湖南現(xiàn)代汽車應用技術職業(yè)培訓學?！峨姽せA》

1、湖南現(xiàn)代汽車應用技術職業(yè)培訓學校電工基礎教 案第五章 三相異步電動機與控制概 述本章教學目的及基本要求：1了解三相異步電動機的結構和機械特性，掌握其四種運行方式；2了解單相異步電動機結構與原理，掌握其反轉與調速；3了解常用控制電動機的結構，掌握其工作原理；4了解低壓電器的分類，掌握各種低壓電器的工作特點；5掌握電動機基本控制電路、行程與時間控制電路的分析。本章教學內容的重點和難點：教學重點：1三相異步電動機的啟動、制動、反轉和調速控制； 2單相異步電動機的反轉與調速控制；3基本控制電路；4行程、時間控制電路。教學難點：1基本控制電路；2行程、時間控制電路。本章教學內容的深化和拓寬：1汽車交流發(fā)

2、電機的控制原理；2汽車用熔斷絲的選用與顏色。本章教學方法、方式： 講授 啟發(fā) 討論本章主要參考資料：1秦曾煌主編： 電工學簡明教程（第2版） 高等教育出版社. 2007.12趙福堂主編： 汽車電工電子技術基礎 機械工業(yè)出版社. 2005.93高樹德主編： 汽車電工電子技術基礎 機械工業(yè)出版社. 2005.10湖南現(xiàn)代汽車應用技術職業(yè)培訓學校電工基礎單 元 教 案 首 頁課題：§5-1 三相異步電動機 課次：9 §5-2 三相異步電動機的運行教學方法：講授、討論、啟發(fā) 教具：多媒體教學目的：1了解三相異步電動機的構造，理解其工作原理；2了解三相異步電動機的機械特性；3掌握三相

3、異步電動機的運行教學重點：1三相異步電動機的工作原理；2三相異步電動機的運行教學難點：三相異步電動機的運行教學過程時間分配新課導入 2分鐘講授新課 70分鐘鞏固小結 3分鐘課后思考 15分鐘課后記：教學過程設計【新課導入】三相異步電動機是由三相交流電供電的電動機，又稱異步電動機。它的結構簡單、制造容易、價格低廉、效率高、運行經濟可靠且便于維護，獲得了廣泛的應用。其缺點是調速性能差、功率因數(shù)低，在有些場合受到限制，但隨著當前變頻調速技術的發(fā)展，該問題已得到了解決。【新課傳授】一、三相異步電動機的結構 三相異步電動機的結構主要包括定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）兩大部件。1.定子 定子是指電動機

4、中靜止不動的部分，有定子鐵芯、定子繞組、機座、端蓋等部件。定子鐵芯用0.5 mm厚的表面有絕緣層的硅鋼片疊壓成圓筒狀。在定子鐵芯的內圓沖有均勻分布的槽孔，用以嵌置三相定子繞組，每相繞組分布在幾個槽內，線圈按一定規(guī)則連接成三相定子繞組。三相定子繞組結構完全對稱，一般有六個接線端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于接線盒內，根據(jù)需要接成星形或三角形。2.轉子 轉子是電動機的旋轉部分，由轉子鐵芯、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵芯也是由0.5 mm厚的硅鋼片疊成的圓柱體，固定在轉軸上，轉軸上加機械負載，與定子相同在圓周外表面沖 有槽孔，用以嵌置轉子繞組。轉子繞組的構造分為籠式和繞線式兩種。 籠式轉子繞組

5、是用銅條和銅環(huán)焊接成的籠形閉合電路，由于轉子繞組的形狀像鼠籠，故稱籠式轉子。 繞線式轉子的特點是可以通過滑環(huán)和電刷，在轉子電路中接入附加的電阻，以便電動機 啟動時調節(jié)電動機的轉速。在需要大啟動轉矩時，往往采用繞線式異步電動機。 二、三相異步電動機的工作原理1.旋轉磁場的產生定子繞組接通三相交流電源后在定子繞組內形成三相對稱電流，在電動機內產生旋轉磁場，轉子繞組與旋轉磁場產生相對運動并切割磁力線，使轉子繞組產生感應電流，兩者互相產生電磁轉矩，是轉子旋轉起來。三相異步電動機的轉速與旋轉磁場的轉速有關，而旋轉磁場的轉速又與磁極的對數(shù)有關。P對磁極的旋轉磁場的轉速為n1=60f/p。旋轉磁場是順時針方

