交流电动机及电气控制课件.ppt

项目3 三相异步电动机的拖动控制,任务3.1 三相交流异步电动机的结构、原理与维修,任务3.2 三相异步电动机的启动控制,任务3.3 三相异步电动机的制动控制,任务3.4 三相交流异步电动机的制动控制,三相异步电动机的特点优点：结构简单、运行可靠、坚固耐用、维护方便、价格便宜、效率较高。缺点：1.调速、起动性能较差。随着晶闸管元器件及交流调速系统的发展，调速性能已大大改善。2.功率因数低。运行时从电网中吸收感性无功功率，以建立旋转磁场，使电网功率因素下降；受电网电压波动影响较大。,3.1.1 三相异步电动机的基本结构,定子：产生旋转磁场,转子：感应出电磁转矩输出机械能,基本结构,1定子主要部分(1)定子铁心 结构：0.5mm厚的硅钢片叠压而成。作用：行成磁路；放置定子绕组。（2）定子绕组 结构：三相对称绕组 作用：产生旋转磁场（3）机座：固定和支撑定子铁心和端盖。,下面是它主要部件的拆分图。,(2)定子绕组,三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别为U1、V1、W1，尾端分别为U2、V2、W2。,三相异步电动机定子绕组接线图,2转子部分：感应电流并产生电磁转矩。(1)转子铁心 结构：用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。作用：构成主磁路；放置定子绕组。(2)转轴 转轴是支撑转子铁心和输出转矩的部件。(3)转子绕组 笼型转子 绕线转子,笼型转子:在转子铁心的每个槽内插入一根导体，在铁心的两端分别用两个导电端环所有的导条联结起来，形成一个自行闭合的短路绕组。,绕线转子：绕线转子绕组与定子绕组一样，是对称三相绕组。联结成Y后，其三根引出线分别接到轴上的三个集电环，再经电刷引出而与外部电路接通。,3气隙 三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，比同容量直流电动机的气隙要小得多，一般仅为0.21.5mm。气隙的大小对三相异步电动机的性能影响很大。气隙大，则磁阻大，由电网提供的励磁电流(滞后的无功电流)大，使电动机运行时的功率因数降低。但是气隙过小时，将使装配困难，运行不可靠；高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使起动性能变差。,3.1.2 三相异步电动机的工作原理,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,1.旋转磁场的产生,旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。,电机是利用电与磁的相互转化和相互作用制成的。,旋转磁场由三相电流通过三相对称绕组产生。,对称：,三相对称负载,空间对称分布,对称 定子三相绕组通入对称三相交流电(星形联接),3.1.2 三相异步电动机的工作原理,规定,U1,V2,W1,V1,W2,U2,()电流出,()电流入,U1,U2,V2,W1,V1,W2,UI,U2,V2,W1,V1,W2,UI,U2,V2,W1,V1,W2,三相电流合成磁场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,旋转方向：取决于三相电流的相序。,2.旋转磁场的旋转方向,旋转磁场是沿着：,U1,V1,W1,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,i1U1，i2V1，i3W1,与三相绕组中的三相电流的相序：L1 L2 L3 一致，通入导前电流的绕组通入滞后电流的绕组。,旋转磁场是沿着：,U1,W1,V1,i1U1，i2W1，i3V1,任意对调两根电源进线，磁场反转。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,极对数（p）的概念：,3.旋转磁场的旋转速度,旋转磁场转速 n1 同步转速如何改变旋转磁场的转速？,以 Y 型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为 1。即 p=1,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,以 Y 型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。,按下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。