第二章三相電動機

中等職業(yè)學校教學用書（機電專業(yè)）《電動機的結(jié)構(gòu)與維修》 電子教案主編杜德昌宋麗娜第二章三相異步電動機及其控制第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第二節(jié)三相異步電動機的工作原理第三節(jié)三相異步電動機的控制第四節(jié)三相異步電動機的選擇與安裝第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)一、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)1.定子組成：由機座、鐵心和繞組三部分組成。機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心；定子鐵心是異步電動機主磁通磁路的一部分；定子繞組的作用是通入三相對稱交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子

組成由轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心是電動機主磁路的一部分，固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上；鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組由嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的銅導電條組成；線繞式轉(zhuǎn)子繞組是由絕緣導線做成的三相繞組；轉(zhuǎn)軸一般由中碳鋼制成。軸的兩端用軸承支持。在后端蓋外面軸上裝著風扇，供軸向通風用。第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)3.

氣隙氣隙是定子與轉(zhuǎn)子間的空隙。氣隙大小對電動機性能影響很大，氣隙大了電動機空載電流大，電動機輸出功率下降；氣隙太小，定、轉(zhuǎn)子間容易相碰而轉(zhuǎn)動不靈活。第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)二、三相異步電動機的拆卸1.拆卸前的準備工作（1）切斷電源，拆開電動機與電源連接線，并對電源線頭作好絕緣處理。（2）記錄機座負荷端與非負荷端，標注出線口方向（3）測量并記錄聯(lián)軸器與軸臺間距離。（4）標注端蓋的負荷端及非負荷端。（5）對滑環(huán)式異步電動機，應記錄好刷握的位置。第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2.三相異步電動機的拆卸步驟第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的拆卸步驟（1）準備工作；（2）拆卸皮帶輪和聯(lián)軸器；（3）拆卸刷架、風罩和風扇葉；（4）拆卸軸承蓋及端蓋；（5）抽出轉(zhuǎn)子；（6）拆卸軸承。第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2.三相異步電動機的裝配電動機的裝配工序按拆卸時的逆順序進行。裝配前，各配合處要先清理除銹；裝配時，應將各部件按拆卸時所作標記復位。（1）軸承的安裝有兩種方法：冷套法和熱套法。冷套打入軸承熱套軸承加熱軸承方法第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)（2）后端蓋的安裝（3）轉(zhuǎn)子安裝（4）前端蓋的安裝（5）安裝風扇葉和風罩（6）皮帶輪的安裝（7）裝配后的檢驗檢查所有的緊固螺栓是否擰緊；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動是否靈活，有無磨擦現(xiàn)象及異常聲音；軸伸端徑向有無偏擺的情況。檢驗后將所有螺絲全部裝上，并在該注潤滑油的部位注入潤滑油。（8）進行上述操作時要注意安全。第二節(jié)三相異步電動機的工作原理一、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生當三相定子繞組通入三相交流電時，在定子、轉(zhuǎn)子與空氣隙中就會產(chǎn)生一個沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的磁場，稱為旋轉(zhuǎn)磁場。第二節(jié)三相異步電動機的工作原理二、三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理定子繞組通入三相對稱交流電，產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)速為n1

的旋轉(zhuǎn)磁場，如圖所示；開始轉(zhuǎn)子不動，轉(zhuǎn)子導體切割磁感線而產(chǎn)生感生電動勢，由于轉(zhuǎn)子導體自成閉合回路，所以轉(zhuǎn)子導體中產(chǎn)生感應電流，其方向用右手定則判定；有感應電流的轉(zhuǎn)子導體在旋轉(zhuǎn)磁場中受電磁力F的作用，其方向用左手定則判定；該電磁力F在轉(zhuǎn)子軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，使異步電動機的轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)如圖所示。第二節(jié)三相異步電動機的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速n1

）式中：f1-—三相交流電的頻率；p—定子繞組的極對對數(shù)；n1—旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（r/min），又稱同步轉(zhuǎn)速。第二節(jié)三相異步電動機的工作原理三、轉(zhuǎn)差率S電動機的旋轉(zhuǎn)磁場(同步轉(zhuǎn)速)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差叫轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值叫轉(zhuǎn)差率，用S表示，即：異步電動機速度n＝0時，S＝1。異步電動機最大轉(zhuǎn)速不超過同步轉(zhuǎn)速，極限為n≈n1，此時S≈0。三相異步電動機轉(zhuǎn)差率1>S>0。一般三相異步電動機額定運行狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率S在0.02到0.05之間。第二節(jié)三相異步電動機的工作原理四、三相異步電動機的運行特性1.工作特性曲線第二節(jié)三相異步電動機的工作原理（1）轉(zhuǎn)速特性隨著負載P2的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大；（2）定子電流特性當電動機空載時，轉(zhuǎn)子電流差不多為零，定子電流等于勵磁電流。隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大；（3）定子功率因數(shù)空載時，定子功率因數(shù)很低，不超過0.2；當負載增大時，定子電流中的有功電流增加，使cosΦ1提高了，接近額定負載時cosΦ1最高；如果負載進一步增大cosΦ1又開始減小，在80%PN附近有一個最大值。（4）電磁轉(zhuǎn)矩T電動機的轉(zhuǎn)矩一般是指軸上輸出的轉(zhuǎn)矩T2，當穩(wěn)定運行時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T等于負載轉(zhuǎn)矩T2加上電動機的空載轉(zhuǎn)矩T0。當電動機空載時，電磁轉(zhuǎn)矩T=T0，隨著負載增加，P2增大，轉(zhuǎn)速n變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩T隨P2的變化近似為一條直線。（5）效率特性電動機的效率η等于輸出功率P2與輸入功率P1之比。當電動機空載時，P2=0，η=0，隨著輸出功率P2的增加，效率η也在增加。第二節(jié)三相異步電動機的工作原理2.機械特性曲線

