三相異步電動機

三相異步電動機感應電動機的一種01工作原理故障處理基本結(jié)構(gòu)分類形式目錄03020405機械特性銘牌數(shù)據(jù)調(diào)速方式相關(guān)問題目錄070608基本信息三相異步電機（Triple-phaseasynchronousmotor）是感應電動機的一種，是靠同時接入380V三相交流電流（相位差120度）供電的一類電動機，由于三相異步電動機的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率，所以叫三相異步電動機。三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而產(chǎn)生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。工作原理工作原理正反轉(zhuǎn)原理圖當向三相定子繞組中通入對稱的三相交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導體開始時是靜止的，故轉(zhuǎn)子導體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。由于轉(zhuǎn)子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。三相異步電動機繞組通過上述分析可以總結(jié)出電動機工作原理為：當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。交流三相異步電動機繞組分類：單層繞組：三相異步電動機(4張)單層繞組就是在每個定子槽內(nèi)只嵌置一個線圈有效邊的繞組，因而它的線圈總數(shù)只有電機總槽數(shù)的一半。單層繞組的優(yōu)點是繞組線圈數(shù)少工藝比較簡單；沒有層間絕緣故槽的利用率提高；單層結(jié)構(gòu)不會發(fā)生相間擊穿故障等?；窘Y(jié)構(gòu)定子氣隙轉(zhuǎn)子基本結(jié)構(gòu)定子定子由定子三相繞組、定子鐵心和機座組成。圖3定子三相繞組是異步電動機的電路部分，在異步電動機的運行中起著很重要的作用，是把電能轉(zhuǎn)換為機械能的關(guān)鍵部件。定子三相繞組的結(jié)構(gòu)是對稱的，一般有六個出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2，置于機座外側(cè)的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形（Y）或三角形（△），如圖3所示。定子鐵心是異步電動機磁路的一部分，由于主磁場以同步轉(zhuǎn)速相對定子旋轉(zhuǎn)，為減小在鐵心中引起的損耗，鐵心采用0.5mm厚的高導磁硅鋼片疊成，硅鋼片兩面涂有絕緣漆以減小鐵心的渦流損耗。機座又稱機殼，它的主要作用是支撐定子鐵心，同時也承受整個電動機負載運行時產(chǎn)生的反作用力，運行時由于內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量也是通過機座向外散發(fā)。中、小型電動機的機座一般采用鑄鐵制成。大型電動機因機身較大澆注不便，常用鋼板焊接成型。

轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組及轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機磁路的一部分，也是用硅鋼片疊成。與定子鐵心沖片不同的是，轉(zhuǎn)子鐵心沖片是在沖片的外圓上開槽，疊裝后的轉(zhuǎn)子鐵心外圓柱面上均勻地形成許多形狀相同的槽，用以放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組是異步電動機電路的另一部分，其作用為切割定子磁場，產(chǎn)生感應電勢和電流，并在磁場作用下受力而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。其結(jié)構(gòu)可分為籠型繞組和繞線式繞組兩種類型。這兩種轉(zhuǎn)子各自的主要特點是：籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，經(jīng)濟耐用；繞線式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復雜，價格貴，但轉(zhuǎn)子回路可引入外加電阻來改善起動和調(diào)速性能。籠型轉(zhuǎn)子繞組由置于轉(zhuǎn)子槽中的導條和兩端的端環(huán)構(gòu)成。為節(jié)約用鋼和提高生產(chǎn)率，小功率異步電動機的導條和端環(huán)一般都是融化的鋁液一次澆鑄出來的；對于大功率的電動機，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常用銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心槽中，再在兩端焊上端環(huán)?；\型轉(zhuǎn)子繞組自行閉合，不必由外界電源供電，其外形像一個籠子，故稱籠型轉(zhuǎn)子，如圖4所示。

