電機(jī)與電氣控制技術(shù)

模塊六電機(jī)與電氣控制技術(shù)一、磁路二、變壓器三、電動(dòng)機(jī)四、繼電-接觸器控制系統(tǒng)五、典型電氣控制線路

授課人：昆明冶金高等?？茖W(xué)校

金瑞一、磁路電工設(shè)備中常見的磁路及鐵心線圈變壓器

鐵心–+SN電機(jī)

鐵心繞組繞組繞組繞組1、磁路的基本物理量

（1）

磁感應(yīng)強(qiáng)度B(磁通密度)：是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量。均勻磁場(chǎng)—磁場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的B大小相等，方向相同。單位：T（特[斯拉]）方向：與電流之間用右螺旋定則確定。（該點(diǎn)磁場(chǎng)作用于1米長(zhǎng)、1安電流的導(dǎo)體上的力）（4）

磁場(chǎng)強(qiáng)度

H定義：H=B/=IN/l（3）

磁導(dǎo)率

相對(duì)磁導(dǎo)率

r=/0

對(duì)于鐵磁材料

r=102105單位：A/m(安/米)鐵磁材料廣泛應(yīng)用在變壓器、電機(jī)、電工儀表等。真空磁導(dǎo)率

0=410

–

7H/m（亨/米）對(duì)于均勻磁場(chǎng)

F

=B

?S

F-標(biāo)量單位：Wb

（韋[伯]）（2）

磁通F等于磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積S的乘積。（二）磁路歐姆定律磁通勢(shì)：F=NI單位A(安）磁路磁阻：?jiǎn)挝籋-1(每亨）磁路歐姆定律：INU–+鐵心磁路

二、變壓器1、變壓器的用途

變壓器可以變換電壓、電流和阻抗的功能。應(yīng)用非常廣泛。電力系統(tǒng)：變壓器用于改變供電系統(tǒng)的電壓。電子線路：變壓器用于改變電壓、耦合電路、傳送信號(hào)和實(shí)現(xiàn)阻抗的匹配等。

還有一些特殊變壓器（如：自耦變壓器、電流互感器等）及專用變壓器（如：電焊變壓器、整流變壓器等）。按相數(shù)分:

單相、三相和多相變壓器。分類：按用途分:

電力變壓器，特殊用途變壓器。按結(jié)構(gòu)分:

心式變壓器、殼式變壓器。按冷卻方式分:

自冷變壓器、油冷變壓器。2、變壓器的基本結(jié)構(gòu)其它部件:

油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置等殼式變壓器

變壓器主要組成部分變壓器鐵心:

硅鋼片疊壓而成變壓器繞組:

原邊(一次線圈、高壓繞組)副邊(二次線圈、低壓繞組)心式變壓器線圈鐵心鐵心線圈

低壓繞組

高壓繞組同心式繞組交疊式繞組

低壓繞組

高壓繞組3、變壓器的工作原理

I1

U1動(dòng)電生磁

主磁通Φ

磁場(chǎng)傳遞

I2

U2

動(dòng)磁生電三、電動(dòng)機(jī)

（一）電動(dòng)機(jī)的分類電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)

異步電動(dòng)機(jī)（籠型、繞線型）特殊電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是三相交流異步電動(dòng)機(jī)（二）三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理三相異步電機(jī)接線盒轉(zhuǎn)軸1.三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)機(jī)座定子鐵心定子繞組接線盒端蓋罩殼風(fēng)扇轉(zhuǎn)子主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、軸承、風(fēng)扇等部件。轉(zhuǎn)軸2.定子

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組組成。定子繞組機(jī)座鐵心定子鐵心沖片U1U2三相定子繞組（U相）3.轉(zhuǎn)子根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同分為：

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心沖片鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸籠型轉(zhuǎn)子去掉鐵心后的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有鑄鋁導(dǎo)條）籠型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有三相繞組）U1U2V1V2W1W2++SN4.三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理?+ff轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)原理圖???+++轉(zhuǎn)子定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1n

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同。磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電流)

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)p與取決于三相定子繞組的結(jié)構(gòu)和連接方式。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)p旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0(轉(zhuǎn)/每分）電源頻率電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)7501000150030004321pn(轉(zhuǎn)/每分)n=(1–s)n1轉(zhuǎn)差率：0<s

<sN=0.01~0.06例

一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為1450r/min的三相異步電動(dòng)機(jī)，求：額定轉(zhuǎn)差率。解：因?yàn)閟N=0.01~0.06，所以該電動(dòng)機(jī)為4極電機(jī)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為1500r/min。（三）三相交流異步電動(dòng)機(jī)的控制1、

三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求:

起動(dòng)過(guò)程:電動(dòng)機(jī)接通電源后，轉(zhuǎn)速由零增至穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)程。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大起動(dòng)電流小起動(dòng)時(shí)間短起動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn):轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大?；\型電動(dòng)機(jī)常用起動(dòng)方法:直接起動(dòng)降壓起動(dòng)起動(dòng)電流是額定電流的4~7倍。（1）直接起動(dòng)(全壓起動(dòng))M3~

Q直接起動(dòng)線路缺點(diǎn)：起動(dòng)電流大?？刂齐娐泛?jiǎn)單，投資少，起動(dòng)時(shí)間短。優(yōu)點(diǎn)：允許直接起動(dòng)的條件：

因?yàn)槠饎?dòng)電流大，引起的線路壓降就大，可能影響到其他設(shè)備的正常工作，所以一般10KW以上的大容量電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。

：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)（2）降壓起動(dòng)Y-降壓起動(dòng)

