电动机的自动控制

引言

实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。

在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。

对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）基本控制方式；

1.三相异步电动机的基本结构与工作原理

1.1电动机的基本结构

三相异步电动机有绕线转子和笼形转子两种结构，绕线转子异步电动机的起动性能和调速性能都较好，但其造价较高。笼形转子异步电动机结构简单，容易

维护，造价较低。三相异步电动机由定子和转子两部分组成，定、转子之间有气

1.定子

定子主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。

定子铁心是磁路的一部分，起导磁作用。为了减少磁滞损耗和涡流损耗，定

子铁心用0.5mm厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。硅钢片内圆边上冲有均匀分布的槽，用于嵌放三相对称绕组。

定子绕组是定子电路的一部分，一般由绝缘铜线绕制并按一定规律连接成相绕组，根据具体情况可以将三个相绕组连接成星形或三角形。每个相绕组的首端和末端引接到出线盒的接线端子上。

机座由铸铁或铸钢制成，起固定定子铁心、轴承、端盖的作用。在机座的表面及内部还采取了一些散热措施。

2.转子

转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴组成。

转子铁心固定在转轴上，它是磁路的一部分，由0.5mm厚、外圆边上冲有均匀分布槽的硅钢片叠成，用于嵌放绕组。

绕线转子绕组与定子绕组的结构一样。绕线转子绕组的三个单相对称绕组在内部连接成星形，其三个首端分别引接到转轴上的三个互相绝缘的滑环上，滑环通过电刷与外电路连接。

笼形转子铁心的每个槽内嵌放有导体，这些导体的两端分别与两个导电端环连接，构成闭合的转子绕组。如果去掉铁心，转子绕组的形状像老鼠笼，因此也称为鼠笼式电动机。中、小型笼形转子电动机的转子绕组常常采用浇注铝的方法将导体、端环和风扇一次性地铸成一个整体，工艺简单，制造成本较低。

1.2工作原理

1.2.1 三相异步电动机的基本工作原理

三相异步电动机的原理图如图4.5所示，定子铁

芯的槽内嵌放有连接成星形或三角形的三相对称绕

组，转子绕组连接成闭合回路。

在定子的三相对称绕组中通入三相对称电流时，将在

气隙中产生以转速n

旋转的旋转磁场。设旋转磁场

顺时针旋转，则转子导体逆时针切割磁场。根据电磁

感应定律，转子导体中将产生感应电动势。由于转子

绕组连接成闭合回路，转子导体将有感应电流流过。

设电流的相位与电动势的相位相同，两者的方向可以

由右手定则确定，如图4.5所示。带电的转子导体在

磁场中将受到电磁力的作用，电磁力的方向可以由左手定则确定，如图4.5所示，转子导体的受力方向与磁场旋转方向相同。电磁力作用于转子表面的导体上形成电磁转矩M ，使转子以转速n 沿磁场旋转的方向旋转，从而实现了将电能转换成机械能。改变旋转磁场的旋转方向时，转子的旋转方向相应改变。

1.2.2 旋转磁场

（1）．产生

图5-3表示最简单的三相定子绕组AX 、BY 、CZ ，它们在空间按互差1200的规律对称排列。并接成星形与三相电源U 、V 、W 相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场(图5-4)。

00sin sin(120)sin(120)U m V m W m i I t i I t i I t ωωω=⎧⎪=-⎨⎪=+⎩

三相异步电动机定 子接线

当ωt=00时，0A i =，AX 绕组中无电流；B i 为负，BY 绕组中的电流从Y 流入B 1流出；C i 为正，CZ 绕组中的电流从C 流入Z 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4（a ）所示。

当ωt=1200时，0B i =，BY 绕组中无电流；A i 为正，AX 绕组中的电流从A 流入X 流出；C i 为负，CZ 绕组中的电流从Z 流入C 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4（b ）所示。

当ωt=2400

时，0C i =，CZ 绕组中无电流；A i 为负，AX 绕组中的电流从X 流入A 流出；B i 为正，BY 绕组中的电流从B 流入Y 流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4（c ）所示。

可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋，因此称为旋转磁场。

B

图 5-4 旋转磁场的形成

（2）．旋转磁场的方向

旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。

1.2.3 转子转动原理

(a) ωt = 0° (b) ωt = 120° (c) ωt = 240°

X X X

2.三相异步电动机的自动控制

2.1三相异步电动机的Y—Δ起动自动控制

图三相异步电动机Y—Δ降压启动控制线路图

三相异步电动机的Y—Δ起动自动控制如图所示。

主要元器件介绍：

a.起动按钮（SB2）。手动按钮开关，可控制电动机的起动运行。

b.停止按钮（SB1）。手动按钮开关，可控制电动机的停止运行。

c.主交流接触器（KM1）。电动机主运行回路用接触器，起动时通过电动机起动电流，运行时通过正常运行的线电流。

d.Y形连接的交流接触器（KM3）。用于电动机起动时作Y形连接的交流接触器，起动时通过Y形连接降压起动的线电流，起动结束后停止工作。

e.Δ形连接的交流接触器（KM2）。用于电动机起动结束后恢复Δ形连接作正常运行的接触器，通过绕组正常运行的相电流。