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第 15 章 电机与电气控制技术 PowerPoint PPT Presentation


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第 15 章 电机与电气控制技术. 15.1 磁路与变压器. 15.2 异步电动机. *15.3 同步电动机. *15.4 直流电动机. *15.5 控制电机. 15.6 电气控制技术基础. 15.1 磁路与变压器 1 磁路基础与磁路定律 2 变压器的工作原理 3 变压器的使用 4 特殊变压器简介. i. : 主磁通. : 漏磁通. 铁心 (导磁性能好 的磁性材料 ). 线圈. 1. 磁路基础与磁路基本定律. 1 ) 磁路基础. 线圈通入电流后,产生磁通,分主磁通和漏磁通。.

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第 15 章 电机与电气控制技术

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


15

第15章 电机与电气控制技术

15.1 磁路与变压器

15.2 异步电动机

*15.3 同步电动机

*15.4 直流电动机

*15.5 控制电机

15.6 电气控制技术基础


15

15.1 磁路与变压器

1 磁路基础与磁路定律

2 变压器的工作原理

3 变压器的使用

4 特殊变压器简介


15

i

:主磁通

:漏磁通

铁心

(导磁性能好

的磁性材料)

线圈

1.磁路基础与磁路基本定律

1) 磁路基础

线圈通入电流后,产生磁通,分主磁通和漏磁通。

磁路:主磁通所经过的闭合路径。构成磁路的重 要材料是铁磁性材料。


15

(磁通密度)

一、磁感应强度

B的单位:特斯拉(Tesla)

1 Tesla = 104 高斯

单位:韦伯

2) 磁路计算中的基本物理量

与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通(磁力线)。


15

二、磁导率

真空中的磁导率( )为常数

(亨/米)

一般材料的磁导率和真空中的磁导率之比,

称为这种材料的相对磁导率

,则称为磁性材料

,则称为非磁性材料

:表征各种材料导磁能力的物理量


15

单位:

B:特斯拉

:亨/米

:安/米

三、磁场强度 H

磁场强度是计算磁场所用的物理量,其大小为磁

感应强度和导磁率之比。


15

B

Br

B

B

Hc

H

H

(I)

H

3. 磁滞性

1.非线性

2.磁饱和性

根据磁性能,磁性材料又可分为三种:软磁材料(磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等)、永磁材料(磁滞回线宽。常用做永久磁铁)、矩磁材料(滞回

线接近矩形。可用做记忆元件)。

磁性材料的磁性能:


15

I2

I3

I1

电流方向和磁场强度的方向

符合右手定则,电流取正;

否则取负。

3 磁路的基本定律

一. 安培环路定律(全电流律):

磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等于通过这个闭合路径内电流的代数和.


15

NI:称为磁动势。一般

用 F表示。

I

F=NI

在无分支的均匀磁路(磁路的材料和截面积相同,各处的磁场强度相等)中,安培环路定律可写成:

磁路

长度L

线圈

匝数N

HL:称为磁压降。


15

I

N

在非均匀磁路(磁路的材料或截面积不同,或磁场强度不等)中,总磁动势等于各段磁压降之和。

总磁动势

例:


15

S

I

N

L

令:

Rm称为磁阻

磁路中的

欧姆定律

则:

注:由于磁性材料 是非线性的,磁路欧姆定律多用作定性

分析,不做定量计算。

二. 磁路的欧姆律:

对于均匀磁路


15

磁动势

磁压降

电动势

电流

电压降

磁路和电路的比较(一)

磁通

I

N

I

+

U

E

R

_


15

磁路与电路的比较 (二)

安培环路

定律

磁 路

磁感应

强度

基本定律

磁阻

I

N

基氏

电压定律

基氏

电流定律

电 路

电流

强度

欧姆定律

电阻

I

+

E

_

R


15

直流 ---- 直流磁路

励磁电流

交流 ---- 交流磁路

直流磁路

磁路分析

交流磁路

4 磁路的分析

励磁电流:在磁路中用来产生磁通的电流


15

一定

一定

(线圈中没有反电动势)

一定

磁动势F=IN

磁通和磁阻成反比

直流电路中

直流磁路中

F 固定

E固定

I随 R变化

随 变化

一.直流磁路的分析

直流磁路的特点:

(R为线圈的电阻)

I

U

直流磁路和电路中的恒压源类似


15

交流激励线圈中产生感应电势

和产生

的感应电势

电路方程:

i

u

一般情况下 很小

:主磁通

:漏磁通

二. 交流磁路的分析


15

i

u

假设

最大值

有效值


15

当外加电压U、频率 f与

线圈匝数N一定时, 便

确定下来。根据磁路欧姆

定律 当

一定时磁动势IN随磁阻的变化而变化。

交流磁路和电路中的恒流源类似

F随变化

直流磁路中:

固定

IS固定

直流电路中:

U随 R变化

i

交流磁路的特点:

u


15

交流磁路中磁阻 对电流的影响

在吸合过程中若外加电压不变, 则 基本不变。

电磁铁吸合前(气隙大)

大 起动电流大

电磁铁吸合后(气隙小)

小电流小

注意:

如果气隙中有异物卡住,电磁铁长时间吸不上,线圈中的电流一直很大,将会导致过热,把线圈烧坏。

电磁铁吸合过程的分析:

i

u


15

磁路小结

直流磁路

(U不变,I不变)

随Rm变化)

交流磁路

( U不变时,

基本不变)

( I随Rm变化)


15

变电压:电力系统

变电流:电流互感器

变阻抗:电子电路中的阻抗匹配

(如喇叭的输出变压器)

2) 变压器的工作原理

变压器功能:


15

变电站

1万伏

输电线

22万伏

发电厂

1.05万伏

升压

降压

降压

实验室

380 / 220伏

仪器

36伏

降压

降压

变压器应用举例


15

铁芯

原边

绕组

副边

绕组

变压器的基本结构和工作原理

一.结构:

单相变压器


15

变压器符号:

工作过程:


15

接上交流电源

原边电流 i1等

于励 磁电流 i10

i10产生磁通

(交变)

产生感应电动势

(方向符合右手定则)

二. 工作原理

空载运行 :原边接入电源,副边开路。


15

根据交流磁路的分析

可得:

K为变比

原、副边电压关系

(变电压)

结论:改变匝数比,就能改变输出电压。


15

副边带负载后对磁路的

影响:在副边感应电压的

作用下,副边线圈中有了

电流 i2。此电流在磁路中

也会产生磁通,从而影响原边电流 i1。但当外加电压、频率不变时,铁芯中主磁通的最大值在变压器空载或有负载时基本不变。带负载后磁动势的平衡关系为:

负载运行

Z


15

由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载励磁电流

很小,可忽略 。即:

原、副边电流关系

(变电流)

结论:原、副边电流与匝数成反比


15

从原边等效:

原、副边阻抗关系

(变阻抗)

结论:变压器原边的等效负载,为副边所带负载乘以

变比的平方。


15

设:

信号电压的有效值:

Rs

U1= 50V;

RL

信号内阻:

Rs=100 

;

负载为扬声器,其等

效电阻:RL=8。

信号源

阻抗变换举例:扬声器上如何得到最大输出功率

求:负载上得到的功率

解:(1)将负载直接接到信号源上得到的输出功率为:


15

设变比

Rs

则:

输出功率为:

(2)将负载通过变压器接到信号源上。

结论:由此例可见加入变压器以后,输出功率提高了

很多。原因是满足了电路中获得最大输出的条

件(信号源内、外阻抗差不多相等)。


15

额定电压

变压器副边开路(空载)时,原、副边绕组允

许的电压值。

 额定电流

变压器满载运行时,原、副边绕组允许的电流值。

 额定容量

传送功率的最大能力。

(理想)

3 ) 变压器的使用

1 变压器的铭牌数据(以单相变压器为例)


15

原边输入功率 P1输出功率 P2

容量:

输出功率:

变压器功

率因数

原边输入功率:

效率

容量 SN 输出功率 P2

注意:变压器几个功率的关系


15

变压器的损耗包括两部分:

铜损 (PCU) :绕组导线电阻所致。

磁滞损失:磁滞现象引起铁芯发热,

造成的损失。

铁损( ):

PFE

涡流损失:交变磁通在铁芯中产生

的感应电流(涡流),

造成的损失。

2 变压器的效率()

为防止涡流损失,铁芯一般由一片片导磁材料叠合而成。


15

副边输出电压和输出电流的关系。即:

U2

U20

I2

一般供电系统希望要硬特性(随I2的变化,U2变化不多)

3 变压器的外特性

U20:原边加额定电压、

副边开路时,副边的输

出电压。


15

A

A

*

*

X

X

*

a

a

x

x

*

4 变压器绕组极性及连接方法

同极性端(同名端)

当电流流入两个线圈(或流出)时,若产生的磁通方向相同,则两个流入端称为同极性端(同名端)。或者说,当铁芯中磁通变化(增大或减小)时,在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。


15

1

*

3

*

2

4

线圈的接法

电器使用时两种电压(220V/110V)的切换:

220V:

联结2 -3

110V:

联结1 -3,2 -4


15

励磁

*

1

3

*

2

4

两种接法下线圈工作情况的分析

220V:联结2 -3


15

1,3

1

*

励磁

2,4

'

3

*

2

4

说明:两种接法下 不变, 所以铁芯磁路的设计相同

220V:联结2 -3

110V:联结1 -3,2 -4


15

1

1,3

*

3

N

*

2

2,4

4

若两种接法铁芯中的磁通相等,则:

原边有两个相同绕组的电源变压器(220 / 110),使用中应注意的问题:

问题1:在110V情况下,如果只用一个绕组(N),行不行?

