三相異步電動機的結構-工作原理及其控制電路--電工技師論文

1、.三相異步電動機及其控制線路1 三相異步電動機實現(xiàn)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(xiàn)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(fā)電機，而把電能轉換成機械能的設備叫做電動機。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動機的應用非常廣泛，在生產(chǎn)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(yōu)點。它被廣泛地用來驅動各種金屬切削機床、起重機、卷揚機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等作為很多機械能傳動的電力拖動原動機。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

2、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本方法；（5）應用場合和如何正確使用。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。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(nèi)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(nèi)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

3、，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 - 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(chǎn)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。

4、圖 5-2 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(fā)現(xiàn)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(xiàn)象解釋：當磁鐵旋轉時，磁鐵與閉合的導體發(fā)生相對運動，鼠籠式導體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)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(chǎn)生圖5-3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差12

5、00的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。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(chǎn)生旋轉磁場(圖5-4)。 圖 5-3 三相異步電動機定子接線當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5-4（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5-4（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

6、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5-4（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。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉磁場。 圖 5-4 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(shù)與轉速（1）極數(shù)（磁極對數(shù)p）三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉磁場的極數(shù)。旋轉磁場的極數(shù)和三相

7、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(chǎn)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(lián)，繞組的始端之間相差600空間角時，產(chǎn)生的旋轉磁場具有兩對極，即p=2；同理，如果要產(chǎn)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(lián)的三個線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。極數(shù)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(shù)p有關，它們的關系是： （5-1）由（5-1）可知，旋轉磁場的轉速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數(shù)p。對某一異步電動機而言，f1和p通常是一定的，

8、所以磁場轉速n0是個常數(shù)。在我國，工頻f1=50Hz，因此對應于不同極對數(shù)p的旋轉磁場轉速n0，見表5-1表5-1p123456n0300015001000750600500（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

9、速n0相差的程度的物理量。即： (5-2)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，這時轉差率S=1。轉子轉動起來之后，n>0，（n0-n）差值減小，電動機的轉差率S<1。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(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)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(tài)下約為0.0150.06之間。根據(jù)式(4-2),可以得到電動機的轉速常用公式 (5-3)例 有一臺三相異步電動機，其額

10、定轉速 n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉差率S。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(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與975r/min最相近的同步轉速n0=1000r/min，與此相應的磁極對數(shù)p=3。因此，額定負載時的轉差率為： （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(chǎn)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

11、要感應出電動勢?？偨Y：1、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）。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(guī)律排列的三相繞組時，便會產(chǎn)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(shù)p有關，它們的關系是： 6、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： 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

12、作狀態(tài)下約為0.0150.06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。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F與轉子電流I2相互作用而產(chǎn)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(jīng)理論證明，它們的關系是： （5-4）其中T為電磁轉矩KT為與電機結構有關的常數(shù)F為旋轉磁場每個極的磁通量 I2為轉子繞組電流的有效值j2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(shù)與電磁轉矩的關系，（5-4）修正為： （5-5）其中為常數(shù)

13、U1為定子繞組的相電壓S為轉差率 R2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U1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。此外，轉矩T還受轉子電阻R2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，它可根據(jù)式（5-4）得出，如圖5-5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

14、上的輸出轉矩。 （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T0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= TL。額定負載時，則有TN= TL。2）最大轉矩Tm Tm又稱為臨界轉矩，是電動機可能產(chǎn)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之比稱為電動機的過載系數(shù)l，即l= Tm/ TN一般三相異步的過載系數(shù)在1.82.2之間。在選用電動機時，必須考慮可能出現(xiàn)的最大負

15、載轉矩，而后根據(jù)所選電動機的過載系數(shù)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時的轉矩。為確保電動機能夠帶額定負載起動，必須滿足：Tst>TN，一般的三相異步電動機有Tst/TN=12.2。3電動機的負載能力自適應分析電動機在工作時，它所產(chǎn)生的電磁轉矩T的大小能夠在一定的范圍內(nèi)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?？偨Y：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。轉矩T還與定子每相電壓U1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。此外，轉矩T還受轉

16、子電阻R2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。2）最大轉矩Tm Tm又稱為臨界轉矩，是電動機可能產(chǎn)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(chǎn)生的電磁轉矩T的大小能夠在一定的范圍內(nèi)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。2三相異步

17、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(tǒng)。這種控制系統(tǒng)一般稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)。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(jié)中我們主要討論繼電接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(jié)首先對這些常用控制電器作簡單介紹。2.1 常用低壓電

