第4章 三相異步電動機1異步電動機的用途異步電動機廣泛應用于工農(nóng)業(yè)及民用電器的各個部門。異步電動機的容量從幾十瓦到數(shù)千千瓦，占各種電動機總數(shù)的90%左右。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、維修方便、運行效率較高等。缺點：功率因數(shù)較低、調(diào)速性能不夠好。4-1

三相異步電動機一、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)⒈定子由機座、定子鐵心、定子繞組組成：1、機座：起固定和支撐定子鐵心的作用，一般用鑄鐵制造。2、定子鐵心：由厚0.5mm的硅鋼片沖疊而成，鐵心內(nèi)開有均布的槽，嵌放定子繞組。3、定子繞組：由完全相同的三個繞組組成，空間互差120度，可接成Y、Yn或Δ。2三相異步電動機的接線方法A

B

CZ

X

Y定子繞組在接線盒中布置Z

X

Y定子繞組的Y型連接C3A

BZ

X

Y定子繞組的Δ型連接CA

B三相繞線式異步電動機結(jié)構(gòu)圖4三相鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)圖52.轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組組成：1、轉(zhuǎn)軸：2、轉(zhuǎn)子鐵心：由厚0.5mm的硅鋼片沖疊而成，鐵心內(nèi)開有均布的槽，嵌放轉(zhuǎn)子繞組、或澆鑄鋁。3、轉(zhuǎn)子繞組：分繞線式繞組、鼠籠式繞組3.氣隙定子與轉(zhuǎn)子之間的間隙；0.2~2.5mm氣隙越大，功率因數(shù)越低。678銘牌上標有額定數(shù)據(jù)91額定功率PN——電動機在額定情況下，軸上輸出的機械功率。單位：KW。——電動機額定運行時加在定子繞組上的線電壓。單位：V或KV。——電動機在額定電壓下，軸上有額定功率輸出時，定子繞組中的線電流。單位：A。2額定電壓UN3額定電流IN4.2

旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生把三相定子繞組接成星形接到對稱三相電源，定子繞組中便有對稱三相電流流過。1011結(jié)論：在對稱的三相繞組中通入三相電流，可以產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的合成磁場。磁場旋轉(zhuǎn)方向與電流相序一致。電流相序為A-B-C時磁場順時針方向旋轉(zhuǎn)；電流相序為A-C-B時磁場逆時針方向旋轉(zhuǎn)。磁場轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)與電流頻率有關(guān)，改變電流頻率可以改變磁場轉(zhuǎn)速。對兩極(一對磁極)磁場，電流變化一周，則磁場旋轉(zhuǎn)一周。同步轉(zhuǎn)速n1與磁場磁極對數(shù)p的關(guān)系為：124.2.2

三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之

間有相對運動，在轉(zhuǎn)子導體中

產(chǎn)生感應電動勢，并在形成閉

合回路的轉(zhuǎn)子導體中產(chǎn)生感應

電流，其方向用右手定則判定。轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中受到磁

場力F的作用，F(xiàn)的方向用左手定則判定。電磁力在轉(zhuǎn)軸上形

成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向

與旋轉(zhuǎn)磁13

場的方向一致。電動機在正常運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)速n

總是稍低于同步轉(zhuǎn)速no，因而稱為異步電動機。又因為產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電流是電磁感應所產(chǎn)生的，所以也稱為感應電動機。異步電動機同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即：轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要參數(shù)。異步電動機在額定負載下運行時的轉(zhuǎn)差率約為2%~146%。154.3

三相異步電動機的機械特性164.3.1三相異步電動機的機械特性1．起動轉(zhuǎn)矩電動機剛起動（n=0，s=1）時的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩。172．額定轉(zhuǎn)矩電動機在額定負載下工作時的電磁

轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩，忽略空載損耗轉(zhuǎn)矩，則額定轉(zhuǎn)矩等于機械負載轉(zhuǎn)矩。18式中PN是電動機的額定功率，單位為kW；nN是電動機的額定轉(zhuǎn)速，單位是

r/min。3．最大轉(zhuǎn)矩194.4

三相異步電動機的運行與控制4.4.1

三相異步電動機的起動1．直接起動直接起動是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動機直

接接到額定電壓上的起動方式，又叫全壓起動。優(yōu)點：起動簡單。缺點：起動電流較大，將使線路電壓下降，影響負載正常工作。適用范圍：電動機容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20％。202．降壓起動Y-Δ換接起動：在起動時將定子繞組連接成星形，通電后電動機運轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)速升高到接近額定轉(zhuǎn)速時再換接成三角形。適用范圍：正常運行時定子繞組是三角形連接，且每相繞組都有兩個引出端子的電動機。優(yōu)點：起動電流為全壓起動時的1／3。缺點：起動轉(zhuǎn)矩均為全壓起動時的1／3。21自耦降壓起動：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，以達到

減小起動電流的目的。自耦變壓器備有40％、

60％、80％等多種抽

頭，使用時要根據(jù)電

動機起動轉(zhuǎn)矩的要求

具體選擇。224.3.3

三相異步電動機的反轉(zhuǎn)23因為三相異步電動機的轉(zhuǎn)動方向是由旋轉(zhuǎn)磁場的方向決定的，而旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于定子繞組中通入三相電流的相序。因此，要改變?nèi)喈惒诫妱訖C的轉(zhuǎn)動方向非常容易，只要將電動機三相供電電源中的任意兩相對調(diào)，這時接到電動機定子繞組的電流相序被改變，旋轉(zhuǎn)磁場的方向也被改變，電動機就實現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。4.3.4

三相異步電動機的制動1．能耗制動電動機定子繞組切斷三相電源后迅速接通直流電源。感應電流與直流電產(chǎn)生的固定磁場相互作用，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，起到制動作用。特點：是制動準確、平穩(wěn)，但需要額外的直流電源。242．反接制動電動機停車時將三相電源中的任意兩相對調(diào)，使電動機產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向也隨之改變，成為制動轉(zhuǎn)矩。注意：當電動機轉(zhuǎn)速接近為零時，要及時斷開電源防止電動機反轉(zhuǎn)。特點：簡單，制動效果好，但由于反接時旋轉(zhuǎn)

磁場與轉(zhuǎn)子間的相對運動加快，因而電流較大。對于功率較大的電動機制動時必須在定子電路（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中接入電阻，用以限制電流。253．發(fā)電反饋制動電動機轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場

的轉(zhuǎn)速時，電磁轉(zhuǎn)矩的方

向與轉(zhuǎn)子的運動方向相反，從而限制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，起

到了制動作用。因為當轉(zhuǎn)

子轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)

速時，有電能從電動機的

定子返回給電源，實際上

這時電動機已經(jīng)轉(zhuǎn)入發(fā)電

機運行，所以這種制動稱

為發(fā)電反饋制動。264.5.1

三相異步電動機的銘牌4.5

三相異步電動機的選擇與使用型號：27功率：電動機在銘牌規(guī)定條件下正常工作時轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，稱為額定功率或容量。電壓：電動機的額定線電壓。電流：電動機在額定狀態(tài)下運行時的線電流。頻率：電動機所接交流電源的頻率。。轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速。接線方法：284.5.2

三相異步電動機的選擇29第2節(jié) 單相異步電動機1

單相異步電動機的工作原理與特性在單相異步電動機的定子繞組通入單相交流電，電動機內(nèi)產(chǎn)生一個大小及方向隨時間沿定子繞

組軸線方向變化的磁場，稱為脈動磁場。3031但一旦讓單相異步電動機轉(zhuǎn)動起來，由于順時針旋轉(zhuǎn)磁場B1和逆時針旋轉(zhuǎn)磁場B2產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個合成轉(zhuǎn)矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相異步電動機仍將沿著原來的運動方向繼續(xù)運轉(zhuǎn)。由于單相異步電動機總有

