第6章交流电动机

第6章交流电动机

6.1

三相异步电动机的基本结构

6.2

三相异步电动机的工作原理

6.3

三相异步电动机的机械特性

6.4

三相异步电动机的运行

6.5

三相异步电动机的使用

6.6

三相异步电动机的维护保养

6.7

单相异步电动机本章小结

6.1

三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的结构比较简单，工作可靠，维修方便。它主要由定子和转子两大部分组成，还包括机壳和端盖等。如果是封闭式电动机，则还有起冷却作用的风扇及保护风扇的端罩。三相异步电动机的外形如图6.1(a)所示，内部结构如图6.1(b)所示。图6.1三相异步电动机结构示意图6.1.1定子结构

三相异步电动机的定子主要是由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度。中小型三相异步电动机的机座和端盖多采用铸铁制造，如果是封闭式电动机，外壳的表面铸有散热片，用来散发电动机工作时内部产生的热量。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心一般是用0.5mm厚的D22—D24硅钢片用成型的模具一片一片冲出的，然后叠压制成。这些硅钢片被称为定子冲片。铁心的作用是导磁，定子铁心内圆上槽是用来嵌放定子绕组的。三相异步电动机的定子结构如图6.2所示。图6.2

三相异步电动机的定子结构1.定子铁心硅钢对于小容量电动机，由于片间的涡流电压较小，因此利用硅钢片本身的氧化层电阻即可减小涡流损耗；对于容量较大的电动机，片间涡流电压较大，必须在硅钢片两面涂以绝缘漆，以减小涡流损耗。硅钢片一般厚度为1mm，当铁心冲片外径小于1m时，冲片可冲成整圆形，如图6.3（b）所示；当冲片外径大于1m时，可冲成扇形，如图6.3(c)所示。定子铁心叠成后，其内圆形成一个槽形，可以安放定子绕组，定子槽形有半闭口槽、半开口槽和开口槽三种，如图6.3所示。

图6.3

定子铁心硅钢片2.三相定子绕组的接法定子绕组分布在定子铁心的槽内，小型电动机的定子绕组通常用漆包线绕制，三相绕组在定子内圆周空间彼此相隔120°，共有六个出线端，分别引至电动机接线盒的接线柱上。三相定子绕组可以连接成星形，如图6.4(a)所示；或三角形，如图6.4(b)所示。其接法根据电动机的额定电压和三相电源电压而定，通常三个绕组的首端分别用U1、V1、W1表示，末端分别用U2、V2、W2表示。图6.4

三相定子绕组的接法6.1.2转子结构

三相异步电动机的转子主要是由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心也用0.5mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。其外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。异步电动机按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。绕线式转子的绕组和定子绕组一样，也是三相绕组，绕组的三个末端接在一起（Y型），三个首端分别接在转轴上三个彼此绝缘的铜制滑环上，再通过滑环上的电刷与外电路的变阻器相接，以便调节转速或改变电动机的起动性能。鼠笼式异步电动机由于具有结构简单，工作可靠，维修方便等优点，得到了广泛的应用。绕线式异步电动机与鼠笼式异步电动机比较，绕线式异步电动机结构复杂、成本高，但它具有较好的起动和调速性能，一般用在特殊需要的场合。

1.绕线式转子绕线式转子如图6.5(a)所示，绕线式转子的等效电路如图6.5(b)所示。绕线式异步电动机由于其结构复杂，价位较高，所以通常用于起动性能或调速要求高的场合。图6.5

绕线式转子2.鼠笼式转子鼠笼式转子绕组是在转子铁心槽内插入铜条，两端再用两个铜环焊接而成的。若把铁心拿出来，整个转子绕组外形很像一个鼠笼，故称鼠笼式转子。对于中小功率的电机，目前常用铸铝工艺把鼠笼式绕组及冷却用的风扇叶片铸在一起。鼠笼式铜条转子如图6.6(a)所示，鼠笼式铸铝转子如图6.6(b)所示。虽然绕线式异步电动机与鼠笼式异步电动机的结构不同，但它们的工作原理是相同的。图6.6

