多媒體教案北京出版社電工電子技術與技能(非電類通用)第6章電動機及其控制

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返回主頁電動機定義：電動機是一種將電能轉換成機械能，用來驅動其他裝置的電氣設備。

電動機特點：使用和控制非常方便，具有自起動、加速、制動、反轉等能力，能滿足各種運行要求；電動機的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環境，噪聲也較小。

第6章電動機及其控制

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返回主頁電動機應用：各方面得到廣泛應用，如加工制造、交通運輸、國防、商業及家用電器、醫療電器設備等。

數控銑床中的電動機第6章電動機及其控制

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6.1電動機概述6.3現代控制技術簡介

6.2三相異步電動機及其控制

6.4實訓56.1

電動機概述6.1.1電動機的廣泛用途公路上行駛的汽車汽車的實際電路汽車上的電機主要分布于汽車的發動機、底盤、車身三大部位及附件中，如汽車起動器，發動機，水箱散熱風機，自動開閉式車窗，自動調節座位等。

汽車公路上行駛的汽車公路上行駛的汽車汽車的實際電路6

家庭

在家庭里，抽油煙機、洗衣機、電冰箱、吹風機等包含一個或幾個電動機。抽油煙機滾筒洗衣機抽油煙機7

6.1.2各種電動機及其應用

分類按工作電源分類：電動機可分為直流電動機和交流電動機。單相電動機功率小，主要制成小型電機，應用非常廣泛，如家用電器（洗衣機、電冰箱、電風扇）、電動工具（手電鉆）等。交流電動機分為單相電動機和三相電動機。8

分類直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。

直流無刷電動機單相洗衣機的電機6.1.2各種電動機及其應用9

分類

按結構及工作原理分類：電動機可分為直流電動機、異步電動機和同步電動機。

按轉子的結構分類：可分為籠型感應電動機和繞線轉子感應電動起重機機。在需要重載起動的設備如橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等場合廣泛采用繞線型電動機。按運轉速度：電動機可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。等等。

6.1.2各種電動機及其應用6.2

三相異步電動機及其控制6.2.1三相異步電動機的結構6.2.2三相異步電動機的工作原理6.2.3三相異步電動機的銘牌6.2.4三相異步電動機的控制10完整的三相異步電動機三相異步電動機結構拆分圖主要的兩部分定子：固定部分

轉子：旋轉部分

其他部分：端蓋、風扇、罩殼、機座、接線盒等。6.2.1三相異步電動機的結構1112

6.2.1三相異步電動機的結構定子：用來產生磁場和作電動機的機械支撐，由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。

定子鐵心定子繞組機座主要是固定和支撐定子鐵心。

13

6.2.1三相異步電動機的結構轉子：由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心作為電動機磁路的一部分。

轉子繞組的作用是感應電動勢，通過電流而產生電磁轉矩。

轉軸是支撐轉子的重量，傳遞轉矩，輸出機械功率的主要部件。

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6.2.1三相異步電動機的結構按照轉子繞組結構的不同，異步電動機可分為籠型和繞線型兩種。

轉子鐵心轉子繞組籠型轉子繞組是由銅條通過銅環組成的閉合導體，形似鼠籠，所以叫做籠型轉子繞組。15

6.2.1三相異步電動機的結構按照轉子繞組結構的不同，異步電動機可分為籠型和繞線型兩種。

繞線型轉子的繞組和定子繞組相似，放在轉子鐵心槽內，聯結成對稱的星形三相繞組，借助電刷可將轉子繞組從三個接線端引出來并與外電路相連接，以改善異步電動機的起動性能或調節電動機的轉速。正常情況下，轉子繞組短接。16

6.2.2三相異步電動機的工作原理為什么三相異步電動機接上電源就會轉動呢？演示實驗現象：用手搖動手柄使磁極轉動，磁鐵轉動形成旋轉的磁場，轉子隨著磁場而轉動。搖得快，轉子轉得快；搖得慢，轉子轉得慢。反向搖動時，轉子馬上反轉。