即 p=2,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,三相绕组,四极旋转磁场,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,三相异步电动机的同步转速,f 1=50 Hz 时,不同极对数时的同步转速如下:,同步转速,p 为任意值时：,上一页,下一页,返回,上一节,下一节,4.电动机旋转原理,用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向,用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向,电磁力电磁转矩 TT 与 n1 同方向。,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,工作原理示意图,工作原理简述,对称三相绕组通入对称三相电流,旋转磁场(磁场能量),磁场切割转子绕组,转子绕组中产生 e 和 i,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载旋转起来,三相交流电能,输出机械能量,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,电动机转速 n 和旋转磁场同步转速 n1的关系：,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但 n n1,转差率:,起动时:n=0，s=1额定运行时:s=0.01 0.09,称异步电动机或感应电动机,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,0s 1,5.转差率,转子转速亦可由转差率求得,例：一台三相异步电动机，其额定转速 nN=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n1=1000 r/min,即,p=3,额定转差率为,转差率:,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,3.1.3 三相异步电动机的等效电路,三相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子的。这一点和变压器完全相似。三相异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组则相当于变压器的二次绕组。因此，可以用分析变压器的基本方法来分析异步电动机内部的电磁关系。,图4-10 异步电动机的定子和转子电路,三相异步电动机的实际电路如图4-10所示。与变压器的区别在于：三相异步电动机的定子电路的频率1和转子电路的频率2不相等。,起动时：n=0,n=n1 转子电磁感应最强 转子电路电量的频率：f2=f1 当n n 转子电路电量的频率 f2（f1）稳定运行时：n=n1n很小,转子电路频率的变化：,f2=f1很小,上一页,下一页,返 回,上一节,下一节,三相异步电动机折算后的T型等效电路,从这个等效电路中，得到的基本方程式为:,三相异步电动机的主要系列简介 新系列电机符合国际电工协会(IEC)标准，具有国际通用性，技术、经济指标更高。我国生产的异步电动机主要产品系列有:Y系列：是一般用途的小型笼型全封闭自冷式三相异步电动机，取代了原先的JO2系列。额定电压为380V，额定频率为50Hz，功率范围为0.55315kW，同步转速为6003000rmin，外壳防护型式有IP44和IP23两种。,该系列主要用于金属切削机床、通用机械、矿山机械和农业机械等。也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等。YR系列：为三相绕线转子异步电动机。用在电源容量小，不能用同容量笼型异步电动机起动的生产机械上。,图4-12 转子各电磁量与转差率s的关系,3.1.4 三相异步电动机的基本方程,1功率平衡方程,异步电动机的功率平衡关系图,由电网供给电动机的功率称为输入功率，P1=3U1I1cos1(4-22)式中U1、I1定子绕组中的相电压、相电流。