鼠笼式转子

6.2

三相异步电动机的工作原理三相异步电动机是根据磁场与载流导体相互作用产生电磁力的原理而制成的。要了解其作用原理，必须首先理解旋转磁场的产生及其性质。

6.2.1旋转磁场1.旋转磁场的产生

图6.7(a)为最简单的三相异步电动机的定子，三相定子绕组对称放置在定子槽中，即三相绕组首端U1、V1、W1（或末端U2、V2、W2）的空间位置互差120°若三相绕组连接成星形，末端U2、V2、W2相连，首端U1、V1、W1接到三相对称电源上，如图6.7(b)所示。

图6.7

三相定子绕组作星形连接三相电流的波形如图6.8所示。图6.8

三相电流的波形

当三相电流流入定子绕组时，各相电流的磁场为交变、脉动的磁场，而三相电流的合成磁场则是一旋转磁场。为了说明问题，在图6.8中选择几个不同瞬间，来分析旋转磁场的形成。(1)t=0瞬间（iU=0；iV为负值；iW为正值）：此时，U相绕组（U1U2绕组）内没有电流；V相绕组（V1V2绕组）电流为负值，说明电流由V2流进，由V1流出；而W相绕组（W1W2绕组）电流为正，说明电流由W1流进，由W2流出。运用右手螺旋定则，可以确定这一瞬间的合成磁场如图6.9(a)所示，为一对极(两极)磁场。(2)t=T/6瞬间（iU为正值；iV为负值；iW=0）：U相绕组电流为正，电流由U1流进，由U2流出；V相绕组电流未变；W相绕组内没有电流。合成磁场如图6.9（b）所示，同t=0瞬间相比，合成磁场沿顺时针方向旋转了60°。(3)t=T/3瞬间（iU为正值；iV=0；iW为负值）：合成磁场沿顺时针方向又旋转了60°，如图6.9（c）所示。(4)t=T/2瞬间（iU=0；iV为正值；iW为负值）与t=0瞬间相比，合成磁场共旋转了180°，如图6.9（d）所示。

图6.9

两极旋转磁场由此可见，随着定子绕组中三相对称电流的不断变化，所产生的合成磁场也在空间不断地旋转。由上述两极旋转磁场可以看出，电流变化一周，合成磁场在空间旋转360°（一转），且旋转方向与线圈中电流的相序一致。

四极定子绕组以上分析的是每相绕组只有一个线圈的情况，产生的旋转磁场具有一对磁极。旋转磁场的极数与定子绕组的排列有关。如果每相定子绕组分别由两个线圈串联而成，如图6.10

所示，其中，U相绕组由线圈U1U2和U1′U2′串联组成，V相绕组由V1V2和V1′V2′串联组成，W相绕组由W1W2和W1′W2′串联组成，当三相对称电流通过这些线圈时，便能产生两对极旋转磁场（四极）。

图6.10

四极定子绕组当t=0时，iU=0；iV为负值；iW为正值。即U相绕组内没有电流；V相绕组电流由V2′流进，由V1′流出，再由V2流进，由V1流出；W相绕组电流由W1流进，由W2流出，再由W1′流进，由W2′流出。此时，三相电流的合成磁场如图6.11(a)所示。图6.11(b)、(c)、(d)分别表示当t=T/6、t=T/3、t=T/2时的合成磁场。从图6.11不难看出，四极旋转磁场在电流变化一周时，旋转磁场在空间旋转180°。图6.11

四极旋转磁场2.旋转磁场的转速当旋转磁场具有P对磁极时，电流变化一周，其旋转磁场就在空间转过1/p转。转速是以每分钟的转数来表示的，所以旋转磁场转速的计算公式为

(6.1)式中为旋转磁场的转速，又称为同步转速，单位为转/分(r/min)；为定子电流的频率(交流电源的频率)，单位为Hz；P为旋转磁场的极对数。国产的异步电动机，定子绕组的电流频率为50Hz，所以不同极对数的异步电动机所对应的旋转磁场的转速也就不同，异步电动机转速和极对数的对应关系见表6.1。表6.1异步电动机转速和极对数的对应关系

