5.4 三相异步电动机的基本控制（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电子电工技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第5章 电动机及其基本控制 5.4 三相异步电动机的基本控制 知识目标 理解三相异步电动机的基本工作原理，包括定子和转子的结构、旋转磁场、电磁转矩和同步速度等概念。 掌握三相异步电动机的启动方式，包括直接启动、降压启动、软启动等，并了解各自的特点和适用场合。 能力目标 探索技术的魅力： 激发学生对工业自动化技术的兴趣和好奇心，让他们体验到控制技术如何改变生产效率和能源利用效率。 培养安全意识： 强调电动机安全运行的重要性，特别是绝缘检测和电流控制对工作环境和设备的保护作用，引导学生注重细节和操作规程。 情感目标 理解电机结构与工作原理： 能够描述三相异步电动机的构成和工作原理，包括定子与转子的作用、旋转磁场的形成以及电磁转矩的生成。 识别启动方式与特点： 能够区分直接启动、降压启动和软启动等不同的启动方式，并理解它们在实际应用中的适用场景和特点。 三维目标 导入情景 01 “当我们谈论工业自动化中常见的三相异步电动机时，它们不仅是生产线上不可或缺的动力来源，还承载着复杂的控制需求。想象一下，您正在一个自动化工厂的车间里，眼前是一台关键的生产设备，它由一台三相异步电动机驱动。在这台设备正常运转的背后，隐藏着许多精密的控制技术。 为了确保设备能够高效运行，工程师们精心设计了一个变频调速系统。这个系统不仅能够根据生产需求调整电机的转速，还能在启动时控制电流，以避免过高的启动电流对电网造成的影响。此外，通过精确的矢量控制技术，电机在各种负载下都能保持稳定运行，即使在启动时需要高扭矩的情况下也能应对自如。 在车间中，工作人员会定期检查电机的绝缘状况，使用专业的仪器测量电阻值，以确保电机在高负荷和频繁启停的环境中依然安全可靠。这种精密的控制技术不仅提升了设备的生产效率，还确保了工厂的能源利用率和环境保护。” 新知学习 02 一、三相异步电动机的正反转控制 生产实践中，许多生产机械往往要求运动部件能向正反两个方向运动，从而实现可逆运行。如工作台的前进与后退;起重机吊钩的上升和下降;电梯的上行和下行等。在实际应用中，通过两个接触器改变电源相序来实现电动机正反转控制。 接触器联锁正反转控制电路如图2.5.22所示该电路的工作过程:先合上电源开关QS。 新知学习 02 将接触器的一对动断辅助触点串联在另一只接触器线圈电路中使得两只接触器不能同时通电动作，接触器间这种相互制约的作用称为接触器联锁(或互锁)。实现联锁作用的动断辅助触点称为联锁触点(或互锁触点)。如图2.5.22所示电路，联锁可以避免接触器KM和KM,的主触点同时闭合，以防造成两相电源(和相)短路事故。 接触器联锁正反转控制电路的优点是工作安全可靠，缺点是操作不便。当电动机从正转变为反转时，必须先按下停止按钮，使已动作的接触器释放，其互锁触点复位后，才能按反转起动按钮，否则由于接触器的联锁作用，不能实现反转。 二、接触器联锁正反转控制电路容 新知学习 02 1.主电路 主电路主要由两台电动机M、M,和开关QS,、QS,及相关连线等构成。 (1)M,为主轴电动机，在拖动主轴旋转的同时，通过进给机构实现车床的进给运动。主轴通过摩擦离合器实现正反转，因此主轴电动机不要求有正反转。该电动机受起动按钮SB,和交流接触器KM的控制。 (2)M为冷却泵电动机，拖动冷却泵供给冷却液，降低加工时刀具的温度。冷却泵电动机必须在主轴电动机起动后才能起动，受开关QS,控制。但M,的供电也受SB,和KM的控制。 三、电路组成及功能分析 新知学习 02 由于电动机M、M,容量都小于10kW，采用全压直接起动，在电气上都是单方向旋转。 主轴电动机的控制过程:合上电源开关OS，按下起动按钮SB，接触器KM线圈通电使铁心吸合，电动机M,由KM的3个主触点吸合而通电起动运转，同时并联在SB,两端的KM自锁触点吸合，实现自锁;按下停止按钮SB，M,停转。 冷却泵电动机的控制过程为:当主轴电动机M,起动后(KM主触点闭合)，合上QS,，电动机M,通电起动;若要关掉冷却泵，断开QS,即可;当M,停转后，M,也停转。 只要电动机M,和M,中任何一台过载，其相对应的热继电器的动断触点断开，从而使控制电路断电，接触器KM释放，所有电动机停转。