圖4氣隙三相異步電動機結(jié)構(gòu)圖

異步電動機的氣隙是很小的，中小型電動機一般為0.2～2mm。氣隙越大，磁阻越大，要產(chǎn)生同樣大小的磁場，就需要較大的勵磁電流。由于氣隙的存在，異步電動機的磁路磁阻遠比變壓器為大，因而異步電動機的勵磁電流也比變壓器的大得多。變壓器的勵磁電流約為額定電流的3%，異步電動機的勵磁電流約為額定電流的30%。勵磁電流是無功電流，因而勵磁電流越大。

故障處理繞組接地繞組短路繞組斷路繞組接錯保養(yǎng)方法測量端頭010302040506故障處理繞組接地指繞組與鐵心或與機殼絕緣破壞而造成的接地。1、故障現(xiàn)象機殼帶電、控制線路失控、繞組短路發(fā)熱，致使電動機無法正常運行。2、產(chǎn)生原因繞組受潮使絕緣電阻下降；電動機長期過載運行；有害氣體腐蝕；金屬異物侵入繞組內(nèi)部損壞絕緣；重繞定子繞組時絕緣損壞碰鐵心；繞組端部碰端蓋機座；定、轉(zhuǎn)子磨擦引起絕緣灼傷；引出線絕緣損壞與殼體相碰；過電壓（如雷擊）使絕緣擊穿。3.檢查方法⑴觀察法。通過目測繞組端部及線槽內(nèi)絕緣物觀察有無損傷和焦黑的痕跡，如有就是接地點。⑵萬用表檢查法。用萬用表低阻檔檢查，讀數(shù)很小，則為接地。⑶兆歐表法。根據(jù)不同的等級選用不同的兆歐表測量每組電阻的絕緣電阻，若讀數(shù)為零，則表示該項繞組接地，但對電機絕緣受潮或因事故而擊穿，需依據(jù)經(jīng)驗判定，一般說來指針在“0”處搖擺不定時，可認為其具有一定繞組短路由于電動機電流過大、電源電壓變動過大、單相運行、機械碰傷、制造不良等造成絕緣損壞所至，分繞組匝間短路、繞組間短路、繞組極間短路和繞組相間短路。1.故障現(xiàn)象離子的磁場分布不均，三相電流不平衡而使電動機運行時振動和噪聲加劇，嚴重時電動機不能啟動，而在短路線圈中產(chǎn)生很大的短路電流，導致線圈迅速發(fā)熱而燒毀。2.產(chǎn)生原因電動機長期過載，使絕緣老化失去絕緣作用；嵌線時造成絕緣損壞；繞組受潮使絕緣電阻下降造成絕緣擊穿；端部和層間絕緣材料沒墊好或整形時損壞；端部連接線絕緣損壞；過電壓或遭雷擊使絕緣擊穿；轉(zhuǎn)子與定子繞組端部相互摩擦造成絕緣損壞；金屬異物落入電動機內(nèi)部和油污過多。3.檢查方法⑴外部觀察法。觀察接線盒、繞組端部有無燒焦，繞組過熱后留下深褐色，并有臭味。⑵探溫檢查法。空載運行20分鐘（發(fā)現(xiàn)異常時應馬上停止），用手背摸繞組各部分是否超過正常溫度。繞組斷路由于焊接不良或使用腐蝕性焊劑，焊接后又未清除干凈，就可能造成壺焊或松脫；受機械應力或碰撞時線圈短路、短路與接地故障也可使導線燒毀，在并燒的幾根導線中有一根或幾根導線短路時，另幾根導線由于電流的增加而溫度上升，引起繞組發(fā)熱而斷路。一般分為一相繞組端部斷線、匝間短路、并聯(lián)支路處斷路、多根導線并燒中一根斷路、轉(zhuǎn)子斷籠。1.故障現(xiàn)象電動機不能啟動，三相電流不平衡，有異常噪聲或振動大，溫升超過允許值或冒煙。2.產(chǎn)生原因⑴在檢修和維護保養(yǎng)時碰斷或制造質(zhì)量問題。⑵繞組各元件、極（相）組和繞組與引接線等接線頭焊接不良，長期運行過熱脫焊。⑶受機械力和電磁場力使繞組損傷或拉斷。⑷匝間或相間短路及接地造成繞組嚴重燒焦或熔斷等。3.繞組接錯繞組接錯造成不完整的旋轉(zhuǎn)磁場，致使啟動困難、三相電流不平衡、噪聲大等癥狀，嚴重時若不及時處理會燒壞繞組。主要有下列幾種情況：某極相中一只或幾只線圈嵌反或頭尾接錯；極（相）組接反；某相繞組接反；多路并聯(lián)繞組支路接錯；“△”、“Y”接法錯誤。1、故障現(xiàn)象電動機不能啟動、空載電流過大或不平衡過大，溫升太快或有劇烈振動并有很大的噪聲、燒斷保險絲等現(xiàn)象。2、產(chǎn)生原因誤將“△”型接成“Y”型；維修保養(yǎng)時三相繞組有一相首尾接反；減壓啟動是抽頭位置選擇不合適或內(nèi)部接線錯誤；新電機在下線時，繞組連接錯誤；舊電機出頭判斷不對。3.檢修方法⑴滾珠法。如滾珠沿定子內(nèi)圓周表面旋轉(zhuǎn)滾動，說明正確，否則繞組有接錯現(xiàn)象。