1、电控与电控与PLCPLC应用技术应用技术南京工业职业技术学院南京工业职业技术学院电气与自动化系电气与自动化系 一、任务描述一、任务描述 起重机等设备中交流电动机结构、种类和基本参数起重机等设备中交流电动机结构、种类和基本参数的认识的认识,起重机电动机工作电路分析、接线和操作使用起重机电动机工作电路分析、接线和操作使用。二、教学目标二、教学目标 认识各种异步电动机的结构、特点和应用，认识各种异步电动机的结构、特点和应用，了解异步电动机铭牌中型号和额定值的含义，掌握额定值了解异步电动机铭牌中型号和额定值的含义，掌握额定值的简单计算，的简单计算，熟悉异步电动机的工作原理熟悉异步电动机的工作原理 了解
2、异步电动机的启动、调速和制动方法了解异步电动机的启动、调速和制动方法 异步电动机主电路的绘制能力和接线、操作能力，异步电动机主电路的绘制能力和接线、操作能力，异步电动机的初步选型能力异步电动机的初步选型能力。起重机照片起重机照片三、任务分析三、任务分析四、知识点四、知识点三相异步电动机的特点和用途三相异步电动机的特点和用途。三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构。三相异步电动机三相异步电动机的工作原理。的工作原理。三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌。三相异步电动机的调速方法。三相异步电动机的调速方法。三相异步电动机的启动、反转和制动方法。三相异步电动机的启动、反转和制动方法。五
3、、使用开关器件实现三相异步电动机的启动和反转五、使用开关器件实现三相异步电动机的启动和反转 v 认识、检测并记录三相异步电动机及其相关设备的规格、认识、检测并记录三相异步电动机及其相关设备的规格、量程和额定值量程和额定值v 使用万用表检测接线盒中每相绕组的首末端使用万用表检测接线盒中每相绕组的首末端v 绘制三相异步电动机绘制三相异步电动机的的工作电路图工作电路图v 连接三相异步电动机的工作电路连接三相异步电动机的工作电路v 通电启动三相异步电动机通电启动三相异步电动机v 改变三相异步电动机的转向改变三相异步电动机的转向六、三相异步电动机的调速方法的操作使用六、三相异步电动机的调速方法的操作使用
4、v 绘制绘制并连接并连接三相绕线异步电动机调速的工作三相绕线异步电动机调速的工作电路图电路图v 通电启动三相异步电动机通电启动三相异步电动机v 转子串电阻调速转子串电阻调速v 降压调速降压调速七、三相异步电动机的启动和制动方法的操作使用七、三相异步电动机的启动和制动方法的操作使用v 绘制并连接三相笼形异步电动机的绘制并连接三相笼形异步电动机的Y-Y-启动启动的工作电路的工作电路v 操作并观察三相笼形异步电动机全压启动的操作并观察三相笼形异步电动机全压启动的过程过程v 操作并观察三相笼形异步电动机操作并观察三相笼形异步电动机Y-启动的过程启动的过程v 绘制并连接三相笼形异步电动机能耗制动的工作绘
5、制并连接三相笼形异步电动机能耗制动的工作电路电路v 操作并观察三相笼形异步电动机能耗制动的过程操作并观察三相笼形异步电动机能耗制动的过程v 绘制并连接三相笼形异步电动机反接制动的工作绘制并连接三相笼形异步电动机反接制动的工作电路电路v 操作并观察三相笼形异步电动机反接制动的过程操作并观察三相笼形异步电动机反接制动的过程八、总结与讨论八、总结与讨论1.几种三相异步电动机启动方法的比较几种三相异步电动机启动方法的比较2.几种三相异步电动机制动方法的比较几种三相异步电动机制动方法的比较3.几种三相异步电动机调速方法的比较几种三相异步电动机调速方法的比较4.单相异步电动机与三相异步电动机的区别单相异步
6、电动机与三相异步电动机的区别5.实践中出现的问题及解决实践中出现的问题及解决本单元内容全部结束，谢谢！本单元内容全部结束，谢谢！一、一、三相异步电动机的特点和用途三相异步电动机的特点和用途 三相异步电机主要三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生用作电动机，拖动各种生产机械。产机械。返回返回优点优点：结构简单、工作可结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便、靠、价格低廉、维护方便、效率较高效率较高缺点缺点：功率因数较低，调：功率因数较低，调速性能不如直流电动机。速性能不如直流电动机。异步异步电动机定子定子铁心转子转子定子绕组机座转子铁心转子绕组转轴 二、三相异步电动机的基本结构二、三相异步电动机的
7、基本结构按电源的种类交流电动机直流电动机异步电动机同步电动机一、定子部分1 1、定子铁心定子铁心导磁部分。导磁部分。定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子绕组的作用。为了增强导磁能力定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子绕组的作用。为了增强导磁能力和减小铁耗，定子铁心常选用和减小铁耗，定子铁心常选用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上厚的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上绝缘漆。定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。绝缘漆。定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。2 2、定子绕组定子绕组：放在定子铁心内圆槽内：放在定子
8、铁心内圆槽内导电部分。导电部分。定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步电动机定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将三相绕组接成绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将三相绕组接成Y Y形形或或形。形。3 3、机座机座 机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底脚将电机安装固定。全机座是电动机的外壳，支撑电机各部件，并通过机座的底
