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异步电机及控制

鏃ユ湡;2019-09-20  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  异步电机及控制_信息与通信_工程科技_专业资料。电工电子技术 第一篇 电工电子技术 学习目的与要求 了解三相异步电动机的结构组成,熟悉 异步电动机的工作原理,了解铭牌数据; 理解和掌握三相异步电动机机械特性的分 析方法;了解单相异步电动机的

  电工电子技术 第一篇 电工电子技术 学习目的与要求 了解三相异步电动机的结构组成,熟悉 异步电动机的工作原理,了解铭牌数据; 理解和掌握三相异步电动机机械特性的分 析方法;了解单相异步电动机的结构组成 及其工作原理;熟悉常用低压电器及在电 路中的作用;掌握三相异步电动机基本控 制线路的分析方法;理解电动机的起动、 制动、调速等概念。 首 页 电工电子技术 5.1 异步电动机的基本知识 1. 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机的基本结构 定子 转子 三相异步电动机 三相异步电动机具有结构简单、制造成本低廉、使用和维 修方便、运行可靠且效率高等优点,被广泛应用于工农业生 产中的各种机床、水泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、 起重机及家用电器、实验设备中。 首 页 电工电子技术 异步电动机的定子指其固定不动部分,主要包括有: 机座是电动机 的支架,通常 用铸铁或铸钢 制成。 机座 定子绕组是 由 漆包线绕制 而 成,嵌入到 定子铁芯槽 中。构成电 机电路的一 部分。 定子铁芯 铁芯硅钢片 异步电动机的定子铁芯是 由0.5mm厚的硅钢片叠压制 成的。定子铁芯内圆冲有分 布的槽。定子铁芯构成异步 电动机磁路的一部分。 定子绕组 首 页 电工电子技术 异步电动机的转子指其旋转部分,主要部件包括: 转子铁芯也是由0.5mm 厚的硅钢片叠压制成。 在其内圆冲有均匀分布 的槽,用来嵌放转子绕 组。转子铁芯构成电动 机磁路的又一部分。 转子铁芯 铁芯硅钢片 转子绕组大部分是 浇铸铝笼型,大功 率也有铜条制成的 笼型转子导体。转 子绕组构成电动机 电路的另一部分。 转轴 一般用45号钢制成, 用来传递电磁转矩。 转子绕组 首 页 电工电子技术 绕线式异步电动机的转子结构中,转子铁芯与鼠笼式相 类似,但转子绕组与定子绕组相同,也是采用漆包线绕制 成对称三相绕组,嵌放到转子铁芯中。绕线式转子三相绕 组必须连接成星形,三个向外的引出端子与固定在转轴上 的三个相互绝缘的铜环相接,如下图所示: 转轴 转子铁芯 电刷 电刷与滑环紧 压,并通过输 电线与变阻器 相联。 Y接三相转子绕组分别 与三个铜滑环相联。 固定在转轴 上的三个铜 滑环。 变阻器 显然,三相绕线 式异步机的转子 绕组是闭合的。 由于绕线式异步电动机的能采用转子绕组串电阻起动和 调速,因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。 首 页 电工电子技术 2. 三相异步电动机的工作原理 设三相异步电动机模型的 定子磁极是顺时针转动的。 三相异步 电动机是 如何转动 起来的? 起来的? 固定不动的转子绕组和旋转的 定子磁场相切割而感应电动势。 转子绕组是闭合的,因此感应电动势在绕组中产生感应电 流。感应电流的方向与感应电动势的方向相同。 N F n0 e i2 e F n 首 页 载流的转子绕组处在磁场中, 必定受到电磁力的作用。 用左手定则 两个电磁力的大小相等、方向 判断 相反,因此对电动机转轴形成了 模型电机的 用右手定则 电磁转矩。于是转子就顺着定子 。 转子绕组 判断 磁场的方向转动起来。 S 模型电机的 电机转动的关键是:旋转的定子磁场! 定子磁极 电工电子技术 实际三相电动机 的旋转磁场是如 何产生的呢? 何产生的呢? 电流入 × A× Z 在电动机的对称三相定子绕 组中通入对称三相交流电; i A = I m sin(ωt + 30°) i B = I m sin (ωt ? 90°) i 电流出 Y × B X C iC = I m sin (ωt + 150°) ωt =0时电流和磁场情况 ωt 0 A、C两相电流t=0时为正, 因此首端流入、尾端流出。 B相电流t=0时为负,尾端流 入、首端流出。 相邻线圈电流流向一致,在气隙中生成合成磁场,方向为: 首 页 电工电子技术 i A× Z Y × 0 ωt × B C ωt =120° =120 X 显然,电流随时间变化 120°电角,电动机的气 隙磁场在空间的位置也随 之旋转了120°。 ωt =120°时电流和磁场情况 观察电流波形图及电机示意图可看出,合成磁场的转向取 决于三相电流的顺序,A→B→C正序时气隙磁场顺时针旋转。 首 页 电工电子技术 i A Z Y 0 ωt S × ×X ωt =240° 电流随时间继续变化,经 历了120°电角的同时,电动 机的气隙磁场在空间的位置 也顺时针旋转了120°。 