⑵指南針法。如果繞組沒有接錯，則在一相繞組中，指南針經(jīng)過相鄰的極（相）組時，所指的極性應相反，在三相繞組中相鄰的不同相的極（相）組也相反；如極性方向不變時，說明有一極（相）組反接；若指向不定，則相組內(nèi)有反接的線圈。保養(yǎng)方法連續(xù)運轉(zhuǎn)的三相異步電動機，日常保養(yǎng)內(nèi)容：外觀檢查，風扇是否工作正常，是否有異常振動，聯(lián)軸器連接是否可靠，底座固定是否緊固，軸承工作是否正常（聽聲音），溫度是否正常（紅外測溫儀），定期檢查電線接頭和開關(guān)觸點，工作電流是否正常（鉗型電流表），另外繞線式電機還須檢查碳刷和滑環(huán)。測量端頭⑴先判別三相繞組的各自的兩個首尾端.將萬用表調(diào)到電阻檔進行測量，凡是同一相的線圈就相連接沒有阻值，凡不是同一相的線圈就不相通，因此根據(jù)萬用表可分清兩個線端屬于同一相繞組引出線。⑵判別其中兩側(cè)線圈引出線的同名端，將指針式萬用表調(diào)到量程最小的直流電流檔，再將任意一相的繞組的兩個線端接到表上，然后將另一相繞組的兩個線端一同分別瞬時碰觸一下干電池的正極和負極，在干電池與線圈接通的一瞬間如果表針擺向大于零的一邊（也就是順時針擺動），則電池正極和萬用表黑色表筆為同名端，逆則反矣。分類形式分類形式一、按電動機結(jié)構(gòu)尺寸分類①大型電動機指電動機機座中心高度大于630mm，或者16號機座及以上.或定子鐵芯外徑大于990mm者.稱為大型電動機。②中型電動機指電動機機座中心高度在355一630mm之間.或者11-15號機座.或定子鐵芯外徑在560~990mm之間者.稱為中型電動機。③小型電動機指電動機機座中心高度在80-315mm.或者10號及以下機座，或定子鐵芯外徑在125-560mm之間者.稱為小型電動機。二、按電動機轉(zhuǎn)速分類①恒轉(zhuǎn)速電動機有普通籠型、特殊籠型(深槽式、雙籠式、高啟動轉(zhuǎn)矩式)和繞線型。②調(diào)速電機就是配有有換向器的電動機。一般采用三相并勵式的繞線轉(zhuǎn)子電動機(轉(zhuǎn)子控制電阻、轉(zhuǎn)子控制勵磁)。③變速電動機有變極電動機、單繞組多速電動機、特殊籠型電動機和轉(zhuǎn)差電動機等。機械特性機械特性電磁轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通φm與轉(zhuǎn)子電流I2相互作用而產(chǎn)生的。因轉(zhuǎn)子電路是電感性的，轉(zhuǎn)子電流I2比轉(zhuǎn)子電動勢E2滯后，則轉(zhuǎn)矩T與磁通φm及轉(zhuǎn)子電流I2的關(guān)系為T=KTΦI2cosΨ2(1)式(1)中：KT是與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，cosΨ2是轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)，轉(zhuǎn)矩T的單位為?！っ?N·m)。由上式可見，轉(zhuǎn)矩T除于F成正比外，還與I2cosy2成正比。由三向異步電動機電路分析知將(2)、(3)、(4)式代入(1)式，則得出轉(zhuǎn)矩的另一個表示式由(5)式可見，轉(zhuǎn)矩T還與定子繞組的每相電壓U1的平方成正比，所以當電源電壓變化時，對轉(zhuǎn)矩的影響很大。此外，轉(zhuǎn)矩T還受轉(zhuǎn)子電阻R2的影響。機械特性曲線圖1是電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系曲線即n=f(T)曲線。雖然異步電動機的轉(zhuǎn)差率s能反映電動機轉(zhuǎn)速n的快慢，但不太直觀，應用也不太方便，因此通常用機械特性分析有關(guān)的拖動問題。調(diào)速方式變極數(shù)調(diào)速變頻調(diào)速串級調(diào)速電阻調(diào)速電磁調(diào)速耦合器調(diào)速010302040506調(diào)速方式變極數(shù)調(diào)速變極調(diào)速

