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1、工作任务1 三相异步电动机全压启动控制,【相关知识】 【教学实施】 【任务实施】 【知识扩展】,返回,【相关知识】,1.1 三相异步电动机的认识 电动机的作用是将电能转换为机械能，电动机按照工作电源方式不同，分为直流电动机和交流电动机。具体分类如图1-1所示。 三相异步电动机因为结构简单、运行可靠性好、价格相对便宜和制造维护方便，所以得到广泛应用。又因现在变频调速技术已广泛使用，所以异步电动机的调速已可与直流电动机相媲美。三相异步电动机的缺点是启动转矩小、启动电流大。目前它已广泛应用于工农业生产中，例如：普通机床、起重机、生产线、鼓风机、水泵以及各种农副产品的加工机械等。 1.1.1 三相异步
2、电动机的结构与工作原理 1.三相交流异步电动机的结构 三相异步电动机由两个基本部分组成：一是固定不动的部分，称为定子；二是旋转部分，称为转子。图1-2表示了三相异步电动机的外形和内部结构。,下一页,返回,【相关知识】,（1）定子 定子由机座、定子铁芯、定子三相绕组和端盖等组成。机座通常用铸铁制成，机座内装有由相互绝缘的硅钢片叠成的筒形铁芯，铁芯内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放三相绕组，绕组与铁芯间有良好的绝缘。三相绕组是定子的电路部分，中小型电动机一般采用漆包线绕制，共分三相，分布在定子铁芯槽内，它们在定子内圆周空间里的排列彼此相隔120，以构成对称的三相绕组，如图1-3所示。 三相绕组共
3、有六个出线端，其通常接在置于电动机外壳上的接线盒中，三相绕组的首端接头分别用U1、V1及W1表示，其对应的末端接头分别用U2、V2和W2表示。三相绕组可以连接成星形（）或三角形（），如图1-4所示。电动机如果标有两种电压值（如220/380 V），则电源电压为220 V时，电动机做三角形连接；电源电压为380 V时，电动机做星形连接。通常系列4 kW以上的三相异步电动机在运行时均采用三角形接法，以便于采用-降压启动。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,（2）转子 转子由铁芯、绕组、转轴和风扇等组成。转子铁芯为圆柱形，通常由定子铁芯冲片冲下的内圆硅钢片叠成，并装在转轴上，同时转轴上加机械负载。
4、转子铁芯与定子铁芯之间有微小的空气隙，它们共同组成电动机的磁路。转子铁芯外圆周上有许多均匀分布的槽，槽内安放转子绕组。 转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种结构。鼠笼式转子绕组是由嵌在转子铁芯槽内的若干铜条组成的，两端分别焊接在两个短接的端环上。如果去掉铁芯，整个转子绕组的外形就像一个鼠笼，故称鼠笼式转子。目前中小型鼠笼式异步电动机大都在转子铁芯槽中浇注铝液，铸成鼠笼式绕组，并在端环上铸出许多叶片，作为冷却的风扇。鼠笼式转子的结构如图1-5所示。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,鼠笼式和绕线式电动机只是在转子的构造上不同，它们的工作原理是一样的。鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用
5、方便，在生产中得到了最广泛的应用。绕线式转子异步电动机由于其结构复杂，价格较高，一般只用于对启动和调速有较高要求的场合，如立式车床、起重机等。 2.三相交流异步电动机的工作原理 三相异步电动机的工作原理：三相异步电动机的定子绕组通过对称的三相电流，电动机的定子绕组就会形成圆形旋转磁场。定子有旋转磁场就会在电动机转子导条中产生感应电动势和感应电流，且转子会产生电磁力矩，并跟着定子磁场旋转。异步电动机在工作时，转子的旋转速度必须低于旋转磁场的转速，因此，异步电动机的转速就叫做异步转速，凡是以这样方式工作的电动机都被称为异步电动机。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,异步电动机的转速： 式中：f电