ωt =240°时电流和磁场情况 首 页 N N × B C 电工电子技术 i 0 ωt Y × × C S ωt =360° X 电流随时间变化一周,电动 机的气隙磁场在空间的位置也 ωt =360°时电流和磁场情况 顺时针旋转了360°。 可见,工程实际中,三相异步电动机定子和转子之间 的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。 归纳:只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称 三相交流电,就会在定子和转子之间的气隙中产 生一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场 旋转磁场。 首 页 N N A× Z n0 B 电工电子技术 三相异步电动机工作原理概括 N N A×F Y × 在电动机对称三相定子绕组 中通入对称三相交流电流 Z n0 产生气隙旋转磁场 转子导体与磁场相切割感应电 动势,由于闭合生成感应电流 载流导体受电磁力的作用形成力偶 力偶对电机转轴形成电磁转矩 × SF C B X 从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。 若要改变电动机的旋转方向,只需任调通入定子绕组 中两相电流的相序即可。 首 页 电工电子技术 三相电动机旋转 磁场的转速与哪 些因素有关? 些因素有关? AN Y 设电动机各相定子绕组有四个 线圈,各相首尾相接顺串后分别 构成三相定子绕组时,其磁极对 数: p = 1, n0 = 60 f 60 × 50 = = 3000 r / min p 1 Z B C SX A N 当电动机各相定子绕组的四个线圈 首接首、尾接尾连接后分别构成三相 定子绕组时,其磁极对数: 60 f 60 × 50 p = 2, n0 = = = 1500 r / min p 2 Y C X B S Z B S X C N Z A Y 显然,频率不变时,电动机旋转磁 场的转速取决于电动机的极对数p。 首 页 电工电子技术 × A N Z Y B × 四极旋转磁场转速的分析 X C i S S iA iB iC ωt X B N × C Z × A Y 0 ωt =0°时 ωt =120°时 Y S C A× Z× 60° B X N 相邻线圈电流的流向一致,其合 成磁场的分布情况为: 电流变化120°,旋转磁场在空间 的位置仅转过了60°;当电流变化 360°时,四极电动机的旋转磁场才 能旋转180°。显然,四极旋转磁场 的转速是二极电机的1/2。 X N C S B× Y Z × A 首 页 电工电子技术 依此类推,可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间 的关系为: 60 f n1 = 转/分(r / min) p 电动机通常工作在50Hz的工频情况下,因此: p = 1时, n1 = 3000r/min; p = 2时, n1 = 1500r/min; p = 3时, n1 = 1000r/min; ? 即:异步电动机旋转磁场的转速与电源频率成正比,与 电机的极对数(出厂时就已经确定)成反比。显然,改变电 机的极对数,可以得到不同的转速。 首 页 电工电子技术 有关转差率的讨论 电动机的转差速度与磁场转速之比称为转差率,用s表示: (1) 电动机起动瞬间,电动机转速n=0,转差率s =1; (2) 电动机转速最高时,转速n≈n0,转差率s ≈0; (3) 电动机运行过程中,转速0nn0,转差率0s1; 显然,电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。 电动机的转速n能等于旋转磁场的转速n1吗? 如果二者相等,则转子与旋转磁场之间 问题与讨论 就没有了相对切割→转子不切割磁场就不能 产生感应电流成为载流导体→不是载流导体就无法在磁场中 受力→不受力电动机就永远转运不起来。 n≠n1,异步! 异步! 首 页 n0 ? n s= n0 电工电子技术 有一台三相异步电动机,其额定转速为975r/min。试 求工频情况下电动机的磁极对数和电动机的额定转差 率。 由于电动机的额定转速接近于旋转磁场的转速,所以 60 f 60 × 50 p≈ ≈3 = n 975 即该电动机的极对数p=3,同步转速n0=1000r/min。额 定转差率为: n0 ? n 1000 ? 975 s= = = 0.025 n0 1000 首 页 电工电子技术 3. 三相异步电动机的铭牌数据 型号 Y132M-4 电压 380V 转速 1440r/min 标准编号 年 月 三相异步电动机 功率 7.5KW 频率 50Hz 电流 15.4A 接法 Δ 绝缘等级 B 工作方式 连续 工作制 S1 B级绝缘 编号 ××电机厂 Y表示异步机,132(mm) 表示机座中心高;M代表 中机座(L长机座、S短机 座),-4代表4极电机。 额定功率指的是电动机输 出的机械功率。 三相异步电动机的定子绕组有两种 接法:Y形和?形 。 Y ? 额定电压、电流均指电动机额 定运行情况下的定子线电压、 线电流的数值。 额定转速指的是电动机转子的 转速n 。 三相定子绕组由机壳外面的 接线盒引出,如图示: Y形接线 Δ形接线 首 页 电工电子技术 4. 