1、1第三章 常用电机与电器 2第一节 常用低压电器 电力拖动示意图原动机电动机生产机械传动机构控制保护设备3电力拖动的意义和前景 采用电力拖动可以：提高生产率、改进产品质量、节约劳动力、实现生产过程的自动化。电机和控制设备日益发展，电子技术、计算机和现代控制理论的发展。拖动正向着自动化方向发展。经历了手动开关;自动电器；计算机三代发展过程。4大容量断路器5多用途断路器6单相断路器7选择电动机的原则（1）功率选择 工作时间；过载能力；启动能力。（2）种类选择 优先鼠笼式；高起线绕式；恒速用同步；尽量用交流。（3）型号 室内防护式；室外封式；易燃易爆采用隔爆式。8（4）电压选择 380V；100kW
2、以上；3kV；6kV（5）电机的转速选择 常见的电机有各种不同的转速；变速等。同时考虑到生产机械的要求，设备投资，传动系统的可靠性。高速较经济，尽可能不用变速机构。9 常用低压电器 为了安全、可靠地使用电能，电路中就必须装有各种有调节、分配、控制和保护作用的电气设备,这些电气设备统称为电器。工作在交流电压1000V或直流电压1200V以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器通称为低压电器。分类：手动与自动电器；控制与保护电器。10电器的触点：刀式、桥式、组合式 （1）刀式 （2）桥式 （3）组合式11刀式、铁壳、组合开关组合：旋转式触头90度旋转倒顺开关小容量控制场合刀式：刀数 掷向单刀
3、 单掷双刀 双掷三刀 非频繁启动铁壳：具有速断器 灭弧装置 熔断器 电源断路器12断路器13FU 熔断器：保护电器 管式 瓷插式 螺旋式14熔断管内充满石英粉熄灭火花防火防爆1516大容量熔断器1718微型继电器、数字式继电器、热式继电器19时间继电器热继电器FR20辅助触头主触头动铁芯、衔铁线圈辅助触头铁芯座线圈常态时：主触头与常开分断；常闭导通21线圈得电后：主触头与常开闭合线圈得电后：主触头与常开闭合22线圈得电状态图线圈常态状态图23新型接触器24漏电保护自动开关由电流互感器和脱扣器组成：电器I进I出I漏磁控开关25热继电器：过载保护电器是利用热敏元件动作的电器。热敏元件：当温度上升时
4、发生翘曲变形。使常闭触头断开，达到保护功能。t26热继电器27热继电器28热继电器过载保护2930各种信号灯31按钮：控制操作器图 常态：电器在未动作前的状态。常开为常态下断开。常闭为常态下闭合。常 闭（动断）常 开（动合）32行程开关常开触点常闭触点复合触点33电器符号和卡诺图接触器：KM（i）线圈 主触头 副常开 副常闭 失电 0 断开 0 断开 0 导通 1 得电 1 导通 1 导通 1 断开 0 KMKMKM34转速继电器35时间继电器36第二节 异步电动机 电是动力的源泉37电机的结构与原理机械特性与运行状态单相电机及控制电机 38电动机一、工作原理 二、运行 1.概述 1.启动 2
5、.结构 2.正、反转 3.旋转磁场 3.调速 4.转差 4.控制面板 5.单相电机 6.同步电机39概 述 发电机和电动机统称为电机，从能量转换 来说是可逆的。按电源种类分：直流电机和交流电机。大量使用的是异步电动机，其构造简单、价格低廉、工作可靠、控制维修方便。40电机原理模型图41一、三相异步电动机的构造（1）由电路和磁路组成。（2）不动的叫定子；运动的称转子。电路由铜导线绕制而成；磁路由硅钢片叠加而成。厚度0.5mm转子上有孔或槽，为浇铸鼠笼或嵌绕组。42电机控制与拖动实验室43电机控制与拖动实验柜44定子铁芯和转子铁芯 定子 转子45电机机座46定子由硅钢片层迭而成47定子转子4849
6、50电动工具转子单相电机单相电机5152鼠笼和接线盒 鼠笼 Y形 d形 U1 V1 W1U1 V1 W1V2 W2 U2 V2 W2 U2 53二、三相异步电动机的工作原理单相磁场：能产生一个动态的脉动磁场。三相交流电则能产生一个旋转磁场。0ti54 定子绕组产生旋转磁场 三相绕组分布 U2U1V1V2W2W15556三相电流与旋转磁场 UVWti032342 5758U2U1V1V2W2W159U2U1V1V2W2W160导条倾斜式鼠笼61铸铝转子：导条、导环及硅钢片一体铸成6263转子模型64铜条转子6566676812槽定子69定子展开图70定子展开图六槽、三框极对数：P=1717273
