電動機的安全

張榮梅張榮梅電動機的安全

第16章異步電動機

1.三相異步電動機的構(gòu)造與工作原理

2.三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動

3.三相異步電動機的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)

第16章異步電動機

4.三相電動機的保護

5.電動機的運行、維護與故障排除

6.單相異步電動機電動機的分類

一三相異步電動機的結(jié)構(gòu)1.定子鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。U1----U2

V1----V2W1----W2

三相繞組機殼（包括端蓋和機座）鑄鋼或鑄鐵作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。動畫V’VW’U’UW三相異步機的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子圖6-2定子的硅鋼片

圖6-3裝有三相繞組的定子定子鐵芯沖片定子繞組

繞電動機聯(lián)結(jié)成Ｙ或△接法。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。鼠籠式繞線式轉(zhuǎn)軸：固定轉(zhuǎn)子鐵心和傳遞功率，一般用中碳鋼制成。轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。(2)繞線式轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、風扇等。

繞線式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)子繞組繞線式鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯繞線式電動機轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)動原理二、旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生o規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。U1V2W1V1W2U2(?)電流出()電流入oUioUi600三相電流合成磁場的分布情況：ωt=0°ωt=60°ωt=120°ωt=180°結(jié)論：定子繞組通入三相電流，定子內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場電流變化一周，磁場旋轉(zhuǎn)3600(p=1）。AU2U1V1W2V2W1AU2U1V1W2V2W1取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。任意調(diào)換兩根電源進線(電路如圖)U1U2W1W2V1V2n13.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)，繞組的首端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)oUi極對數(shù)四極旋轉(zhuǎn)磁場在電流變化一周時，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)180°。4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與定子電流頻率f1、磁極對數(shù)p有關(guān)。異步電動機轉(zhuǎn)速和極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系（f1=50Hz)p1234n1(r/min)300015001000750三、三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理1.轉(zhuǎn)動原理U1U2V2W1V1W2定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感生電流

二、電動機的工作原理定子繞組通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子受電磁力矩于是轉(zhuǎn)子順旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動

2.轉(zhuǎn)差率但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機異步電動機運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率s異步電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是小于同步轉(zhuǎn)速，因此稱“異步”通常轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速的91~99%

轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同例1：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。解：p=3額定轉(zhuǎn)差率為由于電動機的額定轉(zhuǎn)速應(yīng)接近且略小于同步轉(zhuǎn)速n1，而n1對應(yīng)于磁極對數(shù)p有一系列固定值。所以，n1=1000r/min,即

例一臺三相四極50Hz異步電動機，已知額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。求額定轉(zhuǎn)差率SN。解該電動機的同步轉(zhuǎn)速為因而電動機的額定轉(zhuǎn)差率為單相電動機的結(jié)構(gòu)與原理一、工作原理定子轉(zhuǎn)子定子繞組定子中通入單相交流電后，形成脈動磁場。單相異步電動機的定子繞組為單相繞組，由單相電源供電，轉(zhuǎn)子大多數(shù)為鼠籠式轉(zhuǎn)子。

脈動磁場的特點是：其軸線在空間保持不變；各點的磁場在空間上按正弦規(guī)律分布；各點的磁場隨電流的交變在時間上也按正弦規(guī)律變化。ADCB單相異步電動機的特點：（1）自身沒有起動轉(zhuǎn)矩....轉(zhuǎn)子導(dǎo)條及電流（2）轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動后，外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。

1）單相電容分相式電動機

W:工作繞組AST：起動繞組B串CS：離心開關(guān)起動時開關(guān)S閉合，使兩繞組電流相位差約為90°，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正常以后離心開關(guān)被甩開，啟動繞組被切斷。工作原理~SDCWSTABt00450900i1i2NSABANSBANSBt=00t=450t=900i1=Imsinti2=Imsin(t+900)A繞組B繞組旋轉(zhuǎn)90°旋轉(zhuǎn)45°2）單相電容運轉(zhuǎn)電動機3）單相雙值電容電動機4）單相電阻分相式電動機2．單相罩極式異步電動機2、罩極式單相電機定子磁極轉(zhuǎn)子短路環(huán)定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。圖中電機的轉(zhuǎn)動方向：方向由未罩部分向被罩部分旋轉(zhuǎn)（順時針旋轉(zhuǎn)）。因為沒有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領(lǐng)先。當三相異步電動機斷了一根電源線時，會有什么后果？討論：ABC1、此時接通電源，會怎樣？2、如果運行中斷一線，會怎樣？三相異步電動機在運行中，若其中一相和電源斷開，則變成單相運行。此時和單相電機一樣，電機仍會按原來方向運轉(zhuǎn)。但若負載不變，三相供電變?yōu)閱蜗喙╇?，電流將變大，?dǎo)致電機過熱。使用中要特別注意這種現(xiàn)象，為此應(yīng)該有過載保護。三相異步電動機若在起動前有一相斷電，和單相電機一樣將不能起動。此時只能聽到嗡嗡聲，使電動機過熱而燒毀，必須趕快排除故障。ABC16.2三相異步電動機的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)

