电动机讲义

1.1.1电动机的启动 2、起动转矩Tst
起动性能 起动方法
• 在刚起动时，虽然转子电流较大，但由于转子的功率 因数是很低的。因此起动转矩是不大的，它与额定转 矩之比值约为1.0~2.2。
如果起动转矩过小，就不能在满载下起动，应设法提 高。但起动转矩也不能过大，否则，会使传动机构受 到冲击而损坏。
1.自耦降压起动适用于容量较大的或正常运行时联成星形不能采 用三角起动器的鼠笼式异步电动机。自耦变压器备有抽头，以便得 到不同的电压（例如为电源电压的73%、64%、55%），根据对起 动转矩的要求而选用。
起动方法常用于容量较大、正常运行为星形接法的电动机。其 缺点是自耦变压器价格较贵，相对电阻结构复杂，体积庞大，且是 按照非连续工作制设计制造的，故不允许频繁操作。
正反转控制
A B C SB1 KM1 SB2 FR
QS
FU
KM1 SB3
KM2
KM1
KM2
KM2
控制电路
操作过程：
FR 按下SB1 M 3~
按下SB2 按下SB3
电机正转
电机反转
停车
注意：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！
主电路
带互锁的正反转控制
1.1.1电动机的启动
起动性能 起动方法
工作过程：按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，电动机M接入电 源。同时，时间继电器KT及接触器KM2线圈得电。接触器KM2线圈得电， 其常开主触点闭合，电动机M定子绕组在星形连接下运行。 KM2的常闭辅助 触点断开，保证了接触器KM3不得电。时间继电器KT的常开触点延时闭合； 常闭触点延时继开，切断KM2线圈电源， 其主触点断开而常闭辅助触点 闭合。 接触器KM3线圈得电，其主触点闭合，使电动机M由星形起动切 换为三角形运行。 停车 ：按SB1 辅助电路断电 各接触器释放` 电动机断电停车 三相鼠笼式异步电动机采用Y—△降压起动的优点在于：定子绕组星形 接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的1/3，起动电流为三角形接法 时的1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。其缺点是起动转矩 也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。所以该线路适用于轻载或空 载起动的场合。
• 电动机的起动就是将它开动起来。在起动瞬n=0,s=1。我 们没从起动时的电流和转矩来分析电动机的起动性能。
1、起动电流Ist
在电动机刚起动时，由于旋转磁场对静止的转子有着很 大的相对转速，磁力线切割转子导体的速度很快，这时转子 绕组中感应出的电动势和产生的转子电流都很大。一般中小 型电动机的起动电流约为额定值的5-7倍。当电动机不是频 繁起动时，起动电流对电机本身影响不大。因为电机的起动 时间很短。但当起动频繁时，由于热量的积累，可以使电机 过热。
电 机
电动机
交流电动机
他励电动机 并励电动机 串励电动机 复励电动机
同步电动机 绕线式
异步电动机
步进电动机 开关磁阻电动机 鼠笼式
电
机
概
述 — 分
类
力矩电动机：是一种能够长期处于堵转状态下的低转速大转矩的电动机。具 有反应速度快、转速和转矩波动小，不需要减速机直接驱动负载。能在很低的转 带下稳定运行，所以在位置和速度伺服系统中得到了广泛的应用。分直流和交流。 伺服电动机：双称可执行电动机，在自动控制系统中作为可执行元件，把所
由上述可知，异步电动机起动时的主要缺点是起动电 流较大。为了减小起动电流，必须采用适当的起动方 法。
1.1.1电动机的启动 二、起动方法 • 三相电动机的起动方法有两种 1、直接起动
起动性能 起动方法
1、直接起动 2、降压起动
直接起动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到 额定电源上。这种起动方法虽然简单，但如上所述，由于起 动电流较大，将使线路电压下降，影响负载的正常工作。一 般只有功率在二三十千瓦以下的异步电动机才能采用直接起 动的方法来起动。而对于功率较大的异步电动机通常都采用 降压起动。
含有电气互锁的正反转控制
FR SB1 KM2 SBF KM1
KM1
KM1
KM2
KM2
互锁
互锁作用：正转时，SB3不起作用；反转时，SB2 不起作用。从而避免两接触器同时工作造成主回路 短路。
带有双重互锁的正反转控制
含有双重互锁的正反转控制
FR SB1 SB3 KMR
KMF
SB2
KM1 SB3 SB2 KMR 机械 互锁
场力的作用而转动。
