《電工電子技術(shù)》課件 項(xiàng)目五 機(jī)床電氣控制電路

機(jī)床電氣控制電路目五項(xiàng)認(rèn)識(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)控制電路任務(wù)1任務(wù)2目錄CONTENTS任務(wù)1認(rèn)識(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。2.轉(zhuǎn)子1.定子定子定子鐵心定子鐵心是電動(dòng)機(jī)工作磁通的主要通路，一般由厚度為0.5mm的、相互絕緣的硅鋼片疊成，以減小交流磁通所引起的渦流損耗。在定子鐵心硅鋼片的內(nèi)圓上沖有均勻分布的槽口，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。定子繞組中、小型電動(dòng)機(jī)一般采用高強(qiáng)度漆包線（銅線或鋁線）繞制，由對(duì)稱的三相繞組組成。三相繞組按照一定的規(guī)律依次嵌放在定子鐵心的槽口內(nèi)，并與鐵心之間夾以絕緣層。定子繞組一般可接成星形或三角形。機(jī)座機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為0.5mm的、相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式：鼠籠式——鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。繞線式——繞線式異步電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1.基本原理（1）演示實(shí)驗(yàn)在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個(gè)閉合導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄帶動(dòng)蹄形磁鐵N、S極旋轉(zhuǎn)時(shí)，將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋轉(zhuǎn)；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。（2）現(xiàn)象解釋當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這就是異步電動(dòng)機(jī)的基本原理。其中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。（3）工作原理磁鐵旋轉(zhuǎn)→切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體→感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感生電流→感生電流與磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩→旋轉(zhuǎn)2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生欲使異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。三相定子繞組AX、BY、CZ在空間按互差120°的規(guī)律對(duì)稱排列?，F(xiàn)將三相繞組接成星形與三相對(duì)稱交流電源U、V、W相聯(lián)，則三相定子繞組便通過(guò)三相對(duì)稱電流。隨著電流在定子繞組中通過(guò)，在三相定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)即可。這時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。3.三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（1）磁極對(duì)數(shù)p

三相異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只有兩個(gè)磁極（一個(gè)N極、一個(gè)S極）即一對(duì)磁極（磁極對(duì)數(shù)p=1）時(shí)，就稱這種電動(dòng)機(jī)為二極電動(dòng)機(jī)。對(duì)二極電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)三相電流變化一個(gè)周期時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。如果是四極（p=2）電動(dòng)機(jī)，當(dāng)三相電流變化一周時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)180°。同理對(duì)p對(duì)磁極的異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)定子三相電流變化一周時(shí)，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)1/p周。（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速

n1三相異步電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1與電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p

、電源頻率f有關(guān)，它們的關(guān)系是4.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理設(shè)磁場(chǎng)以n1的速度沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則靜止的轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間便有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組因切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于反時(shí)針?lè)较蚯懈畲帕€，所以根據(jù)右手定則確定出轉(zhuǎn)子上半部導(dǎo)線感應(yīng)電流方向是向內(nèi)，下半部感應(yīng)電流是向外的。感應(yīng)電流再與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用而產(chǎn)生電磁力，力的方向可以用左手定則判定。磁場(chǎng)力對(duì)轉(zhuǎn)子的作用下形成轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子以n2

的速度跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同向轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向改變時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向也將隨之改變。5.轉(zhuǎn)差率