单相异步电动机简介 实验室、家庭及办公场所通常是单相供电,因此实验室的 很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风 扇等,都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子 结构,一般容量多在0.75KW以下。 电风扇电动机 洗衣机电动机 电容运转单相机 单相异步电动机产品图 制冷压缩机 三相异步电动机只所以能够转动,是因为它的定子绕组通 入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么,单相异步电动 机通入单相交流电后,产生的是一个什么样的磁场呢? 首 页 电工电子技术 单相异步电动机的定子磁场 S × i × 单相机定子 × × N N × 单相机转子 0 ωt × S 在定子绕组中通入单相交流电 电流的负半周,线圈导体中通 电流正半周,线圈导体中通过 过的电流方向始终为负,如图: 的电流始终为正值,如图示: 相邻导体中电流方向相同, 电流的合成磁场方向一致。 相邻导体中电流方向相同, 电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变 合成磁场随时间大小不断变 显然,单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向随 化,但磁场轴线的位置始终不 化,但磁场轴线的位置始终不 时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的脉动磁场 时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的脉动磁场。 变。 变。 首 页 电工电子技术 单相异步电动机脉动磁场的分析 B 45° O B1 B1 B2 B B2 90° B B1 B2 B2 B B 1 B2 B1 B2 B B1 B2 B1 B B1 B B1 B2 B2 135° 180° 235° 270° 315° 360° ωt 脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋 转磁场B1和B2。 顺时针方向旋转的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩;逆 时针方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在 任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反,所以单向异步机 的转子不会自行起动,也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。 首 页 电工电子技术 如何使单相异 步电动机旋转 起来呢? 起来呢? 电容分相法可让单相异步机转动 电容分相式异步电动机的定子有两个 绕组:一个是工作绕组;另一个是起动绕组,两个绕 组在空间对称嵌放。起动绕阻与电容C串联,使起动 绕组电流i2和工作绕组电流i1产生90°的相位差,即: A i C i2 M 1~ (a) 电路图 i1 i1 i2 A Y A B X ωt 0 45°90° (b) 波形图 360° Y X B Y X B ωt = 0° ωt = 90 ° ωt = 180° 加入起动绕组后,和工作绕组并联连接于单相交流电源上。这时 两绕组中的电流磁场为: 可见,单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间 位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以自行起动了。 首 页 电工电子技术 能否说出三相鼠笼式 异步电动机名称的由 来?为什么异步电动 机常常称之为感应电 动机 ? 何谓异步电动机的转差速 转差率? 度?转差率?异步电动机处 在何种状态时转差率最大 ? 单相异步电动机 如果没有起动绕 组能否转动起来 ?为什么? 你能否从异步电动 机结构上识别出鼠 笼式和绕线式?二 笼式和绕线式? 者的工作原理相同 吗? 你会做吗? 三相异步电动机起动前 有一根电源线断开, 有一根电源线断开,接 通电源后该三相异步电 动机能否转动起来 ? 首 页 电工电子技术 5.2 异步电动机的电磁转矩和机械转矩 1. 异步电动机的电磁转矩 异步电动机的电磁转矩等于转子中各载流导体在旋转磁 场作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。 T = K T ΦI 2 cos ? 2 ( N ? m) 电动机的结构常数 2 R 2 + 转子电路功率因数 ( SX 20 ) 2 每极下工作主磁通 R2 上式中各参数: cos ? 2 = 2 R 2 + ( SX 20 ) 2 转子电流 I2 = SE 20 每极下工作主磁通 遵循主磁通原理。 Φ= U1 4.44 f 1 N 1 转子电路的功率因数 和转子电流均随转差 率的变化而变化。 