第 7章 电力拖动及其控制电路
7.1 三相异步电动机
7.2 常用的控制电器
7.3 电气控制电路的原理图与接线图
7.4
7.1 三相异步电动机
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
7.1.2 三相异步电动机的结构
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
1．旋转磁场的产生
现向定子三相绕组中分别通入三相交流电
iu,iv,iw，各相电流将在定子绕组中分别产生相应的磁场，如图 7-4所示。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理图 7-4 两极定子绕组的旋转磁场
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
2．旋转磁场的旋转方向
由图 7-4可以看出，三相交流电的变化次序（相序）为 U相达到最大值 → V相达到最大值 → W相达到最大值 → U相 …… 将 U
相交流电接 U相绕组,V相交流电接 V相绕组,W相交流电接 W相绕组，则产生的旋转磁场的旋转方向为 U相 → V相 → W相
（顺时针旋转），即与三相交流电的变化相序一致。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
如果任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，即假设 U相交流电仍接 U相绕组,V相交流电改与 W相绕组相接,W相交流电与 V相绕组相接，可以对照图 7-4
分别绘出 ωt=0及 ωt=π/2 瞬时的合成磁场图，如图 7-5所示。
由图可见，此时合成磁场的旋转方向已变为反时针旋转，即与图 7-4的旋转方向相反。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
由此可以得出结论：旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序，且与三相交流电源的相序
U→ V→ W的方向一致。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。这个结论很重要，因为后面我们将要分析到三相异步电动机的旋转方向与旋转磁场的转向一致，
因此要改变电动机的转向，只要改变旋转磁场的转向即可。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
3．旋转磁场的旋转速度
（ 1）当 2p=2
（ 2）当 2p=4
（ 3）当三相异步电动机定子绕组为 p对磁极时，由以上分析可得，旋转磁场的转速为
p
f
n 11
60
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
式中,f1为交流电的频率（ Hz）,p为电动机的磁极对数； n1为旋转磁场的转速
（ r/min），又称同步转速。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
4．三相异步电动机的旋转原理
把异步电动机旋转磁场的转速 n1与电动机转速 n之差与旋转磁场转速 n1之比称为异步电动机的转差率 s，即
下面对转差率 s做进一步分析。
1
1
n
nns
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
（ 1）当异步电动机在静止状态或刚接上电源的一瞬间，转子转速 n=0，则对应的转差率
s=1。
（ 2）如转子转速 n=n1，则转差率 s=0。
（ 3）异步电动机在正常状态下运行时，转差率 s在 0~1之间变化。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
（ 4）三相异步电动机在额定状态（即加在电动机定子三相绕组上的电压为额定电压，电动机输出的转矩为额定转矩）下运行时，额定转差率 SN约在
0.01~0.05之间，由此可看出三相异步电动机的额定转速 nN与同步转速 n1较为接近。在例 7.1后面给出的一组数据即说明了这一点。
（ 5）当三相异步电动机空载时（即轴上没有拖动机械负载，电动机空转），由于电动机只需克服空气阻力及摩擦阻力，故转速 n与同步转速 n1相差甚微，转差率 s很小，约为 0.04～ 0.07。
7.1.2 三相异步电动机的结构
1．定子
（ 1）定子铁芯
定子铁芯的槽型有开口型、半开口型、半闭口型３种，如图 7,10所示。半闭口型槽的优点是电动机的效率和功率因数较高，缺点是绕组嵌线和绝缘都较困难，一般用于小型低压电机中。
7.1.2 三相异步电动机的结构图 7-9 三相笼型异步电动机的组成部件图
7.1.2 三相异步电动机的结构
（ 2）定子绕组
定子三相绕组的结构完全对称，一般有 6个出线端 U1,U2,V1,V2,W1,W2置于机座外部的接线盒内，根据需要接成星形（ Y）
或三角形（△）联结，如图 7-11所示。也可将 6个出线端接入控制电路中实现星形与三角状的换接。
（ 3）机座
7.1.2 三相异步电动机的结构图 7-11 三相笼型异步电动机出线端
7.1.2 三相异步电动机的结构
2．转子
3．其它附件
7.2 常用的控制电器