7、定子24槽展开图可在定子布多极对数绕组74定子展开图：24槽、四绕组、8极电机753.旋转磁场的方向和转速方向：相序U、V、W 决定或用 A、B、C、；L1、L2、L3。三相电流：i1=Im sin t i2=Im sin（t-1200）i3=Im sin（t+1200）改变转向：三相线中任意二相线对调。7677旋转磁场的转速 n0=60 f1/p（r/min）p：磁极对数。2P：磁极数。n0：旋转磁场的同步转速。名称 P 2P n0 r/min 1 对 1 2 3000 2 对 2 4 1500 3 对 3 6 1000 78异步电机的运转原理 模型 原理 SNNSn0vnFFVVn0v79
8、单相异步电机单相同步电机80三相异步电机（上）直流电机（右上）三相深槽式电机（左）81异步电机又称感应电机 原理：磁场与转子有相对速度时，转子导条切割磁力线而产生感应电流；转子电流在磁场中受到电磁力而产生电磁力矩，使转子沿着磁场方向旋转。T TL ：转子加速，直至空载转速n0。T=TL：转速平衡。T 1400绝缘等级表绝缘等级表（8）绝缘等级和额定温升 我国规定的标准环境温度为40，电机运行时因发热而升温，其允许的最高温度与标准环境湿度之差称为额定温升，额定温升是由绝缘等级决定的。92 产品名称新代号汉字意义旧代号鼠笼式异步电动机Y、Y-L异J、JO绕线式异步电动机YR异绕KR、JRO防爆型异
9、步电动机YB异爆JB、JBS防爆安全型异步电动机YA异安JA高起动转矩异步电动机YQ异起JQ、JQO（9 9）交流异步电动机产品名称及代号对应表）交流异步电动机产品名称及代号对应表93型号的认别方法 三相异步电动机磁极数中心机座高度机座长度代号Y 132 M 4S短座机M中座机L长座机94三相绕线电机95 异步电动机的功率和效率输入功率：P1=U11Il1cos1输出功率：P0=P1-（PCu+PFe+Pfr）效率：=P0/P1输出力矩:异步电动机的效率：在接近满载时为最好，功率因素最高、效率最大。3)mN(9550NNNnpT96（10）接法：星形Y 三角形U1V1W1NU1U2W1V1V2
10、W2U1 V1 W1V2 W2 U2 U1 V1 W1V2 W2 U2 97高启转矩电机的原理 双笼：外笼为黄铜，内笼为紫铜。启动时转子电流频率高，外笼电阻大，限制了启动电流又增加了启动转矩。深槽式转子：深槽的趋肤效应，增大电阻，同样达到限制启动电流和增大启动力矩的目的。98线绕式转子串接电阻启动 优点：限制电流；增大转矩。S r2 当r2增大时 S=r2/X20 则有：Ist ；T 。串入启动变电阻TstTstTn099串接频敏变阻器：电抗和电阻转子电抗 X2=SX20，启动时S=1电抗最大 RpXp绕组铁芯100异步电机的调速1.调速 n=（1-S）（1）变极调速 改变定子绕组的极对数。（
11、2）变频调速 使用变频器。（3）转子电路串入电阻 变差调速 pf60NSNSSNnn/2变频器f工fx101102103104105106半封闭电机IP23107变频、调速电机YVP108船用电机YH109电磁调速电机YCT110电动阀电机YDF111多速电机 YD112防爆电机 YB113高压电机 YK114高压电机 YRKS115高压柜式电机116列棍电机 YG117起重、冶金电机 YZR118绕线式电机 YR119制动电机 YEJ120五、单相异步电动机 小功率家用电器，单相绕组仅能产生脉动磁场，无启动力矩。ti,121单相电机122单相电机123启动方法和椭圆磁场 脉动磁场的分解：可视
12、为二个大小相等方向相反的二个旋转磁场。无启动力矩，启动后顺原方向转动 为顺利启动，必须建 立旋转磁场.即附加 一个磁场，形成椭圆 磁场。左右124电容式单相电动机电路、磁场图 移相组A1、A2；工作组B1、B2 +CIAIBA1B1A1B1B1A1/2*C125电容式单相电动机1.n0的产生 方向：超前转向滞后。A1 B1 转速：n0=60f/p 。工作原理：转子与旋转磁场的转差，产生电磁 感应，电流在磁场作用下产生电磁力矩。方向 与n0相同。2.电容启动式 电机启动后切断移相组。126黄色为工作绕组、红色为移相绕组定子展开图1273.罩极式异步电机罩极内置短路环，阻滞磁通的变化，而形成旋转磁
