三相交流異步電動機.doc

三相交流異步電動機三相交流異步電動機是一種將電能轉化為機械能的電力拖動裝置。它主要由定子、轉子和它們之間的氣隙構成。對定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生旋轉磁場并切割轉子，獲得轉矩。三相交流異步電動機具有結構簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強及使用、安裝、維護方便等優(yōu)點,被廣泛應用于各個領域。三相交流異步電動機-基本結構三相異步電動機主要由定子和轉子構成，定子是靜止不動的部分，轉子是旋轉部分，在定子與轉子之間有一定的氣隙。 定 子由鐵心、繞組與機座三部分組成。轉子由鐵心與繞組組成，轉子繞組有鼠籠式和線繞式。鼠籠式轉子是在轉子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅端 環(huán)上而組成；線繞式轉子繞組與定子繞組一樣，由線圈組成繞組放入轉子鐵心槽里。鼠籠式與線繞式兩種電動機雖然結構不一樣，但工作原理是一樣的。三相交流異步電動機-工作原理1、旋轉磁場 定子三相繞組通入三相交流電即可產(chǎn)生旋轉磁場。當三相電流不斷地隨時間變化時，所建立的合成磁場也不斷地在空間旋轉，如下圖所示。旋轉磁場的旋轉方向與旋轉磁場三相電流的相序一致，任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。 定子旋轉磁場旋轉切割轉子繞組，轉子繞組產(chǎn)生感應電動勢，其方向由“右手螺旋定則”確定。由于轉子繞組自身閉合，便有電流流過，并假定電流方向與電動勢方向相同，轉子繞組感應電流在定子旋轉磁場作用下，產(chǎn)生電磁力，其方向由“左手螺旋定則”判斷。該力對轉軸形成轉矩(稱電磁轉矩)，并可見，它的方向與定子旋轉磁場(即電流相序)一致，于是，電動機在電磁轉矩的驅動下，順著旋轉磁場的方向旋轉，且一定有轉子轉速。有轉速差是異步電動機旋轉的必要條件，異步的名稱也由此而來。 電動機長期穩(wěn)定運行時，電磁轉矩T和機械負載轉矩T2相等，即T=T2。 2、 轉差率 旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。描述轉子轉速與旋轉磁場轉速相差的程度。在正常運行范圍內，異步電動機的電磁力產(chǎn)生原理轉差率很小，僅在001-006之間。三相交流異步電動機-保護電路1. 短路保護短路是由于絕緣損壞、接線錯誤等原因導致電流從非正常路徑流過的現(xiàn)象。瞬時短路電流可能達到電機額定電流的幾十倍甚至上百倍，如果不能及時切斷電源，則有可能造成電機不可修復的損壞，還有可能導致觸電、火災等危險。短路保護應該滿足以下要求：一是必須在很短的時間內切斷電源；二是當電機正常啟動、制動時，保護裝置不應誤動作。 常用的短路保護裝置有熔斷器和斷路器。2. 過流保護過電流是指電動機的工作電流超過其額定值，如果時間久了，就會使電機過熱損壞電機，因此需要采取保護措施。 過電流時，電流仍由正常路徑流通，其值比短路電流值要小。過電流一般是由于負載過大或是啟動不正確。為了避免影響電動機正常工作，過電流保護動作值應該比正常啟動電流略大一些。 過電流保護也要求保護裝置能瞬時動作。過電流保護一般采用過電流繼電器。3. 過載保護電動機過載是指其工作電流超過額定值使繞組過熱。引起過載的原因很多，如負載的突然增加、電源電壓降低、電動機軸承磨損等。 過載與過流類似，但也有差別。主要的不同在于動作效應的不同。過電流是由電磁效應來引發(fā)保護裝置動作，針對電流的瞬時大?。欢^載保護則是由電流的熱效應，即電流對時間的累積結果來引發(fā)保護裝置動作。一般情況下同一電路中，過載保護動作電流值要比過電流小，而這兩者又均比上面提到的短路保護動作電流值小。值得注意的是，短路保護、過電流保護和過載保護是不能互相代替的。 過載保護應采用熱繼電器或電動機保護器作為保護元件。4. 失壓保護 如果電動機在正常工作時突然掉電，那么在電源電壓恢復時，就可能自行啟動，造成人身事故或機械設備損壞。為防止電壓恢復時電動機的自行啟動或電器元件自 行投入工作而設置的保護，稱為失壓保護。