運行，工作臺又向前進，如此一直循環下去，直到需要停止時按下SB,KM和KM線圈同時斷電釋放，電動機脫離電源停止轉動。總結：1、異步電動機有兩種直接起動方法：直接起動和降壓起動。直接起動簡單、經濟， 應盡量采用；電機容量較大時應采用降壓起動以限制起動電流，常用的降壓起動方法有 Y-降壓起動、自耦變壓器降壓起動和定子用電阻降壓起動等。2、異步電動機的直接起動和正反轉控制電路時控制的基本環節，應掌握它們的工作 原理和分析方法，明確自鎖和互鎖的含義和思想方法