三相異步電動機的T-S曲線三相異步電動機的機械特性第二節(jié)三相異步電動機的工作原理（1）異步電動機運行時，額定轉(zhuǎn)矩TN不能太接近最大轉(zhuǎn)矩Tm，使電動機有一定的過載能力，以提高運行的穩(wěn)定性；（2）通常異步電動機穩(wěn)定運行在機械特性曲線的a、b、c段上，即在O<S<Sc范圍內(nèi)，隨S的增加（轉(zhuǎn)速下降），電動機轉(zhuǎn)矩T相應增加，這個轉(zhuǎn)速范圍稱為異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)；（3）機械特性曲線的c、Tst段隨著轉(zhuǎn)速的減小，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也隨之減小，為不穩(wěn)定運行區(qū)。異步電動機一般不能在該區(qū)域內(nèi)正常穩(wěn)定運行。但電風扇、通風機等風機型負載在這個區(qū)域能穩(wěn)定運行；（4）電源電壓的波動對電動機的運行影響很大，當電源電壓過低時，電動機就有可能拖不動負載而被迫停轉(zhuǎn)。第二節(jié)三相異步電動機的工作原理3.電動機的轉(zhuǎn)矩（1）當I2滯后于E2的電角φ2越小時，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosφ2越高，轉(zhuǎn)子導線中產(chǎn)生的電磁力越大。所以，異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩M不僅與旋轉(zhuǎn)磁通Φ，轉(zhuǎn)子電流I2有關(guān)，而且還與轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosφ2有關(guān)，因此

式中的Cm稱為異步電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電動機本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)；Φ為磁極磁通的平均值。（2）在電源電壓為定值的情況下，上式中的Φ值基本保持不變，故可認為異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩僅與I2cosφ2有關(guān)。第三節(jié)三相異步電動機的控制一、三相異步電動機的起動1.籠型異步電動機的降壓起動

指起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，起動結(jié)束后再加額定電壓運行。常用的起動方式有:（1）自耦變壓器（補償器）降壓起動（2）星-三角（Y-△）起動（3）籠型異步電動機串電阻（電抗）降壓起動第三節(jié)三相異步電動機的控制自耦變壓器降壓起動Y-△降壓起動串電阻降壓起動三種起動方式第三節(jié)三相異步電動機的控制2.繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子采用三相對稱繞組，且均采用星形聯(lián)結(jié)。起動時通常在三相繞組中串可變電阻起動，也有使用頻敏變阻器起動。繞線轉(zhuǎn)子電動機串電阻起動第三節(jié)三相異步電動機的控制二、三相異步電動機的調(diào)速

就是在負載不變的情況下，用人為的方法來改變電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足不同生產(chǎn)機械的要求。（1）變極調(diào)速通過改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)來改變電動機的轉(zhuǎn)速。（2）變頻調(diào)速通過改變電源的頻率，平滑地調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。三相異步電動機變極調(diào)速的原理變頻調(diào)速的機械特性第三節(jié)三相異步電動機的控制（3）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速常用方法有變阻調(diào)速和變壓調(diào)速。變阻調(diào)速通過改變電動機轉(zhuǎn)子電路的外接電阻實現(xiàn)的，因此只適用于繞線轉(zhuǎn)子電動機。對應一定的負載轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子電阻不同時，就有不同的轉(zhuǎn)速，且電動機的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)子電阻的增加而下降。變壓調(diào)速通過改變電動機定子繞組上的電壓實現(xiàn)，適用于籠型異步電動機的調(diào)速。當加在定子繞組上的電壓改變時，電動機的臨界轉(zhuǎn)速不變，但最大轉(zhuǎn)矩隨電壓的平方而下降。對于風機型負載，其負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此此法調(diào)速范圍較寬，調(diào)速作用明顯，大多數(shù)電扇都采用串電抗器或晶閘管調(diào)壓調(diào)速。通常采用帶轉(zhuǎn)速負載反饋的控制系統(tǒng)來解決速度穩(wěn)定性問題。第三節(jié)三相異步電動機的控制三、三相異步電動機的反轉(zhuǎn)與制動1.三相異步電動機的反轉(zhuǎn)方法：將接在定子繞組上的任意兩根相線對調(diào)。電路：如右圖所示。第三節(jié)三相異步電動機的控制2.三相異步電動機的制動