P123456n0(r/min)3000150010007506005003.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向与电流的相序一致，例如图6.7或图6.10

中电流的相序为U-V-W，则磁场旋转的方向为顺时针。必须指出，电动机三相绕组的任一相都可以是U相（或V相、W相），而电源的相序总是固定的（正序）。因此，如果我们将三根电源线中的任意两根（如U和V）对调，也就是说，电源的U相接到V相绕组上，电源的V相接到U相绕组上，在V相绕组中，流过的电流是U相电流iU，而在U相绕组中，流过的是V相电流iV，这时，三相对称的定子绕组中电流的相序为U-W-V（逆序），所以旋转磁场的转向也变为逆时针了。6.2.2三相异步电动机的转动原理

1.转动原理当电动机的定子绕组通以三相交流电时，便在气隙中产生旋转磁场。设旋转磁场以的速度顺时针旋转，则静止的转子绕组同旋转磁场就有了相对运动，从而在转子导体中产生了感应电动势，其方向可根据右手定则判断（假定磁场不动，导体以相反的方向切割磁力线）。如图6.12所示，可以确定出上半部导体的感应电动势垂直纸面向外，下半部导体的感应电动势垂直于纸面向里。由于转子电路为闭合电路，在感应电动势的作用下，产生了感应电流。由于载流导体在磁场中要受到力的作用，因此，可以用左手定则确定转子导体所受电磁力F的方向如图6.12所示。这些电磁力对转轴形成电磁转矩，其作用方向同旋转磁场的旋转方向一致。这样，转子便以一定的速度沿旋转磁场的旋转方向转动起来。从上面的分析可以知道，异步电动机电磁转矩的产生必须具备下列条件：①气隙中有旋转磁场；②转子导体中有感应电流。不难知道，在三相对称的定子绕组中通以三相对称的电流就能产生旋转磁场，而闭合的转子绕组在感应电动势的作用下能够形成感应电流，从而产生相应的电磁力矩。如果旋转磁场反转，则转子的旋转方向也随之改变。电动机不带机械负载的状态称为空载。这时负载转矩是由轴与轴承之间的摩擦力及风阻力等造成的，称为空载转矩，其值很小。这时电动机的电磁转矩也很小，但其空载转速很高，接近于同步转速。

2.转差率S

电动机总是以低于旋转磁场的转速转动，即n<n0，这就是“异步电动机”名称的由来。异步电动机的同步转率n0与转子转速n之差(n0−n)称为转速差。转速差(n0−n)与n之比称为异步电动机的转差率，用S表示。

(6.4)式(6.4)也可以写为n=(1–S)n0

转差率是分析异步电动机运转特性的一个重要参数。在电动机起动瞬间，n=0，S=1；当电动机转速达到同步转速（为理想空载转速，电动机实际运行中不可能达到）时，，S=0。由此可见，异步电动机在运行状态下，转差率的范围为0＜S＜1；在额定状态下运行时，S=0.02～0.06。

例6.1

一台三异步电动机，已知额定转速为970r/min，电源频率为50Hz。试求动机电的磁对数P和额定负载时的转差率。解因为三异步电动机的额定转速接近于且略小于该电动机的同步转速，故从表6.1可到该电动机的同步转速为

n0=1000r/min

由式(6.1)可得电动机的磁对数为

额定负载时的转差率为

6.3

三相异步电动机的机械特性研究机械特性的目的是为了分析电动机的运行性能。由异步电动机的结构可知，异步电动机的定子和转子是两个相互独立的电路，它们之间没有电的直接联系，只有磁的联系。这与变压器非常相似，定子绕组相当于变压器的原边，转子绕组相当于变压器的副边，因此，电动机的运行情况可以与变压器相似的方法进行分析。6.3.1三相异步电动机的功率三相电源输入功率，即三相异步电动机的输入功率为三相异步电动机的输出功率为机械功率，即电动机轴上输出功率。三相异步电动机的输入功率P1与输出功率P2之差称为三相异步电动机的损耗功率，即