采用接觸器和按鈕控制電動機的啟動制動就具有失壓保護功能。如果正常工作中電網(wǎng)電壓消失，接觸器會自動釋放而切斷 電動機電源。5. 欠壓保護 電動機或電器元件在有些應用場合，當電網(wǎng)電壓降到額定電壓的60%80%時，就要求能自動切除電源而停止工作，這種保護稱為欠電壓保護。電動機在電網(wǎng) 電壓降低時，其轉速、轉矩都將降低甚至堵轉。在負載一定的情況下，一方面電動機電流增大，而其增加副度還不足以使熔斷器和熱繼電器動作，因此必須要采取欠 壓保護措施。 除了利用接觸器本身的欠電壓保護作用之外，還可以采用低壓斷路器或專門的電磁式電壓繼電器來進行欠電壓保護，其方法是將電壓繼電器線圈跨接在電源上，其動合觸頭串接在接觸器控制回路中。當電網(wǎng)電壓低于指定值時，電壓繼電器動作使接觸器釋放。6. 過壓保護當由于某種原因使得電動機電源電壓超過其額定值時，電動機的定子電流增大，使電動機發(fā)熱增多，時間久了就會造成電動機損壞。如果電壓比額定值高很多，則電動機定子電流就會超出額定值許多而可能燒壞電機。因此，需要進行過電壓保護。 最常見的過電壓保護裝置是過電壓繼電器。電源電壓一旦過高，過電壓繼電器的常閉觸頭就立即動作，從而控制接觸器及時斷開電源。過電壓繼電器的動作電壓整定值一般可為電動機額定電壓的1.051.2倍。7. 斷相保護異步電動機在正常運行時，如果電源任一相突然斷路，電動機就處于斷相運行。此時電動機實際上是在單相電源下運行，電動機定子電流會增大，轉速要下降甚至會堵轉，時間一長就會燒壞電機。實踐表明，斷相運行是使電動機損壞的主要原因之一，因此應進行斷相保護。 引起電動機斷相運行的原因很多，如熔斷器一相熔體燒斷，電動機繞組一相斷路、一相接觸不良或松 脫，電源一相線路斷開等，其中尤以熔斷器一相燒斷的情況最為常見。斷相運行時，線路電流和電動機繞組連接因斷相形式不同而不同；電動機負載越大，故障電流 也越大。斷相運行時，通?？梢愿鶕?jù)電流或電壓發(fā)生的變化特征檢測出斷相信號來構成斷相保護裝置。 斷相保護有很多方法，如下： 1） 用帶斷相保護的熱繼電器 2） 采用電壓繼電器 3） 采用欠電流繼電器 4） 斷絲電壓保護 5） 采用專門為斷相運行而設計的斷相保護繼電器8. 相序保護一般情況下，電動機工作的接線順序是有規(guī)定的，如果由于某種原因，導致相序發(fā)生錯亂，電動機將無法正常工作甚至損壞。相序保護就是為了防止這類事故發(fā)生。 相序保護可采用相序繼電器，當電路中相序與指定相序不符時，相序繼電器將觸發(fā)動作，切斷控制電路的電源從而達到切斷電動機電源、保護電動機的目的。 工作原理： 由電阻R1R3、電容C1和氖泡NB組成三相交流電相序檢測電路。由于C1的移相作用，當電 源按圖中A、B、C相序接入時，氖泡發(fā)光，而逆相序如A、C、B接入時，氖泡則不亮。當按下啟動按鈕QA時，交流電經(jīng)C2降壓、VD1和VD2整流、DW 穩(wěn)壓及C3濾波后得到12V直流電壓，加在由繼電器K、光敏電阻CDS和開關管V組成的保護執(zhí)行電路上。如果此時相序為A、B、C順序，則氖泡發(fā)光，與氖 泡封裝在一起的CDS受光照后呈現(xiàn)很低的阻抗，V便得到基極偏流而導通，K吸合，K1接通交流接觸器C的控制回路，C吸合，電動機啟動運轉。反之，如為逆 相序，則氖泡不亮，K不吸合，K1斷開，電動機便不能被啟動。由此而達到保護目的。9. 溫度保護在電動機電流沒有超過額定值時，由于通風不良、環(huán)境溫度過高、啟動次數(shù)過于頻繁等原因，電動機也會過熱。這種情況下用以上的過流保護或過載保護都不能解決問題，因此需要直接反映溫度變化的熱保護器。 溫度保護通?？刹捎脺囟壤^電器。溫度繼電器主要有雙金屬片和熱敏電阻式兩種，它們都被直接埋置在發(fā)熱部位。 溫度保護與過載保護都是利用溫度來觸發(fā)保護，但并不完全相同。過載保護是因為電流長時間超出額 定值使得繼電器升溫觸發(fā)保護；而溫度保護是由于散熱不良，環(huán)境溫度過高等因素使得電機過熱從而觸發(fā)保護。溫度保護被觸發(fā)時，電動機中的電流值有可能是正常 的，因此過載保護不一定會起作用。