6、向旋轉，旋轉磁場的方向是由線圈中電流的相序決定的，如果將電源接到定子繞組的三根引線中的任意兩根對調，這時三相定子繞組中的電流相序就按逆時針方向排列，將使旋轉磁場按逆時針方向旋轉。2.轉子轉動原理 把旋轉磁場的轉速n1與轉子轉速n的差值與旋轉磁場轉速n1之比稱為異步電動機的轉差率，用 s表示，即s=（n1-n）/ n1 。一般三相異步電動機在額定轉速時的轉差率Sn=0.020.06 。三、機械特性 電動機產生的電磁轉矩 T與轉子轉速n的關系曲線，即n=f（T）曲線稱為電動機的機械特性曲線。在電動機啟動時，即 n=0時，對應于機械特性曲線上的 D點，電動機軸上的電磁轉矩稱為啟動轉矩（又稱為堵轉轉矩

7、），用 Tst表示。當電動機帶額定負載時，對應于機械特性曲線上的 B點 電動機在運行中對應的最大轉矩用 Tm表示，對應圖中的 C點。電動機空載時，對應圖中的D點。 由三相異步電動機的機械特性曲線可知，當啟動轉矩大于負載轉矩時，轉子在電磁轉矩的作用下逐漸加速，轉速沿 DC段上升，電磁轉矩也隨之增加，一直增加到最大轉矩 Tm。以后轉速沿 CA段增加而電磁轉矩開始減小，當電磁轉矩等于負載轉矩時，電動機就以某一轉速穩(wěn)定運行。 電動機正常運行過程中，由于外界因素而使電動機轉速發(fā)生變化，電動機在 AC段自動調節(jié)電磁轉矩與負載轉矩平衡，并穩(wěn)定在新的轉速上穩(wěn)定運行。顯然，AC段電動機的機械特性較硬，這種特性適

8、合大多數(shù)生產機械對拖動的要求。但為了使電動機安全可靠地工作， 電動機一般工作在 AB段。 電動機的啟動轉矩與額定轉矩之比稱為電動機的啟動能力。一般電動機的啟動能力為 1.42.2。電動機的最大電磁轉矩與額定轉矩之比稱為電動機的過載能力。一般電動機的過載能力為1.62.5。四、三相異步電動機的運行1.啟動 （1）直接啟動（全壓啟動） 直接啟動是給定子繞組直接加額定電壓啟動。直接啟動的異步電動機要受到供電變壓器的限制，當電動機由單獨的變壓器作為它的電源時，電動機的容量不超過變壓器容量的20%30%便可采用，以電動機啟動時電源電壓降低不超過額定電壓的5%為原則。（2）降壓啟動 電動機啟動時，降低加在

9、電動機定子繞組上的電壓，待啟動結束時再恢復額定電壓運行。由于啟動轉矩將明顯減小，所以降壓啟動適用于容量較大的籠式三相異步電動機及對啟動轉矩要求不高的生產機械負載。 （3）繞線式異步電動機的啟動 對于繞線式異步電動機的啟動，只要在轉子電路中接入大小適當?shù)膯与娮?，轉子電流減小，定子電流也減小，同時轉子電路電阻增加，啟動轉矩隨之增加，既可以達到減小啟動電流的目的，同時啟動轉矩也提高，啟動后將轉子電阻調到零值，該啟動方法適于啟動轉矩較大的機械，如卷揚機等。2.制動(1)能耗制動 在切斷三相電源的同時，在任意兩相定子之間接入直流電源，使直流電流流入一組線圈，產生一個穩(wěn)定磁場，轉子由于慣性繼續(xù)在原方向轉