結論：轉子轉動的因素一個是旋轉的磁場，另一是轉子跟隨磁場轉動。

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6.2.2三相異步電動機的工作原理工作原理：三相對稱繞組，通入三相對稱交流電，將在空間產生旋轉磁場，此磁場切割轉子導體，將在轉子中產生感應電動勢及感應電流，并且轉速低于同步轉速并與同步轉速方向相同旋轉。

旋轉磁場的轉速稱為同步轉速n0,

磁極對數p12345同步轉速n0(轉/分)300015001000750600結論：旋轉磁場的轉速n0取決于電源頻率和電動機的磁極對數p。18

6.2.3三相異步電動機的銘牌定義：銘牌是電動機的重要標記。銘牌上有電動機的額定運行情況的各種數值，如電壓、電流、功率等。

電動機銘牌三相異步電動機銘牌應用：應用銘牌，可以計算反映電動機不同性能的相關技術數據，如額定轉矩、最大轉矩和起動轉矩，等等。

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6.2.3三相異步電動機的銘牌型號Y132S2—2:Y---三相異步電動機；132---機座中心高（mm

）；

S---短機座；

2---磁極數。20

6.2.3三相異步電動機的銘牌接法定子三相繞組的接法：星形連結（Y）和三角形連結(△)。

電動機銘牌上標有220/380V兩種額定電壓，接法標明△

/Y，則表明：V，△接；V，Y接。

星形連接三角形連接三角形連接21

6.2.3三相異步電動機的銘牌額定參數額定功率（）、額定電壓（）、額定電流（）、額定頻率（）、額定轉速（）、額定功率因數（）。

定額定額是指異步電動機的運行方式。電動機運行情況，根據發熱條件可分為三種基本運行方式：連續運行、短時運行和斷續運行。22

6.2.3三相異步電動機的銘牌絕緣等級絕緣等級極限溫度（°C）A105E120B130所謂極限溫度，是指電機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度。絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時所容許的極限溫度來分級的。23

6.2.4三相異步電動機的控制電路圖定義：電路圖是人們為了研究電路及工程需要，用約定的符號繪制的一種表示電路結構的圖示。

三相異步電動機的基本控制線路包括點動控制、長動控制、正反轉控制等。它們是組成復雜控制電路的基本單元電路。

常用電路圖形式：電路原理圖、電路方框圖、電路裝配圖、印版圖等四種

。

目的：便于電路的分析和設計。24

6.2.4三相異步電動機的控制電路原理圖用來體現電工電子的工作原理的一種電路圖，用在設計電路、分析電路中。在電路原理圖中，用符號代表各種電工電子元器件。電路原理圖主要由元件的圖形符號、文字符號、連線、結點、注釋性字符等部分組成。電路圖——電路原理圖25

6.2.4三相異步電動機的控制電路圖——電路原理圖收音機電路原理圖

26

6.2.4三相異步電動機的控制電路圖——電路原理圖三相電動機正反轉控制電氣原理圖

27

6.2.4三相異步電動機的控制電路圖——電路方框圖普通超外差式收音機的方框圖

電路方框圖是一種用方框和連線來表示電路構成概況和工作原理的電路圖。28

6.2.4三相異步電動機的控制電路圖——電路方框圖可編程控制器系統方框圖

29

6.2.4三相異步電動機的控制電路圖——印刷電路板圖收音機印刷板電路圖印刷電路板圖也稱為印刷線路板圖，它和電路裝配圖屬于同一類的電路圖，都供裝配實際電路使用。

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6.2.4三相異步電動機的控制電氣原理圖的讀圖方法原則1：先讀主電路，再讀輔助電路。讀主電路時，可以自下而上，也可以自上而下；讀控制電路時，應注意其電源是如何引入的，借助于控制電器的原理，搞清各控制電器之間的邏輯關系。

原則2：在電氣原理圖中，同一電器的不同部分（如觸點和線圈）是分散的，為了識別，均用同一文字符號表示。而在實際的物理接線圖上，這些不同部分都屬于同一電器，如接觸器的線圈、主觸點、輔助觸點。