三相异步电动机的构造与转动原理
电动机的构造
电动机的原理
二、三相异步电动机的原理
旋转磁铁 转子绕组产生感 应电势 转子中产生感应 电流 运转 旋转磁场 切割转子绕组
转子电流与 磁场作用 产生电磁转矩
1.1.1电动机的启动 1.3.1、三相异步电动机的起动 一、起动性能
起动性能 起动方法
收到的交流信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。 步进电动机：将脉冲信号转换为位移的控制电机，应用于数控系统中可执行 元件。 同步电机转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或直流电流产生)，定子旋 转磁场“拖着”转子磁场(转子)转动,因此转子的转速一定等于同步速，也因此叫做 同步电机。 开关磁阻电动机：定子上设有集中绕阻，当一相（或两相）通电时,转子受电 磁力的作用而转动，同时导致磁路的磁阻随转子位置的改变而变化，转子位置的 改变使设在电机上的位置检测器发出信号，经过逻辑变换控制和触发各项开关元 件的通断及控制电流幅值的大小，产生一定转矩的转速。
+ 逆变器 -
f可变 3
~
整流器
M
~
整流器先将50Hz的交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频 率可调、电压有效值也可调的三相交流电，供给鼠笼式异步电 动机。由此可得到电动机的无级调速，并具有硬的机械特性。
1.1.2三相异步电动机的调速 三、其它调速方法
变极调速 变频调速 其它调速
1、串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加 电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。 2、绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率 加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电 动机的转速越低。 3、改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性 曲线，从而获得不同转速。 4、电磁调速电动机调速方法 5、液力耦合器调速方法
三相异步电动机
下面我们以三相异步电动机为例：
异步电动机的优缺点：
优点：结构简单，工作可靠，维修方便，价格低 廉，运行平稳，因此得到了广泛的应用[机 床、水泵]占全国电动机容量的85%以上。 缺点:是起动电流较大。
三相异步电动机的构造与转动原理 一、电动机的构造
定子和转子两部分 1.定子：定子由定子铁心.定子绕组和机座 2.转子：转子由转子铁心转轴
KMF
KMR
电气 互锁
1.1.1电动机的启动
起动性能 起动方法
2、降压起动
• 所谓降压起动就是在电动机起动时，降低其所加的电 压。其目的就是要减小起动电流。降压起动通常采用 下面的几种方法。
（1）星形—三角形（Y-△）换接起动
该方法只适合于电动机在工作时，其定子绕组接成三角形 时的情况。
如有一台三角形联接的电动机，接在电压为380V的电 源上，其每相定子绕组上的电压就是380V；当采用星形联 接并接在相同电源上，此时每相定子绕组上的电压220V。
1.1.1电动机的启动 （3）串电阻起动
•
起动性能 起动方法
对于绕线式电动机的起动，只要在转子电路中接入大小适 当的起动电阻，就可达到减小起动电流的目的；同时起动转矩 也提高了。三相鼠笼式异步电动机采用电阻降压的起动方法， 仅适用于要求起动平稳的中小容量电动机以及起动不频繁的场 合。
1.1.2三相异步电动机的调速 • 调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满 足生产过程的要求。
60f1 n0 p
可知，如果极对数减小一半，
如何改变极对数呢？这同定子绕组的接法有关。
A1 X1 A2 X2 A1 X1 A2 X2
A
X
A
X
p=1的绕组接法
p=2的绕组接法
1.1.2三相异步电动机的调速 二、变频调速
变极调速 变频调速 其它调速
• 变频调速就是改变电源电压的频率，从而改变电动机的转速。 目前主要采用下图所示的变频装置 f1=50Hz
（2）转子线圈的转速小于旋转磁场。因为两者的转速如相同，转 子就不会产生感应电流，也不会有电磁转矩。只有有差异才能有 电磁转矩。这也是“异步电机”的名称的由来。 （3）如短路线圈的轴上带动机械负载，当负载增大时“异步”的 程度必须增大，只有这样才能产生更大的电动势、电流及转矩。
三相异步电动机的构造与转动原理
活性石灰车间