定子电流流过定子绕组时，电流I1在定子绕组电阻r1上的功率损耗称为定子铜损耗，(4-23)旋转磁场在定子铁心中还将产生铁心损耗(因转子频率很低，13Hz，故转子铁心损耗很小，可忽略不计)，其值可看作励磁电流Io在励磁电阻上所消耗的功率(4-24),由气隙磁场通过电磁感应关系由定子传递到转子侧的电磁功率PM，即 PM=P1(pCu1+pFe)(4-25)由等效电路可得(4-26)转子电流流过转子绕组时，在转子电阻r2上的功率损耗称为转子铜损耗，(4-27)传递到转子的电磁功率扣除转子铜损耗为总机械功率Pm，即 Pm=PM-pCu2(4-28)由等效电路可知，它就是转子电流消耗在附加电阻r2(1-s)/s上的电功率，即(4-29),电动机运行时，还会产生轴承及风阻等摩擦所引起的机械损耗pn，另外还有由于定、转子开槽和谐波磁场引起的附加损耗ps。总机械功率PMEC扣去机械损耗pmec和附加损耗ps，是电动机转轴上输出的机械功率，即 P2=Pm-pn-ps(4-30)可见异步电动机运行时，从电源输入电功率P1到转轴上输出功率P2的总公式为 P2=P1-pCu1-pFe-pCu2-pn-ps=P1-p(4-31)式中p 为电动机的总损耗。=P2/P1,可得分析异步电动机特性的两个重要公式：pCu2=sPM(4-32)Pm=(1-s)PM（4-33）它说明了转差率s越大，电磁功率消耗在转子铜耗中的比重就越大，电动机的效率就越低，异步电动机一般运行在 s=0.020.06的范围内，其中绝大部分功率(1-s)PM转变为总机械功率。同时也说明，只要已知异步电动机的转子铜耗和转速，就可求出电磁功率PM和总机械功率Pm。,2转矩平衡方程式 当电动机稳定运行时，作用在电动机转子上的有三个转矩：(1)使电动机旋转的电磁转矩T;(2)由机械损耗和附加损耗所引起的空载制动转矩T0;(3)由电动机所拖动的负载的反作用转矩T2。显然 T=T2+T0其中：电磁转矩 T=Pm/负载转矩 T2=P2/空载转矩 T0=（pn+ps）/=p0/,得*TM=Pm/=(1-s)PM/=PM/1(4-38)式中1=2n1/60 rad/s旋转磁场的角速度，即同步角速度。注意：这一点是和直流电动机有所区别的。,3.1.5 三相异步电动机的机械特性,三相异步电动机的机械特性是指转矩与转速之间的关系。1.机械特性的三种表达式：物理表达式、参数表达式及实用表达式。1）物理表达式 式中 CT 为转矩常数。上式说明：感应电动机的电磁转矩在磁通一定时，并不是与转子电流I2成正比，而是与转子电流的有功分量I2cos2成正比，这是感应电动机电磁转矩一个很重要的性质。,2）参数表达式 实际计算和分析感应电动机的各种运行状态时，需要知道电磁转矩与电动机参数之间的关系参数表达式。根据感应电动机的简化等效电路，可得转子电流 可得 单位为Nm。上式表明了电磁转矩Tem 与转差率s之间的关系，也称为Te-s曲线方程。,3）实用表达式,上述参数表达式，对于分析转矩与电动机参数间的关系、进行某些理论分析是非常有用的。但是，由于在电动机产品目录中，定子及转子的参数是查不到的，因此，用参数表达式来绘制机械特性或进行分析计算很不方便的，为此，必须导出较为实用的表达式。,2.三相异步电动机的固有机械特性,1）三个重要的工作点（1）理想空载运行A点（2）额定工作运行B点(3)启动运行D点,2）三个重要转矩（1）启动转矩TST(2)最大转矩（3）额定转矩,3）两个重要区域（1）稳定运行区（2）非稳定运行区,3、人为机械特性的分析,1）降低定子电压的人为机械特性,降低电源电压的人为机械特性,可见降低定子电压的人为机械特性为一组通过同步点的曲线，斜率不断增大。*注意：与直流电动机降低电压的人为机械特性的区别。*注意：降低定子电压，电动机出现的问题：1）当负载转矩恒定时，若降低电压，转速降低，转差率增大，转子电流将增大，从而引起定子电流的增大。若超过额定值，长期运行，温升将超过容许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。2）如果电压降低过多，致使最大转矩Tm小于负载转矩时，则电动机停转。3)起动转矩与 成正比的减少，导致Tst小于负载转矩，则电动机不能起动。,2）转子电路串接电阻的人为机械特性,同步转速nl不变，最大转矩Tm不变，而临界转差率则随rp的增大而增大，起动转矩Tst也增大了，人为特性为一组通过同步点的曲线，如图4-20所示。在一定范围内增加转子电阻，可以增大Tst；如果串接一定数值的电阻后使Tst=Tm，这时若再增大转子电阻，Tst开始减小。转子电路串接附加电阻，仅适用于绕线转子感应电动机的起动和调速。,转子串接对称电阻的人为机械特性,3）定子回路中串接电阻或电抗的人为机械特性 定子回路中串接电抗一般用于笼型感应电动机的降压起动，以限制起动电流。,定子电路外接电阻或电抗的人为机械特性,3.1.6 三相异步电动机的铭牌,三相异步电动机的铭牌,1型号 Y 112M-2 规格代号，表示中心高112mm，中机座，两极 产品代号，表示异步电动机 YR 160S2-4 WF 特殊环境代号，W表示户外用，F表示化工防腐用 规格代号，表示中心高160mm，短机座2号(长)铁心，四极 产品代号，Y表示异步电动机，R表示绕线转子,2额定值 额定值规定了电动机正常运行状态和条件，是选用、安装和维修电动机时的依据。