溫度保護與過載保護也是不能互相替代的。10. 漏電保護為了防止直接接觸電擊事故和間接接觸電擊事故，防止電氣線路或電氣設備接地故障引起電氣火災和電氣設備損壞事故，低壓配電系統(tǒng)應該具有漏電保護裝置。 漏電保護根據(jù)工作零線是否穿過電流感應器，分為零序電流保護和剩余電流保護。零序電流保護與剩余電流保護的基本原理都是基于基爾霍夫電流定律：流入電路中任一節(jié)點的復電流的代數(shù)和等于零。不同之處是，零序電流保護檢測的是各相線中電流的矢量和，而剩余電流保護檢測的是各相線還有零線中的電流矢量和。 理論上來說，三相線負載平衡且電路正常工作的情況下，各相線電流矢量和應該為零。但是在實際的 產(chǎn)品制造中，由于生產(chǎn)工藝、使用條件及電源品質等因素的制約，理想的三相完全平衡的負載不大可能存在，其三相電流的矢量和不為零而且很容易達到漏電保護器 的動作電流值例如30mA。因此，“負載三相平衡”這個概念只具理論意義。三相交流異步電動機-控制電路1. 啟動控制 三相異步電動機從接通電源開始運轉，轉速逐漸上升直到穩(wěn)定運轉狀態(tài)，這一過程稱為啟動。按照啟動方式不同，它可以分為直接啟動和降壓啟動。 直接啟動的啟動電流大，對供電變壓器影響較大，容量較大的鼠籠異步電動機一般都采用降壓啟動。 降壓啟動就是將電源電壓適當降低后，再加到電動機的定子繞組上進行啟動，待電機啟動結束或將要結束時，再使電動機的電壓恢復到額定值。這樣做的目的主要是 為了減小啟動電流，但是因為降壓，電動機的啟動轉矩也將降低。因此，降壓啟動僅適用于空載或輕載啟動。 1） 直接啟動 i. 采用開關直接啟動：采用開關直接啟動的電路僅適用于不頻繁啟動的小容量電動機，它不能實現(xiàn)遠距離控制和自動控制，也不能實現(xiàn)零壓、欠壓和過載保護。 ii. 采用接觸器點動控制：采用接觸器點控制電路，可控制容量稍大或者啟動頻繁的電動機，并且實現(xiàn)“一點就動，松開不動”的功能。 iii. 采用接觸器長動控制：采用接觸器長動控制的電動機，在按下啟動按鈕后，電動機開始運轉，因為具有自鎖觸點，所以如果想讓電機停轉，必須按下停止按鈕。 iv. 長動與點動混合控制：如果電動機既要點動控制，又要連續(xù)運轉控制，那么可以結合一下，采用三個按鈕和自鎖觸點，實現(xiàn)點動與長動運轉控制。 2） 降壓啟動 i. 定子繞組串電阻（電抗器）降壓啟動：電動機啟動時，在三相定子電路中串入電阻，使電動機定子繞組電壓降低，限制了啟動電流，待電動機轉速上升到一定值后，將電阻切除，使電動機在額定電壓下穩(wěn)定運行。 ii. 星形三角形降壓啟動： 星形三角形降壓啟動是指電動機啟動時，把定子繞組接成星形，以降低啟動電壓，限制啟動電流；待 電動機啟動后，再把定子繞組改接成三角形，使電動機從現(xiàn)在起運行。凡是在正常運行時定子繞組做成三角形連接的異步電動機，均可用這種降壓方法。電動機啟動 時，接成Y形，加在每相定子繞組上的啟動電壓只有三角形接法的，啟動電流為三角形接法的1/3，啟動轉矩也只有三角形接法的1/3。所以這種降壓啟動方 法，只適用于輕載或空載下啟動。 iii. 自耦變壓器降壓啟動： 自耦降壓啟動是在啟動時將電源電壓加在自耦變壓器的原邊繞組上，電動機的定子繞組與自耦變壓器的副邊繞組連接，當電動機的轉速達到一定值時，將自耦變壓器切除，電動機直接與電源相接，在正常電壓下運行。 在交流異步電動機的諸多調速方法中，變頻調速的性能最好，其特點是調速范圍大、穩(wěn)定性好、運行效率高。 2. 正反轉控制 根據(jù)電機學原理，只要把接到三相異步電動機的三相交流電源線中的任意兩相對調，即可以實現(xiàn)反轉。 正反轉控制方法主要有以下四種： 1) 手動控制 2) 接觸器互鎖控制 3) 按鈕互鎖控制 4) 接觸器與按鈕雙重互鎖控制 3. 制動控制 三相電動機在切斷電源后，由于慣性，總要經(jīng)過一段時間才能完全停止。有時候，要求電機在斷電后能迅速停止運轉，這就需要對電動機進行制動。 制動方法大致可分機械制動和電氣制動兩類。常用的機械制動裝置有電磁抱閘和電磁離合器兩種。電氣制方法有反接制動、能耗制動、回饋制動和電容制動等。 