一個反向的制動轉(zhuǎn)矩存在，所以其效率和負載能力都

不及三相32

異步電動機。2

單相異步電動機的起動1．分相法33下圖所示分別為ωt=0°、45°、90°時合成磁場的方向，由圖可見該磁場隨著時間的增長順時針方向旋轉(zhuǎn)。這樣一來，單相異步電動機就可以在該旋轉(zhuǎn)磁場的作用下起動了。342．罩極法35罩極法是在單相異步電動機定子磁極的極面上約1/3處套裝了一個銅環(huán)（短路環(huán)），套有短路環(huán)的磁極部分叫做罩極。當定子繞組通入電流產(chǎn)生脈動磁場后，有一部分磁通穿過銅環(huán)，使銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢和感應電流。根據(jù)楞次定律，銅環(huán)中的感應電流所產(chǎn)生的磁場，阻止銅環(huán)部分磁通的變化，結(jié)果使得沒套銅環(huán)的那部分磁極中的磁通與套有銅環(huán)的這部分磁極內(nèi)的磁通有了相位差，罩極外的磁通超前罩極內(nèi)的磁通一個相位角。隨著定子繞組中電流變化率的改變，單相異步電動機定子磁場的方向也就不斷發(fā)生變化，在電動機內(nèi)形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場。在這個旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，電動機的轉(zhuǎn)子就能夠起動起來了。電動機保護的類型：短路保護：加熔斷器過載保護：加熱繼電器電機的控制和保護電機的控制：36正反轉(zhuǎn)，啟動停止，多機多地控制，延時控制等電動機的保護:失壓保護：采用繼電器、接觸器控制低壓電器配電電器控制電器開關(guān)熔斷器……接觸器繼電器起動器……時間繼電器熱繼電器……第3節(jié) 常用低壓電器371

刀閘開關(guān)控制對象：380V，5.5kW以下小電機38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：（3~5)*異步電機額定電流電路符號QS2

熔斷器電路符號FU異步電機的起動電流Ist=(5~7)×額定電流。作用：用于短路保護。熔體額定電流IF

的選擇：3.

頻繁起動的電機2.一般電機（稍大）1.無沖擊電流的場合（如電燈、電爐）tIF安秒特性393

控制按鈕常開(動合)按鈕電路符號SB常閉(動斷)按鈕SB電路符40號復合按鈕復合按鈕：

常開按鈕和常閉按鈕做在一起。電路符號SB4

行程開關(guān)用作電路的限位保護、行程控制、自動切換等。結(jié)構(gòu)與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。常開（動合）觸頭電路符號ST常閉（動斷）觸頭電路符號ST41~線圈鐵芯銜鐵主觸頭彈簧輔助觸頭M3~電機5

接觸器動作過程線圈通電銜鐵被吸合觸頭閉合電機接通電源42接觸器有關(guān)符號：接觸器線圈接觸器主觸頭－－用于主電路（流過的電流大，需加滅弧裝置）常開常閉接觸器輔助觸頭－－用于控制電路（流過的電流小，無需加滅弧裝置）接觸器控制對象：電動機及其它電力負載接觸器技43

術(shù)指標：額定工作電壓、電流、觸點數(shù)目等。簡單的接觸器控制A

B

CM3~刀閘起隔離作用自保持停止按鈕起動按鈕特點：小電流控44制大電流。優(yōu)點：安全，方便6

繼電器繼電器和接觸器的工作原理一樣。主要區(qū)別在于，觸發(fā)器

的主觸頭可以通過大電流，而繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，繼電器只能用于控制電路中。中間繼電器電壓繼電器電流繼電器時間繼電器（具有延時功能）熱繼電器（做過載保護）…...繼電器類型：45發(fā)熱元件功能：過載保護熱繼電器結(jié)構(gòu)：I常閉觸頭雙金屬片扣板工作原理：發(fā)熱元件接入電機主電路，若長時間過載，雙金屬片被烤熱。因雙金屬片的下層膨脹系數(shù)大，使其向上彎曲46

，扣板被彈簧拉回，常閉觸頭斷開。熱繼電器的符號發(fā)熱元件串聯(lián)在主電路中串聯(lián)在控制電路中常閉觸頭KHKH47?

電機起動、停車（點動、連續(xù)運行、多地點控制、順序控制等）?

電機正反轉(zhuǎn)控制?

行程控制?

時間控制?