异步电动机的铭牌上标注的主要额定值有：(1)额定功率PN 指电动机在额定运行时，轴上输出的机械功率(kW)。(2)额定电压UN 指额定运行时，加在定子绕组出线端的线电压(V)。(3)额定电流IN 指电动机在额定电压额定频率下，轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流(A)。,对三相异步电动机的额定功率与其它额定数据之间有如下关系式(4-3)式中cosN 额定功率因数；N 额定效率。(4)额定频率N 表示电动机所接的交流电源的频率，我国电网的频率(即工频)规定为50Hz。(5)额定转速nN 指电动机在额定电压、额定频率下，轴上输出额定功率时的转子转速(rmin)。,(6)绝缘等级 指电动机内部所用绝缘材料允许的最高温升等级，它决定了电动机的允许温升。(7)接法 用Y或表示。表示在额定运行时，定子绕组应采用的连接方法。(8)工作制 指电动机按定额运行时的持续时间。分为三种工作制：长期工作制S1、短时工作制S2、断续工作制S3。,3）闻通过闻电动机的气味也能判断及预防故障。若发现有特殊的油漆味，说明电动机内部温度过高；若发现有很重的糊味或焦味，则可能是绝缘层被击穿或绕组已烧毁。4）摸摸电动机一些部位的温度也可判断故障原因。为确保安全，用手摸时应用手背去碰触电动机外壳、轴承周围部分，若发现温度异常，其原因可能有以下几种。（1）通风不良。如风扇脱落、通风道堵塞等。（2）过载。致使电流过大而使定子绕组过热。（3）定子绕组匝间短路或三相电流不平衡。（4）频繁启动或制动。（5）若轴承周围温度过高，则可能是轴承损坏或缺油所致。,3.1.7 常见故障及维修,1.故障维修方法电动机在运行或出现故障时，可通过看、听、闻、摸四种方法来及时预防和排除故障，保证电动机的安全运行1）看观察电动机运行过程中有无异常，其主要表现为以下几种情况。（1）定子绕组短路时，可能会看到电动机冒烟。（2）电动机严重过载或缺相运行时，转速会变慢且有较沉重的嗡嗡声。（3）电动机正常运行，但突然停止时，会看到接线松动处冒火花；保险丝熔断或某部件被卡住等现象。（4）若电动机剧烈振动，则可能是传动装置被卡住或电动机固定不良、底脚螺栓松动等。（5）若电动机内接触点和连接处有变色、烧痕和烟迹等，则说明可能有局部过热、导体连接处接触不良或绕组烧毁等。2）听电动机正常运行时应发出均匀且较轻的嗡嗡声，无杂音和特别的声音。若发出噪声太大，包括电磁噪声、轴承杂音、通风噪声、机械摩擦声等，均可能是故障先兆或故障现象。,2.常见故障及原因,1)电动机过热（1）电源方面使电动机过热的原因有以下几种：电源电压过高。电源电压不对称 电源电压过低 电源电压不对称 电源电压过低（2）负载方面使电动机过热原因有以下几种：电动机过载运行 拖动的机械负载工作不正常 拖动的机械有故障,（3）电动机本身造成过热的原因有以下几种 电动机绕组断路 电动机绕组短路 电动机绕组接法错误 电动机接法错误 电动机的机械故障,（4）通风散热不良使电动机过热的原因：环境温度过高，使进风温度高。进风口有杂物挡住，使进风不畅，造成进风量小。电动机内部灰尘过多，影响散热。风扇损坏或装反，造成无风或风量小。未装风罩或电动机端盖内未装挡风板，造成电动机无一定的风路。,2）电动机不能启动三相异步电动机不能启动的原因有以下几种：（1）电源未接通。（2）熔丝熔断。（3）定子或转子绕组断路。（4）定子绕组接地。（5）定子绕组相间短路。（6）定子绕组接线错误。（7）过载或传动机械被卡住。（8）转子铜条松动。（9）轴承中无润滑油或轴承损坏,3)运行中电动机振动较大运行中电动机振动较大的原因有以下几种：（1）由于磨损轴承间隙过大。（2）气隙不均匀。（3）转子不平衡。（4）转轴弯曲。（5）铁芯变形或松动。（6）联轴器（皮带轮）中心未校正。（7）风扇不平衡。（8）机壳或基础强度不够。（9）电动机地脚螺丝松动。（10）笼型转子开焊断路。,任务3.2 三相异步电动机的启动控制,3.2.1 交流接触器,1.组成部分1）电磁机构2）触头系统3）灭弧装置4）其它部件,2.交流接触器的工作原理交流接触器是利用电磁吸力与弹簧弹力配合动作，使触头闭合或分断，以控制电路的分断的。其外形、结构如图2.40所示，图形文字符号如图3.41所示。当线圈接通额定电压时，产生电磁力，克服弹簧反力，吸引动铁心向下运动，动铁心带动绝缘连杆和动触头向下运动使常开触头闭合，常闭触头断开。