∮４m×６０m 回转窑
活性石灰车间
总论：
活性石灰是炼钢的重要造渣材料。它是一种软烧 石灰,具有体积密度小、气孔率高、比表面积大、 化学纯度高、含硫低的特点，因而具有很高的活性， 反应能力强。 国内外的生产实践证明，在转炉炼钢中使用活性 石灰，可缩短炼钢吹氧时间增加钢产量；提高钢水 收得率，降低石灰单位消耗量，减少萤石用量，因 而也减少了渣量，并有利于提高炉龄；此外还可提 高脱硫脱磷效果，具有显著的经济效益。
1.1.2三相异步电动机的调速 液力耦合器调速方法
变极调速 变频调速 其它调速
液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成， 它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液 体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推 动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同 一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。液力耦 合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工 作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无 级调速，其特点为： 功率适应范围大，几十千瓦至数千千瓦不同功率； 结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低； 多适用于风机、水泵的调速。
电动机的构造
电动机的原理
异步电动机定子上有三相对称的交流绕组；（示意图，模型图） 三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场； （动画1，动画2） 转子绕组的导体处于旋转磁场中; 转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向。 转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流; 感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。 电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。（动画） 旋转的磁场使其中的导体产生感应电动势（电流），电流处在磁场中受磁
从三相异步电动机的转速公式 （1）改变极对数p
n=(1-s)n =(1-s)60f1/p
0
n=60f /p
1
（2）改变电源频率f1
1.1.2三相异步电动机的调速 一、变极调速
• 由式
变极调速 变频调速 其它调速
则旋转磁场的转速便提高一倍，转子转速差不多也提高一倍， 因此，改变p可以得到不同的转速。
点动控制
A
QS B C
控制电路
FU C' SB KM B' KM
主电路
动作原理
线圈（KM）通电 线圈（KM）断电 触头（KM）闭合 触头（KM）打开 电机转动
按下按钮（SB）
M 3~ 按钮松开
电机停转
连续控制
电路
A QS SB1 FU B' KM C' B C 起动 按钮
KM
SB2
停止 按钮
KM
自锁 触头
工作原理
M 3~
起动时，合上QS，引入三相电源。按下SB2，交流接触器KM线圈得电， 主触头闭合，电动机接通电源直接起动。同时接触器自锁触头KM闭合， 实现自锁。 停车时，按下停止按钮SB1将控制电路断开即可。此时，KM线圈失电， KM的所有触头复位，KM常开主触头打开，三相电源断开，电动机停止 运转。松开SB1后，SB1虽能复位，但接触器线圈已不能再依靠自锁触头 通电。
电 机 概 述
一、什么是电机 机械能转换为电 实现电能与机械能相互转换的设备称为电机。 能的旋转电机 电能转换为机械 二、电机的分类 能的旋转电机 发电机 按能量的转换电机分为： 电动机
电
机
概
述 — 分
类
直流发电机
发电机
交流发电机 直流电动机
永磁直流电动机 直流伺服电动机 直流力矩电动机 无刷直流电动机 电磁式直流电动机 交流伺服电动机
电动机的构造
电动机的原理
定子
转子
三相异步电动机的构造与转动原理 二、电动机的原理
电动机的构造
电动机的原理
三相异步电动机是依靠定子旋转磁场和转子电流之间的相互作 用而工作的。而且在正常工作时，转子的转速与定子旋转磁场的转 速必须保持一定的差异，故统称为异步电动机。

（1）改变旋转磁场的旋转方向，转子的旋转方向也随之改变。