10、動，并切割磁力線產生感應電流。根據(jù)右手螺旋法則和左手定則可以確定轉子受力矩方向與轉動方向相反，起制動作用，電動機迅速停轉，在制動過程中轉子的動能轉變?yōu)殡娔芎笤俎D變?yōu)闊崮芟牡簟?2)反接制動 為了迅速停機，將電源三根導線中的任意兩根對調，這時電動機內的旋轉磁場反向旋轉，轉子受到一個與原轉動方向相反的制動力矩，使電動機轉速迅速降低。在電動機轉速接近零時，及時斷開電源以防止電動機反轉，必須由控制電器將電動機的電源及時切斷。3.反轉 三相異步電動機的轉子轉動方向與定子產生的旋轉磁場方向相同，而旋轉磁場的轉向取決于定子繞組通入的三相電流的方向，所以只要將三根電源線中的任意兩根對調，就可使轉子的轉動方向

11、改變，實現(xiàn)電動機反轉。4.調速（1）變極（p）調速改變電動機定子繞組的磁極對數(shù) p來改變電動機的轉速。要求電動機的定子有幾套繞組或繞組有多個抽頭引到外部，通過轉換開關改變繞組接法，以改變磁極對數(shù)，形成多速電動機，如雙速電動機等 （2）變頻（f）調速 改變電動機定子繞組的電源頻率來實現(xiàn)調速。三相交流電先經整流器變成直流電，再經逆變器輸出電壓和頻率可調的三相交流電，作為電源給電動機供電，實現(xiàn)三相異步電動機的無級調速。 （3）變轉差率調速 該方法適用于繞線式異步電動機。在繞線式異步電動機的轉子電路中接入調速電阻改變轉差率，達到調整轉速的目的。這種方法能平滑調速且調整范圍大，但能耗較大。 【鞏固小結】

12、 1P對磁極的旋轉磁場的轉速：n1=60f/p。 2異步電動機的轉差率：s=（n1-n）/ n1 。 3. 三相異步電動機的啟動、制動、反轉與調速控制 【課后思考】 教材P92 思考與練習 5-1 5-2 5-5 5-7湖南現(xiàn)代汽車應用技術職業(yè)培訓學校電工基礎單 元 教 案 首 頁 §5-3 單相異步電動機課題：§5-4 常用控制電動機 課次：10 §5-5 低壓電器教學方法：講授、討論、啟發(fā) 教具：多媒體教學目的：1了解單相異步電動機的構造，掌握其反轉與調速方法；2了解常用電動機的結構，掌握其工作原理；3了解常用低壓電器元件，掌握其圖形符號與選用。教學重點：1單

13、相異步電動機的反轉與調速方法2常用低壓電器元件的圖形符號與選用教學難點：用低壓電器元件的圖形符號與選用教學過程時間分配復習舊課 3分鐘講授新課 75分鐘鞏固小結 2分鐘課后練習 10分鐘課后記：教學過程設計【復習舊課】 1P對磁極的旋轉磁場的轉速：n1=60f/p。2異步電動機的轉差率：s=（n1-n）/ n1 ?！拘抡n傳授】一、單相異步電動機1.單相異步電動機的結構 單相異步電動機的結構與三相異步電動機相同，轉子也是籠式定子繞組，為單相。常用的電器有電風扇、洗衣機等。2.單相異步電動機的工作原理單相異步電動機剖面原理圖 單相異步電動機的T-S曲線單相異步電動機不能自行啟動，需在電動機定子內嵌

14、置兩組繞組，一組為工作繞組，另一組為啟動繞組，兩繞組在空間上相位互差90°角。3.單相異步電動機的反轉與調速 單相異步電動機的調速常用改變定子繞組電壓的方法來實現(xiàn)，可用定子繞組串電抗器調壓和用晶閘管調壓，目前大多數(shù)采用串電抗器調壓。 二、常用控制電動機1.交流伺服電動機 交流伺服電動機就是兩相異步電動機。它的定子上裝有兩個繞組:一個繞組為勵磁繞組，另一個繞組為控制繞組，它們在空間上相差90°。轉子有籠式和杯式兩種。 在電容分相的交流伺服電動機的勵磁繞組回路中串入電容C后接到交流電源上?？刂评@組接在放大器的輸出端，控制電壓就是放大器的輸出電壓U2。它與電容分相的單相異步電動機