工程中，常用的控制电路有各种开关、熔断器、断路器、主令电器、接触器和继电器等。下面重点了解一下接触器和继电器。
7.2 常用的控制电器
7.2.1 接触器
7.2.2继电器
7.2.1 接触器
接触器是一种用途最为广泛的开关电器。
它利用电磁、气动或液动原理，通过控制电路来实现主电路的通断。
7.2.2继电器
继电器是一种根据外界输入信号（电信号或非电信号）来控制电路,接通,或,断开,的一种自动电器，主要用于控制、线路保护或信号转换。
7.3 电气控制电路的原理图与接线图
7.3.1 电气控制电路常用的图形符号和文字符号
7.3.2 电气控制电路的回路标号
7.3.3 电气控制系统图
7.3 电气控制电路的原理图与接线图
7.3.1 电气控制电路常用的图形符号和文字符号
7.3.2 电气控制电路的回路标号
7.3.3 电气控制系统图
1．电气原理图
2．电气安装图
图 7-33所示为 CW6132普通车床控制板安装接线图。
7.3.3 电气控制系统图
1．电气原理图
2．电气安装图
图 7-33所示为 CW6132普通车床控制板安装接线图。
7.3.3 电气控制系统图图 7-33 CW6132型普通车床控制板安装接线图。
7.4 三相异步电动机的起动及其控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
7.4.2 三相异步电动机降压起动控制电路
7.4.3 三相异步电动机制动控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
三相异步电动机的起动方法有直接起动和降压起动两种。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
1．手动控制直接起动
图 7.35（ c）所示为组合开关（倒顺开关）
控制电动机正反转电路，倒顺开关是一种专门用于对电动机正反转进行操作的手动电器，由于其触点无灭弧机构，因此，电动机功率最大不要超过 5.5kW。
正反换向操作时速度不要太快，以免引起过大的反接制动电流的冲击而影响使用寿命。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7-35 电动机直接起动的手动控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
2．接触器控制的直接起动电路
（ 1）电动机单方向运行直接起动的控制电路
图 7-36所示为接触器控制电动机单方向运行的主电路与控制电路。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.36 接触器控制电动机单方向运行的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
（ 2）电动机正反向运行直接起动控制电路
图 7-37所示为接触器控制电动机正反转的控制电路。
图 7-38所示为用接触器互锁的两地控制的控制电路。
图 7-39所示为两个常用的具有起动和点动操作功能的控制电路。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.37 接触器控制电动机正反向运行的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7-38 接触器互锁的两地控制正反转控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7-39 接触器联锁的起动和点动控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
当电动机容量较小，又需要直接进行正反转换接的场合，可采用图 7-40所示的控制式电路。
图 7-40（ a）所示为按钮互锁控制电路。
图 7,40（ b）所示为在按钮互锁的基础上增加了接触器互锁后构成双重互锁控制电路。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.40 按钮互锁的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.40 按钮互锁的控制电路
7.4.2 三相异步电动机降压起动控制电路
1．笼型异步电动机定子串电阻降压起动
图 7.41所示为常用的手动切除电阻控制电路。
图 7.43所示为按时间原则自动切除电阻的主电路与控制电路。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.41 手动切除电阻的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.43 按时间原则切除电阻的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
2．三相笼型异步电动机星－三角降压起动
自动星－三角起动器的主电路及控制电路如图 7.45所示。
3．笼型异步电动机自耦变压器降压起动
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.45 自动星－三角起动器主电路及控制电路
7.4.3 三相异步电动机制动控制电路
1．三相异步电动机电源反接制动
2．三相异步电动机能耗制动