答:不行(两绕组必须并绕)


15

原因:

两个线圈中的磁通抵消

*

1

感应电势

3

*

电流很大

2

’

烧毁

4

问题2:如果两绕组的极性端接错,结果如何?

答:有可能烧毁变压器

结论:在极性不明确时,一定要先测定极性再通电。


15

同极性端的测定方法

把两个线圈的任意两端(X - x)连

接,

A

a

然后在AX上加一小电压u。

测量:

结论:

x

X

若说明 A与x 或X 与a 是同

极性端;

若说明A与a或X与x为同

极性端。

方法一:交流法


15

K

*

A

+

K

A

a

+

_

X

+

*

a

-

mA表

_

x

结论:

x

X

设K闭合时 增加。

如果当K闭合时,mA 表正偏,则 A-a为同极性端;

如果当 K闭合时,mA 表反偏,则 A-x为同极性端

感应电动势的方向,阻止 的增加。

方法二:直流法


15

定导线直径

定铁芯窗口

额定容量

一定

则 (铜多、铁少)

则 (铜少、铁多)

( , 一定时,  )

变压器设计中的一些概念(1)


15

(省铜)

截面积A 

(费铁)

变压器设计中的一些概念(2)

在同样变比情况下,匝数多好,还是少好?


15

A

P

B

4 ) 特殊变压器简介

1 自耦变压器

使用时,改变滑动端的位置,便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意:原、副边千万不能对调使用,以防变压器损坏。因为N变小时,磁通增大,电流会迅速增加。


15

R

~u

(被测电压)

使用注意:

保险丝

1. 副边不能短路,以

防产生过流;

2. 铁心、低压绕组的

一端接地,以防在

绝缘损时,在副边

出现高压。

N1

(匝数多)

N2

(匝数少)

电压表

V

2 电压互感器:用低量程的电压表测高电压

被测电压=电压表读数 N1/N2


15

i1

R

(被测电流)

使用注意事项:

N1

(匝数少)

1. 副边不能开路,以防产生高电压;

2. 铁心、低压绕组的一端 接地,以防在绝缘损坏时,在副

边出现过压。

N2

(匝数多)

i2

A

电流表

3 电流互感器:用低量程的电流表测大电流

被测电流=电流表读数 N2/N1


15

15.2 异步电动机

1.三相异步电动机的结构

与工作原理

2.三相异步电动机的机械特性

3.三相异步电动机的使用

4.单相异步电动机


15

鼠笼式

绕线式

异步机

同步机

鼠笼式异步交流电动机授课内容:

基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法

电动机的分类

交流电动机

电动机

直流电动机

他励、并励、串励、复励


15

磁铁

闭合

线圈

1 .三相异步电动机的结构与工作原理


15

磁感应强度

闭合导线产生电流i

通电导线在磁场中受力

(左手定则)

导线切割磁力线产生感应电动势

磁极旋转

(右手定则)

导线长

切割速度


15

1. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致

结论:

2. 线圈比磁场转得慢

异步


15

定子绕组

(三相)

定子

A

Z

Y

B

C

线绕式

转子

X

鼠笼式

机座

鼠笼转子

三相异步机的结构

三相定子绕组:产生旋转

磁场。

转子:在旋转磁场作用下,

产生感应电动势或

电流。


15

旋转磁场的产生

异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极

(•)电流出

A

Z

Y

B

C

X

()电流入


15

A

A

Y

Z

X

Z

Y

B

C

C

B

X

合成磁场方向:

向下


15

A

A

A

Z

Z

Y

Z

Y

Y

C

B

C

B

C

B

X

X

X

同理分析,可得

其它电流角度下

的磁场方向:


15

旋转磁场的旋转方向

旋转方向:取决于三相电流的相序。

改变电机的旋转方向:换接其中两相


15

一个电流周期,旋转磁场在空间转过360°。则

A

同步转速(旋转磁场的速度)为:

Y

Z

B

C

X

A

A

Z

Y

Y

Z

B

C

C

B

X

X

旋转磁场的转速大小


15

A

A

Y

Z

X

Z

Y

B

C

C

B

X

此种接法下,合成磁场只有一对磁极,则极对数为1。

即:

极对数(P)的概念


15

A

A

B

X

A'

X

Z'

X'

C

C'

Y'

Y

Y

Z

B'

Z

C

B

极对数(P)的改变

将每相绕组分成两段,按右下图放入定子槽内。形

成的磁场则是两对磁极。


15

A

A'

X

X'

Z'

C'

Y

Y'

Z

B'

B

C

极对数


15

极对数和转速的关系


15

三相异步电动机的同步转速

同步转速

每个电流周期

磁场转过的空间角度

极对数


15

电动机转速:

电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致,

但异步电动机

提示:如果

转子与旋转磁场间没有相对运动

无转子电动势(转子导体不切割磁力线)

无转子电流

无转距

电动机转速和旋转磁场同步转速的关系


15

转差率的概念:

异步电机运行中:

(转差率最大)

电动机起动瞬间:

转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即:


15

例:异步电动机的额定转速nN=720r/min,电源频率为50Hz.