18、器介紹1手動電器電路符號QS1）刀開關Ø 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。Ø 刀開關由閘刀（動觸點）、靜插座（靜觸點）、手柄和絕緣底板等組成。Ø 刀開關的種類很多。按極數(shù)（刀片數(shù)）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。 圖5-6 刀開關的電路符號Ø 刀開關一般與熔斷器串聯(lián)使用，以便在短路或過負荷時熔斷器熔斷而自動切斷電路。Ø 刀開關的額定電壓通常為250V和500

19、V，額定電流在1500A以下。Ø 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：35倍異步電機額定電流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，由于按鈕的結構特點，按鈕只起發(fā)出“接通”和“斷開”信號的作用。 圖 5-7 按鈕的結構和符號2自動電器1）熔斷器Ø 熔斷器主要作短路或過載保護用，串聯(lián)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。Ø 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

20、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。Ø 熔體額定電流的選擇：1無沖擊電流的場合（如電燈、電爐）； 圖5-8 熔斷器的電路符號2一臺電動機的熔體：熔體額定電流電動機的起動電流÷2.5；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÷(1.62)；3幾臺電動機合用的總熔體：熔體額定電流=(1.52.5)×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

21、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(jù)用途不同，接觸器的觸頭分主觸頭和輔助觸頭兩種。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CJl0-20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)。 當主觸頭斷開時，其間產(chǎn)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

22、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 主觸頭用于主電路輔助觸頭用于控制電路 圖 5-10 接觸器電路符號在選用接觸器時，應注意它的額定電流、線圈電壓及觸頭數(shù)量等。CJl0系列接觸器的主觸頭額定電流有5、10、20、40、75、120A等數(shù)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(zhí)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

23、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(shù)的金屬采用熱和壓力輾壓而成，亦可采用冷結合，其中，下層金屬的膨脹系數(shù)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(fā)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

24、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JR0、JRl0及JRl6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，就是熱元件通過的電流超過此值的20%時，熱繼電器應當在20min內(nèi)動作。JR0一40型的整定電流從0.6A一40A有9種規(guī)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。電路符號ST電路符號ST圖 5-12 行程開關結構示意圖和電路符號2.2三相異步電動

25、機技術數(shù)據(jù)及選擇 1三相異步電動機技術數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。三相異步電動機型 號 Y132M-4功 率 7.5kW頻 率 50Hz電 壓 380V電 流 14A接 法 D轉 速 1440r/min絕緣等級 E工作方式 連續(xù)溫 升 80防護等級 IP44重 量 55Kg 年 月 編號 ´´電機廠1）型號為不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電機制造廠把電動機制成各種系列，每個系列的不同電動機用不同的型號表示。如Y315S6三相異步電動機機座中心高mm機座長度代號S：短鐵心M：中鐵心L：長鐵心磁極數(shù)2）接法接法指電動機三相定子

26、繞組的聯(lián)接方式。一般鼠籠式電動機的接線盒中有六根引出線，標有U1、V1、W1、U2、V2、W2，其中：U1、V1、 W1是每一相繞組的始端U2、V2、 W2是每一相繞組的末端三相異步電動機的聯(lián)接方法有兩種：星形（Y）聯(lián)接和三角形（D）聯(lián)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(guī)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6

27、000V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(guī)定的環(huán)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h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(shù)因為電動機是電感性負載，定子相電流

28、比相電壓滯后一個j角，cosj就是電動機的功率因數(shù)。 三相異步電動機的功率因數(shù)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(shù)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。絕緣等級環(huán)境溫度40時的容許溫升極限允許溫度A65105E80120B901302三相異步電動機的選擇正確選擇

29、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(jù)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(jīng)濟，電動機的效率和功率因數(shù)都不高；選小了就不能保證電動機和生產(chǎn)機械的正常運行，不能充分發(fā)揮生產(chǎn)機械的效能，并使電動機由于過載而過早地損壞。（1）連續(xù)運行電動機功率的選擇對連續(xù)運行的電動機，先算出生產(chǎn)機械的功率，所選電動機的額定功率等于或稍大于生產(chǎn)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(xù)運行的電動機。由于發(fā)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(jù)過載系數(shù)

30、l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(chǎn)機械所要求的功率的1/l。2）種類和型式的選擇（1）種類的選擇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(shù)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(chǎn)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

31、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。也有將外殼做成擋板狀，以防止在一定角度內(nèi)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（B3） 機座不帶底腳，端蓋有凸緣（B5） 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(jù)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

32、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(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。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n0=1500r/min。例 有一Y225M-4型三相鼠籠式異步電動機，額定數(shù)據(jù)如下：試求（1）額定電流；（2）額定轉差率SN；（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(shù)Ist/INTst/TNTmax/TN(l)45kW1480r/m