13、场。128 罩极式单相异步电机磁通增大时的转向 短路环短路环129 同步电动机同步：与旋转磁场的转速同步。分类（按电源分）：单相；三相。三相同步电动机结构定子：与异步电机相同。转子：极数与定子相同，磁极由通入直流 电的励磁绕组生成，常称激（励）磁电流。电源由电刷、导环引入。130转子：凸极式、隐极式。凸极式：隐极式：SNNSSNNSNNSS131同步电机的直流电源与恒速 励磁电流 由直流发电机提供。由晶闸管整流提供。同步：n=60f/p n=n0 即在最大转矩内恒速性。超过最大转矩转子就要“失步”而被迫停转。132133 同步电机的功率因素的可调性 同步电机的转速与定子绕组的极对数相关。当：是
14、基准电流时，cos =1.0 电机相当于纯电阻负载。当：小于基准电流时为感性负载，欠励。当：大于基准电流时为容性负载，过励。同步电机经常采用过励来改善电网的功率 因素，如不带负载时称为同步补偿机。134 同步电机启动:先异后同 同步电机没有启动力矩，必须采用异步启动。在转子表面有笼形导条，类似于鼠笼，称为启动绕组。励磁绕组必须串接适当电阻而闭合，以防感应高压电伤害人体。当异步启动达到接近同步时，通入励磁电流，产生磁极，切入同步。同步电机也可以降压起动。135同步电机的特点：价高、复杂 启动操作复杂，必须配有自动启动设备。恒速性：用于须恒速的生产机械，如空气压缩机、水压机、水泵、传送带。同步电机
15、用于低速、大功率的电力拖动场合，具 有极大的优越性。同步电机的功率因素是1.0，还可作为功率因素补 偿电机。136小型同步电动机：单相 转子没有绕组，定子与单相电动机相仿，采用电容式、罩极式。（1）永磁式转子 磁性体上有导条。（2）反应式转子 凸极式在磁场中反应出磁极，与定子的磁极形成磁阻转矩。（3）磁滞式 隐极式转子，在空心管外安装硬磁材料，与旋转磁场形成磁滞转矩。137转子图：永磁式、磁阻式、磁滞式 SNNSNSSNSSSNSNNNS138 交流电动机的要点三相交流电动机：旋转磁场、转子电流、电磁力矩。转矩特性、功率和效率。启动、反转和制动。单相异步电机，脉振磁场和启动方式。同步电动机，大
16、型 和小型。转子种类和启动方法。139控制电机 在自动化系统中，许多小功率电动机在信号检测、转换、传递、控制、驱动起着重要的作用。四种控制电动机交流伺服电动机：有控制绕组的电机；数控机床用的步进电动机；测速发电机；自整角机。140单相电容式电机141交流伺服电动机型号:交流 SK;直流 ZK 功率0.5100W +-+-VU励磁绕组:U控制绕组:V控制绕组的相位决定方向，励磁绕组电压决定转矩。142可逆电机伺服电机143二.测速发电机 +-+-VUU:励磁绕组;V:输出绕组.UV=kn144步进电机145步进电机与控制器146三、步进电动机 磁场:U相时4 2Ns 13U1U2V1V2W1W2
17、147三、步进电动机 磁场:V相时4 2 N S 13U1U2V1V2W1W2148步进电机控制器149力矩式 定子绕组发送机接收机 转子绕组单相交流电150电机品种为什么会起来越多？电动机由单纯的动力机械走向控制机械，其意义当然要比由于变速电机的产生替代了一变速器、变速箱的意义要大得多。由动力机走向控制电机，为诸多自动化装置、自动控制系统创造了条件和可能。机器人是一种智能化的机器，智能化的实现仅仅有计算机是不够的，必须有能够识别其指令的执行机构。151秦山核电站发电机转子大电机的电刷碳刷握与压簧定子152鼠笼式电动机控制电路 控制电路图 显示保护M3KM电气图电源水平线动力垂直线控制依次序源
18、、控、显、保PE153控制电路的基本法则自锁保护：自保自常开（并联）；联锁保护：联锁它常闭（串联）。启动用常开；停止用常闭。多地控制：启动并联常开；停止串联常闭；按钮联锁较灵活；双重联锁最保险。154点启动控制电器路155常用控制线路：点、常规、正反转1.点启动 2.常规启动3.点-常规KMSB1SB2SB3SB2SB1KMKMSBKMKM156多地-常规启动SB2SB3KMSB1SB4KMUV157异步电机的正反转控制 按钮联锁：1 接触器联锁：2 KM1KM2SB1SB2SB3KM2KM1KM1KM2158星-三角启动电路图先“Y”启动 后“d”切换159星-三角启动电路图160定子串接电