求:电机是几极?额定转差率是多少?

解:

额定转速接近同步转速n0=750r/min

该电机是8极电机


15

i2

R1

e1

e2

:主磁通产

生的感应电动势。

i1

e2

e1

u1

R2

e2

e1

:主磁通

产生的感应电动

势。

e1

e2

转、定子电路

定子边:

设:

则:

2 三相异步电动机的机械特性

1 三相异步电动机的“电-磁”关系


15

R1

i1

e2

e1

u1

R2

e2

e1

同理得转子边:


15

:转子感应电动势的频率

:转子线圈匝数

取决于转子和旋转磁场的相对速度


15

R1

i1

e2

e1

u1

R2

e2

e1

其中

转子功率因数


15

转子电路的

转矩公式的推导

电磁转矩T:转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,

受到电磁力所形成的转距之总和。

常数

转子电流

每极磁通


15

将其中参数代入:

得到转矩公式


15

根据转矩公式

得特性曲线:

n

n0

T

0

1

2 三相电动机的机械特性


15

可见,转矩特性曲线会出现最大值Tmax,转差率为临界转差率sm

三个结论

(1)T、Tmax与U1成正比

(2)Tmax与R2无关

(3)Sm与R2成正比


15

三个重要转矩

( 1 )

额定转矩 :

nN

电机在额定电压下,以额

定转速 运行,输出额

定功率 时,电机转轴

上输出的转矩。

(牛顿•米)

n

n0

T


15

( 2 )

最大转矩 :

电机带动最大负载的能力。

如果电机将会

因带不动负载而停转。

求解

n

n0

T


15

过载系数:

三相异步机

注意:

(1)三相异步机的 和电压的平方成正比,所

以对电压的波动很敏感,使用时要注意电压的变化。

工作时,一定令负载转矩 ,否则电机将停转。致使

(2)

电机严重过热


15

( 3 )

起动转矩 :

电机起动时的转矩。

其中

体现了电动机带载起动的能力。若 电机能

起动,否则将起动不了。起动能力=Tst/TN

n

n0

T


15

n

n0

直至新的平衡。此过程中,

时, 电源提供的功率自动

增加。

T

常用特

性段

自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。(如:柴油机当负载增加时,必须由操作者加大油门,才能带动新的负载。)

电动机的自适应负载能力

电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整,

这种能力称为自适应负载能力。


15

结论:

机械特性和电路参数的关系

与电压的关系


15

令:

得:

结论:

R2的改变:

鼠笼式电机转子导条的金属材料不同,线绕式电机外接电阻不同。

与转子电阻的关系


15

硬特性

(R2小)

软特性

(R2大)

不同场合应选用不同的电机。如金属切削,选硬特性电机;重载起动则选软特性电机。

机械特性的软硬

硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行特性好。

软特性:负载增加转速下降较快,但起动转矩大,起

动特性好。 


15

磁极数(极对数p=2)

同步转速1500转/分

(2) 转速: 电机轴上的转速(n)。

如:n =1440 转/分

转差率

3 三相异步电动机的使用

1)三相异步机铭牌与技术数据

(1)型号Y 132M-4


15

B

C

A

接线盒:

Z

X

Y

Y 接法:

接法:

A

A

B

C

A

B

C

A

Z

Z

X

C

X

Y

Y

B

C

B

Z

X

Y

Z

X

Y

(3) 联接方式:Y/ 接法:


15

A

A

Z

线

线

Z

X

C

Y

X

C

B

B

Y

(4) 额定电压:定子绕组在指定接法下应加的线电压.

例:380/220 Y/是指:线电压为380V时采用Y接法;

当线电压为220V时采用接法。

说明:一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的 5 %。


15

电压波动对电动机的影响


15

如:

(6)额定功率:

额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率

( ),不等于从电源吸收的功率( )。两者的关系为:

鼠笼电机

=72-93%

其中

(5) 额定电流:定子绕组在指定接法下的线电流。

表示三角接法下,电机的线电流为11.2A,相电流为6.48A;星形接法时线、相电流均为6.48A。


15

例:三相异步电动机,PN=45kw。F=50Hz,nN=2970r/M

=91.5%,

起动能力=2,

求:s、TN、Tst、Tmax、P1N

解:同步转速n0=3000r/M

S=0.01


15

此外还有绝缘等级等参数,不一 一介绍。

(7)功率因数(cos1):

额定负载时一般为0.7 ~ 0.9 , 空载时功率因数很低约为0.2 ~ 0.3。额定负载时,功率因数最大。

cos1

P2

PN

注意:实用中应选择合适容量的电机,防止“大马”

拉“小车”的现象。


15

起动电流 :