原則3：控制線路圖中，各電器均為常態，即沒有發生動作之前的狀態。31

6.2.4三相異步電動機的控制點動控制定義：通過一個按鈕開關控制接觸器的線圈從而實現用小電流來控制大電流的功能。按下按鈕后接觸器線圈得電吸合觸點，電動機的轉子得電旋轉；而放開按鈕后，接觸器失電，電動機轉子停止轉動。

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6.2.4三相異步電動機的控制點動控制電氣原理圖中，一般主電路在左側，控制電路在右側。主電路是指給電動機供電的那部分電器，以傳遞能量為主，電流較大。主電路是：三相電源—QS—FU—KM主觸點—M電動機。輔助電路即控制電路，是由接觸器線圈、按鈕及其他控制電器組成的電路，用來完成信號傳遞及邏輯控制，并按一定規律來控制主電路工作，電流較小。33

6.2.4三相異步電動機的控制點動控制電動機點動控制線路安裝接線圖

在實際的物理接線圖上，這些不同部分都屬于同一電器，如接觸器的線圈、主觸點、輔助觸點。

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6.2.4三相異步電動機的控制點動控制應用場合：許多生產機械在調整試車或運行過程中要求電動機瞬間動作一下，以調整生產機械的位置，這就是電動機的點動控制。

立柱的夾緊與放松電動機橫量的上、下移動電動機35

6.2.4三相異步電動機的控制長動控制控制電路：

自鎖：當手松開起動按鈕SB2，SB2自動恢復原位。但與SB2

并聯的接觸器KM的輔助常開觸點和主觸點同時閉合，接觸器線圈KM繼續得電，電動機持續運行。這種作用稱為自鎖。36

6.2.4三相異步電動機的控制長動控制既能點動又能長動控制線路中，SB2是長動起動按鈕，SB3是點動起動按鈕。由于SB3的常閉觸點與自鎖觸點KM串聯，按下SB3，常閉觸點先斷開、常開觸點后閉合，這樣就消除了自鎖作用。37

6.2.4三相異步電動機的控制正反轉控制生產上行吊的前進與后退、主軸的正轉與反轉，電梯的升與降等等是如何實現的？電動機的轉向是否有變化？38

6.2.4三相異步電動機的控制正反轉控制工作中用兩個接觸器KMF和KMR交替工作實現電動機正反轉的反復切換，接觸器KMF使電動機正轉，接觸器KMR使電動機反轉，要求控制電路保證在同一時間內只允許一個接觸器通電吸合——這種互相制約的控制作用稱為互鎖。

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6.2.4三相異步電動機的控制正反轉控制互鎖作用的實現：通過控制電路中正、反轉接觸器KMF和KMR的線圈分別與對方的輔助動斷觸點（也稱為互鎖觸點）串聯實現互鎖。

正反轉控制線路在運行中若想反轉，必須先按停止按鈕SB1，讓互鎖觸點KMF閉合后，才能按反轉起動SBR使電動機反轉。40

6.2.4三相異步電動機的控制正反轉控制雙重互鎖電路，采用復式按鈕和觸點互鎖的控制電路，將SBR和SBF的聯動常閉觸點交叉地串接在KMR、KMF的線圈電路中，實現了電動機正反轉的直接切換。

生產中若要求電動機在運行中能夠立即反轉，應該如何實現？6.3

現代控制技術簡介6.3.1可編程控制器6.3.2變頻器6.3.3傳感器4142

6.3.1可編程控制器組成可編程序控制器(PLC)，是一種以微處理器為核心用作數字控制的專用計算機。

包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入端口、輸出端口、電源等。

電源部分中央處理器、存儲器輸入端口輸出端口43

6.3.1可編程控制器常用可編程控制器系列可按地域分成三個流派：美國產品，歐洲產品，日本產品。

西門子S7-300三菱的FX美國和歐洲以大中型PLC而聞名，日本則以小型PLC著稱。44

6.3.1可編程控制器可編程控制器的應用隨著PLC的普及和完善，以及PLC本身所具有的高可靠性、易編程修改的特點，在自動控制系統中應用取得了良好的效果。

MPS模塊化自動生產加工系統智能群控電梯控制系統45

6.3.2變頻器變頻器是把工頻電源（380V、50Hz）通過整流器變成平滑直流，然后利用半導體器件（GTO、GTR或IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變換成調壓調頻的交流電，由于采用微處理器編程的正弦脈寬調制（SPWM）方法，使輸出波形近似正弦波，用于驅動異步電機，實現無級調速。變頻器變頻器46