19、阻降压启动161正反转控制162三相异步电机反接制动163三相异步电机的能耗制动164接触器Y-启动控制线路原理图 KM KMYKM SB1SB3SB2KMKMKMKMY15379111342165QX3-13自动Y-控制线路原理图：KM KMYKT SB1SB2KMKMY537942KM 101113KMKTKMKT166Y-自动控制线路接线图动力与控制L1L2L3U4V4W4U5V5W5KM1KMKMYSB1 SB2 FRKT167异步电机的制动：反接、能耗（1）反接制动：反向转矩形成制动。可使用切换开关和控制线路。（2）能耗制动:在切断交流电后,通入直流电。转子上的感应电流产生阻转矩。优
20、点:制动平稳、无冲击、能准确停车。但需要直流电源和大功率电阻。（3）反转:电动机常见的方法是改变相序。168异步电动机常见故障（1）通电后不能启动:电源、熔丝、热继电器。（2）电机的嗡嗡声:缺相运行,由导线、熔丝或开 关与接触器触点故障。（3）电机不能长动:自锁保护触点线路故障。（4）不能停车:停车按钮损坏或接触器主触点熔 焊而不能断开。（5）温升过高:过载、缺相、通风条件、摩擦。169第三节 变压器 变压器是电磁感应的静止电器三变:变压、变流、变阻抗电力输送、电气测量、阻抗匹配170变压器的用途 一般工业企业在生产中使用的电压是220V、380V交流电，该电源由发电厂供给电气设备。为了减少线
21、路损失，远距离输电的电压都在35kV以上，这样高的电压，不能由交流发电机直接产生。发电机发出的电，必须用升压变压器将电压升高到所需的电压，进行远距离输电；而各类设备在使用电能时，必须用降压变压器将电压降到所需的电压。变压器在电力系统中是不可缺少的电气设备。171三相电力变压器、调压器172一、变压器的结构 173174175干式变压器176177变压器结构及原理图变压器是静止电器；能同频的升降电压。互感原理 u1e1u2e2178变压器的磁路铁芯：层叠硅钢片，0.25 0.5mm。形状：芯式 （单相）壳式179电路：原边、副边电路由铜导线绕制而成，分成 同心式 交叠式180变压器的冷却系统、符
22、号自冷式：空气中自然冷却。油冷式：变压器全部浸入油中伴散热管。电路符号 工程符号Tr181182二、变压器的工作原理 电路图:原边有空载电流I0，是额定值 的2%8%。主磁通:漏磁通:0 没与副边交链 的磁通。u1e1i1u2e2i2=0183磁通、电势和电压e1=-N1d /dt ；e2=-N2d /dt设：=sinte1=-N1 m sin（t-/2）e2=-N2 m sin（t-/2）E1=E1m/=N1 m/=4.44f1 N1 m E1/E2=N1/N2=U1/U2=K 变压比：K 22184变压器的负载运行负载图：电流、电压和电势三者一致。磁势平衡式:N1I1-N2I2=N1I0
23、N1I1=N1I0+N2I2 由于：I0 I1N 则有：。u1e1i1u2e2i2 KNNII11221185186阻抗变换：等效负载阻抗等效的变换图 Z=U1/I1=KU2/（1/KI2）=K2 Z阻抗变换的意义：实现阻抗匹配、输出最大功率 等效Z2U1z1U1I1U2I2I1187变压器的额定值单相变压器的额定容量：SN=U2NI2N U1NI1N ；P2=S2cos 2输入功率：P1=U1I1cos1。功率损失：铜损耗 PCU=PCU1+PCU2铁损：PFe=Pe+Pk （磁滞与涡流损耗）效率：=（P2/P1)100%。188换流变压器189三、变压器的分类 三相变压器的铁心：心式。=1
24、+2+3=0 190 特殊变压器自耦式变压器：原副为同一绕组 单相U1U2三相U1V1W1NU2V2W2191自耦式变压器的特点原、副边合一，省材料、不安全。电压连续可调的调压器，作为电机降压启动器。U1U2192单相与三相自耦式变压器193四、变压器铭牌四、变压器铭牌产品型号产品型号 SL7-500/10 标准代号标准代号 额定容量额定容量 500kVA 产品代号产品代号 额定电压额定电压 10kV 出厂序号出厂序号 额定频率额定频率 50Hz 3相相联接组别联接组别 Y，yn0阻抗电压阻抗电压 4%冷却方式冷却方式 油冷油冷使用条件使用条件 户外户外电力变压器电力变压器开关位置开关位置高压高压低压低压电压电压/V电流电流/A电压电压/V电流电流/A1050027.51000028.9400721.7950030.4中国电力变压器厂 2005 年 1 月194仪用互感仪电压 电流 钳形表 RLAVU1U2I1I2195各种钳形表196各种电流互感器197电压互感器电流互感器198电焊机交直流