（1）機械制動通常是靠摩擦產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，常用裝置是電磁抱閘。

電磁抱閘裝置第三節(jié)三相異步電動機的控制（2）電氣制動是使異步電動機產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電力拖動系統(tǒng)迅速停轉(zhuǎn)或限制轉(zhuǎn)速。反接制動制動原理與電動機反轉(zhuǎn)一樣，改變正在轉(zhuǎn)動的電動機定子繞組中任意兩相的接線，使磁場反轉(zhuǎn)，從而使轉(zhuǎn)子導體中產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速很快下降到零。注意即時切斷電源，避免電動機反轉(zhuǎn)。再生制動又稱回饋制動、發(fā)電制動，是指由于外力的作用使電動機的轉(zhuǎn)速n超過了同步轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)子導體切割磁場的方向與電動機運行狀態(tài)相反，轉(zhuǎn)子電流與產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩改變了方向，驅(qū)動力矩變?yōu)橹苿恿?，電動機在制動狀態(tài)下運行，即電動機是將機械能轉(zhuǎn)化為電能，向電網(wǎng)反送電。第三節(jié)三相異步電動機的控制能耗制動在斷開定子繞組交流電源的同時，立即給兩相定子繞組通入直流電，定子產(chǎn)生恒定磁場。由于慣性的作用，此時轉(zhuǎn)子仍沿運行方向旋轉(zhuǎn)，切割定子磁場產(chǎn)生感應電動勢和電流，從而起到制動作用。第四節(jié)三相異步電動機的選擇與安裝一、三相異步電動機的銘牌三相異步電動機型號：Y132M-4功率：7.5kw頻率：50HZ電壓：380V電流：15.4A接法：△轉(zhuǎn)速：1440r/min絕緣等級：B工作方式：連續(xù)工作出廠年月：××××××編號：××電機廠此外，它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)還有：功率因數(shù)0.85，效率87％。第四節(jié)三相異步電動機的選擇與安裝（1）型號電動機不同的系列用不同的型號表示，如:Ｙ132Ｍ－4。（2）電壓指電動機在額定運行時，定子繞組上應加的線電壓值。（3）電流指電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。（4）功率和效率銘牌上所標的功率值是指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值；輸出功率與輸入功率的比值就是電動機的效率。（5）功率因數(shù)電動機定子相電流比相電壓滯后角度Φ的余弦cosΦ（6）絕緣等級按電動機繞組所用的絕緣材料，在使用時容許的極限溫度來分級的，有A、B、C、D、E五個等級。（7）接法指定子三相繞組的接法,有“Y”和“△”兩種。（8）工作方式是指電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，有連續(xù)、短時和斷續(xù)三種。第四節(jié)三相異步電動機的選擇與安裝二、三相異步電動機的選擇

1.電動機功率的選擇

一般選取電動機額定功率等于或略大于計算功率數(shù)值的電動機，就可滿足要求。2.電動機種類的選擇

（1）無特殊變速調(diào)速要求的一般機械設(shè)備，可選用機械特性較硬的鼠籠式異步電動機。（2）要求啟動特性好，在不大范圍內(nèi)平滑調(diào)速的設(shè)備，一般應選用繞線式異步電動機。（3）有特殊要求的設(shè)備，則選用特殊結(jié)構(gòu)的電動機，如升降設(shè)備可選用錐型轉(zhuǎn)子制動電動機。第四節(jié)三相異步電動機的選擇與安裝3.電動機容量的選擇（1）長期運行的電動機容量的選擇a.在恒定負載下長期運行的電動機容量應等于生產(chǎn)機械所需要的功率。b.在變動負載下長期運行的電動機，采用等效恒定負載法去選擇容量。

（2）短時間運行電動機容量的選擇電動機在短時間運行時，在不超過溫升限值下，可以允許過載。工作時間越短，允許過載量越大，但過載量必須小于電動機的最大轉(zhuǎn)矩。（3）重復短時運行電動機容量的選擇在工作中電動機的運轉(zhuǎn)與停機相互交替，周期性重復工作時間短，停機時間長，應選用專門用于重復短時運轉(zhuǎn)的JZR和JZ系列交流異步電動機。其容量也可應用等效負載法來選擇。第四節(jié)三相異步電動機的選擇與安裝4.電動機轉(zhuǎn)速的選擇

電動機的額定轉(zhuǎn)速通常根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而定。當功率一定時，電動機轉(zhuǎn)速越低則電動機尺寸越大，價格越高，效率也較低。因此，無特殊要求，應考慮選用高速電動機，再另配減速器。

5.電動機防護型式的選擇（1）開啟式電動機只能在干燥和清潔的工作環(huán)境下使用；（2）防護式電動機有