速度控制……502

基本控制環(huán)節(jié)1

異步機的直接起動A

B

CKMFUQSB'C'KMSB一、點動控制動作過程按鈕松開線圈（KM）斷電觸頭（KM）打開

電機停轉(zhuǎn)。觸頭（KM）閉合按下按鈕（SB）線圈（KM）通電電機轉(zhuǎn)動；控制電路主電路M3~51二、電動機連續(xù)運行KM自保持自保的作用按下按鈕（SB），線圈（KM）通電，電機起動；同時，輔助觸頭（KM）閉合，即使按鈕松開，線圈保持通電狀態(tài)，電機連續(xù)運轉(zhuǎn)。KMSB2C'A

B

CKMFUQSB'SB1起動按鈕停車按鈕M3~52KMSB1KMSB2KHA

B

CKMFUQSKH電流成回路，只要接兩相就可以了。三、異步機的直接起動+過載保護發(fā)熱元件熱繼電器觸頭M533~例如：甲、乙兩地同時控制一臺電機。KMSB1甲SB2甲KMSB1乙SB1乙方法：兩起動按鈕并聯(lián)；兩停車按鈕串聯(lián)。四、多地點控制乙地甲地接電源54QSKHM3~AB

CKMFU方法一：用復合按鈕。五、點動+連續(xù)運行控制關(guān)系該電路缺點：動作不夠可靠。SB3：點動

SB2：連續(xù)運行KMSB1KMSB2KHSB3主電路控制電路55SBSB：點動SB2：連續(xù)運行(優(yōu)先權(quán)高）KASB1SB2KHKAKMKAM3~AB

CKMFU方法二：加中間繼電器（KA）。控制關(guān)系562

電機的正反轉(zhuǎn)控制KMFKMFSB1SBFKHM3~A

B

CKMFFUQSKHKMRKMRSBRKMR該電路必須先停車才能由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)或由反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)。SBF和SBR不能同時按下，否則會造成短路！正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)操作過程：SBF停車

SBRSB157電機的正反轉(zhuǎn)控制—加互鎖互鎖作用：正轉(zhuǎn)時，SBR不起作用；反轉(zhuǎn)時，SBF不起作用。從而避免兩觸發(fā)器同時工作造成主回路短路。SB1KMFSBFKHKMFKMRKMRKMFKMRKMRSBRMA

B

CKMFFUQ

SKH互鎖583~KMFSB1KMFSBFKHKMRKMRKMRKMFSBR電機的正反轉(zhuǎn)控制—雙重互鎖KMRMA

B

CKMFQSFUKH電器互鎖機械互鎖雙保險機械互鎖（復合按鈕）電器互鎖（互鎖觸頭）593~3

行程控制KMRM3~A

B

CKMFFUQSKH行程控制實質(zhì)為電機的正反轉(zhuǎn)控制，只是在行程的終端要加限位開關(guān)。正程逆程BA60行程控制電路（1）控制回路KMFKHKMRSB1KMFSB2STASB3STBKMRKMF限位開關(guān)正程限位開關(guān)STASTB逆程動作過程SB2↓

正向運行

至右極端位置撞開STA電機停車（反向運行同樣分析）61KMR行程控制(2)

--自動往復運動正程逆程小

車工作要求：1.能正向運行也能反向運行2.到位后能自動返回62小車STaSTbKMRSBRKMFKHKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTb自動往復運動控制電路關(guān)鍵措施限位開關(guān)采用復合式開關(guān)。正向運行停車的同時，自動起動反向運行63

；反之亦然。KMQSFUKH電機A'

B'

C'x

y

zKM-

KM-ΔKTKTKM-YKM-YKM-ΔKM-ΔKTKM-ΔKMSB1SB2KMY－Δ

起動控制電路KH主電路接通電源延時KT

×KM-Δ

√

KM-

Y×Y?Δ

轉(zhuǎn)換完成SB2

√KM

√KT

√KM-Y

√

KM-Δ

×KM64

-Y＃1

電機M1控制要求：M1

起動后，M2才能起動M2

可單獨停＃2

電機M2定時控制例二：順序控制65順序控制電路（1）：兩電機只保證起動的先后順序，沒有延時要求。FUKM2KH2AB

CFUM3~AB

CKM1KH1M3~主電路66KM1KM2SB3SB4KH2KM2KM1SB1SB2KH1KM1控制電路KM1SB1