当线圈失电或电压低于释放电压时，铁心中的磁通下降，吸力减小到不足以克服复位弹簧的反作用力时，衔铁就在复位弹簧的反作用力下复位，使主触头和辅助触头的常开触头断开，常闭触头恢复闭合。,3.2.2 热继电器,双金属片是一种将两种线膨胀系数不同的金属用机械辗压方法使之形成一体的金属片。膨胀系数大的（如铁镍铬合金、铜合金或高铝合金等）称为主动层，膨胀系数小的（如铁镍类合金）称为被动层。由于两种线膨胀系数不同的金属紧密地贴合在一起，当产生热效应时，使得双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，由弯曲产生的位移带动触头动作。,热元件一般由铜镍合金、镍铬铁合金或铁铬铝等合金电阻材料制成，其形状有圆丝、扁丝、片状和带材几种。热元件电阻丝2串接于电机的定子电路中，通过热元件的电流就是电动机的工作电流（大容量的热继电器装有速饱和互感器，热元件串接在其二次回路中）。,补偿双金属片4可在规定范围内补偿环境温度对热继电器的影响。如果周围环境温度升高，主双金属片1向左弯曲程度加大，此时，补偿双金属片4也向左弯曲，使导板3与补偿双金属片的距离不变。这样，热继电器的动作电流不受环境温度变化的影响。有时可采用欠补偿，即统一环境温度下使补偿双金属片向左弯曲的距离小于主双金属片向左弯曲的距离，以便在环境温度较高时，热继电器动作较快，更好的保护电机。,热继电器动作电流的调节是通过旋转调节凸轮来实现的。调节凸轮为一个偏心轮，旋转调节旋钮可以改变传动杆6和动触点8之间的传动距离，距离越长动作电流就越大，反之动作电流就越小。,2热继电器的选择原则热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、启动情况、负载性质等因素，具体应按以下几个方面来选择：（1）热继电器结构型式的选择（2）热元件整定电流的调节（3）对于重复短时工作的电动机，应选用过电流继电器或能反映绕组实际温度的温度继电器来进行保护。,3.型号含义JR20系列型号含义:,3.2.3 行程开关,行程开关又叫限位开关，能将机械位移转变为电信号，以控制机械运动。主要用来控制某些机械部件的运动行程和位置或起限位保护。行程开关的工作原理和按钮相同，区别在于它不是靠手的按压，而是利用生产机械运动的部件碰压而使触点动作来发出控制指令的主令电器。其种类很多，按运动形式可分为直动式、微动式、转轮式等；按触点的性质分可为有触点式和无触点式。,热继电器主要是用于电气设备（主要是电动机）的过载保护。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过载和断相保护。三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许的。如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置电动机保护装置。常用的电动机保护装置种类很多，使用最多、最普遍的是双金属片式热继电器。目前，双金属片式热继电器均为三相式，有带断相保护和不带断相保护两种。,1.有触点行程开关1）直动式行程开关图3.45为直动式行程开实物图及内部结构示意图。,2）滚轮式行程开关滚轮式又分为单轮旋转式和双轮旋转式两种。实物如图3.46所示，其中a）为双滚轮式，b）、c）为单滚轮式。图3.47为单滚轮结构及动作原理图，其工作原理为当运动机械的挡铁压到滚轮上时,杠杆连同转轴一起转动,并推动撞块。当撞块被压到一定位置时，推动微动开关动作，使常开触头分断，常闭触头闭合在当动动机械的挡铁离开后，复位弹簧使行程开关各部位部件恢复常态。,a.双滚轮式,b.单滚轮式,c.单滚轮式,1轮 2杠杆 3转轴 4复位弹簧 5撞块 6微动开关 7凸轮 8调节螺钉 图3.47 单滚轮式行程开关的结构及动作原理图,3）微动式行程开关图3.48为微动式行程开关的实物图及内部结构示意图。,图3.48 微动式行程开关实物图,图3.49 微动式行程开关内部结构示意图 1-推杆 2-弯形片状弹簧 3-常开触头 4-常闭触头 5-恢复弹簧,行程开关的主要参数有型式、动作行程、工作电压及触头的电流容量。目前国内生产的行程开关有LXK3、3SE3、LXl9、LXW和LX等系列。常用的行程开关有LX19、LXW5、LXK3、LX32和LX33等系列。目前机床中常用的行程开关有LX19和JLXK1等系列，JLXK1系列型号含义如下：,行程开关的图形、文字符号如图3.50所示。,a)常开触头,b)常闭触头,图3.50 行程开关的图形、文字符号,2无触点行程开关无触点行程开关又称接近开关，它可以代替有触头行程开关来完成行程控制和限位保护。