中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。

原因:起动时 ,转子导条切割磁力线速度很大。

转子感应电势

转子电流

定子电流 

频繁起动时造成热量积累  电机过热

影响:

大电流使电网电压降低 

影响其他负载工作

2)三相异步机的起动


15

Y- 起动

(2) 降压起动。

自耦降压起动

Y- 起动和转子串电阻起动。

以下介绍

三相异步机的起动方法:

(1) 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般

采用直接起动。

(3)转子串电阻起动。


15

A

A

Z

Z

X

C

X

Y

C

B

Y

B

 正常运行

起动

设:电机每相阻抗为

Y-  起动:


15

Y-  起动应注意的问题:

A

(1)仅适用于正常接法为三角形接法的电机。

Z

X

Y- 起动

(2)

Y

C

B

所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合

UP

UP'

正常

运行

起动

A

Z

C

X

B

Y


15

线绕式转子

定子

R

R

R

转子串电阻起动

起动时将适当的R串入转子绕组中,起动后将R短路。


15

(1)

适于转子为线绕式的电动机起动。

转子串电阻起动的特点:

(2)R2选的适当,转子串电阻既可以降低起动电流,

又可以增加起动力矩。


15

电 源

电 源

B

C

A

A

B

C

反转

正转

M

3~

M

3~

3)三相异步电动机的正、反转

方法:和电源相接的任意两相互换,就可实现反转。


15

注意:

反接制动时,定子旋转磁场与转子的相对转速很大。

即切割磁力线的速度很大,造成 引起 。

为限制电流,在制动时要在定子或转子中串电阻。

4 )三相异步电动机的制动

制动方法:

1. 抱闸:加机械抱闸;

2. 反接制动:停车时,将电动机接电源的意

两相反接,使电动机由原来的旋转方向反过来,以达制动的目的;


15

F

n

转子

运行

制动

+

-

no

F

M

3~

n

3. 能耗制动:停车时,断开交流电源,接至直流

电源上,产生制动转矩;

4.发电反馈制动:

令电机转子的转速超过

旋转磁场的同步转速,便

会产生制动转矩。


15

调速方法:

1.改变极对数有级调速。

无级调速

2.改变转差率

T

S

5.三相异步电动机的调速


15

可变

变频电源

3. 改变电源频率 (变频调速)无级调速

此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(常由整流器、逆变器等组成)。


15

4 单相异步电动机

转子

定子

定子

绕组

1)单相异步电动机的工作原理

结构:定子放单相绕组(其中通单相交流电);

转子一般用鼠笼式。

定子中通入单相交

流电后,形成脉动

磁场。其磁感应强

度按正弦分布,且

随时间按正弦变化。


15

转子导条

及电流

.

.

.

.

F

单相异步电动机的特点:

(1)自身没有起动转矩

当定子绕组产生的合成磁场增加时,根据右手螺旋定则和左手定则,可知转子导条左、右受力大小相等方向相反,所以没有起动转矩。


15

定子绕组产生的脉动磁场(),可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即:

-

+

m

t

m

+

-

=

=

(2)转子借助其它力量转动后,外力去除后仍按原方

向继续转动。其原理分析如下:


15

+

-

-

+

脉动磁场的分解


15

起动转矩

为零。

正反向旋转磁场的合成转矩特性

(正向)

合成转矩

(反向)


15

~

W

工作原理

D

启动时开关K闭合,使两

绕组电流 相位差约

为90°,从而产生旋转磁

场,电机转起来;转动正

常以后离心开关被甩开,启动绕组被切断。

ST

C

K

W: 主绕组

ST:启动绕组

K:离心开关

2 )单相异步电动机的起动

电容分相式起动


15

短路

转子

定子

磁极

罩极式单相电机

定子通入电流以后,部分磁通穿过短路环,并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化,致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差,从而形成旋转磁场,使转子转起来。

图中电机的转动方向:瞬时针

旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的

磁通领先。


15

3 )单相电机的使用

单相异步电动机的功率小,主要制成小型电机。它的应用非常广泛,如家用电器(洗衣机、电冰箱、电风扇)、电动工具(如手电钻)、医用器械、自动化仪表等。

4) 三相异步电动机的单相运行

三相异步电动机在运行过程中,若其中一相和电

源断开,则变成单相运行。此时和单相电机一样,

电机仍会按原来方向运转。但若负载不变,三相供

电变为单相供电,电流将变大,导致电机过热。使

用中要特别注意这种现象;三相异步电动机若在启

动前有一相断电,和单相电机一样将不能启动。此

时只能听到嗡嗡声,长时间启动不了,也会过热,

必须赶快排除故障。


15

*15.3 同步电动机

*15.4 直流电动机

*15.5 控制电机

三节内容从略


15

15.6电气控制技术

1 常用低压控制电器

2 基本控制环节

3 电动机的保护

4 控制电路综合举例


15

1 低压电器简介

开关

熔断器

……

配电

电器

低压

电器

接触器

继电器

起动器

……

时间继电器

热继电器

……

控制

电器


15

1 )刀闸开关

控制对象:

380V, 5.5kW 以下小电机

考虑到电机较大的起动电流,刀

闸的额定电流值应如下选择:

(3~5)*异步电机额定电流

QS

电路符号


15

熔体额定电流 的选择:

1. 无冲击电流的场合

(如电灯、电炉)

FU

(稍大)

2. 一般电机

电路符号

3. 频繁起动

的电机

IF

t

异步电机的起动电流Ist=(5~7) 额定电流

安秒特性

2 )熔断器

作用:用于短路保护。


15

复合按钮

常开(动合)按钮

SB

电路符号

SB

电路符号

常闭(动断)按钮

SB

复合按钮: 常开按钮和

常闭按钮做在一起。

电路符号

3)按钮(带自锁、不带自锁)


15

结构与按钮类似,但其动作要由机械撞击。

常闭(动断)触头

常开(动合)触头

ST

ST

电路符号

电路符号

用作电路的限位保护、行程控制、

自动切换等。

4)行程开关


15

~

~

~

动作过程

线圈通电

主触头

弹簧

衔铁被吸合

触头闭合

线圈

辅助

触头

电机接通

电源

衔铁

铁芯

M

3~

电机

5)接触器


15

接触器线圈

接触器主触头--用于主电路

(流过的电流大,需加灭弧装置)

接触器辅助触头--用于控制电路

(流过的电流小,无需加灭弧装置)

常开

常闭

接触器控制对象:电动机及其它电力负载

接触器技术指标:额定工作电压、电流、触点数目等。

接触器有关符号:


15

简单的接触器控制

A

B

C

停止

按钮

起动

按钮

刀闸起隔离作用

M

3~

自保持


15

中间继电器

电压继电器

电流继电器

时间继电器(具有延时功能)

热继电器(做过载保护)

…...

继电器类型:

6)继电器

继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于,接触器

的主触头可以通过大电流,而继电器的 触头只能通过小电流。所以,继电器只能用于控制电路中。


15

双金

属片

扣板

工作原理:

发热元件接入电机主电路,若长时间过载,双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大,使其向上弯曲,扣板被弹簧拉回,常闭触头断开。

热继电器

功能:过载保护

发热元件

结构:

I

常闭触头


15

FR

常闭触头

FR

热继电器的符号

串联在主电路中

发热元件

串联在控制电路中


15

2.基本控制环节

电机起动、停车(点动、连续运行、多地点

控制、顺序控制等)

电机正反转控制

行程控制

时间控制

速度控制

……


15

按下按钮(SB)

线圈(KM)通电

M

3~

电机转动;

触头(KM)闭合

按钮松开

线圈(KM)断电

电机停转。

触头(KM)打开

1 )异步机的直接起动(1)

点动控制

A

B

C

C'

QS

控制电路

KM

FU

SB

B'

KM

动作过程

主电路


15

A

B

C

停车

按钮

QS

KM

SB1

SB2

FU

C'

B'

KM

起动

按钮

KM

自保持

M

3~

按下按钮(SB),线圈(KM)通电,

电机起动;同时,辅助触头(KM)闭合,

即使按钮松开,线圈保持通电状态,电机

连续运转。

异步机的直接起动(2)

电动机连续运行

自保的作用


15

热继电

器触头

发热

元件

M

3~

异步机的直接起动 + 过载保护

A

B

C

QS

KM

FU

SB1

SB2

KH

KM

KM

KH


15

KM

SB1甲

SB2甲

甲地

KM

乙地

SB1乙

SB1乙

多处控制

例如:甲、乙两地同时控制一台电机

方法:两起动按钮并联;两停车按钮串联。


15

A

B

C

QS

KM

SB1

SB2

KH

KM

KM

SB3

KH

SB3:点动

SB2:连续运行

M

3~

控制

关系

该电路缺点:动作不够可靠。

点动+连续运行(1)

方法一:用复合按钮。

FU

控制电路

主电路


15

A

B

C

FU

KM

SB:点动

SB2:连续运行

控制

关系

M

3~

点动+连续运行(2)

方法二:加中间继电器(KA)。

KA

SB1

SB2

KH

KA

KM

KA

SB


15

KH

KMF

SB1

SBF

KMR

SBR

KMF

KMR

KMR

操作过程:

正转

SBF

M

3~

SB1

停车

反转

SBR

该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转。SBF和SBR不能同时按下,否则会造成短路!