15、具有同樣的兩相旋轉磁場，只是U2受到控制信號的控制。 在一定負載下，當控制電壓 U2在控制信號作用下變化時，電動機轉子的轉速做相應的變化?？刂齐妷捍?，電動機轉得快;控制電壓小，電動機轉得慢。當控制電壓反相時，旋轉磁場和轉子也都反轉。如果控制電壓為零，電動機就停轉。2.直流伺服電動機 直流伺服電動機的勵磁方式分為電磁式和永磁式兩種。工作時，勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個獨立電源供電。直流伺服電動機通常采用電樞控制，即在保持勵磁電壓 Uf 一定的條件下，改變電樞上的控制電壓 Ua來改變電動機的轉速和轉動方向。3.步進電動機 步進電動機是一種將電脈沖信號轉換為直線位移或角位移的電動機，其是按脈沖節(jié)拍工

16、作的。近年來在自動控制系統(tǒng)、數(shù)控機床領域應用較多。例如，在開環(huán)控制的數(shù)控機床中，在系統(tǒng)的控制下，脈沖分配器CNC每發(fā)一個進給脈沖，步進電動機便轉過一定角度，帶動進給工作臺或刀架移動一個很小的距離（或轉過一個很小的角度）。脈沖一個接著一個發(fā)來，步進電動機便一步一步地轉動，實現(xiàn)自動機械加工。 三、低壓電器低壓電器通常是指工作在交流電壓1200 V及以下電路中的電器。低壓電器可分為低壓配電電器和低壓控制器兩類。刀開關、空氣開關、熔斷器等是低壓配電電器，接觸器、各種繼電器、啟動器等為低壓控制器。 按低壓電器動作的方式又可將其分為自動切換電器和非自動切換電器兩種。1.組合開關 組合開關又稱轉換開關，常用

17、來作為電源引入開關，也可用來直接啟動和停止小容量籠式電動機或使電動機正反轉，局部照明電路也常用它來控制。 組合開關有單極、雙極、三極和四極等幾種，額定持續(xù)電流有10 A、25 A、60 A和100 A等多種。 2.按鈕 按鈕通常用來接通或斷開控制電路（其中電流很?。瑥亩刂齐妱訖C或其他電氣設備的運行。 將按鈕帽按下時，下面一對原來斷開的靜觸點被動觸點接通，以接通某一控制電路;而上面一對靜觸點則被斷開，以斷開另一控制電路。通電前就接通的觸點稱為常閉觸點，通電前就斷開的觸點稱為常開觸點。一般的按鈕有一個常閉觸點和一個常開觸點。有的按鈕只有一個常閉觸點或一個常開觸點，也有具有兩個常開觸點或兩個常開

18、觸點和兩個常閉觸點的。3.交流接觸器 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，每小時可開閉幾百次。 交流接觸器主要由電磁鐵和觸點兩部分組成，它是利用電磁鐵的吸引力而動作的。根據(jù)用途不同，交流接觸器的觸點分為主觸點和輔助觸點兩種。輔助觸點通過電流較小，常接在電動機的控制電路中;主觸點能通過較大電流，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點、四個輔助觸點（兩個常開，兩個常閉）。在選用交流接觸器時，應注意它的額定電流、線圈電壓及觸點數(shù)量等。CJ10系列交流接觸器的主觸點額定電流有5 A、10 A、20 A、40 A、75 A、120 A等數(shù)種；線圈額定電壓通常是

19、220 V或380 V。 常用的交流接觸器還有CJ12、CJ20和3TB等系列。4.中間繼電器 中間繼電器通常用來傳遞信號和同時控制多個電路，也可直接用它來控制小容量電動機或其他電氣執(zhí)行元件。 常用的中間繼電器有JZ7系列和JZ8系列兩種，后者是交直流兩用的。此外，還有JTX系列小型通用繼電器，常用在自動裝置上以接通或斷開電路。5.熱繼電器 熱繼電器用來保護電動機使之免受長期過載的危害。通常用的熱繼電器有JR0、JR10及JR16等系列。熱繼電器的主要技術數(shù)據(jù)是整定電流。所謂整定電流，就是當熱元件中通過的電流超過此值的20%時，熱繼電器應當在20 min內動作。JR10-10型的整定電流從0.