7.1 三相异步电动机
7.2 常用的控制电器
7.3 电气控制电路的原理图与接线图
7.4
7.1 三相异步电动机
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
7.1.2 三相异步电动机的结构
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
1．旋转磁场的产生
现向定子三相绕组中分别通入三相交流电
iu,iv,iw，各相电流将在定子绕组中分别产生相应的磁场，如图 7-4所示。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理图 7-4 两极定子绕组的旋转磁场
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
2．旋转磁场的旋转方向
由图 7-4可以看出，三相交流电的变化次序（相序）为 U相达到最大值 → V相达到最大值 → W相达到最大值 → U相 …… 将 U
相交流电接 U相绕组,V相交流电接 V相绕组,W相交流电接 W相绕组，则产生的旋转磁场的旋转方向为 U相 → V相 → W相
（顺时针旋转），即与三相交流电的变化相序一致。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
如果任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，即假设 U相交流电仍接 U相绕组,V相交流电改与 W相绕组相接,W相交流电与 V相绕组相接，可以对照图 7-4
分别绘出 ωt=0及 ωt=π/2 瞬时的合成磁场图，如图 7-5所示。
由图可见，此时合成磁场的旋转方向已变为反时针旋转，即与图 7-4的旋转方向相反。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
由此可以得出结论：旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序，且与三相交流电源的相序
U→ V→ W的方向一致。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。这个结论很重要，因为后面我们将要分析到三相异步电动机的旋转方向与旋转磁场的转向一致，
因此要改变电动机的转向，只要改变旋转磁场的转向即可。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
3．旋转磁场的旋转速度
（ 1）当 2p=2
（ 2）当 2p=4
（ 3）当三相异步电动机定子绕组为 p对磁极时，由以上分析可得，旋转磁场的转速为
p
f
n 11
60
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
式中,f1为交流电的频率（ Hz）,p为电动机的磁极对数； n1为旋转磁场的转速
（ r/min），又称同步转速。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
4．三相异步电动机的旋转原理
把异步电动机旋转磁场的转速 n1与电动机转速 n之差与旋转磁场转速 n1之比称为异步电动机的转差率 s，即
下面对转差率 s做进一步分析。
1
1
n
nns
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
（ 1）当异步电动机在静止状态或刚接上电源的一瞬间，转子转速 n=0，则对应的转差率
s=1。
（ 2）如转子转速 n=n1，则转差率 s=0。
（ 3）异步电动机在正常状态下运行时，转差率 s在 0~1之间变化。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
（ 4）三相异步电动机在额定状态（即加在电动机定子三相绕组上的电压为额定电压，电动机输出的转矩为额定转矩）下运行时，额定转差率 SN约在
0.01~0.05之间，由此可看出三相异步电动机的额定转速 nN与同步转速 n1较为接近。在例 7.1后面给出的一组数据即说明了这一点。
（ 5）当三相异步电动机空载时（即轴上没有拖动机械负载，电动机空转），由于电动机只需克服空气阻力及摩擦阻力，故转速 n与同步转速 n1相差甚微，转差率 s很小，约为 0.04～ 0.07。
7.1.2 三相异步电动机的结构
1．定子
（ 1）定子铁芯
定子铁芯的槽型有开口型、半开口型、半闭口型３种，如图 7,10所示。半闭口型槽的优点是电动机的效率和功率因数较高，缺点是绕组嵌线和绝缘都较困难，一般用于小型低压电机中。
7.1.2 三相异步电动机的结构图 7-9 三相笼型异步电动机的组成部件图
7.1.2 三相异步电动机的结构
（ 2）定子绕组
定子三相绕组的结构完全对称，一般有 6个出线端 U1,U2,V1,V2,W1,W2置于机座外部的接线盒内，根据需要接成星形（ Y）
或三角形（△）联结，如图 7-11所示。也可将 6个出线端接入控制电路中实现星形与三角状的换接。
（ 3）机座
7.1.2 三相异步电动机的结构图 7-11 三相笼型异步电动机出线端
7.1.2 三相异步电动机的结构
2．转子
3．其它附件
7.2 常用的控制电器