6.3.2變頻器分類從結構上看，變頻器可分為直接變頻和間接變頻兩類。

直接變頻器將工頻交流一次變換為可控頻率交流，沒有中間直流環節，即交－交變頻器，通常用于大功率（500kW或1000kW以上）、低速（600r/min以下）的場合，如軋鋼機、球磨機、水泥回轉窯等。

間接變頻器先將工頻交流電源通過整流器變成直流，然后再經過逆變器將直流變換為可控頻率的交流，因此又稱它為有中間直流環節的變頻裝置或交－直－交變頻器，主要適用于中小功率、轉速較高、負載較平穩的場合，例如壓縮機、擠壓機和給水泵等。47

6.3.2變頻器應用在發達國家，只要有電機的場合，就會同時有變頻器的存在。在國內，以節能為目的，變頻器廣泛應用于各行各業。

生活中，帶有變頻控制的冰箱、洗衣機、家用空調等，具有節電、減小電壓沖擊、降低噪音、提高控制精度等優勢。

以電力行業為例，如高壓變頻器和大功率變頻器。

48

6.3.3傳感器分類人們為了從外界獲取信息，必須借助于感覺器官。傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。傳感器定義：從廣義上講，傳感器就是能感知外界信息并能按一定規律將這些信息轉換成可用信號的裝置；簡單說傳感器是將外界信號轉換為電信號的裝置。

傳感器組成：由敏感元器件（感知元件）和轉換器件兩部分組成，有的半導體敏感元器件可以直接輸出電信號，本身就構成傳感器。49

6.3.3傳感器分類常用傳感器：通常根據基本感知功能，傳感器可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。熱敏電阻光敏電阻磁敏電阻力敏電阻50

6.3.3傳感器應用傳感器的應用領域涉及機械制造、工業過程控制、汽車電子產品、通信電子產品、消費電子產品和專用設備等。

工業自動化：工業領域應用的傳感器，如工藝控制、工業機械以及傳統的；各種測量工藝變量（如溫度、液位、壓力、流量等）的；測量電子特性（電流、電壓等）和物理量（運動、速度、負載以及強度）的，以及傳統的接近/定位傳感器等發展迅速。汽車工業：目前一輛普通家用轎車上大約安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數量可多達二百余只，種類通常達30余種，多則達百種。516.4實訓6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

6.4.2三相異步電動機正反轉控制線路的接線與調試

52實訓目的：1、熟悉兆歐表的面板結構；2、掌握兆歐表測量電阻的面板讀數；3、掌握兆歐表測量電阻的程序。

實訓器材：兆歐表。

6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

實訓要求：1、觀察兆歐表的面板顯示屏刻度的分布特點；2、利用兆歐表的測量電動機相與相、相與機座的絕緣電阻。

53測量記錄：6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

序號被測項目指針指示讀數備注1A相與B相之間電阻2A相與C相之間電阻3B相與C相之間電阻4A相與機座之間電阻5B相與機座之間電阻6C相與機座之間電阻54思考體會：6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

1、兆歐表的面板顯示屏刻度的分布有什么特點？2、選用兆歐表主要應考慮兆歐表的那些參數？3、利用兆歐表測量電動機絕緣電阻的程序？溫馨提示：1、使用前檢查兆歐表是否能正常工作。2、檢查被測電氣設備和電路是否已全部切斷電源。3、測量前應對設備和線路先行放電。4、實訓結束后，整理好本次實訓所用的器材。清掃工作臺，打掃實訓室。55學習卡片：6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