三相異步電動機的銘牌型號Y160M-6功率7.5kW頻率50Hz電壓380V電流17A接法△轉(zhuǎn)速970r/min絕緣等級B工作方式連續(xù)年月編號××電機廠1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=3)例如：Y160M－6

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。由漢語拼音字母、國際通用符號和阿拉伯數(shù)字組成。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機（S-短機座；M-中機座；L-長機座）異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用

聯(lián)結(jié)。電動機在額定運行時定子繞組按銘牌上規(guī)定的接法連接時應(yīng)加的線電壓值。4.功率與效率

鼠籠電機

=72~93％額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。5.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示Y聯(lián)結(jié)下電機的線電流為6.73A；聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。電機電流估算口訣:380V電壓,一個千瓦2安培電壓1140,三個千瓦2安培選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)PN三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。P2cosO8.額定轉(zhuǎn)速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉(zhuǎn)速。如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.047.額定頻率

9.溫升及絕緣等級絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。溫升是電動機運行時繞組溫度允許高出周圍環(huán)境溫度的數(shù)值。絕緣等級及極限工作溫度

絕緣等級AEBFHC極限工作溫度（。C)105120130155180>180表中極限工作溫度是指電動機運行時絕緣材料的最高允許溫度。工作方式即電動機的運行方式。按負載持續(xù)時間的不同分成三種工作方式：

連續(xù)工作制:代號S1短時工作制:代號S2斷續(xù)周期工作制:代號S3

10.定額(工作方式)TO11.啟動能力與過載能力NT啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

TST/TN過載能力

Tmax/TN電動機轉(zhuǎn)速為零(靜止)加上額定電壓時的線電流,稱起動電流。一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的4~7倍。12.起動電流16.3三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動起動：從異步電動機接入電源，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的過程。一、三相異步電動機的起動起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。

原因：起動時，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

16.3三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動一、三相異步電動機的起動大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：起動方法：(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：（適用于鼠籠式電動機）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線式電動機）星形-三角形(Y－)換接起動自耦降壓起動定子串電抗器起動1.直接起動直接起動線路

能否直接起動的經(jīng)驗公式：串電抗器起動2.降壓起動（1）定子串電抗器起動這種起動方法是在電動機定子繞組的電路中串入一個三相電抗器，其接線如圖4-20所示。其目的就是要減小起動電流，但同時也限制了起動轉(zhuǎn)矩，因此只適用于輕載或空載情況下起動。(2)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2+－正常運行U1U2V1V2W1W2Y-△起動線路圖

(a)僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)的電機。

(b)Y－換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應(yīng)注意的問題(2)自耦降壓起動L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關(guān)QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－起動的鼠籠式異步電動機。自耦變壓器上備有抽頭，以便根據(jù)所要求的起動轉(zhuǎn)矩來選擇不同的電壓。如QJ3型的抽頭比(U2/U1)為40%、60%、80%。自耦變壓器降壓起動的優(yōu)點是不受電動機繞組接線方法的限制，可按照允許的起動電流和所需的起動轉(zhuǎn)矩選擇不同的抽頭，常用于起動容量較大的電動機。其缺點是設(shè)備費用高，不宜頻繁起動。RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動時將適當?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。起動電阻2.繞線式電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動?三相繞線型異步電動機的起動

1．轉(zhuǎn)子串電阻起動2．轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動

若R2選得適當，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點

方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動機反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)3.三相異步電動機的反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~二、三相異步電動機的調(diào)速1.變頻調(diào)速(無級調(diào)速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~三種電氣調(diào)速方法