2 电机的正反转控制(1)

A

B

C

QS

FU

KMF

KH


15

KMR

KMF

SBR

互锁

KMR

电机的正反转控制(2) -- 加互锁

KH

KMF

SB1

SBF

KMF

KMR

A

B

C

Q S

FU

KMF

KMR

互锁作用:正转时,SBR不起作用;反转

时,SBF不起作用。从而避免两触发

器同时工作造成主回路短路。

KH

M

3~


15

机械互锁

SBR

电器互锁

机械互锁(复合按钮)

电器互锁(互锁触头)

双保险

电机的正反转控制(3)--双重互锁

KH

KMF

KMR

SB1

SBF

KMF

KMR

KMF

A

B

C

QS

FU

KMF

KMR

KMR

KH

M

3~


15

A

B

C

QS

A

B

FU

KMF

KMR

KH

逆程

正程

行程控制实质为电机的

正反转控制,只是在行程

的终端要加限位开关。

M

3~

3 行程控制


15

STA

STB

动作过程

正向运行

SB2

限位开关

至右极端位置撞开STA

电机停车

逆程

正程

KMF

SB1

STA

SB2

KMR

KH

KMF

KMR

STB

SB3

KMF

控制回路

KMR

限位开关

行程控制电路(1)

(反向运行同样分析)


15

行程控制(2) --自动往复运动

电机

逆程

正程

工作要求:1. 能正向运行也能反向运行

2. 到位后能自动返回


15

KH

STa

KMF

KMR

SB1

SBF

KMF

KMR

STb

SBR

关键措施

KMF

限位开关

采用复合式

开关。正向运

行停车的同时,自动起

动反向运行;反之亦然。

KMR

电机

STb

STa

自动往复运动控制电路


15

4 定时控制

空气式

时间继电器

定时类型:

钟表式

阻容式

数字式

电子式

。。。。。。。。


15

常开触头

延时闭合

常闭触头

延时打开

衔铁

常闭触头

动作过程

线圈通电 

衔铁吸合(向下)

 连杆动作

 触头动作

线圈

常开触头

空气式时间继电器的工作原理


15

断 电 式

常闭

断电后

延时闭合

常开

断电后

延时断开

时间继电器触头类型

通 电 式

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


15

KM -Y闭合,电机接成 Y 形;

KM- 闭合,电机接成  形。

Y

A'

Z

X

Y

KM- 

C'

B'

Z

A'

电机

绕组

C'

X

Y

B'

KM -Y

定时控制--举例:

QS

(1)电机的Y-起动

FU

KM

KH

A'

B'

C'

x

z

y

主电路


15

Y- 起动控制电路

KH

KM

KT

SB1

KM-

SB2

KT

KM-

KM-Y

KM

KM-

KM-Y

QS

KT

FU

KM

KM-

KM- 

KH

主电路接通电源

A'

B'

C'

KM- Y

KM- 

KM- 

KM-Y 

KM 

电机

SB2 

延时

KT 

z

y

x

KT 

KM -Y

Y 转换完成


15

M2

#2 电机

#1 电机

M1

(2)顺序控制

控制要求:

1. M1 起动后,M2才能起动

2. M2 可单独停


15

A

B

C

A

B

C

KH1

SB1

KM1

SB2

FU

FU

KM1

KH2

KM2

KM1

SB3

KM2

KM1

SB4

KH2

KH1

M

3~

M

3~

KM2

主电路

顺序控制电路(1):两电机只保证起动的先后顺序,

没有延时要求。

控制电路


15

这样实现顺序

控制可不可以?

KM1

KM1

KM2

SB1

SB2

KH

KM1

SB3

KM2

KH

M

3~

M

3~

KM2

不可以 !

两电机各自要有独立

的电源;这样接,主触头

(KM1)的负荷过重。

主电路

控制电路


15

KM2

M2起动

M1起动

KM2

KM1 

KT

延时

KM2

KT 

顺序控制电路(2):M1起动后,M2延时起动。

KH

KM1

SB1

SB2

KT

KM1

KM2

KT

主电路同前

控制电路

KM2

SB2 


15

KH

KT

KM1

SB1

SB2

KM1

KM2

KT

KM2

M1起动

KM2

M2起动

KM1 

KT

延时

SB2 

KM2

实现M1起动后M2延时起动的顺序控制,用以下电路是否可以?

不可以!

继电器、

接触器的线

圈有各自的

额定值,

线圈不能串

联。


15

工作原理

速度继电器的轴由电动机带动,其外环转动到一定速度时,撞击动触点,使常开触点闭合,常闭触点打开。

外环

动触点

静触点

5 速度控制

速度继电器


15

KM2

KM1

KS

SB1

限流

电阻

KM2

KM2

SB2

SB1

KM1

KM1

正常工作时,KM1通电,电机正向运转,速度继电器(KS)常开触头闭合;停车时,按SB1,KM1断电,KM2通电,开始反接制动,当电机的速度接近零时,KS打开,电机停止运转,反接制动结束。

M

3~

速度控制-反接制动电路

R

KM2

KM1

KS


15

3.电动机的保护

失压保护:采用继电器、接触器控制

电动机保护

的类型:

短路保护:加熔断器

过载保护:加热继电器


15

KM

SB1

SB2

KM

控制电路

采用继电器、接触器控制后,电

源电压<85%时,接触器触头自动

断开,可避免烧坏电机;另外,在

电源停电后突然再来电时,可避免

电机自动起动而伤人。

M

3~

1 失压保护:采用继电器、接触器控制

A

B

C

QS

FU

KM


15

异步电动机的起动电流 ( Is t)约为额定电流(IN)的(5~7)倍。选择熔体额定电流 ( )时,必须

躲开起动电流,但对短路电流仍能起保护作用。通常用以下关系:

一般电机:

频繁起动

的电机:

2 短路保护:加熔断器


15

A

B

C

KM

SB1

SB2

QS

KH

FU

KM

KM

KH

热继电

器触头

热继电器

的热元件

M

3~

3 过载保护:加热继电器

电机工作时,若因负载过重而使

电流增大,但又比短路电流小。此

时熔断器起不了保护作用,应加热

继电器,进行过载保护。


15

欠压

脱扣器

过流

脱扣器

结构:

自动空气断路器(自动开关)

作用:可实现短路、过载、失压保护。

工作原理:过流时,过流脱扣器将脱钩顶开,断开电

源;欠压时,欠压脱扣器将脱钩顶开,断开电源。


15

B

A

电机

逆程

正程

4 控制电路综合举例

例(1)----运料小车的控制

设计一个运料小车控制电路,同时满足以下要求:

1. 小车启动后,前进到A地。然后做以下往复运动:

到A地后停2分钟等待装料,然后自动走向B。

到B地后停2分钟等待卸料,然后自动走向A。

2. 有过载和短路保护。

3. 小车可停在任意位置。


15

KH

KMF

STa

KMR

SB1

SBF

SBR

KMF

KTa

KTb

A

B

C

STb

KMR

KMF

STa

Q S

FU

KMF

KMR

KTa

KTb

KH

STb

M

3~

运料小车控制电路

主回路

KMR

STa 、STb 为A、B 两端的限位开关

KTa 、KTb 为两个时间继电器


15

SBR

SBF

KTb

KH

KMF

SB1

STa

动作过程

KMR

SBFKMF

小车正向运行

至A端撞STa 

KTa 延时2分钟

KMR  小车

反向运行至B端

撞STb KTb

延时2分钟

KMF  小车正

向运行……如此往

反运行。

KMF

KTa

STa

STb

KMR

KMF

KMR

KTb

KTa

STb

该电路的问题:小车在两极端位置时,不

能停车。


15

KA

SBR

SBF

KA

KTa

KTb

STa

加中间继电器(KA)实现任意位置停车的要求

KH

SB1

SB2

STa

KMR

KMF

KMF

STb

KMR

KMF

KMR

KTb

KTa

STb


15

A

B

M1

M2

2

1

4

3

ST3

ST4

ST2

ST1

(1) 运动部件A从1到2

自动循环

(2)运动部件B从3到4

(3)运动部件A从2回到1

(4)运动部件B从4回到3

控制电路综合举例:例(2)

---工作台位置控制

起动后工作台控制要求:


15

KH

KMAF

KMAR

ST2

SB1

SB2

KMAF

(1)根据动作顺序

设计控制电路。

设计步骤:

ST3

KMBR

ST4

KMBF

ST2

(2)检查有无互锁。

KMBR

KMAR

ST1

KMAF

ST4

(3)检查能否正确

启动 、停车。

KMAF

KMBF

ST3

KMBR

ST1

KMBF

工作台位置控制电路


15

KH

KMAF

KMAR

ST2

SB1

SB2

KMAF

ST3

KMBR

ST4

KMBF

ST2

小车若在1、2、3、4

规定的位置时,不能

正常停车。

KMBR

KMAR

ST1

KMAF

ST4

KMAF

KMBF

ST3

KMBR

ST1

KMBF

工作台位置控制电路

该电路有何

问题?


15

KH

KA

SB1

SB3

KH

KA

KMAF

KMAR

ST2

SB2

KA

KMAF

KMBR

ST4

KMBF

ST3

ST2

KMBR

KMAR

ST1

KMAF

ST4

KMAF

KMBF

ST3

KMBR

ST1

KMBF

电路的改进方法同前:

加中间继电器(KA)


15

小 结

继电器、接触器控制电路读图和设计中应注意的问题:

1、首先了解工艺过程及控制要求;

2、搞清控制系统中各电机、电器的作用以及它们的

控制关系;

3、主电路、控制电路分开阅读或设计;

4、控制电路中,根据控制要求按自上而下、自左而

右的顺序进行读图或设计;

5、同一个电器的所有线圈、触头不论在什么位置都

叫相同的名字;

6、原理图上所有电器,必须按国家统一符号标注,

且均按未通电状态表示;

7、继电器、接触器的线圈只能并联,不能串联;

8、控制顺序只能由控制电路实现,不能由主电路实现。


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