电动机的效率我们把三相异步电动机的输出功率P2与输入功率P1之比再乘以百分数，称为电动机的效率，即

(6.5)三相异步电动机在空载或轻载运行时，效率很低；负载增加，效率随着增加。通常电动机所带负载为额定功率的75%左右时，电动机的效率最高。一般鼠笼式三相异步电动机在额定负载运行时，其效率在74%～96%之间。例6.2

某三相异步电动机的额定功率为10kW，额定电流及20.7A，额定电压为380V，效率为86%，采用星形连接，求电动机的额定功率因数。解根据式(6.5)有

又因为电动机的输入功率为

因此，电动机的额定功率因数为6.3.2电磁转矩前面讲过，电动机的电磁转矩是由转子感应电流和旋转磁场相互作用而产生的，可以推导证明电磁转矩的大小与转子感应电流的有效值I2和旋转磁场的每极磁通成正比，即

T=KTΦI2cos

(6.6)式(6.6)中，KT为异步电动机的转矩系数，与电动机结构有关；Φ为旋转磁场的每极磁通，单位为Wb；电流的单位为A，所以电磁转矩的单位为牛.米(N·m)。

式(6.6)不能直接反映三相异步电动机电磁转矩与电源电压、电机一些参数之间的关系。为了进一步对电磁转矩进行分析，经过理论推导，还可以得到如下的表达式：

(6.7)式中K是与电动机结构和电源频率有关的常数；U1为定子绕组的相电压，即外加电源的电压；S为电动机的转差率；R2和X20分别为转子每相的电阻和静止时的感抗，它们通常也是常数。因此，当三相异步电动机的外加定子电压及频率不变，转差率S变化时，电磁转矩T的变化规律曲线T=f(S)称为电磁转矩特性曲线。取不同R2

绘制出来的转矩曲线如图6.13所示。

图6.13不同转子电阻时的转矩曲线6.3.3机械特性曲线在电力拖动系统中，为了便于分析，通常将T=f(S)曲线改画成n=f(T)曲线，后者称为电动机的机械特性曲线，所以，电动机的机械特性就是指电动机的转速和电动机的电磁转矩之间的关系。参照图6.13(选定电阻R2)，将曲线T=f(S)中的S坐标换成转子的转速n，并按顺时针方向转过90°，再将表示T的横轴下移，即可得异步电动机的机械特性曲线n=f(T)。如图6.14所示。图6.14

三相异步电动机的机械特性曲线

下面介绍三相异步电动机机械特性曲线上的三个重要特征转矩。

1.额定转矩TN

额定转矩是指电动机在额定负载的情况下，其轴上输出的转矩。由于电机稳定运行时，其电磁转矩等于负载转矩，所以可以用额定电磁转矩来表示额定输出转矩。电动机的额定转矩可以通过电机铭牌上的额定功率和额定转速求得，即

(6.8)式中，Ω为电机的角速度，单位为rad/s；TN为输出的额定转矩，单位为N·m；PN为输出的额定功率，单位为kW；nN为输出的额定转速，单位为r/min。

为了保证电机在运行时安全可靠，不轻易停车，应使电机的带负载能力留有一定的余量，所以额定转矩一般只能为最大转矩的一半左右。

2.最大转矩Tm

最大转矩是指电动机所能提供的极限转矩，它是对应于临界转差率的临界转矩，可用数学方法求得

(6.10)最大转矩是稳定区与不稳定区的分界点，故电机稳定运行时的工作点不能下滑超过此点，否则电机将停转（堵转）。电机堵转时的电流很大，一般可达额定电流的4~7倍，将造成电机的温度升高超过允许值，若不立即采取措施，就会烧毁电动机。因此，电动机在运行中应避免出现堵转，一旦出现，立即切断电源并卸掉过多负载。通常用最大转矩与额定转矩之比来描述电机的过载情况，这个比值称为过载系数，用λ表示，即

(6.11)