接近开关是一种非接触式的检测装置，能检测金属物或非金属物（仅对光电式接近开关）存在与否，只要当运动的物体接近它一定距离时就能发出接近信号，以控制运动物体的位置。,无触点行程开关分为有源型和无源型两种，多数无触点行程开关为有源型，主要包括检测元件、放大电路、输出驱动电路3部分，一般采用5V24V的直流电流，或220V交流电源等。如图3.51所示为三线式有源型接近开关结构框图。接近开关输出形式有两线、三线和四线式几种，晶体管输出类型有NPN和PNP两种，外形有方型、圆型、槽型和分离型等多种。,3.51 有源型接近开关结构框图,接近开关按检测元件工作原理可分为高频振荡型、超声波型、电容型、电磁感应型、永磁型、霍尔元件型与磁敏元件型等。不同型式的接近开关所检测的被检测体不同。,3有触点行程开关的选择有触点行程开关的选择应注意以下几点：1）应用场合及控制对象选择。2）安装环境选择防护形式，如开启式或保护式。3）控制回路的电压和电流。4）机械与行程开关的传力与位移关系选择合适的头部形式。4接近开关的选择1）工作频率、可靠性及精度。2）检测距离、安装尺寸。3）触点形式（有触点、无触点）、触点数量及输出形式（NPN型、PNP型）。4）电源类型（直流、交流）、电压等级。,3.2.4电流继电器电流继电器的输入量是电流，它是根据输入电流大小而动作的继电器。使用时，电流继电器的线圈串于被测电路中，以反映电路电流的变化。为降低负载效应和对被测量电路参数的影响，线圈匝数少，导线粗，阻抗小。电流继电器除用于电流型保护的场合外，还经常用于按电流原则控制的场合。电流继电器有欠电流和过电流继电器两种。图3.55为电流继电器实物图。,图3.55 电流继电器实物图,（1）欠电流继电器（2）过电流继电器,图3.56电磁式过电流继电器结构工作示意图,3.2.5时间继电器时间继电器在控制电路中用于时间的控制。其种类很多，按其动作原理可分为空气阻尼式、电动式和电子式等；按延时方式可分为通电延时型和断电延时型。,1.空气阻尼式时间继电器图3.58为空气阻尼式时间继电器实物图,图3.58 空气阻尼式时间继电器实物图,1）结构及工作原理空气阻尼式时间继电器是利用空气阻尼原理获得延时的，它由电磁机构、延时机构和触头系统三部分组成。下面以JS7型空气阻尼式时间继电器为例，其结构如图3.59所示。电磁机构为直动式双E型铁心，触头系统借用LX5型微动开关，延时机构采用气囊式阻尼器。a）通电延时型，b）断电延时型。,a）通电延时型,b）断电延时型,图3.59 空气阻尼式时间继电器结构示意图,2）文字及图形符号时间继电器线圈和延时接点的图形符号都有两种画法，线圈中的延时符号可以不画，接点中的延时符号可以画在左边也可以画在右边，但是圆弧的方向不能改变，如图3.60 a）和b）所示。,a）通电延时型,b）断电延时型,2.电动式时间继电器电动式时间继电器是利用微型同步电动机拖动减速齿轮，经传动机构获得延时动作的时间继电器。分为通电延时和断电延时型两种。主要由同步电动机、离合电磁铁、减速机构、差动轮系、触头系统、延时整定装置等部分组成。电动机式时间继电器典型产品有：JS11、JS17、7PR等系列,3.晶体管式时间继电器晶体管式时间继电器是利用RC电路电容充电原理实现延时的。所以，只要改变充电回路的时间常数即可改变延时时间。由于调节电容比调节电阻困难，所以多用调节电阻的方式来改变延时时间。图3.61 原理框图。,图3.61 电子式时间继电器原理框图,晶体管式时间继电器也称半导体式时间继电器，具有延时范围广（最长可达3600s）、精度高（一般为5%左右）、体积小、耐冲击震动、调节方便和寿命长等优点，它的发展很快，使用也日益广泛。常用的产品有JSJ、JS13、JS14、JS15、JS20型等。图3.62为实物图,图3.62 晶体管式式时间继电器实物图,4时间继电器的选用在选用时间继电器时，首先应考虑满足控制系统所提出的工艺要求和控制要求，并应根据对延时方式的要求选用通电延时型和断电延时型。,3.2.6三相笼型异步电动机直接启动控制直接启动也称全压启动，这种方法是在定子绕组上直接加上电动机额定电压来启动。从电动机容量的角度讲，通常认为满足下列条件之一的即可直接启动，否则应采用降压启动的方法。容量在10kW以下 符合下列经验公式,1单向旋转直接启动控制电路1）手动控制电路对于小型台钻、冷却泵、砂轮机、和风扇等，可用铁壳开关、刀开关或转换开关直接控制三相笼型异步电动机的启动与停止。如图3.63为手动控制电动机直接正转启动电路。,a）铁壳开关直接控制电动机启动 b）转换开关直接控制电动机启动图3.63手动控制电动机单向旋转启动电路,2）接触器控制电路如图3.64为接触器控制的电动机单向点动运转启动电路，中小型普通车床的主电机采用这种控制方式。