9、脚将电机安装固定。全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面。封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁，故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面。中小型电机采用铸铁机座。大型电机一般采用钢板焊接机座。中小型电机采用铸铁机座。大型电机一般采用钢板焊接机座。定子绕组机机 座座定子冲片定子冲片定子线圈定子线圈三相定子绕组的接法三相定子绕组的接法三相定子绕组可以联结成星形或三角形(a)(a)出线端的排列出线端的排列 (b)(b)星形连接星形连接 (c)(c)三角形连接三角形连接 三相三相Y连接连接三相三相 连接连接三相线电势与相电势的关系：三相线电势与相电势的关系：线电势线电势=
10、相电势相电势相电势线电势 3二、转子部分二、转子部分1 1、转子铁心转子铁心 转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。铁心材料转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。铁心材料也用也用0.5mm0.5mm或或0.35mm0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，片剩余下来的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上，其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。用来嵌放转子绕组。2 2、转子绕组转子绕组根据转子绕组的结构型式可分为根据转子绕组的结构型式可分为 1 1）
11、鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。称短路绕组。2 2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。三、气隙三、气隙转 子转子铁心按转子结构分：按转子结构分：绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型转子结
12、构图转子结构图结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能鼠笼转子鼠笼转子绕线转子绕线转子铭牌铭牌：型号，额定值，绕组联结方式，生产厂家等 型号：型号：Y180M-4,Y：三相笼型异步电动机。：三相笼型异步电动机。180：机座中心高度：机座中心高度180mm。M：机座长度代号：机座长度代号 (S一短机座，一短机座，M一中机座，一中机座，L一长机座一长机座)4：磁极数：磁极数(磁极对数磁极对数p=2)绕组联结方式：绕组联结方式：接法或者接法或者Y接法。接法。三、三相异步电动机的铭牌三、三相异步电动机的铭牌异步电动机额定值异步电动机额定值 额定电压额定电压UN：
13、(V)，额定运行时，电源加于定子绕组上的线电压；线电压；额定电流额定电流IN：(A),额定运行时，电源供给定子绕组上的线电流；线电流；额定功率额定功率PN：(kW),额定运行时，电动机轴上输出的机械功率；输出的机械功率；额定转速额定转速n：(r/min),额定运行时，电动机的转子转速；转子转速；额定频率额定频率fN：(Hz)，所接交流电源的频率电源的频率(50Hz)；额定效率额定效率N:输出机械功率与输入电功率的比值。cos3NNNIUP额定值:正常运行时的主要数据指标 返回返回四、三相异步电动机的工作原理四、三相异步电动机的工作原理用图解法分析用图解法分析不同时刻三相合成磁动势不同时刻三相合
14、成磁动势 合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电合成磁动势的转向是从载有超前电流的相转到载有滞后电流的相。流的相。A.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 产生圆形旋转磁动势的条件：产生圆形旋转磁动势的条件：一是三相或多相对称绕组；一是三相或多相对称绕组；二是三相或多相对称电流。二是三相或多相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。三相对称绕组通入三相对称电流，产生的基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆形旋转磁动势，它有以下主要性质：(1)(1)转向由电流相序决定转向由电流相序决定,从载有超前电流相转到载有滞后电从载有超前电流相
15、转到载有滞后电流相流相.(2)(2)旋转磁场转速决定于电流的频率和电机的磁极对数旋转磁场转速决定于电流的频率和电机的磁极对数pfn601B.B.三相感应电动机的工作原理三相感应电动机的工作原理U2U1W2V1W1V21nn（一）转动原理（一）转动原理1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁
16、力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。转差率转差率 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。旋转磁场的转速用旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转速用表示，称为同步转速；转子的实际转速用n表示，转差表示，转差n=n1-n 转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。时有着重要的地