过载系数是衡量电机短时过载能力和稳定运行的一个重要参数，通常在1.8～2.2之间。

3.起动转矩Tst

起动转矩是指电动机刚接通电源以后，电机尚未转动起来，即转速为n=0、转差率s=1时的电磁转矩。电机的起动转矩对应图6.14中的n=0时的转矩Tst，由式（6.7）有

(6.12)从图6.14可以看出，起动转矩大于额定转矩，它决定了该电机的起动能力。只要电动机的起动转矩大于负载转矩，电机就可加速，沿机械特性曲线上升，越过最大转矩到达稳定运行区。显然，起动转矩越大，电机的起动能力就越强，起动所需的时间也就越短。反之，若起动转矩小于负载转矩，则电机不能起动。异步电动机的起动能力用起动转矩与额定转矩的比值来表示，即

(6.13)一般鼠笼式异步电动机的起动能力较差，在0.8～2.2之间，所以有时采用轻载起动。绕线式异步电动机的转子可以通过滑环外接的电阻器来调节起动能力。起动能力也是选用电机的一个重要参数。

例6.3

已知两台异步电动机额定功率都是10kW，但转速不同。其中n1N=2930r/min，n2N=1450r/min，如果过载系数都是2.2，求它们的额定转矩和最大转矩。解

根据式（6.8）可知第一台电机的额定转矩为最大转矩为第二台电机的额定转矩为最大转矩为

6.4三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行包括电动机的起动、反转、调速和制动等。一般，对异步电动机的工作特性有很多要求，如要求起动转矩足够大，起动电流不能太大，同时要有一定的调速范围等。6.4.1三相异步电动机的起动

从异步电动机接入电源，转子开始转动到稳定运转的过程，称为起动。在起动开始的瞬间（n=0，s=1），转子和定子绕组中都有很大的起动电流。一般中、小型鼠笼式电动机的定子起动电流（线电流）大约是额定电流的4~7倍。过大的起动电流会造成输电线路的电压降增大，容易对处在同一电网中的其它电器设备的工作造成危害，例如，使照明灯的亮度减弱，使邻近异步电动机的转矩减小等。另外，虽然转子电流较大，但由于转子电路的功率因数cos很低，起动转矩并不是很大。为了改善电动机的起动过程，要求电动机在起动时既要把起动电流限制在一定数值内，同时要有足够大的起动转矩，以便缩短起动过程，提高生产效率。下面分别介绍鼠笼式电动机和绕线式电动机的起动方法。1.鼠笼式电动机的起动

鼠笼式电动机的起动方法有直接起动和降压起动两种。

(1)直接起动直接起动(又称为全压起动)，就是利用闸刀开关将电动机直接接入电网使其在额定电压下起动，如图6.15电路所示，图中FU为熔断器，起过流保护作用。这种方法最简单，设备少，投资小，起动时间短，但起动电流大，起动转矩小，一般只适用于小容量电动机（6.5

kW以下）的起动。直接起动在刚接通电源的瞬间，旋转磁场与转子间的相对转速较大，在转子中产生的感应电流和变压器的原理一样，定子电流必然很大，一般为额定电流的4~7倍。图6.15

三相异步电动机的直接起动(2)降压起动在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待起动结束时恢复到额定电压值运行，这种起动方法称为降压起动。笼型电动机的降压起动常用串电阻降压起动、星形-三角形变换连接起动和自耦降压起动等方法。降压起动的主要目的是为了限制起动电流，但同时也限制了起动转矩，因此，这种方法只适用于轻载或空载情况下起动。

①串电阻降压起动串电阻降压起动，就是电动机起动时将电阻串联在定子绕组与电源之间的起动方法，如图6.16所示。开始起动时，开关S1闭合，开关S2断开，电阻R串入定子绕组，达到降压起动的目的。起动结束后开关S2闭合，去掉起动电阻R，电动机进入正常运行状态。

②星形-三角形变换连接起动星形-三角形变换连接起动，就是电动机起动时把定子绕组连成星形，等到转速接近额定值时再换接成三角形的连接方法。图6.17是一种星三角起动器的连接简图，起动时，将手柄指向右(开关S2指向Y)，定子绕组连成星形降压起动。等电动机接近额定转速时，将手柄指向左(开关S2指向)，定子绕组换接成三角形，电动机正常运行。