正確選用兆歐表：選用兆歐表主要應考慮它的輸出電壓及其測量范圍。正確使用兆歐表：兆歐表必須水平放置于平穩牢固的地方。接線必須正確無誤，在測量電氣設備對地絕緣電阻時，“L”用單根導線接設備的待測部位，“E”用單根導線接設備外殼；如測電氣設備內兩繞組之間的絕緣電阻時，將“L”和“E”分別接兩繞組的接線端；當測量電纜的絕緣電阻時，為消除因表面漏電產生的誤差，“L”接線芯，“E”接外殼，“G”接線芯與外殼之間的絕緣層。搖動手柄的轉速要均勻，一般規定為120轉／分鐘，允許有±20％的變化。測量完畢，應對設備充分放電。兆歐表應定期校驗。56學習卡片：6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

使用兆歐表測試繞組絕緣狀況

：1、選用電壓等級500V、型號ZC11-3型兆歐表對三相定子繞組逐相進行測量。2、絕緣電阻應大于1兆歐。如測出的絕緣電阻在0.5兆歐以下，則說明該電動機受潮或絕緣很差；如果絕緣電阻為零，則繞組通地或相間短路。3、測量前，切斷電動機與其它電氣設備的聯系。57學習卡片：6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

測量相與相的絕緣電阻

：把接線盒內三相繞組的連接片全部拆開，用兆歐表測量每兩相間的絕緣電阻。

兆歐表表筆連接端子A和X，手搖兆歐表手柄，指針指示為“零”，說明AX為一相繞組。同樣的方法測試BY、CZ繞組。58學習卡片：6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

測量相與相的絕緣電阻

：把接線盒內三相繞組的連接片全部拆開，用兆歐表測量每兩相間的絕緣電阻。

兆歐表表筆連接端子A和B，手搖兆歐表手柄，指針指示為“∞”，說明AX繞組和BY繞組相間絕緣。同樣的方法測試BY和CZ、AX和CZ的相間絕緣電阻。59學習卡片：6.4.1三相異步電動機定子繞組絕緣電阻測試

測量相對機座的絕緣電阻

：把兆歐表的“L”端接在電動機繞組的引出端上（可分相測量，也可三相并在一起測量），把“E”端接在電動機的機座上，測量相對機座的絕緣電阻。“L”端接AX繞組的A端，“E”端接在電動機的機座，測量AX相對機座的絕緣電阻。手搖兆歐表手柄，指針指示為“∞”，說明AX繞組和機座絕緣。同樣的方法測試BY、CZ和機座間的絕緣電阻。

606.4.2三相異步電動機正反轉控制線路的接線與調試

實訓目的：1、了解電力拖動的常用元件；2、掌握各種正反轉電路的工作原理；3、掌握正反轉控制線路的安裝接線；4、掌握正反轉控制線路的調試步驟。實訓器材：萬用表、熔斷器、接觸器、熱繼電器、按鈕、鉗形電流表、導線若干、一臺三相異步電動機等。

61實訓要求：1、查看電動機的銘牌的相關參數，填寫在記錄表中；2、用萬用表測量電動機各相繞組的電阻，并判斷出電動機的首尾端；3、按圖所示電路原理圖進行接線；4、使用鉗形電流表測試三相異步電動機的空載電流。

6.4.2三相異步電動機正反轉控制線路的接線與調試

62測量記錄：序號被測項目萬用表測量值備注1A相與B相之間電阻2A相與C相之間電阻3B相與C相之間電阻序號被

測

項目鉗形表測量值備注1A相電流2C相電流3B相電流6.4.2三相異步電動機正反轉控制線路的接線與調試

63思考體會：1、試說明自鎖與互鎖的原理。2、分析接觸器KM輔助常開觸點在電路中的作用，它對電動機的點動與長動有影響嗎？3、如果在實驗中發現電機缺相運行后，熱繼電器遲遲不動作，這說明什么問題？4、如果在實驗中發現無論按下正轉還是反轉按鈕，電動機均朝一個方向運行，這說明什么問題？

6.4.2三相異步電動機正反轉控制線路的接線與調試

64溫馨提示：1、熔斷器安裝低端進線，高端出線。將導線順時針方向壓緊在熔斷器的螺絲上。2、首先安裝中心線，然后其它導線沿中心平均左右走向。按元器件順序逐個裝配。3、線的連線如下要求：導線平直盡量貼近底板；