,3.64 电动机点动控制电路,（1）单向点动控制电路点动是指按下按钮时电动机转动，松开按钮时电动机停止转动。这种控制是最基本的电气控制，在很多机械设备的电气控制电路上，特别是机床电气控制电路上得到广泛应用。图3.64为单向点动控制电路，它由主电路和控制电路两部分组成，主电路和控制电路共用三相交流电源。图中L1、L2、L3为三相交流电源电路，QS为电源开关，FU1为主电路的熔断器，对主电路进行短路保护，FU2为控制电路的熔断器，对控制电路进行保护。KM为接触器，起失压和欠压保护。SB为控制按钮。由于该电路不存在过载，所以不设过载保护。,（2）单向连续运转控制电路图3.65为单向连续运转控制电路。,图3.65 单向连续运转控制电路,2正反转直接启动控制电路 在实际生产中，如机床工作台需要前进后退，万能铣床的主轴需要正转和反转，起重机需要上升和下降，上述控制电路只能使电动机朝一个方向旋转，不能满足控制要求。从三相异步电动机的工作原理可知，电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。下面介绍几种常用的正反转直接启动控制线路。,1）倒顺开关控制电路图3.66是用倒顺开关控制的电动机正反转控制线路。,图3.66 倒顺开关控制正反转线路,1）接触器互锁控制电路图3.67为接触器互锁正反转控制,图3.67 接触器互锁正反转直接启动电路,3）按钮互锁控制线路上述电路操作中，电机若要由正转改为反转，必须电机先停止，给操作带来一定不便。图3.68连接方式可使电动机直接由正转变为反转或由反转变为正转。,图3.68 按钮互锁正反转直接启动电路,4）接触器、按钮双重互锁正反转控制线路图3.69电路中，既有接触器互锁，又有按钮互锁，所以称为双重互锁。结合了接触器互锁和按钮互锁的优点，是一种比较完善的既能实现正、反转直接启动的要求，又具有较高安全可靠性的电路。,图3.69 接触器、按钮双重互锁正反转直接启动电路,5）自动往返行程控制电路 机械设备的运动部件，如磨床的工作台等，往往需要自动往返运行。常用行程开关来控制电动机的正反转，实现运动部件的往返运动。图3.70为自动往返行程控制电路。,图3.70 行程开关控制的自动往返电路,3.2.7 三相笼型异步电动机降压启动1定子串电阻或电抗降压启动三相异步电动机定子绕组串电阻或电抗启动时，启动电流在电阻或电抗器上产生电压降，使加在电动机定子绕组上的电压低于电源电压，从而使启动电流减小。待电动机转速接近稳定转速时，再将电阻或电抗器短接，使电机在额定电压下运行。如图3.71所示为定子绕组串电阻降压启动电路。,a）主电路 b）自动 c）手动与自动图3.71 定子绕组串电阻降压启动电路,2星/三角（Y/）降压启动星三角降压启动是指在启动时，定子绕组为星形接法，启动后正常运行时再将定子绕组改为三角形接法。这样，启动时定子绕组的相电压为启动时相电压的1/倍，根据电路知识可以分析出，Y启动的电流是启动电流的1/3倍。Y启动转矩为启动转矩的1/3倍。控制电路如图3.72所示。,图3.72 小功率电机Y/降压启动电路,Y-降压启动启动方法的优点是简便、经济，运行可靠。缺点是对于Y系列笼型感应电动机，直接启动Tst=(1.42.2)TN，采用Y-降压启动，Tst减小至(0.470.73)TN。所以Y系列电动机采用Y/降压启动适用于空载或轻载启动。,图3.73 大功率电机Y/降压启动电路,3自耦变压器降压启动控制 自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压，待电动机启动后，在使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运行，其控制线路如图3.74所示。,图3.74 自耦变压器降压启动电路,3.2.8 绕线型异步电动机降压启动对于大功率重载启动的情况，采用笼型异步电动机一般不能满足启动要求。在实际生产中对要求启动转矩较大、且能平滑调速的场合，常常采用三相绕线型转子异步电动机。启动时，绕线转子异步电动机每相转子回路串入启动电阻，如图3.75所示。,1集电环 2电刷 3变阻器图3.75 绕线形转子与外加变阻器的连接,1.启动方法一般采用逐级切除(短接)启动电阻的方法。启动接线图和特性曲线如图3.76所示。,a)接线图 b)启动机械特性图 c)启动速度过程特性图图3.76 绕线转子异步电动机转子串电阻启动特性,2控制线路1）按时间原则控制的启动电路图3.77为时间继电器控制转子串接电阻的自动控制电路。,图3.77 时间继电器控制的转子串电阻降压启动电路,（2）按电流原则控制启动电路上述电路存在两个问题：一是时间继电器损坏时，线路将无法实现电动机正常启动和运行；另一方面，在电动机启动过程中逐段减小电阻时，电流及转矩突然增大，产生不必要的机械冲击。