首 页 电工电子技术 将公式中各量的计算式代入电磁转矩公式,即可得到电磁转 矩的另一种表达形式: sR2 T =K 2 ?U12 R2 + (sX 20 )2 上式说明,只要电机参数不发生变化,电磁转矩 T ∝ U1 2 电磁转矩T正比电源电压U12 的平方,反映了电动机的电 磁转矩在负载不变情况下,其大小取决于电源电压的高低。 但这并不意味电动机的工作电压越高,电动机实际输出的电 磁转矩就越大。 电动机拖动机械负载运行时,输出机械转矩的大小,实际 上决定于来自于电动机轴上负载阻转矩的大小。换言之,当 电磁转矩T等于负载阻转矩TL时,电动机就会在某一速度下 稳定运行;若TTL,电动机就会加速运行;若TTL,电动 机则要减速运行直至停转。 首 页 电工电子技术 异步电动机电磁转矩特性 最大电磁转矩 sR2 根据公式 T = K 2 ?U12 R2 + (sX20 )2 T Tm 对应最大电 磁转矩的临 界转差率。 可得异步机的电磁转矩特性曲线: 电磁转矩有三个重要值,分别为: 0 s (1)额定转矩TN 1 sm n=0 n=0 电动机额定电压下以额定转速nN运 n=n0 行,输出额定机械功率 PN时,电机转轴上对应输出的机械 转矩为额定电磁转矩TN。 PN PN ( KW ) TN = = 9550 (N ? m) 2π n N n N ( r/min) 60 功率单位若为W时,9550改为9.55 首 页 电工电子技术 (2)最大转矩TM 最大转矩反映了电动机带最大负 载的性能,我们把它与额定转矩的 比值称为电动机的过载能力 过载能力,即: TM λm = TN λm通常在1.6~2.0之间。如果负载转 矩超过了最大转矩,电动机将停转。 T 最大电磁转矩 TM 0 起动电磁转矩 Tst s (3)起动转矩Tst 起动转矩反映了异步机带负载起动时的性能。起动转矩与 额定电磁转矩之比称作电动机的起动能力 起动能力,即: T λst通常在1.4~1.8之间。如果电机的起动 TN 转 矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩TL时,电动机将无法起 动。 首 页 λ st = st 电工电子技术 额定工作点 额定转速 2. 异步电动机的机械特性 机械特性曲线 n A N″ N N′ nN 显然,把转矩特性曲线°后 即可得到机械特性曲线。 机械特性曲线可分为稳定运行区AB B 段和非稳定运行区BC段两部分。 电动机运行在AB段,其电磁转矩 最大电磁转矩 0 额定转矩 可以随负载的变化而自动调整,这种 C T TN Tst TM 能力称为自适应负载能力。 电机稳定运行时 TL=TN。当负载增加时,TLTNN动力大 电机稳定运行在 TL=TN。当负载减少时,TL″T 动力小 起动电磁转矩 于阻力 →电机的稳定运行状态被破坏→转速 n上升→转差率s → →转速 →转差率s上 于阻力→ 电机稳定运行状态被破坏→→ n下降→→ 升→转子电路感应电动势增加→电流I2增大→定子电流I1随之 →→ →→ →→ 下降→转子电路感应电动势减小→电流I2减小→定子电流I1随 增大→电磁转矩T增大至T′→当T ′=TL′时→电动机转速重新稳 →→ →→ 之减小→电磁转矩T减小至T″→当T″=TL→ →电动机转速重新 ″时→ 定在n上,此时n′n。特性曲线的N点向右移。 稳定在n″上,此时n″n。沿特性曲线左移。 首 页 电工电子技术 电动机的转矩与电源电压 之间的关系如何? 之间的关系如何?若在运行 过程中电源电压降为额定值 60%,假如负载不变, 的60%,假如负载不变,电动 机的转矩、 机的转矩、电流及转速有 何变化? 何变化? 将三相绕线式异步电动机 的转子三相绕组开路, 的转子三相绕组开路,问这 台电动机能否转动 ? 三相异步电动机运行在 额定状态下, 1)负载 额定状态下,当(1)负载 增大;(2)电压升高 电压升高; 增大;(2)电压升高;(3) 频率升高时, 频率升高时,试分别分析 电动机的转速和电流的 变化情况。 变化情况。 为什么增加三相 异步电动机的负 载时, 载时,定子电流 会随之增加 ? 你会做吗? 三相异步电动机中的气 隙大小对电动机运行有 何影响 ? 首 页 电工电子技术 5.3 三相异步电动机的控制 1. 三相异步电动机的起动 异步电动机通电后,从静止状态到稳定运行状态的过渡 过程称为起动。 当电动机满足条件 I st 3 电源变压器容量 ( KVA) ≤ + IN 4 4 × 电动机功率 ( KW) 或电机容量在10kW以下,并且小于供电变压器容量的20% 时,电动机可以直接加全压起动,称为全压起动。 全压起动也叫做直接起动。其优点:操作简单; 缺点:起动电流较大,通常是额定电流的4~7倍,这么大 的起动电流将使线路电压下降,严重时影响同一 电网上的其它负载正常工作。 首 页 电工电子技术 如果三相异步电动机不满足直接起动条件,就要采取降压 起动的措施,以减小起动电流给电网和设备带来的不利因素。 (1)Y—Δ降压起动 即:电动机起动时定子绕组连成星形,起动后转速升高, 当转速基本达到额定值时再切换成三角形连接的起动方法。 L1 L2 L3 闭合电源开关,为 优点:起动电流降为全压起动时的1/3; 电机通电做好准备 三相异步电动机 缺点:起动转矩也降为全压起动时的1/3。 QS1 适用范围 正常运行时定子绕组为三角形连接, Y-Δ起动器 FU U1 V1 W1 U2 V2 W2 U1 W1 V1 W2 V2 U 2 且每相绕组都有两个引出端子的电机。 