6、源频率； p电动机磁极对数； s转差率。 通常将旋转磁场的转速ns与转子转速n的差和旋转磁场的转速ns之比称为转差率，即： 转差率是分析三相交流异步电动机工作特性的重要参数。电动机启动瞬间，s=1，转差率最大，在启动过程中随着转子转速升高，转差率越来越小。由于三相交流异步电动机的额定转速与旋转磁场的转速接近，则额定转差率很小，通常为1%7%。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,1.1.2 三相异步电动机的选择与控制 1.三相异步电动机的铭牌及含义 三相异步电动机的铭牌及含义见表1-2。 （1）型号Y132M-4含义 型号Y132M-4的含义如下： Y三相鼠笼式异步电动机； 132机座中心高1
7、32 mm； M机座长度代号（L为长机座，M为中机座，S为短机座）； 4磁极数（磁极对数p=2）。 （2）额定电压UN 额定电压UN是电动机在额定运行时，加在定子绕组出线端的线电压。电源电压波动应在UN5%范围内。电压过高，电动机易烧毁；电压过低，电动机难启动，且可能带不动负载，并易烧坏。Y系列三相异步电动机的额定电压为380 V。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,（3）额定电流IN 额定电流IN指电动机加额定电压同时输出额定功率时，流入定子绕组中的线电流。 （4）绝缘等级 电动机绕组所用绝缘材料按它的允许耐热程度规定的等级分有A、E、B、F、H、C等几个等级，目前一般电动机采用较多的是E
8、级绝缘和B级绝缘。 2.三相异步电动机的选择 三相异步电动机的选择是否合理，对电气设备是否能安全运行和是否具有良好的经济、技术指标有很大影响。在选择电动机时，应根据电源类型、生产机械对拖动性能的需要，合理选择其功率、种类和型号等。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,正确选择电动机的原则：完全满足生产机械对电动机提出的功率、转矩、转速以及启动、调速、制动和过载等要求，优先选用结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜的电动机，而且不能超过国家标准所规定的温升。 （1）电动机种类的选择 电动机种类选择依据：由机械特性、调速情况与启动性能、维护以及价格、工作方式（连续、短时、断续周期工作制）决定。 1
9、）电动机的启动性能应满足生产机械对电动机启动性能的要求，电动机的启动性能主要是启动转矩的大小，同时还应注意电网容量对电动机启动电流的限制； 2）当生产机械对电动机的启动、制动、调速性能要求不高时，应尽量采用交流电动机； 3）对于负载平稳，且无特殊要求的长期工作制机械，应选用鼠笼式电动机；,上一页,下一页,返回,【相关知识】,上一页,下一页,返回,4）对于电梯、桥式起重机类机械要求限制启动电流与提高启动转矩的生产机械，应采用绕线式异步电动机； 5）对于功率较大，且长期工作，又不需要调速的生产机械，应采用同步电动机。 （2）电动机的功率选择 电动机的功率应根据负载的情况进行选择，功率选大了虽然能保
10、证其正常运行，但是不经济，且电动机的效率和功率因数都不高；选小了则不能保证电动机和生产机械的正常运行，不能充分发挥生产机械的效能，并使电动机由于过载而过早损坏。对连续运行的电动机，应先算出生产机械的功率，而所选电动机的额定功率等于或稍大于生产机械的功率即可。 （3）电动机结构形式的选择 电动机的结构主要有开启式、防护式、封闭式和防爆式，其结构形式和适用场合见表1-3。,【相关知识】,（4）电动机的电压选择 电动机电压等级的选择要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。系列鼠笼式电动机的额定电压只有380 V一个等级。且只有大功率异步电动机才采用3 000 V和6 000 V的电压。
11、（5）电动机的转速选择 电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的，但该转速通常不低于500 r/min。因为当功率一定时，电动机的转速愈低，其尺寸愈大，价格愈贵，且效率也较低，所以就不如一台高速电动机再另配减速器来得合算。 3.三相交流异步电动机的启动与调速 启动就是异步电动机通电后从静止到达到额定转速的过程。异步电动机启动的特点是启动电流大，可达到额定电流的47倍。而启动电流大的危害是：会对电网的正常运行产生冲击，而使电网不能正常供电；如果电动机启动频繁，过大的启动电流也会破坏电动机的绝缘，缩短电动机的使用寿命。鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法，而大功率的电动机常采用降压启动