图6.16

定子绕组串电阻降压起动图6.17星—三角降压起动③自耦降压起动自耦降压起动，是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低的起动方法，如图6.18所示。对容量较大或正常运行时作星形连接的电动机，可应用自耦变压器降压起动。

图6.18

自耦降压起动

在实际的自耦降压起动中，自耦变压器的副边绕组通常有三个抽头，其输出电压分别为电源电压的73%、64%、55%(或80%、60%、40%)，可以根据起动转矩的要求来选择。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。2.绕线式电动机的起动在图6.19中，3个降压电阻Rst组成一个起动变阻器。滑环、电刷与起动电阻Rst串联接成星形。起动时先把Rst旋置最大，然后再接通电源使转子开始旋转。随着转速的升高，逐渐减少Rst，当电动机接近正常运转时将Rst短路。起动完毕时，切除起动变阻器。降压电阻起动法可以提高起动转矩，减小起动电流，适用于带重负荷的电动机起动。这也是绕线式异步电动机的优点。绕线式电动机常用于要求起动转矩较大的生产机械上，如卷扬机、锻压机、起重机及转炉等。

6.19

绕线式电动机的起动线路

6.4.2三相异步电动机的反转因为三相异步电动机的转动方向是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通入三相电流的相序。因此，要改变三相异步电动机的转动方向非常容易，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调，这时接到电动机定子绕组的电流相序被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转。图6.20是电动机正反转控制的原理图。图6.20

正反转控制原理6.4.3三相异步电动机的调速在负载不变的条件下改变异步电动机的转速n叫调速。由转速公式

可知，调速有下面四种方法：

1．变频调速变频调速采用晶闸管整流器将交流电转换为直流电，再由逆变器变换为频率、电压有效值可调的三相交流电，为三相异步电动机供电，实现电动机无级调速，如图6.21所示。图6.21

变频调速通过变频器把频率为50Hz工频的三相交流电源变换成为频率和电压均可调节的三相交流电源，然后供给三相异步电动机，从而使电动机的转速得到调节。变频调速属于无级调速，具有机械特性曲线较硬的特点。近年来，交流变频调速在国内外发展非常迅速。由于晶闸管变流技术的日趋成熟和可靠，变频调速在生产实际中应用非常普遍，它打破了直流拖动在调速领域中的统治地位。交流变频调速需要有一套专门的变频设备，所以价格较高。但由于其调速范围大，平滑性好，适应面广，能做到无级调速，因此它的应用将日益广泛。2．变转差率调速在绕线式电动机的转子电路中，接入调速变阻器，由式(6.7)可知，改变转子回路电阻，就改变了转差率，从而可实现调速。这种调速方法也能平滑地调节电动机的转速，但能耗较大，效率低，目前，主要应用在起重设备中。

3．变极调速设计制造的电动机具有不同的磁极对数，根据需要改变定子绕组的连接方式，就能改变磁极对数，使电动机得到不同的转速。图6.22是一双速电机定子绕组的接法及相应的旋转磁场极对数的示意图。在图6.22中，双速电机的定子绕组采用两副三相绕组结构，每个定子绕组均由两段组成，首端空间位置彼此相差60°。当每相定子绕组都并接于电源之上时，旋转磁场为两极（一对极），如图6.22（a）所示。根据转速公式，这时的转速为n=60f1/p=60f1。当每相定子绕组都串接于电源上时旋转磁场为4极（2对极），如图6.22（b）所示。这时的转速为n=60f1/2，只有两极（一对极）旋转磁场转速的一半，这样就达到了调速的目的。图6.22