s通常我們把旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1

與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2

的差值和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1的比值稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用s表示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速常用公式三、三相異步電動(dòng)機(jī)的接法三相異步電動(dòng)機(jī)的接法具體指電動(dòng)機(jī)三相定子繞組的連接方式。一般籠式電動(dòng)機(jī)的接線盒中有六根引出線，標(biāo)有U1、V1、W1、U2、V2、W2，其中：U1、V1、W1是每一相繞組的首端，U2、V2、W2是每一相繞組的末端。三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接方法有兩種：星形（Y）連接和三角形（Δ）連接。四、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性1.電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩的一般表達(dá)式2.機(jī)械特性曲線額定轉(zhuǎn)矩TN起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst最大轉(zhuǎn)矩TM五、三相異步電動(dòng)機(jī)的控制1.三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（1）起動(dòng)特性分析①起動(dòng)電流Ist在剛起動(dòng)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)靜止的轉(zhuǎn)子有著很大的相對(duì)轉(zhuǎn)速，磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度很快，這時(shí)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流均很大，同時(shí)，定子電流必然也很大。一般中小型籠式電動(dòng)機(jī)定子的起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的5~7倍。②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流雖然很大，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小存在以下問(wèn)題：一是會(huì)延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間；二是不能在滿載下起動(dòng)。因此應(yīng)設(shè)法提高。但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩如果過(guò)大，會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到?jīng)_擊而損壞，所以一般機(jī)床的主電動(dòng)機(jī)都是空載起動(dòng)，對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有什么要求。（2）籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法①直接起動(dòng)直接起動(dòng)又稱為全壓起動(dòng)，就是利用閘刀開(kāi)關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接加到額定電壓下起動(dòng)。這種方法只用于小容量的電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)容量遠(yuǎn)小于供電變壓器容量的場(chǎng)合。②降壓起動(dòng)在起動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，以減小起動(dòng)電流，待轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，再恢復(fù)到全壓運(yùn)行。這種方法適于大中型籠式異步電動(dòng)機(jī)的輕載或空載起動(dòng)。星形-三角形（Y-Δ）降壓起動(dòng)自耦變壓器降壓起動(dòng)2.三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（1）變頻調(diào)速此方法可獲得平滑且范圍較大的調(diào)速效果，且具有硬的機(jī)械特性，可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。（2）變極調(diào)速此方法不能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，但它簡(jiǎn)單方便，常用于金屬切割機(jī)床或其他生產(chǎn)機(jī)械上。（3）轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，串入一個(gè)三相調(diào)速變阻器進(jìn)行調(diào)速。此方法能平滑地調(diào)節(jié)繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，且設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少。但變阻器增加了損耗，故常用于短時(shí)調(diào)速或調(diào)速范圍不太大的場(chǎng)合。3.三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（1）反接制動(dòng)當(dāng)電動(dòng)機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)而需停轉(zhuǎn)時(shí)，改變電源相序，使轉(zhuǎn)子受一個(gè)與原轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的轉(zhuǎn)矩而迅速停轉(zhuǎn)。這種辦法制動(dòng)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，應(yīng)及時(shí)切斷電源，以免電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。這種方法比較簡(jiǎn)單，制動(dòng)力強(qiáng)，效果較好，但制動(dòng)過(guò)程中的沖擊也強(qiáng)烈，易損壞傳動(dòng)器件，且能量消耗較大，頻繁反接制動(dòng)會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。對(duì)有些中型車床和銑床的主軸的制動(dòng)采用這種方法。（2）能耗制動(dòng)電動(dòng)機(jī)脫離三相電源的同時(shí)，給定子繞組接入一直流電源，使直流電流通入定子繞組。于是在電動(dòng)機(jī)中便產(chǎn)生一方向恒定的磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子受一與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電磁力的作用，于是產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

這種制動(dòng)能量消耗小，制動(dòng)準(zhǔn)確而平穩(wěn)，無(wú)沖擊，但需要直流電流。在有些機(jī)床中常采用這種制動(dòng)方法。（3）發(fā)電反饋制動(dòng)當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，這時(shí)的轉(zhuǎn)矩也是制動(dòng)的。任務(wù)2三相異步電動(dòng)機(jī)控制電路一、電器分類1．按用途分（1）控制電器：用于各種控制電路和控制系統(tǒng)的電器，如接觸器、繼電器等。（2）主令電器：用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)送控制指令的電器，如按鈕、行程開(kāi)關(guān)等。（3）保護(hù)電器：用于保護(hù)電路及用電設(shè)備的電器，如熔斷器、熱繼電器等。（4）配電電器：用于電能的輸送和分配的電器。如低壓斷路器、隔離器等。（5）執(zhí)行電器：用于完成某種動(dòng)作或傳動(dòng)功能的電器，如電磁鐵、電磁離合器等。2．按工作原理分類（1）電磁式電器：依據(jù)電磁感應(yīng)原理來(lái)工作的電器，如交直流接觸器、各種電磁式繼電器等。（2）非電量控制器：電器的工作是靠外力或某種非電物理量的變化而動(dòng)作的電器，如刀開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)、按鈕、速度繼電器壓力繼電器、溫度繼電器等。3．按操作方式分類（1）自動(dòng)電器：時(shí)間繼電器、速度繼電器等（2）手動(dòng)電器：按鈕、刀開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等。4．按觸點(diǎn)類型（1）有觸點(diǎn)電器：繼電器、接觸器、行程開(kāi)關(guān)等。（2）無(wú)觸點(diǎn)電器：固態(tài)繼電器、接近開(kāi)關(guān)等。二、常用低壓電器1.