12、的方法来减小启动电流。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,（1）直接启动 直接启动又称为全压启动，是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接加到额定电压下启动的方法。这种方法只用于小容量的电动机或电动机容量远小于供电变压器容量的场合。 （2）降压启动 在启动时降低加在定子绕组上的电压，以减小启动电流，待转速上升到接近额定转速时，再恢复到全压运行，此方法被称为降压启动，适用于大中型鼠笼式异步电动机的轻载或空载启动。 （3）三相异步电动机的调速 调速就是在同一负载下得到不同的转速，以满足生产过程的要求。由公式（1-1）可见，可通过三个途径进行调速：改变电源频率f，改变磁极对数p，改变转差率s。前两
13、者是鼠笼式电动机的调速方法，后者是绕线式电动机的调速方法。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,4.电动机控制电路的保护环节 （1）短路保护 电动机、电器及导线的绝缘损坏或线路发生故障都可能造成短路事故，并产生很大的短路电流，致使电动机、电器设备严重损坏。因此，一旦发生短路故障，保护电器必须立即动作，迅速将电源切断。常用的短路保护电器是熔断器和低压断路器。 （2）过载保护 电动机负载过大、启动频繁或缺相运行会使电动机的工作电流长时间超过其额定电流，电动机绕组过热，温度超过其允许值，从而使电动机的寿命缩短，严重时会使电动机损坏。为此，在生产机械的电气控制线路中，应有过载保护电路。当电动机过载时，
14、保护电器动作，切断电源，避免电动机过载运行。 常用的过载保护电器是热继电器。由于热元件的惯性作用，当电动机短时过载或过载电流较小时，热继电器不会动作。因此，当使用热继电器作过载保护时，还必须有短路保护。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,（3）过流保护 过流保护是区别于短路保护的一种电流型保护。过电流是指电动机或电气元件超过其额定电流的运行状态。不正确的启动和负载转矩过大，常常引起电动机出现很大的过电流，而由此引起的过电流一般比短路电流小。在过电流情况下，电气元件并不是马上损坏，只要在达到允许温升之前，电流值能恢复正常，这种电流还是被允许的。而较大的冲击负载，将使电路产生很大的冲击电流，以致
15、电器设备损坏。同时，过大的电流引起电路中的电动机转矩过大，也会使机械的转动部件受到损坏，因此遇到此类情况要瞬时切断电源。在电动机运行中产生这种过电流比其发生短路的可能性要大，特别是对频繁启动和正反转、重复短时工作的电动机更是如此。通常，过电流保护可以采用低压断路器、热继电器、电动机保护器、过电流继电器等。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,（4）欠压保护 当电网电压降到额定电压UN以下时，如60%80%UN，这就要求设备能自动切除电源而停止工作，这种保护称为欠电压保护。由于电动机在电网电压降低时，其转速、电磁转矩都将降低甚至堵转，且在负载一定的情况下，电动机电流将增加，这不仅将影响产品加工质
16、量，还会影响设备正常工作，使机械设备损坏，造成人身事故。另一方面，由于电网电压的降低，如降到60%UN时，控制线路中的各类交流接触器、继电器既不释放又不能可靠吸合，而处于抖动状态并产生很大噪声，线圈电流增大，甚至会因过热造成电器元件和电动机的烧毁。 实现欠压保护的电器是接触器和电磁式电压继电器。在机床电气控制线路中，通常由于接触器已兼有欠压保护功能，因此，不必再加电压继电器欠压保护。一般当电网电压降低到额定电压的85%以下时，接触器就会切断主电路和控制电路电源，使电动机停转。,上一页,下一页,返回,【相关知识】,（5）失压（零压）保护 在电动机正常工作时，如果其因为电源电压的消失而停转，那么在电源电压恢复时，电动机则可能自行启动，而电动机的自行启动将造成人身事故和机械设备损坏。对电网而言，多台电动机同时启动，会引起不允许的过电流和过大的电压降，而对电热类电器而言则可能引起火灾。为防止在电源电压恢复时，电动机自行启动或电器元件自行投入工作而设置的保护，称为失压保护。采用接触器和按钮控制电动机的启、停，其本身就具有失压保护作用。这是因为：若在电动机
