电动机的安全

张荣梅张荣梅电动机的安全

第16章异步电动机

1.三相异步电动机的构造与工作原理

2.三相异步电动机的起动、调速和制动

3.三相异步电动机的铭牌和技术数据

第16章异步电动机

4.三相电动机的保护

5.电动机的运行、维护与故障排除

6.单相异步电动机电动机的分类

一三相异步电动机的结构1.定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2

V1----V2W1----W2

三相绕组机壳（包括端盖和机座）铸钢或铸铁作用：产生旋转磁场。动画V’VW’U’UW三相异步机的结构定子转子图6-2定子的硅钢片

图6-3装有三相绕组的定子定子铁芯冲片定子绕组

绕电动机联结成Ｙ或△接法。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。鼠笼式绕线式转轴：固定转子铁心和传递功率，一般用中碳钢制成。转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。(2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。异步电动机转子转子：转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。

绕线式转子鼠笼式转子转子绕组的结构形式转子绕组绕线式鼠笼式转子铁芯绕线式电动机转子异步电动机的转动原理二、旋转磁场

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ1.旋转磁场的产生o规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。U1V2W1V1W2U2(•)电流出()电流入oUioUi600三相电流合成磁场的分布情况：ωt=0°ωt=60°ωt=120°ωt=180°结论：定子绕组通入三相电流，定子内产生旋转磁场电流变化一周，磁场旋转3600(p=1）。AU2U1V1W2V2W1AU2U1V1W2V2W1取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线(电路如图)U1U2W1W2V1V2n13.旋转磁场的极对数P若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的首端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关oUi极对数四极旋转磁场在电流变化一周时，旋转磁场在空间旋转180°。4.旋转磁场的转速旋转磁场转速n1与定子电流频率f1、磁极对数p有关。异步电动机转速和极对数的对应关系（f1=50Hz)p1234n1(r/min)300015001000750三、三相异步电动机的转动原理1.转动原理U1U2V2W1V1W2定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF转子产生感生电流

二、电动机的工作原理定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场转子受电磁力矩于是转子顺旋转磁场转动

2.转差率但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机异步电动机运行中:转子转速转差率s异步电动机的转速转子的转速总是小于同步转速，因此称“异步”通常转速为同步转速的91~99%

转向与旋转磁场的转向相同例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：p=3额定转差率为由于电动机的额定转速应接近且略小于同步转速n1，而n1对应于磁极对数p有一系列固定值。所以，n1=1000r/min,即

例一台三相四极50Hz异步电动机，已知额定转速为1440r/min。求额定转差率SN。解该电动机的同步转速为因而电动机的额定转差率为单相电动机的结构与原理一、工作原理定子转子定子绕组定子中通入单相交流电后，形成脉动磁场。单相异步电动机的定子绕组为单相绕组，由单相电源供电，转子大多数为鼠笼式转子。

脉动磁场的特点是：其轴线在空间保持不变；各点的磁场在空间上按正弦规律分布；各点的磁场随电流的交变在时间上也按正弦规律变化。ADCB单相异步电动机的特点：（1）自身没有起动转矩....转子导条及电流（2）转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。

1）单相电容分相式电动机

W:工作绕组AST：起动绕组B串CS：离心开关起动时开关S闭合，使两绕组电流相位差约为90°，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断。工作原理~SDCWSTABt00450900i1i2NSABANSBANSBt=00t=450t=900i1=Imsinti2=Imsin(t+900)A绕组B绕组旋转90°旋转45°2）单相电容运转电动机3）单相双值电容电动机4）单相电阻分相式电动机2．单相罩极式异步电动机2、罩极式单相电机定子磁极转子短路环定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。图中电机的转动方向：方向由未罩部分向被罩部分旋转（顺时针旋转）。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。当三相异步电动机断了一根电源线时，会有什么后果？讨论：ABC1、此时接通电源，会怎样？2、如果运行中断一线，会怎样？三相异步电动机在运行中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象，为此应该有过载保护。三相异步电动机若在起动前有一相断电，和单相电机一样将不能起动。此时只能听到嗡嗡声，使电动机过热而烧毁，必须赶快排除故障。ABC16.2三相异步电动机的铭牌和技术数据

三相异步电动机的铭牌型号Y160M-6功率7.5kW频率50Hz电压380V电流17A接法△转速970r/min绝缘等级B工作方式连续年月编号××电机厂1.型号

磁极数(极对数p=3)例如：Y160M－6

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。由汉语拼音字母、国际通用符号和阿拉伯数字组成。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机（S-短机座；M-中机座；L-长机座）异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结3.电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。电动机在额定运行时定子绕组按铭牌上规定的接法连接时应加的线电压值。4.功率与效率

鼠笼电机

=72~93％额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。5.电流例如：Y/6.73/11.64A

表示Y联结下电机的线电流为6.73A；联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。电机电流估算口诀:380V电压,一个千瓦2安培电压1140,三个千瓦2安培选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。6.功率因数PN三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。P2cosO8.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。如：n

N=1440转/分

sN=0.047.额定频率

9.温升及绝缘等级绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。温升是电动机运行时绕组温度允许高出周围环境温度的数值。绝缘等级及极限工作温度

绝缘等级AEBFHC极限工作温度（。C)105120130155180>180表中极限工作温度是指电动机运行时绝缘材料的最高允许温度。工作方式即电动机的运行方式。按负载持续时间的不同分成三种工作方式：

连续工作制:代号S1短时工作制:代号S2断续周期工作制:代号S3

10.定额(工作方式)TO11.启动能力与过载能力NT启动转矩倍数

TST/TN过载能力

Tmax/TN电动机转速为零(静止)加上额定电压时的线电流,称起动电流。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的4~7倍。12.起动电流16.3三相异步电动机的起动、调速和制动起动：从异步电动机接入电源，转子开始转动到稳定运转的过程。一、三相异步电动机的起动起动问题：起动电流大，起动转矩小。

