学习目的

1.熟悉三相异步电动机的结构与工作原理；

2.掌握常用的基本控制方法。

基础知识（5课时）

一、电动机的分类

1.三相异步电动机分类

按防护形式可分为：开启式、防护式、封闭式及特殊防护式。

电动机的分类：按照接通电源种类分直流电动机和交流电动机。

2.交流电动机电动机分类

分为异步电动机和同步电动机。

3.三相异步电动机的分类

分鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机。

二、鼠笼式电动机的结构（如图1-37所示）

图1-37　鼠笼式电动机的结构

1.定子铁心

作用：形成磁路。

组成：0.5mm硅钢片叠制。

2.定子绕组

作用：电路部分，感应电势。

组成：绝缘圆铜线或扁铜线。

3.机座

作用：机械支撑。

结构：中小型电机铸铁；大型用钢板焊接。

4.气隙

作用：磁场耦合。

5.转子铁心

作用：磁路的一部分。

组成：0.5mm硅钢片叠制。

中小型电机转子铁心直接叠装在轴上；大电机则用转子支架。

6.转子绕组

作用：感应电势、流过电流产生转矩。

结构：中小型电机用铸铝转子鼠笼结构。

三、三相异步电机的工作原理（如图1-38所示）

图1-38　三相异步电机的工作原理

1.工作原理

三相异步电机在对称三相绕组中通入三相对称电流产生旋转磁场，转子与旋转磁场作用产生感生电流。感生电流与旋转磁场作用产生电动力矩，在此力矩作用下转子转起来，转子的转动方向与旋转磁场的方向相同。旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变电动机的旋转方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的一根不动，另外任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。

2.三相异步电动机的转速(www.daowen.com)

n= 60 f（1－S）/P

其中：n——电动机转速；

f——电源频率；

p——磁极对数；

S——转差率，S=（n1-n）/n1，n1=60f/p。

四、电动机的接线

电动机的接线常用的有“Y”形（如图1-39所示）和△形（如图1-40所示）两种，要根据电动机的名牌标注，进行接线。

图1-39　电动机“Y”形接线法　

图1-40　电动机△形接线法　

五、三相异步电动机的基本控制方法

1.三相异步电动机的启动方法

（1）直接启动。方式简单，成本低，小容量的电动机绝大部分都是直接启动。

直接启动的优点是所需设备少，启动方式简单，成本低。理论上来说，所有的电动机都可以直接启动。但对于大容量的电动机来说，一方面是提供电源的线路和变压器容量很难满足电动机直接启动的条件，另一方面强大的启动电流冲击电网和电动机，影响电动机的使用寿命，对电网稳定运行不利，所以大容量的电动机和不能直接启动的电动机都要采用降压启动。

（2）降压启动。利用降压启动可以限制启动电流，保证电动机顺利启动。①自耦变压器降压启动。优点是可以直接人工操作控制，也可以用交流接触器自动控制，经久耐用，维护成本低，适合所有的空载、轻载启动异步电动机使用。②星-三角降压启动。启动时定子绕组接成星型，启动结束接成三角形。启动电流小，启动转矩小，优点是不需要添置启动设备，有启动开关或交流接触器等控制设备就可以实现，缺点是只能用于△连接的电动机，大型异步电机不能重载启动。③转子串电阻启动。这种启动方式，由于电阻是常数，将启动电阻分为几级，在启动过程中逐级切除，可以获取较平滑的启动过程。但能量消耗较大。④延边三角形降压启动。启动时定子接成延边三角形，启动结束接成三角形，启动转矩比“Y”形转矩大，但电动机抽头较多，制造复杂。

2.三相异步电动机的正反转

要想三相异步电动机反转，只需改变三根电源线的相序即可，即三根电源线中一根不动，另外两根对调即可。

3.三相异步电动机的制动方法

三相异步电动机切除电源后依惯性总要转动一段时间才能停下来。而生产中起重机的吊钩或楼房中的电梯都要求准确定位；万能铣床的主轴要求能迅速停下来。这些都需要对拖动的电动机进行制动，其方法有两大类：机械制动和电力制动。

（1）机械制动。采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法。如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器。

（2）电力制动。电动机在切断电源的同时给电动机一个和实际转向相反的电磁力矩（制动力矩）使电动迅速停止的方法。最常用的方法有：反接制动和能耗制动、再生回馈制动。

反接制动是在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。反接制动的实质：使电动机欲反转而制动，因此当电动机的转速接近零时，应立即切断反接转制动电源，否则电动机会反转。制动速度快，但消耗能量大、准确性较差，实际控制中采用速度继电器来自动切除制动电源。

能耗制动是在电动机切断交流电源的同时给定子绕组的任意二相加一直流电源，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的方法，制动准确性好、消耗能量小，但速度较慢。

再生回馈制动是在外加转矩的作用下，转子转速超过同步转速，电磁转矩改变方向成为制动转矩的运行状态。再生回馈制动与反接制动和能耗制动不同，再生回馈制动不能制动到停止状态。特点：不仅不消耗能量还向电网反馈电能，但仅仅适合于由高速向低速切换时，使用场合受到限制。

4.三相异步电动机的调速方法

（1）变极调速的方法。变换异步电动机绕组极数从而改变同步转速进行调速的方式称为变极调速。异步电动机的极对数是由定子绕组的连接方式来决定，这样就可以通过改换定子绕组的连接来改变异步电动机的极对数。变更极对数的调速方法一般仅适用于笼型异步电动机。双速电动机、三速电动机是变极调速中最常用的两种形式。

（2）变转差率调速。

（3）变频调速：变频调速是利用电动机的同步转速随频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的方法。在异步电动机诸多的调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围广，效率高，稳定性好。采用通用变频器可对笼型异步电动机进行调速控制，使用方便，可靠性高。

六、特种电动机

1.伺服电动机

伺服电动机也称执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件，其作用是将输入的控制电压信号转换为转轴的角速度或角位移输出。伺服电动机与一般的旋转电机不一样，旋转电机侧重于机、电能量的变换，而伺服电动机则侧重于控制特性的高精度和快响应。自动控制系统对伺服电动机的基本要求有以下几方面：

（1）尽可能高的快速响应性能。即转子的转动惯量小，转矩/惯量比大。

（2）良好的低速平稳性，无“自转现象”。即控制电压为零时，电动机迅速自动停转。

（3）尽可能大的调速范围。

（4）具有线性的机械特性和调节特性。

（5）过载能力强。

2.步进电动机

步进电动机是一种由电脉冲控制的特殊同步电动机，其作用是将电脉冲信号变换为相应的角位移或线位移。步进电动机与一般电动机不同。一般电动机通电后连续转动，而步进电动机则是通以电脉冲信号后一步一步转动，每通入一个电脉冲信号只转动一个角度。因此，步进电动机又称为脉冲电动机。步进电动机可以实现信号变换，是自动控制系统和数字控制系统中广泛应用的执行元件。如在数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制、石英钟表等场合都有应用。