20、25 A到10 A，熱元件有17種規(guī)格; JR0-40型的整定電流從0.6 A到40 A，熱元件有9種規(guī)格。 6.熔斷器 熔斷器是最簡便且有效的短路保護電器。 選擇熔絲的方法如下: （1）電燈支線的熔絲 熔絲額定電流支線上所有電燈的工作電流 （2）一臺電動機的熔絲 為了防止電動機啟動時電流較大而將熔絲燒斷，熔絲不能按電動機的額定電流來選擇。7.自動空氣斷路器 自動空氣斷路器也叫自動開關，是常用的一種低壓保護電器，可實現(xiàn)短路保護、過載保護和失壓保護。 【鞏固小結】1改變單相電容異步電動機的旋轉方向的方法。 2常用電動機、電器的圖形符號。 3. 選擇熔絲的方法?！菊n后練習】教材P92 思考與練習5

21、-4 5-10湖南現(xiàn)代汽車應用技術職業(yè)培訓學校電工基礎單 元 教 案 首 頁課題：§5-6 基本控制電路 課次：11 §5-7 行程、時間控制電路教學方法：講授、討論、啟發(fā) 教具：多媒體教學目的：1了解籠式電動機直接啟動控制電路的組成，掌握其電流通路的分析；2理解籠式電動機正反轉控制電路的動作分析；3了解行程開關的類型和作用，掌握行程控制電路分析；4了解時間繼電器的類型和作用，掌握時間控制電路分析。教學重點：1籠式電動機正反轉控制電路分析2行程控制電路分析3時間控制電路分析教學難點：同重點教學過程時間分配新課導入 3分鐘講授新課 80分鐘鞏固小結 3分鐘課后思考 4分鐘課后

22、記：教學過程設計【復習舊課】1單相電容異步電動機的反轉；2常用電動機、電器的圖形符號?！拘抡n傳授】一、基本控制電路1.籠式電動機直接啟動的控制電路 先將組合開關閉合，為電機啟動做好準備，當按下按鈕SB2時，交流接觸器KM的線圈通電產生電磁吸力使三個主觸點閉合，電動機便啟動。當松開SB2時，由于與啟動按鈕并聯(lián)的輔助觸點和主觸點同時必可，因此交流接觸器線圈觸點保持在閉合位置，這個輔助觸點稱為自鎖觸點。如將停止按鈕SB1按下，則線圈的電路切斷。采用此控制電路還可實現(xiàn)短路保護、過載保護和零壓保護。 熱繼電器有兩相結構的，即有兩個熱元件分別串接在任意兩相中。這樣不僅在電動機過載時起保護作用，而且當任意一

23、相中的熔絲熔斷后做單相運行時，仍有一個或兩個熱元件中通有電流，電動機因而也得到保護。為了更可靠地保護電動機，熱繼電器做成三相結構，即有三個熱元件分別串接在各相中。 電動機直接啟動的控制電路可分為主電路和控制電路兩部分。主電路由三相電源、組合開關Q、熔斷器FU、交流接觸器KM（主觸點）、熱繼電器熱元件FR、三相異步電動機M構成?？刂齐娐酚砂粹oSB、交流接觸器線圈KM、輔助觸點KM、熱繼電器常閉觸點FR構成?？刂齐娐返墓β屎苄?，因此可以通過小功率的控制電路來控制功率較大的電動機。 2、籠式電動機正反轉控制電路 在右圖所示的控制電路中，正轉交流接觸器KMF的一個常閉輔助觸點串接在反轉交流接觸器KMR

24、的線圈電路中，而反轉交流接觸器的一個常閉輔助觸點串接在正轉交流接觸器的線圈電路中，這兩個常閉觸點稱為聯(lián)鎖觸點。這樣一來，當按下正轉啟動按鈕SBF時，正轉交流接觸器線圈通電，主觸點KMF閉合，電動機正轉。與此同時，聯(lián)鎖觸點斷開了反轉交流接觸器KMR的線圈電路。因此，即使誤按反轉啟動按鈕SBR，反轉交流接觸器也不能動作。當電動機正轉時，按下反轉啟動按鈕SBR，它的常閉觸點斷開，而使正轉交流接觸器的線圈KMF斷電，主觸點KMF斷開。與此同時，串接在反轉控制電路中的常閉觸點KMF恢復閉合，反轉交流接觸器的線圈通電，電動機就反轉。同時串接在正轉控制電路中的常閉觸點KMR斷開，起著聯(lián)鎖保護的作用。 二、行程、時間控制電路1.行程控制根據(jù)生產機械運動部件的