變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，并具有硬的機械特性,因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用，其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）。2.變極調(diào)速(有級調(diào)速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS串聯(lián)A1X1A2X2ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動機稱作多速電機，由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。A1··A2X1X2SN并聯(lián)雙速電動機接線圖低速高速注意：為變速前后轉(zhuǎn)向不變，三相電源應(yīng)換相。注意：為變速前后轉(zhuǎn)向不變，三相電源應(yīng)換相。To3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無級調(diào)速)

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nn'??TLTLs

′s??Tso三、三相異步電動機的制動制動方法機械制動：加機械抱閘電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動1.能耗制動

在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。制動電磁鐵

閘瓦制動器電磁制動器由于該制動方法是把電動機的旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子電阻上，故稱能耗制動。能耗制動能量消耗小，制動平穩(wěn)，無沖擊，但需要直流電源，主要應(yīng)用于要求平穩(wěn)準確停車的場合。2.反接制動停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動機定子產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。

運轉(zhuǎn)制動在制動轉(zhuǎn)矩的作用下，電動機的轉(zhuǎn)速很快下降到零。應(yīng)當注意，當電動機的轉(zhuǎn)速接近于零時，應(yīng)及時切斷電源，以防電動機反轉(zhuǎn)。反接制動線路簡單，制動力大，制動效果好，但由于制動過程中沖擊大，制動電流大，不宜在頻繁制動的場合下使用。反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。即切割磁力線的速度很大，造成，引起。注意：3.發(fā)電反饋制動

當電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)距。電動機進入制動狀態(tài)，同時將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0n>n016.5電動機的選擇確定電動機的

額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)型式額定容量1.功率(容量)的選擇對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機械的功率。短時工作的電動機,所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機械的功率。(2)在機械特性方面所選用的電動機應(yīng)滿足被拖動生產(chǎn)機械提出的要求。一般盡可能選用鼠籠式電動機。只有在需要調(diào)速、不能采用鼠籠式電動機的場合才選用繞線式電動機。

3.結(jié)構(gòu)型式的選擇

根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結(jié)構(gòu)型式

4.電壓的選擇根據(jù)電動機的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。Y系列鼠籠電動機的額定電壓只有380V一個等級。大功率電動機才采用3000V和6000V。常用電氣保護環(huán)節(jié)

常用電氣保護環(huán)節(jié)

保護環(huán)節(jié)名稱故障原因采用的保護元件短路保護電源負載短路熔斷器、低壓斷路器過流保護錯誤起動、過大的負載轉(zhuǎn)矩頻繁正反向起動過電流繼電器過載保護長期過載運行熱繼電器、熱敏電阻、低壓斷路器、熱脫扣裝置電壓異常保護電源電壓突然消失、降低或升高零電壓、欠電壓、過電壓繼電器或接觸器、中間繼電器弱磁保護直流勵磁電流突然消失或減小欠電流繼電器超速保護電壓過高、弱磁場過電壓繼電器、離心開關(guān)、測速發(fā)電機

圖2-27的電氣控制線路中集中

電動機的短路保護

1.熔斷器電流選擇電動機額定電流的1.5~2.5倍2.自動空氣開關(guān)動作電流整定為電動機起動電流的1.2倍

電動機的過載保護1.熱繼電器（三角形聯(lián)接的繞組應(yīng)帶斷相保護,實現(xiàn)過載與缺相雙重保護

）2.過電流繼電器

電動機的電壓異常保護

1）失壓保護

采用接觸器和按鈕控制的起動

采用專門的零電壓繼電器

2）欠電壓保護

采用欠電壓繼電器3）過電壓保護電磁線圈兩端并聯(lián)一個電阻、電阻串電容或二極管串電阻，以形成一個放電回路，實現(xiàn)過電壓保護。5.弱磁保護

直流電動機在一定磁場強度下才能起動，如果磁場過弱，電動機起動電流就會很大。當直流電動機運行過程中磁場突然減弱或消失，其轉(zhuǎn)速就會迅速升高，甚至發(fā)生“飛車”，因此需采用弱磁保護。

弱磁保護是通過電動機勵磁回路中串接欠電流繼電器，一旦勵磁電流消失或降低過多，欠電流繼電器釋放，其觸頭切斷接觸器線圈，使主電路中的電動機電源切斷而停轉(zhuǎn)。16.4三相異步電動機的運行與維護其功率隨環(huán)境溫度適當變化一、異步電動機的運行各部位溫度及溫升不得超過規(guī)定值電動機電壓變動不得超過-5%～10%額定值