手柄上打,定子绕组Δ形运行 QS2 手柄下打,定子绕组成Y形起动 首 页 电工电子技术 某三相异步电动机,接于线V的三相电源, 已知电机三相定子绕组正常运行为?形接法,额定电 流IN=20A,刚起动瞬间电流与额定电流之比是7。 求:(1)?接法时的起动电流Ist? (2)若起动时电机改为Y接法,求 IstY。 (1)已知Ist/IN=7,可得直接起动时的起动电流为: I I st? = I N × st = 20 × 7 = 140A IN (2)若改为Y形起动,根据前面所讲知识可得: I st? I st? 140 ∵ = 3 ∴ I stY = = ≈ 46.7A I stY 3 3 采用Y-Δ起动,显然大大减小了起动电流对电网的影响。 首 页 电工电子技术 (2)自耦降压起动 利用三相自耦变压器将电动机在 起动过程中的端电压降低,以达到 减小起动电流的目的。自耦变压器 备有40%、60%、80%等多种抽头, 使用时要根据电动机起动转矩的要 求具体选择。 三相自耦变压器 L1 L2 L3 闭合电源开关,为 电机通电做好准备 QS1 FU U1 V 1 W1 L1 U1 L2 V1 L3 W1 优点: 具有不同的抽头,可以根据 起动转矩的要求,比较方便 的得到不同的电压。 QS2 运行时上打 与电机直通 缺点: 设备体积大、成本高。 适用范围 起动时下打 通过自耦 变压器降压 适用于容量较大的电动机或不能用Y-?降压起动的鼠笼式 三相异步电动机。 首 页 电工电子技术 (3)绕线式异步电动机的起动 绕线式异步电动机起动时,只要在转子电路中串入适当 的起动电阻Rst,就可以达到减小起动电流增大起动转矩的 目的。 绕线式异步电动机目前用得更多的是在转子回路中接频 敏变阻器起动,此变阻器在起动过程中能自动减小阻值, 以代替人工切除起动电阻。绕线式异步机价高维护难。 绕线式异步电动机起动转矩大的特点,使它广泛应用于 要求起动转矩较大的卷扬机、起重机等场合。 首 页 电工电子技术 2. 三相异步电动机的调速 用人为的方法使电动机的转速从某一数值改变到另一数 值的过程称为调速。 三相异步电动机的转速公式: 60 f 1 n = (1 ? s ) n 1 = (1 ? s ) p 由式可知,异步电动机的调速通过三种形式可实现: (1)改变极对数p,→ 实现有级调速; → (2)改变转差率s, → 实现无级调速; (3)改变电源频率f1, → 实现无级调速。 目前,第三种调速方法发展很快,且调速性能较好。其 主要环节是研制变频电源,通常由整流器、逆变器等组成。 首 页 电工电子技术 3. 三相异步电动机的制动 电机断电后由于机械惯性总要经过一段时间才能停下来。 为了提高生产效率及安全,采用一定的方法让高速运转的电 动机迅速停转,就是所谓的制动。 三相异步电动机常用的制动方法有以下几种: (1)能耗制动 当电动机三相定子绕组与交流电源断开后,把直 流电通入两相绕组,产生固定不动的磁场n0。 电动机由于惯性仍在运转,转子导 n0=0 体切割固定磁场产生感应电流。 N F n 载流导体在磁场中又会受到与转子 × + R 惯性方向相反的电磁力作用,由此使 - 电动机迅速停转。 · F M S ~3 能耗制动常用于生产机械中的各 种机床制动。 首 页 电工电子技术 (2)反接制动 把与电源相接的三根火线中的任意两根对调,使 旋转磁场改变方向,从而产生制动转矩的方法。 A B C 在电动机的定子绕组中通入对称三相交流电, 电动机顺时针转动。 改变通入定子绕组中电流的相序,旋转磁场反 向,转子受到与惯性旋转方向相反的电磁力,使 电机迅速停转。 M ~3 反接制动适用于中型车床和铣床的主轴制动。 (3) 再生发电制动 起重机快速下放重物,使重物拖动转子出现 n0 nn0情况时,电动机处于发电状态,此时在 N F × nn0 转子导体中感应电流,感应电流的方向与原 电流方向相反,因此产生的电磁转矩方向也 相反,这种制动称为再生发电制动。 · F S 首 页 电工电子技术 4. 三相异步电动机的选择 异步电动机应用很广,选用时应从技术和经济两个方面考 虑。以实用、合理、经济和安全为原则,确保电动机安全可 靠地运行。 (1)种类选择:鼠笼式异步机一般用于无特殊调速要求的生产 机械,如泵类、通风机、压缩机、金属切削机床等;绕线式异 步机适用于需要有较大的起动转矩,且要求在一定范围内进 行调速的起重机、卷扬机、电梯等 。 (2)功率选择:原则上要求电动机的额定功率等于或稍大于生 产机械的功率。 (3)结构选择:电动机根据使用场合可分为开启式、防护式、 封闭式及防爆式等。使用时要根据电动机的工作环境选择,以 确保电动机能够安全、可靠地运行。 则上应根据生产机械的要求进行选择。 首 页 (4)转速选择:综合考虑电动机和机械传动等诸方面因素,原 电工电子技术 三相异步电动机在满 载和空载两种情况下 起动, 起动,起动电流和起 动转矩是否一样 ? 一台380V、Y接的鼠笼式 、 接的鼠笼式 一台 异步机,能否采用Y-?起动? 异步机,能否采用 起动? 起动 为什么 ? 鼠笼式三相异步电 动机的降压起动方 法有哪几种? 法有哪几种?调速 和制动方法又有哪 几种 ? 何谓起动? 何谓起动?如何判 断三相异步电动机 能否直接起动 ? 