刀開(kāi)關(guān)（QS）刀開(kāi)關(guān)在電路中主要用于隔離、轉(zhuǎn)換以及接通和分?jǐn)嚯娐?，多?shù)用于電源開(kāi)關(guān)、照明設(shè)備的控制，也可以用來(lái)控制小容量的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止操作。刀開(kāi)關(guān)按刀片數(shù)量不同，可分為單刀、雙刀和三刀三種。2.斷路器（QF）斷路器稱為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，用于不頻繁接通和斷開(kāi)電路以及控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，相當(dāng)于刀開(kāi)關(guān)、熔斷器、過(guò)電流繼電器、欠電壓繼電器和熱繼電器的組合，當(dāng)電路發(fā)生短路、過(guò)載和失壓等情況時(shí)，能自動(dòng)切斷電路，也就是我們常說(shuō)的跳閘。3.按鈕（SB）按鈕是一種手動(dòng)操作，用來(lái)接通或斷開(kāi)電路，并具有復(fù)位功能的控制開(kāi)關(guān)，一般由動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、按鈕帽、復(fù)位彈簧和外殼組成。4.熔斷器（FU）熔斷器是一種最常見(jiàn)的短路保護(hù)裝置，一般有熔管、熔體和底·座組成。5.交流接觸器（KM）接觸器主要用來(lái)遠(yuǎn)距離接通和斷開(kāi)電路以及頻繁控制電動(dòng)機(jī)的接通和斷開(kāi)操作，按照電流種類可分為直流接觸器和交流接觸器。交流接觸器主要由電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)和滅弧裝置等組成。6.繼電器（KA）繼電器是一種利用電流、電壓、時(shí)間、溫度等信號(hào)的變化來(lái)接通或斷開(kāi)所控制的電路，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制或完成保護(hù)任務(wù)的自動(dòng)電器。當(dāng)繼電器輸入電壓、電流和頻率等電量或溫度、壓力和轉(zhuǎn)速等非電量達(dá)到規(guī)定值時(shí)，繼電器的觸頭便接通或分?jǐn)嗨刂苹虮Ｗo(hù)的電路。繼電器被廣泛應(yīng)用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電力保護(hù)系統(tǒng)以及各類遙控和通信系統(tǒng)中。7.熱繼電器（FR）熱繼電器是一種利用電流的熱效應(yīng)來(lái)切斷電路的保護(hù)電器，由熱元件、雙金屬片、脫扣機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、復(fù)位按鈕和電流整定裝置組成，在電路中主要起過(guò)載保護(hù)。三、電動(dòng)機(jī)常用電氣控制電路1.三相異步電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制電路合上開(kāi)關(guān)QS，三相電源被引入控制電路，但電動(dòng)機(jī)還不能起動(dòng)。按下按鈕SB，接觸器KM線圈通電，銜鐵吸合，常開(kāi)主觸點(diǎn)接通，電動(dòng)機(jī)定子接入三相電源而起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。松開(kāi)按鈕SB，接觸器KM線圈斷電，銜鐵松開(kāi)，常開(kāi)主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)因斷電而停轉(zhuǎn)。2.三相異步電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)動(dòng)控制電路（1）起動(dòng)過(guò)程按下起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM線圈通電，與SB2并聯(lián)的KM的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，以保證松開(kāi)按鈕SB2后KM線圈持續(xù)通電，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)控制，這種現(xiàn)象稱為自鎖。（2）停止過(guò)程按下停止按鈕SB1，接觸器KM線圈斷電，與SB2并聯(lián)的KM的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，以保證松開(kāi)按鈕SB1后KM線圈持續(xù)失電，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM的主觸點(diǎn)持續(xù)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。3.三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路（1）正向起動(dòng)過(guò)程按下起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電，與SB2并聯(lián)的KM1的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，形成自鎖，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM1的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）停止過(guò)程按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈斷電，與SB2并聯(lián)的KM1的輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM1的主觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷電動(dòng)機(jī)定子電源，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。（3）反向起動(dòng)過(guò)程按下起動(dòng)按鈕SB3，接觸器KM2線圈通電，與SB3并聯(lián)的KM2的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，形成自鎖，串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)回路中的KM2的主觸點(diǎn)持續(xù)閉合，電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。4.接觸器互鎖的正反轉(zhuǎn)控制電路將接觸器KM1的輔助常閉觸點(diǎn)串入KM2的線圈回路中，從而保證在KM1線圈通電時(shí)KM2線圈回路總是斷開(kāi)的；將接觸器KM2的輔助常閉觸點(diǎn)串入KM1的線圈回路中，從而保證在KM2線圈通電時(shí)KM1線圈回路總是斷開(kāi)的。這樣接觸器的輔助常閉觸點(diǎn)KM1和KM2保證了兩個(gè)接觸器線圈不能同時(shí)通電，這種控制方式稱為互鎖或者聯(lián)鎖，這兩個(gè)輔助常開(kāi)觸點(diǎn)稱為互鎖觸點(diǎn)或者聯(lián)鎖觸點(diǎn)。若電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)要反轉(zhuǎn)時(shí)必須先按停止按鈕SB1，使電動(dòng)機(jī)停止后才能按下按鈕SB3使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；若電動(dòng)機(jī)處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)要正轉(zhuǎn)時(shí)必須先按停止按鈕SB1，使電動(dòng)機(jī)停止后才能按下正轉(zhuǎn)起動(dòng)按鈕S