17、位。11nnns转差率：转差率：)240 tsin(I)120-tsin(I tsinI0m0mmcbaiii 改变旋转磁场转向改变旋转磁场转向的方法：调换任意的方法：调换任意两相电源线（改变两相电源线（改变相序）相序）旋转磁场的转向旋转磁场的转向例例:一台三相四极异步电动机，额定频率一台三相四极异步电动机，额定频率50Hz，额定转速，额定转速nN=1440r/min，计算额定转差率，计算额定转差率sN。min/1500250606011rpfn04.015001440150011nnns返回返回)1(60)1(10spfsnn 改变定于绕组的极对数改变定于绕组的极对数p改变供电电源的频率改变
18、供电电源的频率f1改变电动机的转差率改变电动机的转差率s 1、变极调速变极调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速2 2、变频调速、变频调速1W1144.4kNfEUxx)(2122121201RXXRUmTxm 21 fUCTxm21T fKUCTxNTTxxNNKKffUUTT 212TTKK NNxxTTffUU 1恒转矩调速恒转矩调速定值定值 11fUfUxxVVVF定值定值 00 NNTNTTP恒功率调速恒功率调速定值定值 11fUfUxx1211fXXRs2m CVVF3 3、变转差率调速变转差率调速a.转子电路串联电阻调速转子电路串联电阻调速b.改变定子电压调速改变定子电压调
19、速返回返回异步电动机的起动，异步电动机的起动，存在两种矛盾：存在两种矛盾：1.电动机起动电流大，电动机起动电流大，供电网络承受冲击电流；供电网络承受冲击电流；2.电动机起动转矩小，电动机起动转矩小，负载要求有足够的转矩才起负载要求有足够的转矩才起动；动；A.A.三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 六、六、三相异步电动机的起动、反转和制动三相异步电动机的起动、反转和制动三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法直接起动直接起动笼型异步电动机降压起动笼型异步电动机降压起动变频起动变频起动绕线型异步电动机转子串电阻起动绕线型异步电动机转子串电阻起动直接起动直接起动 用开关将额定电压直接加
20、到定子绕组上使电动机起动，用开关将额定电压直接加到定子绕组上使电动机起动，就是直接起动，又称全压起动。就是直接起动，又称全压起动。起动是否频繁；起动是否频繁；电动机容量与供电变压器的比值；电动机容量与供电变压器的比值；供电线路距离；供电线路距离；（要求母线压降不大于（要求母线压降不大于10）一般一般10KW以下电机允许直接起动。以下电机允许直接起动。直接起动的条件直接起动的条件经验公式经验公式)kW(4)kVA(43)A()A(电动机功率变压器总容量额定电流直接起动电流常用的降压起动方法常用的降压起动方法 定子串电阻或电抗降压起动；Y/起动；自耦变压器降压起动。起动时：电抗器串接于定子电路中起
21、动时：电抗器串接于定子电路中 降低定子电压，限制起动电流。降低定子电压，限制起动电流。转速接近额定值时：将电抗器短接转速接近额定值时：将电抗器短接 电动机在额定电压下开始正常运行。电动机在额定电压下开始正常运行。定子串接电抗器起动定子串接电抗器起动正常工作时，定子绕组是联结起动时接成Y；转速上升后，恢复联结。Y/Y/起动起动Y/Y/起动时的起动电流是起动时的起动电流是联结直接起动时的联结直接起动时的1/31/3。Y/Y/起动时的起动转矩是起动时的起动转矩是联结直接起动时的联结直接起动时的1/31/3。自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动起动起动:定子绕组接到自耦变压器的副边定子绕组接到自耦变压
22、器的副边转速升高后转速升高后:定子绕组直接与电源相接定子绕组直接与电源相接自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动定子电压定子电压为直接起动时的为直接起动时的l/K；定子电流定子电流(即自耦变压器副边电流即自耦变压器副边电流)也降为直接起动时的也降为直接起动时的l/K；原边电流降为直接起动时的1/K2；起动转矩降低为直接起动时的1/K2。双向晶闸双向晶闸管管软起动软起动 电动机可以按照设定的起动电流和起电动机可以按照设定的起动电流和起动转矩以及加速度自动运行。动转矩以及加速度自动运行。变频起动变频起动 必须有一个专门配套的变频电源 绕线型异步电动机转子串电阻起动绕线型异步电动机转子串电阻起动既增大
23、起动转矩，既增大起动转矩，又减小起动电流。又减小起动电流。常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。转子串频敏变阻器启动 B B 三相异步电动机的反转三相异步电动机的反转 改变三相交流电的相序即可，改变三相交流电的相序即可，即把即把 三根电源线中的任意两根对调。三根电源线中的任意两根对调。C C 三相感应电动机的制动三相感应电动机的制动制动状态方式：制动状态方式：反接制动反接制动 能耗制动能耗制动 回馈制动回馈制动两相对调 电机原运行于电动状态，两相对调后，旋转磁场反转，而转子由于惯性仍沿原方向转动，因而产生的电磁转矩方向与电动机转动方向相反，电动机因
24、制动转矩的作用而迅速停转反接制动反接制动 当转速接近于零时，利用控制电器将三相电源及时切断，否则电动机将反转。手动反接制动手动反接制动能耗制动能耗制动制动时，三相绕组脱离三相电源，由直流电流过定子绕组，在气隙中形成恒定磁场。过程分析：由于惯性，转子仍以n速度旋转切割磁力线感应电势感应电流产生电磁力制动转矩在制动转矩和负载转矩共同作用下，转子减速至n0。能耗制动能耗制动手动能耗制动回馈制动回馈制动T与与n方向相反，方向相反，处于制动状态处于制动状态 当起重机放下重物时，因重力的作用，当起重机放下重物时，因重力的作用，电动机的转速电动机的转速n超过旋转磁场的转速超过旋转磁场的转速n1，电，电动机转入发电运行状态，将重物的位能转换动机转入发电运行状态，将重物的位能转换为电能，再回送到电网，称为回馈制动。为电能，再回送到电网，称为回馈制动。返回返回