你会做吗? 首 页 电工电子技术 5.4 常用低压控制电器 低压控制电器的品种繁多,用途极为广泛。通过本节内容 的介绍,要求学习者能够了解一些常用低压控制电器的结构 组成及工作原理;熟悉它们的功能及使用场合;实用中能够 初步正确选用常用低压控制电器 。 1. 开关电器 (1)刀开关 主要作用是隔离电源,也可 作为不频繁通、断电路的开关 控制。 首 页 (2)组合开关 主要用于机床设备的电源引 入开关,也可用来通断5KW以 下电机电路或小电流电路。 主要用来控制局部照明线路 或对电路的某些部分作通断控 制。断路器在电路发生过载、 短路及失压、欠压时,均能自 动分断电路,起保护作用。 A BC 低压断路器的三副主触头串联 电磁脱扣器 热脱扣器 在被保护的三相主电路中,由于 主触头 搭钩 欠电压脱扣器 搭钩钩住弹簧,使主触头保持闭 弹簧 合状态。当线路正常工作时,电 磁脱扣器中线圈所产生的吸力不 能将它的衔铁吸合。如果线路发 生短路时,电磁脱扣器的线圈吸 力增大,将衔铁吸合,并撞击杠 杆把搭钩顶上去,在弹簧作用下 低压断路器的工作原理图 切断主触头,实现了短路保护。当线路电压下降或失压时,欠电压 脱扣器的吸力减小或失去吸力,衔铁释放在弹簧拉力下撞击杠杆, 把搭钩顶开切断主触头,实现了欠电压保护。热脱扣器利用双金属 片受热弯曲作用,在过载时顶开搭钩,实现了过载保护。 首 页 电工电子技术 (3)低压断路器(自动空气开关) 电工电子技术 2. 低压熔断器 熔断器简称保险,是最简便有效的短路保护装置。 低压熔断器一般串联在被保护的 线路中。线路正常工作时如同一根 导线,起通路作用;当线路短路时 熔断器的易熔片熔断,使电路断 开,从而起到保护线路上其他电器 熔断器产品外形图 设备的作用。 熔断器 图符号 FU 低压熔断器熔体选用原则 ①一般照明线路:熔体额定电流≧负载工作电流; ②单台电动机:熔体额定电流≧1.5~2.5倍电动机额 定电流;但对不经常起动而且起动时间不长的电动 机系数可选得小一些,主要以起动时熔体不熔断为准; 文字符号 ③多台电动机:熔体额定电流≧1.5~2.5倍最大电机的额定电流+其 余电机的额定电流之和. 首 页 电工电子技术 3. 接触器 接触器是用来频繁接通和断开电路的自动切换电器,它具 有手动切换电器所不能实现的遥控功能,同时还具有欠压、 失压保护的功能,接触器的主要控制对象是电动机。 交流接触器的结构组成 文字符号 线圈 铁芯、衔铁 图符号 (1)电磁系统 交流接触器产品外形图 KM KM 通电线)触头系统 三对主触头 两对辅助常开触点 两对辅助常闭触点 体积较大,由三对常开 触头组成,用于通断电 动机主电路的大电流。 KM KM 辅助常开 辅助常闭 辅助触头体积较小,主要用于通断控制电路的小电流,辅助常开触 头一般起自锁或连锁作用;辅助常闭触头在电路中一般起互锁作用。 首 页 电工电子技术 交流接触器工作原理 辅助常闭触点工作原理 当交流接触器线圈通入交流电 静触点 辅助常开触点 后,铁芯和衔铁均被磁化,衔铁 克服弹簧张力向下吸合。固定在 三对常开主触头 衔铁上的所有动触点随之向下移 衔铁及其固定在 动,辅助常闭触点打开、三对主 衔铁上的动触头 触头和辅助的常开触点闭合。当 电磁线圈失电后,铁芯和衔铁也 支撑弹簧 随即失磁,衔铁在弹簧张力下复 通电线圈 位,使常开打开、常闭闭合。 断电后铁芯和衔铁即刻失磁, 铁芯 衔铁在弹簧张力下复位,各动触 点随之复位。 首 页 电工电子技术 4. 热继电器 热继电器是利用电流的热效应原理切断电路以起过载保护 的电器设备。 发热元件 热继电器的结构组成 图符号 (1)串接在电动机主电路 中的三个发热元件; (2)串接在电动机控制电 路中的常闭触点。 FR 过载时常闭 正常工作常 触点打开 闭触点闭合 热继电器产品外形图 FR 常闭触点 热继电器 图符号 文字符号 工作原理 热继电器的发热元件绕在双金属片 上,当电动机过载时,过大的电流产 生热量,使双金属片弯曲推动连锁机 构动作,使常闭触点打开,导致控制 电路断电,电动机主电路随之断电, 达到过载保护的目的。 首 页 电工电子技术 5. 时间继电器 时间继电器是在感受外界信号后,其执行部分需要延迟一 定时间才动作的一种继电器,分有通电延时型和断电延时型。 JS7-A空气阻尼式时间继电器是利用空 气阻尼的原理来获得延时的。主要由电磁 系统、气室及触点系统组成。 空气调整 镙钉 通电延时闭合 的常开触点 JS7-4A时间继电器的 气室 产品外形图 活塞连杆机构 工作原理:线圈通电时, 工作原理: 挡板 电磁力克服弹簧的反作用 衔铁 拉力而迅速将衔铁向下吸 重锤 线圈 合,衔铁带动杠杆延时使 常闭触点分断,常开触点 铁芯 闭合。 首 页 杠杆及支点 通电瞬时打开 的常闭触点 电工电子技术 首 页 电工电子技术 时间继电器各部分图符号和文字符号 通 瞬 时 动 作 延 时 动 作 常闭触点 常开触点 常开 通电后 延时闭合 常闭 通电后 延时断开 电 式 断 常闭触点 常开触点 常闭 断电后 延时闭合 常开 断电后 延时闭合 电 式 首 页 电工电子技术 6. 主令电器 主令电器主要用来控制接触器、继电器等设备的线圈得电 与失电,从而控制电力拖动系统的起动与停止,改变系统的 工作状态。 