工程中，常用的控制电路有各种开关、熔断器、断路器、主令电器、接触器和继电器等。下面重点了解一下接触器和继电器。
7.2 常用的控制电器
7.2.1 接触器
7.2.2继电器
7.2.1 接触器
接触器是一种用途最为广泛的开关电器。
它利用电磁、气动或液动原理，通过控制电路来实现主电路的通断。
7.2.2继电器
继电器是一种根据外界输入信号（电信号或非电信号）来控制电路,接通,或,断开,的一种自动电器，主要用于控制、线路保护或信号转换。
7.3 电气控制电路的原理图与接线图
7.3.1 电气控制电路常用的图形符号和文字符号
7.3.2 电气控制电路的回路标号
7.3.3 电气控制系统图
7.3 电气控制电路的原理图与接线图
7.3.1 电气控制电路常用的图形符号和文字符号
7.3.2 电气控制电路的回路标号
7.3.3 电气控制系统图
1．电气原理图
2．电气安装图
图 7-33所示为 CW6132普通车床控制板安装接线图。
7.3.3 电气控制系统图
1．电气原理图
2．电气安装图
图 7-33所示为 CW6132普通车床控制板安装接线图。
7.3.3 电气控制系统图图 7-33 CW6132型普通车床控制板安装接线图。
7.4 三相异步电动机的起动及其控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
7.4.2 三相异步电动机降压起动控制电路
7.4.3 三相异步电动机制动控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
三相异步电动机的起动方法有直接起动和降压起动两种。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
1．手动控制直接起动
图 7.35（ c）所示为组合开关（倒顺开关）
控制电动机正反转电路，倒顺开关是一种专门用于对电动机正反转进行操作的手动电器，由于其触点无灭弧机构，因此，电动机功率最大不要超过 5.5kW。
正反换向操作时速度不要太快，以免引起过大的反接制动电流的冲击而影响使用寿命。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7-35 电动机直接起动的手动控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
2．接触器控制的直接起动电路
（ 1）电动机单方向运行直接起动的控制电路
图 7-36所示为接触器控制电动机单方向运行的主电路与控制电路。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.36 接触器控制电动机单方向运行的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
（ 2）电动机正反向运行直接起动控制电路
图 7-37所示为接触器控制电动机正反转的控制电路。
图 7-38所示为用接触器互锁的两地控制的控制电路。
图 7-39所示为两个常用的具有起动和点动操作功能的控制电路。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.37 接触器控制电动机正反向运行的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7-38 接触器互锁的两地控制正反转控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7-39 接触器联锁的起动和点动控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
当电动机容量较小，又需要直接进行正反转换接的场合，可采用图 7-40所示的控制式电路。
图 7-40（ a）所示为按钮互锁控制电路。
图 7,40（ b）所示为在按钮互锁的基础上增加了接触器互锁后构成双重互锁控制电路。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.40 按钮互锁的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.40 按钮互锁的控制电路
7.4.2 三相异步电动机降压起动控制电路
1．笼型异步电动机定子串电阻降压起动
图 7.41所示为常用的手动切除电阻控制电路。
图 7.43所示为按时间原则自动切除电阻的主电路与控制电路。
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.41 手动切除电阻的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.43 按时间原则切除电阻的控制电路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路
2．三相笼型异步电动机星－三角降压起动
自动星－三角起动器的主电路及控制电路如图 7.45所示。
3．笼型异步电动机自耦变压器降压起动
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电路图 7.45 自动星－三角起动器主电路及控制电路
7.4.3 三相异步电动机制动控制电路
1．三相异步电动机电源反接制动
2．三相异步电动机能耗制动