這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機定子極對數(shù)達到調(diào)速目的，特點如下：變極調(diào)速

1、具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；2、無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；3、接線簡單、控制方便、價格低；4、有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；5、可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。該方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設(shè)備、風機、水泵等。變頻調(diào)速變頻調(diào)速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，國內(nèi)大都使用交－直－交變頻器。其特點：1、效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；2、應用范圍廣，可用于籠型異步電動機；3、調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；4、技術(shù)復雜，造價高，維護檢修困難。該方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。串級調(diào)速串級調(diào)速是指繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉(zhuǎn)差，達到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級調(diào)速可分為電機串級調(diào)速、機械串級調(diào)速及晶閘管串級調(diào)速形式，多采用晶閘管串級調(diào)速，其特點為：1、可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機械上，效率較高；2、裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速70%－90%的生產(chǎn)機械上；3、調(diào)速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產(chǎn)；4、晶閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。該方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。電阻調(diào)速繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。定子調(diào)壓調(diào)速方法當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調(diào)速在2：1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點：1、調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；2、調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。3、調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機械。電磁調(diào)速電磁調(diào)速電動機由籠型電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵磁電源（控制器）三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動。電樞與電動機轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極，其磁通經(jīng)過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電磁調(diào)速電動機的調(diào)速特點：·裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；1、調(diào)速平滑、無級調(diào)速；2、對電網(wǎng)無諧影響；3、速度失大、效率低。耦合器調(diào)速液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉(zhuǎn)時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進入渦輪時，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)。液力耦合器的動力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)相對充液量的大小是一致的。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無級調(diào)速，其特點為：1、功率適應范圍大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要；2、結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低；3、尺寸小，能容大；4、控制調(diào)節(jié)方便，容易實現(xiàn)自動控制。該方法適用于風機、水泵的調(diào)速。銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)包括以下幾項。（1）額定功率PN：額定運行狀態(tài)下的軸上輸出機械功率，kW。（2）額定電壓UN：額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，V或kV。（3）額定電流IN：額定電壓下電動機輸出額定功率時定子繞組的線電流，A。對額定電流，還可以采用如下經(jīng)驗公式進行估算：式中：功率的單位為kW，電壓的單位為V。