图3.78可以改变这一问题。图3.78是电流继电器控制的转子串电阻启动电路。,图3.78 电流继电器控制的转子串电阻降压启动电路,3.转子绕组串频敏变阻器启动控制电路（1）频敏变阻器频敏变阻器是一种由3050mm厚的铸铁板或钢板叠成的三柱式铁心，在铁心上分别套有线圈的三相电抗器。三个线圈联成星形，并与电动机转子绕组相联。如图3.79所示，等效电路如图3.80所示。,图3.79 频敏变阻器结构示意图,图3.79 频敏变阻器结构示意图,（2）工作原理启动时，转速n0，转子感应电动势频率f2最高(f2=f1)，由于其阻抗与f2 平方成正比，此时频敏变阻器的电感与电阻均为最大，限制了启动电流，增大了启动转矩。启动过程中，随转速的升高，f2频率降低，其阻抗值逐渐减小，当转速接近额定转速时，Rm、Xm近似为零，相当于被短路，实现了平滑无极调速。,(3）控制电路图3.81为TGlK21型频敏变阻器启动电路。,图3.81 采用频敏变阻器的绕线式转子异步电动机控制电路,任务实施1.通过分析计算，确定采用什么样的启动方案。1)采用直接启动方法2)采用定子串电抗启动方法3)采用Y-D启动方法 4)采用自耦变压器降压启动2控制电路安装 1）选用工具、仪表及器材（1）工具：电笔、螺丝刀、尖嘴钳、剥线钳、电工刀等。（2）仪表：兆欧表、钳形电流表、万用表。（3）器材：控制板一块、导线、走线槽、金属软管、标号套码管等。2）按图3.82所示布置安装各元器件。,图3.82 原件布置图,3）按照图3.74装配控制线路。4）操作工艺 3配线完毕后通电试车，若出现排除故障，根据控制原理图进行排除。4注意事项,3.3.1 速度继电器速度继电器是当转速达到规定值时动作的继电器。它常用于电动机反接制动的控制电路中，又称为反接制动继电器。图3.84为速度继电器的实物图，图3.85为速度继电器的外形结构示意图。它主要由转子、定子和触头三部分组成。转子是一个圆柱形永久磁铁，定子是一个鼠笼型空心圆环，由硅钢片叠成，并装有鼠笼型绕组。,任务3.3 三相异步电动机的制动控制,图 3.84 速度继电器实物图,3.85 速度继电器外形结构图,图3.86为速度继电器的工作原理示意图。,图 3.86 速度继电器工作原理示意图1-调节螺钉 2-反力弹簧 3-常闭触头 4-动触头 5-常开触头 6-返回杠杆 7-杠杆 8-定子导条 9-定子 10-转轴 11-转子,速度继电器各有一对常开触头和常闭触头，可分别控制电动机正、反转的反接制动。常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型。图3.87为速度继电器的图形符号及文字符号。,a)转子 b)常开触头 c)常闭图3.87速度继电器的图形、文字符号,3.3.2 中间继电器中间继电器是最常用的继电器之一，它的结构和接触器基本相同，如图3.88 a）为实物图，其图形符号如图3.88 b）所示。中间继电器在控制电路中起逻辑变换和状态记忆的功能，以及用于扩展触点的容量和数量。另外，在控制电路中还可以调节各继电器、开关之间的动作时间，防止电路误动作的作用。,a)实物图 b)文字、图形符号图3.88 中间继电器,3.3.3能耗制动能耗制动是将运行着的三相异步电动机的定子绕组从三相交流电源上断开后，然后给任意两相定子绕组加上直流电源，以产生静止磁场，依靠转子的惯性转动切割该静止磁场产生制动力矩，同时在转子电路串入制动电阻。1.制动原理当定子绕组通入直流电源时，在电动机中将产生一个恒定磁场。转子因机械惯性继续旋转时，转子导体切割恒定磁场，在转子绕组中产生感应电动势和感应电流，转子电流和恒定磁场作用产生电磁转矩，如图3.89所示。,图3.89感应电动机能耗制动原理图,如图3.90所示，电动机正向运行时工作在固有机械特性曲线的A点上。定子绕组改接直流电源后，电动机由于惯性转速不变，工作点由A点移至B点，在制动转矩的作用下，电动机开始减速，并从B点沿曲线1减速，当n=0时，T=0，则电动机停转，实现了快速制动停车，此时应切断直流电源，否则将会烧坏定子绕组。如果是位能性负载，当转速过零时，若要停车必须立即用机械抱闸将电动机轴刹住，负责电动机在位能性负载的倒拉下反转，直到进入第四象限中的C点，（T=TL）,系统处于稳定的能耗制动运行状态，这时重物保持匀速下降，C点称为能耗制动运行点。,图3.90 三相异步电动机能耗制动机械特性,3.控制电路能耗制动有按速度原则控制和按时间原则控制两种方法。1）按时间原则控制电路图3.91为按时间原则进行能耗制动的控制电路。,图3.91 按时间原则控制电动