電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)接成Y聯(lián)結(jié)，正常運(yùn)行時(shí)接成聯(lián)結(jié)。只適用于工作時(shí)接的電動(dòng)機(jī)。（運(yùn)行）Q2Y（起動(dòng)）Q1缺點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，操作方便，動(dòng)作可靠。每相定子繞組承受相電壓起動(dòng)，起動(dòng)電流小。優(yōu)點(diǎn)：

Q1M3~

Q2起動(dòng)運(yùn)行自耦補(bǔ)償器降壓起動(dòng)三相自耦變壓器如果自耦變壓器的變比為Ka采用自耦變壓器的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：

繞線式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，可在轉(zhuǎn)子繞組中串入電阻或頻敏變阻器，可減小起動(dòng)電流，還可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子串電阻和頻敏變阻器起動(dòng)0TmR2Temn

繞線式電動(dòng)機(jī)適用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機(jī)械，如卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重機(jī)等。2、

三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制

三根相線中任意兩根互調(diào)，稱“調(diào)相”或“換相”，相序改變，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。3、

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制調(diào)速方法變頻調(diào)速（籠型電動(dòng)機(jī)）變極調(diào)速（籠型電動(dòng)機(jī)）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（繞線型電動(dòng)機(jī)）

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率有關(guān)。（1）變極調(diào)速電源頻率不變，改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p調(diào)速。有級(jí)調(diào)速U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2定子繞組接線電機(jī)磁場(chǎng)情況U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U22（2）

變頻調(diào)速

改變頻率（f1)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，屬無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速性能好，但需有一套專用變頻設(shè)備。~f=50HzM3~變頻設(shè)備f1

可調(diào)（3）

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串入可調(diào)電阻R

,可改變

s和n。

也可串入電動(dòng)勢(shì)，稱串級(jí)調(diào)速。

還可使用電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。Tm0R2TemnnT2可實(shí)現(xiàn)小范圍無(wú)級(jí)調(diào)速，但能耗大，效率低，廣泛應(yīng)用于起重設(shè)備。特點(diǎn)：n4、

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制（1）

能耗制動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)電流RPQ2+_能耗制動(dòng)的特點(diǎn)：

制動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、能量消耗小。但制動(dòng)力較弱,且需要有直流電源。固定磁場(chǎng)n1=0制動(dòng)原理SN?TemM3~Q1（2）

反接制動(dòng)QRM3~~運(yùn)行制動(dòng)n制動(dòng)原理SN?Tem旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)n1

將電源的任意兩相對(duì)調(diào)，產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。方法簡(jiǎn)單，制動(dòng)效果好，但能耗大。特點(diǎn)：制動(dòng)限流電阻（3）

回饋制動(dòng)

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n大于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1。如起重機(jī)重物下放時(shí)。n制動(dòng)原理SN?Tem旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)n1nn1電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。特點(diǎn)：（四）

直流電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，而且要使用直流電源。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車。（3）易于控制。應(yīng)用：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、無(wú)軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。（3）家庭：電動(dòng)縫紉機(jī)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)玩具1、工作原理U+–NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無(wú)論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場(chǎng)的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+–NS電刷換向片IIFFU+–NS電刷換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反。2、直流電機(jī)的構(gòu)成直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。機(jī)座磁極勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)（1）

轉(zhuǎn)子（又稱電樞）由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。（2）

定子定子的分類：永磁式：由永久磁鐵做成。勵(lì)磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過(guò)直流電，形成電磁鐵。勵(lì)磁的定義：磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵(lì)UfIfIaUM并勵(lì)UIfM串勵(lì)UM復(fù)勵(lì)U（五）單相異步電動(dòng)機(jī)1、

基本工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)單相定子繞組，籠型轉(zhuǎn)子。結(jié)構(gòu)：工作原理及特點(diǎn)：?jiǎn)蜗喽ㄗ永@組產(chǎn)生的是脈動(dòng)磁場(chǎng)，可分解為大小、轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)磁場(chǎng)，當(dāng)S=1時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的合成力矩為零，所以起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。常用類型：電容分相式、罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)。電源：?jiǎn)蜗嘟涣麟娫础９β剩簬讕装偻?。用途：家用電器（風(fēng)扇、冰箱、洗衣機(jī)等）及功率不大的電動(dòng)工具。2、

起動(dòng)方法S:

離心力開關(guān)分相起動(dòng)1:

工作繞組2:

起動(dòng)繞組空間相隔90o

起動(dòng)繞組電流與工作繞組電流不同相(分相),產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。相量圖

電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向：由起動(dòng)繞組轉(zhuǎn)向工作繞組。

改變電容C的串聯(lián)位置（串在繞組1），電機(jī)反轉(zhuǎn)。S1-2M1~+C定子繞組罩極起動(dòng)1和2形成一個(gè)向罩極部分移動(dòng)的磁場(chǎng)。

12u凸極定子短路銅環(huán)籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向：未罩極轉(zhuǎn)向被罩極。n

三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)斷了一相線，相當(dāng)于單相異步電動(dòng)機(jī)，稱為缺相運(yùn)行。

若在起動(dòng)時(shí)缺相，則不能起動(dòng)，且電流很大，應(yīng)立刻切斷電源，否則電動(dòng)機(jī)很快被燒毀。

若在運(yùn)行時(shí)缺相，則能夠繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),如果仍帶額定負(fù)載,電流會(huì)超過(guò)額定值，電動(dòng)機(jī)易被燒壞。三相異步電動(dòng)機(jī)的缺相運(yùn)行四、繼電-接觸器控制系統(tǒng)1、低壓電器低壓電器是指工作在交流1000V和直流1200V額定電壓以下的電器。

負(fù)荷開關(guān)（QS）

自動(dòng)空氣斷路器（QF）

按鈕(SB)行程開關(guān)(SQ)交流接