1) 反接制動控制線路 反接制動是將運動中的電動機電源反接（即將任意兩根線接法交換）以改變電動機定子繞組中的電源相序，從而使定子繞組的旋轉磁場反射，轉子受到與原旋轉方向相反的制動力矩而迅速停轉。 在這種制動方式中，有一個問題值得注意：當電機轉速接近零時，如不及時切斷電源，則電動機將會反向旋轉。為此必須采取相應措施保證當電機轉速被制動到接近零時迅速切斷電源防止其反轉。一般的反接制動控制線路中常利用速度繼電器進行自動控制。 2) 能耗制動控制線路 能耗制動控制電路是當電動機停車后，立即在電動機定子繞組中通入兩相直流電源，使之產(chǎn)生一個恒定的靜止磁場，由運動的轉子切割該磁場后，在轉子繞組中產(chǎn)變頻器接線圖生感應電流。這個電流又受到靜止磁場的作用產(chǎn)生電磁力矩，產(chǎn)生的電磁力矩的方向正好與電動機的轉向相反，從而使電動機迅速停轉。應用較多的有變壓器橋式整流單向運轉能耗制動。能耗制動的優(yōu)點是制動準確能量消耗小，沖擊?。蝗秉c是需附加直流電源，制動轉矩小。 4. 變頻調速控制 調速就是指讓電動機在同一負載下能得到不同的轉速，以滿足實際需要。改變電動機轉速有三種可能：一是變頻調速，二是變極調速，三是變轉差率調速。擴展閱讀： 1 從零開始學電動機控制與維修 國防工業(yè)出版社 2 電工學上冊 高等教育出版社Three-phase ac asynchronous motor is a kind of energy into mechanical energy of electric drive device. It mainly consists of stator and rotor and between them the air gap to form. The stator winding of three-phase ac power supply, to produce a rotating magnetic field and cutting rotor, get torque. Three-phase ac asynchronous motor has simple structure, reliable operation, the price is cheap, overload ability and use, installation, maintenance convenience etc, are widely used in every field.隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展,三相異步電動機的需求會越來越大,三相異步電動機 的應用越來越廣泛,三相異步電動機的操作系統(tǒng)是一個非常龐大而復雜的系統(tǒng), 它不僅為現(xiàn)代化工業(yè),家庭生活和辦公自動化等一系列應用提供基本操作平臺, 而且能提供多種應用服務,使人們的生活質量有了大幅度的提高,擺脫了人力勞 作的模式.而三相異步電動機主要應用于工業(yè)生產(chǎn)的自動化操作中是三相異步電 動機的主要應用之一,因此本課程設計課題將主要以在工業(yè)中三相交流異步電動 機啟動方法的應用過程可能用到的各種技術及實施方案為設計方向,為工業(yè)生產(chǎn) 提供理論依據(jù)和實踐指導. 關鍵詞:三相交流異步電動機 工業(yè) 關鍵詞 III 淄 博 職 業(yè) 學 院 課 程 設 計 ABSTRACT With our industrial development, with a three wire asynchronous motor requirements will, with a three wire asynchronous motor is finding wider and wider application, with a three wire asynchronous motor of the operating system is a very large and complex systems, it only for modern industry, the family life an