FU,为控制电路的短路保护。另外，控制电路还具有欠电压保护因为当电源电压低于接触器KM线圈额定电压的85%时，KM会自行释放。 四、控制电路 新知学习 02 (1)照明电路 照明电路由变压器将交流380V转换为36V的安全电压供电FU;为短路保护。合上开关SA，照明灯E亮。照明电路必须接地，以确保人身安全。 (2)保护环节 过载保护:由热继电器FR、FR,实现M,和M,两台电动机的长期过载保护。 短路保护:由FU、FU、FU;实现对冷却泵电动机、控制电路及照明电路的短路保护。由于进入车床电气控制电路之前，配电开关内已装有熔断器作短路保护，所以主轴电动机未另加熔断器作短路保护。 五、照明电路和保护环节 新知学习 02 辅助简化复杂电路：通过将原电路替换为戴维宁等效电路，可以大大简化复杂电路的分析过程。戴维宁等效电路模型用一个恒定电压源和一个等效电阻简化了原始电路，使得电路的分析更加直观和高效。这有助于工程师在设计复杂电路系统时更快地获得准确的结果。 计算电路参数：戴维宁等效电路可以帮助我们计算电路中的电流、电压等参数。通过建立等效电路模型，可以轻松地分析电路中的电气特性，如电压分布、电流流向、功率消耗等。这使得工程师能够更好地了解电路的行为，并进行必要的优化和调整。 欠电压与零电压保护:当外加电源过低或突然失压时，由接触器KM实现欠电压与零电压保护， 六、戴维宁定理的应用 新知学习 02 1.电动机按照工作电源的种类可以分为直流电动机和交流电动机;交流电动机又可分为三相电动机和单相电动机。 2.异步电动机的旋转磁场是在三相定子绕组通入对称三相交流60左电流时产生的。旋转磁场的转速称为同步转速，“=-转向由三相交流电流的相序决定。 3.异步电动机的机械特性曲线定性描述了电动机起动、运行中的基本特性。额定转矩与额定功率的关系为不=9550;运行中电F网电压的波动对电磁转矩影响很大，电磁转矩与电源电压的平方成正比。 七、要点总结 新知学习 02 4.三相异步电动机主要由定子、转子两个基本部分组成。定子是电动机的固定部分，主要由定子铁心、定子绕组、机座组成，其作用是通入三相交流电源后产生一个旋转磁场:;转子是电动机的转动部分，主要由转子铁心和转子绕组组成。 5.单相单绕组异步电动机无起动转矩，其定子绕组有两个，采用分相式起动，有电容起动式、电容运行式、电容起动与运行式、电阻起动式等类别。 6.直流电动机按励磁方式不同可分为他励、并励、串励和复励四种。主要特点是调速范围广，平滑性好，起动转矩较大。 七、要点总结 新知学习 02 7.常用电动机控制电路的类型包括全压起动控制和降压起动控制。 (1)全压起动控制包括手动控制、点动控制、具有过载保护的自锁控制。 (2)Y-Δ降压起动是常用的降压起动方式，起动电流和起动转矩是△形接法的 1/3，只适用于轻载或空载起动的场合。 七、要点总结 小试牛刀 题目 1： 如何判断三相异步电动机的绝缘状况？ A. 测量电机的电阻值 B. 测量电机的电流波形 C. 测量电机的功率因数 D. 测量电机的功率输出 答案及解析： A. 正确。通过测量电机的绝缘电阻值可以判断三相异步电动机的绝缘状况，这有助于预防电机的绝缘故障。选项B、C、D与绝缘状况无关。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 在三相异步电动机的实际应用中，通常采用哪种类型的控制方式？ A. 开环控制 B. 闭环控制 C. 反馈控制 D. 前馈控制 答案及解析： B. 正确。在三相异步电动机的实际应用中，通常采用闭环控制方式，这种方式可以根据实际情况调整控制策略以确保系统稳定性和效率。选项A、C、D描述的控制方式不是通常用于三相异步电动机的主流控制方式。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 三相异步电动机的运行原理与单相电动机相比，最主要的区别在于： A. 线圈数目不同 B. 启动方式不同 C. 变频控制方式不同 D. 转子类型不同 答案与解析： B. 启动方式不同。 解析：三相异步电动机通过三相电源的交变电流产生旋转磁场启动，而单相电动机需要通过外部辅助设备来启动，如启动电容器或启动继电器。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 以下哪种方法不是三相异步电动机启动的常用方式？ A. 直接启动 B. 自动转子短接启动 C. 变频启动 D. 单相启动 答案与解析： D. 单相启动。 解析：三相异步电动机的启动方式包括直接启动、自动转子短接启动和变频启动，但不涉及单相启动，因为异步电动机本质上需要三相电源才能启动。 尝试解答下面习题 题目 5： 三相异步电动机的最常用的调速方法是通过： A. 调节电源电压 B. 调节电源频率 C. 调节定子电流 D. 调节转子电流 答案与解析： B. 调节电源频率。 解析：通过调节电源频率可以有效地控制三相异步电动机的转速，这是常见的调速方法之一，例如在变频调速系统中实现。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 对于三相异步电动机的频率控制，以下哪种情况是正确的？ A. 提高频率会使电机转速增加 B. 降低频率会使电机转速增加 C. 频率对电机转速没有影响 D. 频率只影响电机的启动，不影响运行转速 答案与解析： A. 提高频率会使电机转速增加。 解析：频率与电机的转速成正比关系，提高频率会增加电机的转速，降低频率则会减小电机的转速。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 在三相异步电动机的启动过程中，通常使用的起动方法是： A. Y-△起动 B. 直接启动 C. 变频启动 D. 感应启动 答案与解析： A. Y-△起动。 解析：Y-△起动是三相异步电动机常用的起动方法之一，通过降低起动时的电流冲击，保护电网和电动机本身。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 三相异步电动机通常在哪些应用场景中需要精确的速度控制？ A. 空调系统 B. 家用冰箱 C. 电梯 D. 机床设备 答案与解析： D. 机床设备。 解析：机床设备需要精确的速度控制以确保加工质量，因此三相异步电动机在这类设备中常需要配备精密的调速系统。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 请根据以下要求设计一个接触器联锁的正反转控制电路，用于控制三相异步电动机的正转和反转。请画出电路图，并标注各部分的主要组成元件。 答案：L1, L2, L3：电动机的三相线圈连接。 S：正反转控制按钮，用于选择电动机的正转或反转。 CR：正反转接触器，根据按钮的选择控制电动机的正反转方向。 K1：主接触器，控制电动机的启停和正反转。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 10： 请根据以下要求设计一个接触器联锁的电动机正、反转控制电路，用于控制三相异步电动机的正转和反转。请画出电路图，并标注各部分的主要组成元件。 答案：L1, L2, L3：电动机的三相线圈连接。 S：正反转控制按钮，用于选择电动机的正转或反转。 K：主接触器，控制电动机的启停和正反转。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 在本节课中，我们学习了三相异步电动机的基本控制原理和相关知识点。以下是本节课的重点内容总结：启动方式：三相异步电动机常见的启动方式包括直接启动、Y-△启动和变频启动。Y-△启动通过改变电动机绕组的连接方式，在启动时降低起动电流冲击。转速控制：电动机的转速主要由供电频率决定，增加频率可以提高电机转速，减少频率则会降低电机转速。变频调速系统通过调节输出的电压和频率，实现对电机转速的精确控制。效率与功率因数：三相异步电动机的效率随着负载的增加而略微下降，因为增加的负载会导致电机内部损耗的增加。同时，负载增加也会使电机的功率因数下降。运行特性：电动机在运行时，其转子的转速略低于旋转磁场的转速，这是由于电动机的滑差现象造成的。特殊控制需求：对于需要反向运行或精确位置控制的应用，电机控制系统通常需要特定的控制方法和传感器支持，如正反转切换器控制和速度传感器反馈。 作业布置 04 完成课堂上未完成的练习题目，确保对三相异步电动机的基本控制的掌握。 复习三相异步电动机的基本控制的相关概念和应用，整理笔记，梳理知识框架。 完成作业本上关于三相异步电动机的基本控制的习题，加深对定理的理解。 感谢观看 $$