按钮帽 复位弹簧 (1)控制按钮 常闭触点 SB 连接导片 按钮盒 停止按钮 SB 按钮的产品外形图 按钮结构原理图及图符号 常开触点 起动按钮 控制按钮不能直接控制主电路,而是在控制电路中发出手 动“指令”控制接触器、继电器等,再用这些电器去控制主 电路的通断。 首 页 电工电子技术 (2)位置开关 (行程开关) 位置开关是一种用来控制机械运动或实现安全保护的主令 电器。其作用是将机械位移转换成电信号,从而使电动机运 行状态发生改变,并按一定的行程自动停车、反转、变速或 循环。 ST 动断触头 ST 动合触头 位置开关的产品外形图 行程开关的结构原理图及图符号 当运动机构的挡铁压到位置开关的滚轮上时,转动杠杆连 同转轴一起转动,凸轮撞动撞块使得常闭的动断触头断开, 常开的动合触头闭合;挡铁移开后,复位弹簧使其复位。 首 页 电工电子技术 热继电器主要由哪几 部分构成?各部分应 部分构成? 连接在电路的什么地 其作用呢? 方?其作用呢? 熔断器用于电动机控制时, 熔断器用于电动机控制时, 熔体的额定电流应如何 选择? 选择? 试述低压断路器有 哪些保护功能 ? 试述接触器的主 要组成及各部分功 能,画出各部分的 图形符号, 图形符号,标出相 应文字符号。 应文字符号。 你会做吗? 首 页 接触器和按钮都是控制 电路通断的电器, 电路通断的电器,它们 的控制对象有何不同? 的控制对象有何不同? 电工电子技术 5.5 基本电气控制电路 通过开关、按钮、继电器、接触器等电器触点的接通或断 开来实现电动机各种运转形式的控制称做继电—接触器控制。 继电—接触器控制方式构成的自动控制系统称为继电—接触 器控制系统。 继电—接触器控制方式中,典型的控制环节有点动控制、 单向自锁运行控制、正反转控制、行程控制、时间控制等。 电动机在使用过程中由于各种原因可能会出现一些异常情 况,如电源电压过低、由于短路或过载而引起的电动机电流 过大、电动机定子绕组相间短路或电动机绕组与外壳短路等 等,如不及时切断电源则可能会对设备或人身带来危险,因 此必须采取保护措施。 电动机的继电—接触器控制电路中,常用的保护环节有短 路保护、过载保护、零压保护和欠压保护等。 首 页 电工电子技术 1.带过载保护的点动控制电路 L1 L2 L3 由开关、熔断器、接 在生产实践过程中,某些 闭合电源开关,为 闭合电源开关, 生产机械常要求能实现调 触器的主触头、热继电 电动机通电作准备 器的热元件组成的部分 整位置的点动工作。 QS FR FU 主 电 KM FR SB KM 路 电 称为主电路。主电路中 的各部分与被控制电动 机相串联。 由按钮、接触器线圈、 热继电器常闭触点组成 的部分称为控制电路, 接在两相之间,控制电 路中的电流较小。 M 3~ 首 页 起动控制过程:按下按钮SB→接触器线圈KM 起动控制过程: 得电→KM主触头闭合→电动机运转; 停止控制过程:松开按钮SB→接触器线圈失电 停止控制过程: →KM主触头打开→电动机停转。 电工电子技术 2.电动机单向连续运转控制电路 闭合电源开关, 闭合电源开关,为 电动机通电作准备 L1 L2 L3 停止按钮 接常闭 停止按钮和 起动按钮 起动按钮 接常开 辅助常开起 自锁作用 接触器 电动机主电路 M 3~ 松开按钮后,电动机也 能够继续运转的控制方式 称为连续运转 连续运转控制。 首 页 电工电子技术 带过载保护的单向连续运转控制电路 L1 L2 L3 QS FU SB1 KM FR 热继电器的三个 热元件串接在电 动机的主电路中 热继电器的常闭 触点串接在电动 机的控制电路中 FR SB2 KM KM 主 电 路 电 M 3~ 首 页 电工电子技术 3.电动机的正、反转控制电路 L1 L2 L3 QS FU SB1 KM1 FR KM2 实际生产中的进退刀、升降架等,都是靠 电动机正、反转两个方向的运动实现的。 FR 正转控制辅助电路 KM2 KM1 SB2 KM1 KM1 KM2 电动机反转 电动机正转 控制主电路 控制主电路 SB3 KM2 反转控制辅助电路 M 3~ 首 页 改变通入电动机三相定子绕组中电流的相 序,即可使电动机改变旋转方向而反转。 电工电子技术 电动机的正转控制过程演示 L1 L2 L3 QS FU SB1 KM1 FR KM2 电源开关接通 为电动机起动 打开停止按钮, 打开停止按钮, 做准备。 做准备。 电动机正转停止 按下正转起动按钮, 按下正转起动按钮,电 动机正转辅助电路接通。 动机正转辅助电路接通。 FR KM2 KM1 SB2 KM1 KM1 KM2 KM1辅助常开 KM1主触头闭合, 主触头闭合, 闭合自锁。 闭合自锁。 正转主电路接通, 正转主电路接通, 电动机正向运转。 电动机正向运转。 SB3 KM2 KM1辅助常闭打开 互锁, 互锁,使正转时反 转电路不能接通。 转电路不能接通。 M 3~ 首 页 电工电子技术 电动机的反转控制过程演示 L1 L2 L3 QS FU SB1 KM1 FR KM2主触头闭合, 主触头闭合, 反转主电路接通, 反转主电路接通, 电动机反向运转。 电动机反向运转。 打开停止按钮, 打开停止按钮, 电动机反转停止 KM2辅助常闭打开 互锁, 互锁,使反转时正 转电路不能接通。 转电路不能接通。 FR KM2 KM1 SB2 KM1 KM1 KM2 KM2 SB3 KM2 按下反转起动按 钮,电动机反转 辅助电路接通。 