33、in380V92.3%0.887.01.92.2解：（1）4-10Kw電動機通常都采用380V/接法 （2）已知電動機是四極的，即所以（3）總結：1、控制電器是指在電路中起通斷、保護、控制或調節(jié)作用的器件。繼電器接觸器控制系統(tǒng)通常使用500V以下的低壓控制電器。2、電動機的銘牌數(shù)據(jù)用來標明電動機的額定值和主要技術規(guī)范，在使用中應遵守銘牌的規(guī)定。3、選擇電動機時，應根據(jù)負載和使用環(huán)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”。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Ist在剛起動時，由于旋轉磁場對靜止的轉子有著很大的相

34、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(chǎn)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57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，而不將電動機停下來。（2）起動轉矩Tst電動機起動時，轉子電流I2雖然很大，但轉子的功率因數(shù)cosj2很低，由公式可知，電動機的起動轉矩T較小，通常。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?jīng)_擊而損壞，所以一般機床的主電動機都是

35、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?shù)钠饎臃椒?，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-D）換接起動起動時，將三相定子繞組接成星形，待轉速上升

36、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。此方法只能用于正常工作時定子繞組為三角形聯(lián)接的電動機。這種換接起動可采用星三角起動器來實現(xiàn)。星三角起動器體積小、成本低、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(lián)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，

37、以滿足生產(chǎn)過程的要求。調速的方法可見，可通過三個途徑進行調速：改變電源頻率f，改變磁極對數(shù)p，改變轉差率S。前兩者是鼠籠式電動機的調速方法，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(xiàn)無極調速，但它簡單方便，常用于金屬切割機床或其他生產(chǎn)機械上。（3）轉子電路串電阻調速在繞線式異步電動機的轉子電路中，串入一個三相調速變阻器進行調速。此方法能平滑地調節(jié)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

38、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(wěn)定或調速性能要求不高的場合。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

39、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。對有些中型車床和銑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(chǎn)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(chǎn)生制動轉矩，實現(xiàn)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(wěn)，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(fā)電反饋制動當轉子的轉速n超

40、過旋轉磁場的轉速n0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n>n0，重物受到制動而等速下降。2.4三相異步電動機的控制1直接啟動控制電路直接啟動即啟動時把電動機直接接入電網(wǎng)，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2030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線圈通電，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， 圖5-13 點動控制接觸器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（1）起動過

41、程。按下起動按鈕SB1，接觸器KM線圈通電，與SB1并聯(lián)的KM的輔助常開觸點閉合，以保證松開按鈕SBl后KM線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)運轉，從而實現(xiàn)連續(xù)運轉控制。（2）停止過程。按下停止按鈕SB2，接觸器KM線圈斷電，與SB1并聯(lián)的KM的輔助常開觸點斷開，以保證松開按鈕SB2后KM線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的KM的主觸點持續(xù)斷開，電動機停轉。與SB1并聯(lián)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(xiàn)短路保護、過載保護和零壓保護。 圖5-14直接起動控制Ø 起短路保護的是串接在主電路中的熔斷器FU。一旦電路發(fā)生短路故障，熔體立

42、即熔斷，電動機立即停轉。Ø 起過載保護的是熱繼電器FR。當過載時，熱繼電器的發(fā)熱元件發(fā)熱，將其常閉觸點斷開，使接觸器KM線圈斷電，串聯(lián)在電動機回路中的KM的主觸點斷開，電動機停轉。同時KM輔助觸點也斷開，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。Ø 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SB1，接觸器KM1線圈通電，與SB1并聯(lián)的

43、KM1的輔助常開觸點閉合，以保證KM1線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)正向運轉。（2）停止過程。按下停止按鈕SB3，接觸器KM1線圈斷電，與SB1并聯(lián)的KM1的輔助觸點斷開，以保證KM1線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動機回路中的KM1的主觸點 圖5-15簡單的正反轉控制持續(xù)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SB2，接觸器KM2線圈通電，與SB2并聯(lián)的KM2的輔助常開觸點閉合，以保證線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動機回路中的KM2的主觸點持續(xù)閉合，電動機連續(xù)反向運轉。缺點： KM1和KM2線圈不能同時通電，因此不能同時按下SB1和SB2，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KM1的輔助常閉觸點串入KM2的線圈回路中，從而保證在KM1線圈通電時KM2線圈回路總是斷開的；將接觸器KM2的輔助常閉觸點串入KM1的線圈回路中，從而保證在KM2線圈通電時KM1線圈回路總是斷開的。這樣接觸器的輔助常閉觸點KM1和KM2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