原因：起动时，n=0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子电流定子电流

16.3三相异步电动机的起动、调速和制动一、三相异步电动机的起动大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：起动方法：(1)直接起动

二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。(2)降压起动：（适用于鼠笼式电动机）(3)转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）星形-三角形(Y－)换接起动自耦降压起动定子串电抗器起动1.直接起动直接起动线路

能否直接起动的经验公式：串电抗器起动2.降压起动（1）定子串电抗器起动这种起动方法是在电动机定子绕组的电路中串入一个三相电抗器，其接线如图4-20所示。其目的就是要减小起动电流，但同时也限制了起动转矩，因此只适用于轻载或空载情况下起动。(2)Y－换接起动

降压起动时的电流为直接起动时的+－

起动U1U2V1V1W1W2+－正常运行U1U2V1V2W1W2Y-△起动线路图

(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。

(b)Y－换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y-换接起动应注意的问题(2)自耦降压起动L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦变压器，降压起动。Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。合刀闸开关QQ2

自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成Y形不能采用Y－起动的鼠笼式异步电动机。自耦变压器上备有抽头，以便根据所要求的起动转矩来选择不同的电压。如QJ3型的抽头比(U2/U1)为40%、60%、80%。自耦变压器降压起动的优点是不受电动机绕组接线方法的限制，可按照允许的起动电流和所需的起动转矩选择不同的抽头，常用于起动容量较大的电动机。其缺点是设备费用高，不宜频繁起动。RRR滑环电刷定子转子起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。起动电阻2.绕线式电动机转子电路串电阻起动•三相绕线型异步电动机的起动

1．转子串电阻起动2．转子串频敏变阻器起动

若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。TO转子电路串电阻起动的特点

方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机正转电动机反转3.三相异步电动机的反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~二、三相异步电动机的调速1.变频调速(无级调速)

f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~三种电气调速方法

变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，并具有硬的机械特性,因而正获得越来越广泛的应用，其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。2.变极调速(有级调速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS串联A1X1A2X2ii••P=1采用变极调速方法的电动机称作多速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。A1··A2X1X2SN并联双速电动机接线图低速高速注意：为变速前后转向不变，三相电源应换相。注意：为变速前后转向不变，三相电源应换相。To3.变转差率调速

(无级调速)

变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。nn'••TLTLs

´s••Tso三、三相异步电动机的制动制动方法机械制动：加机械抱闸电气制动能耗制动反接制动发电反馈制动1.能耗制动

在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。制动电磁铁

闸瓦制动器电磁制动器由于该制动方法是把电动机的旋转动能转变为电能消耗在转子电阻上，故称能耗制动。能耗制动能量消耗小，制动平稳，无冲击，但需要直流电源，主要应用于要求平稳准确停车的场合。2.反接制动停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。

运转制动在制动转矩的作用下，电动机的转速很快下降到零。应当注意，当电动机的转速接近于零时，应及时切断电源，以防电动机反转。反接制动线路简单，制动力大，制动效果好，但由于制动过程中冲击大，制动电流大，不宜在频繁制动的场合下使用。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成，引起。注意：3.发电反馈制动

当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子Tn0n>n016.5电动机的选择确定电动机的

额定电压、额定转速、结构型式额定容量1.功率(容量)的选择对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。短时工作的电动机,所选功率可等于或略小于生产机械的功率。(2)在机械特性方面所选用的电动机应满足被拖动生产机械提出的要求。一般尽可能选用鼠笼式电动机。只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场合才选用绕线式电动机。

3.结构型式的选择

根据工作环境的条件选择不同的结构型式

4.电压的选择根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。Y系列鼠笼电动机的额定电压只有380V一个等级。大功率电动机才采用3000V和6000V。常用电气保护环节

常用电气保护环节

保护环节名称故障原因采用的保护元件短路保护电源负载短路熔断器、低压断路器过流保护错误起动、过大的负载转矩频繁正反向起动过电流继电器过载保护长期过载运行热继电器、热敏电阻、低压断路器、热脱扣装置电压异常保护电源电压突然消失、降低或升高零电压、欠电压、过电压继电器或接触器、中间继电器弱磁保护直流励磁电流突然消失或减小欠电流继电器超速保护电压过高、弱磁场过电压继电器、离心开关、测速发电机

图2-27的电气控制线路中集中

电动机的短路保护

1.熔断器电流选择电动机额定电流的1.5~2.5倍2.自动空气开关动作电流整定为电动机起动电流的1.2倍

电动机的过载保护1.热继电器（三角形联接的绕组应带断相保护,实现过载与缺相双重保护

）2.过电流继电器

电动机的电压异常保护

1）失压保护

采用接触器和按钮控制的起动

采用专门的零电压继电器

2）欠电压保护

采用欠电压继电器3）过电压保护电磁线圈两端并联一个电阻、电阻串电容或二极管串电阻，以形成一个放电回路，实现过电压保护。5.弱磁保护

直流电动机在一定磁场强度下才能起动，如果磁场过弱，电动机起动电流就会很大。当直流电动机运行过程中磁场突然减弱或消失，其转速就会迅速升高，甚至发生“飞车”，因此需采用弱磁保护。

弱磁保护是通过电动机励磁回路中串接欠电流继电器，一旦励磁电流消失或降低过多，欠电流继电器释放，其触头切断接触器线圈，使主电路中的电动机电源切断而停转。16.4三相异步电动机的运行与维护其功率随环境温度适当变化一、异步电动机的运行各部位温度及温升不得超过规定值电动机电压变动不得超过-5%～10%额定值