辅助电路接通。 M 3~ 首 页 KM2辅助常开 闭合自锁。 闭合自锁。 电工电子技术 既能点动又能连续运转的电动机控制电路 L1 L2 L3 生产过程中,有时即要求生产机械运动部件连 续运动,还要求能点动。下图所示电路就是既可 QS 实现点动控制,又可实现连续运转的控制电路。 FR SB1 SB2 KM FU KM1 FR 连续运转 起动按钮 SB3 KM SB3 复合按钮 SB3 M 3~ 首 页 接在自锁环节中的SB3常闭即刻断开,致使自锁环 节不能起作用,从而实现了点动控制。 连续运转控制过程自己尝试叙述。 点动控制原理:按下SB3的常开起动按钮,其串 电工电子技术 思考 下面控制电路能否实现既能点动、 又能连续运行? KM SB2 FR KM SB1 不能点动! SB3 首 页 电工电子技术 4.工作台自动往返控制电路 自动往返控制——实质上就是电动机的正、反转控制,只 是这种正、反转控制是利用生产机械的行程终端加位置开关 实现的。 生产机械往复 STA 生产 机械 运动工作台。 运动工作台。 STB L1 SB1 SB2 KM2 KM1 往复运动 控制线 首 页 STA KM2 STB KM1 L2 FR 如此不断地重复 前面的往复运动, 直至按动停止按钮 后,生产机械才能 停止运动。 电工电子技术 生产 机械 L1 SB1 SB2 KM2 KM1 SB3 KM1 KM2 实现往复 运动的关 键? STA KM2 STB FR KM1 L2 关键在于限位开关采用复合 关键 复合 式位置开关。正向运行停车的 式位置开关 同时,自动起动反向运动;反 向运动停车的同时,自动起动 正向运动。 首 页 电工电子技术 5.单台电动机的多地控制电路 L1 L2 L3 有些生产设备为了操作方便,需要在两地或多地 控制同一台电机。 甲地停止 按钮 乙地停止 按钮 QS FU FR KM SB1 KM1 FR SB3 乙地起动 按钮 SB2 SB3 KM 甲地起动 按钮 控制原理:只要将两地或多地的起动按钮并联, M 3~ 首 页 停止按钮串联,就可实现两地或多地同时对一台电 动机的控制。 电工电子技术 简述电动机点动控 制、单向运转控制 和正反转控制线路 的工作过程。 的工作过程。 试述什么是自锁、互锁? 试述什么是自锁、互锁? 它们在控制电路中各起什 么作用? 么作用? 试设计一个电动机 控制线路。要求: 控制线路。要求: 既能点动, 既能点动,又能单 向起动、 向起动、停止及连 续运转的控制线路 主电路中的电流与 控制电路中的电流 有何区别? 有何区别? 你会做吗? 首 页 电动机多地控制的原则 是什么? 是什么?自动往复运动 控制的关键又是什么? 控制的关键又是什么? 电工电子技术 5.6 可编程控制器与传感器简介 1. 可编程控制器简介 继电—接触器控制系统由于其元器件数量太多使得硬接线 相当繁杂,尤其当线路中出现故障或对机器的工作程序有新 的调整和功能扩展要求时,线路的检测、改造显得非常不易 和相当麻烦。可编程控制器PLC就是为抑制上述缺点而研制 出的、比继电—接触器控制系统更可靠、功能更齐全、响应 速度更快的一种新型工业控制器。 可编程控制器产品及其编程器 首 页 电工电子技术 继电—接触器控制系统和PLC控制系统的比较 输入部分:作用是输入各种指令和生产过程控制要求。 包括各种主令电器。 也包括各种主令电器。 逻辑控制部分:作用是实现各种生产过程的控制功能。 靠继电—接触器硬件动作 实现生产过程的逻辑控制。 靠编程器输入相应指令实 现生产过程的逻辑控制。 输出部分:作用是驱动生产过程中的被控制对象。 包括电磁阀、指示灯等。 包括电磁阀、指示灯等。 显然,两者不同之处是在逻辑控制部分。PLC通过键盘输 入相应程序实现生产过程中的逻辑控制,从而避免了继电— 接触器系统中的复杂硬接线,可靠性更高且抗干扰能力强。 首 页 电工电子技术 2. 传感器简介 传感器的主要作用就是将非电量转换为电量的一种功能装 置,也是优良控制系统中的必备元件。传感器一般由敏感元 件和转换元件两个基本环节构成。 各种传感器产品实物图 传感器按用途可分有超声波传感器、数显传感器、温度传 感器、压力传感器、速度传感器、液位传感器、光敏传感器 和电磁传感器等。 作为检测用时,被测的非电量通过传感器可转换成易于变 换成电量的另一种非电量,再将这种非电量以电参量的变化 加以描述,最后经过系统的检测和分析得出检测结论。 首 页 电工电子技术 通过本章的学习, 通过本章的学习, 你对哪些电器有一 定的了解? 定的了解?能说出 它们的主要结构与 功能吗? 功能吗? 你能说出电动机控制 电路中都有哪些保护 吗?分别用哪些电器 设备实现的? 设备实现的? 可编程控制器控制 系统与继电—接触 系统与继电 接触 器控制系统主要区 别是什么? 别是什么? 你能设计成两台电 动机的顺序控制电 路吗? 路吗? 你能默画出带有 互锁环节的正、 互锁环节的正、 反转控制的电路 吗? 本章的学习,不仅要把书本上的知识掌握好,更重 要的是重视实践教学环节,锻炼自己的动手能力。 首 页 电工电子技术 本章学习结束。 本章学习结束。Goodbye! 首 页


 
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