变极调速原理4．变压调速用电抗器或自耦变压器来降低定子绕组上所承受的电压，由式(6.7)可知，改变电压，就可以改变转矩，从而获得一定的调速范围。这种方法常用于拖动电机、泵类负载。家用电器中的风扇就是用这种方法调速的。6.4.4三相异步电动机的制动由于电动机转动部分有惯性，所以电动机脱离电源后，还会继续转动一段时间才能停止。为了提高生产率，保障安全，往往要求电动机在断电时能迅速停车或反转，这就需要对电动机制动。制动的方法较多，如机械制动、电气制动等。以下仅对常见的电气制动作一简要的介绍。

1．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，如图6.23(a)所示，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，反接制动原理如图6.23(b)所示。图6.23(b)中n为转子转速，为旋转磁场转速。

(a)(b)

图6.23

反接制动由于反接制动时，旋转磁场与转子的相对切割速度很大，因此电流较大。为了限制电流，对功率较大的电动机进行制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中接入电阻。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。2．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源，如图6.24(a)所示。直流电源产生的磁场是固定的，此时，由于转子的惯性而继续旋转，根据右手定则和左手定则不难确定，转子感应电流和直流磁场相互作用所产生的电磁转矩与转子转动方向相反，称为制动转矩，电动机在制动转矩的作用下就很快停止。如图6.24(b)所示。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。

图6.24

电动机的能耗制动3．发电反馈制动由于某种原因，如果转子的转速n超过了旋转磁场的转速n0（n＞n0），旋转磁场对转子的作用转矩将是反向的，如图6.25所示。这种情况下，电动机实际上已经变成了发电机，转子的动能被转换成电能反馈给电网。故将这种制动称之为发电反馈制动，简称反馈制动。

图6.25

发电反馈制动

6.5

三相异步电动机的使用6.5.1三相异步电动机的铭牌和额定值每台异步电动机的外壳上都有一块铭牌，上面标示着这台电动机的主要技术数据，使用者正确选用和维护电机。表5.1为某一台异步电动机的铭牌数据。1.型号

型号表示电动机的结构形式、机座号和极数。例如Y100L1—4中，Y表示鼠笼式异步电动机（YR表示绕线式异步电动机）；100表示机座中心高为100mm；L表示长机座(S表示短机座，M表示中机座)；1为铁心长度代号；4表示4极电动机。在电动机的铭牌上标有其主要技术数据，使用时应多加注意。表6.1

异步电动机的铭牌

三相异步电动机型号Y100L1—4功率2.2kW频率50Hz电压220/380V电流8.6/5A接法△/Y

转速1430r/min绝缘等级B工作方式连续年月日编号电机厂2.额定电压UN

额定电压是电动机定子绕组应加线电压的额定值，有些异步电动机铭牌上标有220/380V，相应的接法为△/Y。它说明当电源线电压为220V时，电动机定子绕组应接成△型；当电源线电压为380V时，应接成Y型。3.额定电流IN

额定电流是指电动机在额定运行时，定子绕组的线电流。4.额定转速nN

额定转速是指电动机额定运行时的转速。

5.额定频率

额定频率是指电动机在额定运行时的交流电源的频率，我国工频为50Hz。6.工作方式工作方式是指电动机的运行状态。根据发热条件可分为三种：S1表示连续工作方式，允许电机在额定负载下连续长期运行；S2表示短时工作方式；S3表示断续工作方式，可在额定负载下按规定周期性重复短时运行。6.

绝缘等级绝缘等级是由电动机所用的绝缘材料决定的。按耐热程度不同，将电动机的绝缘等级分为A、E、B、F、H、C等几个等级。它们允许的最高温度如表6.2所示。表6.2

电动机的绝缘等级8.温升

温升是指在规定的环境温度下，电动机各部分允许超出的最高温度。通常规定的环境温度是40℃，如果电机铭牌上的温升为70℃，则允许电机的最高温度可以是40+70=110℃。显然，电动机的温升取决于电机的绝缘材料的等级。电机在工作时，所有的损耗都会使电机发热，温度上升。在正常的额定负载范围内，电动机的温度是不会超出允许温升的，绝缘材料可保证电机在一定期限内可靠工作。如果超载，尤其是故障运行，则电机的温升超过允许值，电机的寿命将受到很大的影响。在选用电机时，除了要看电机上的铭牌数据外，还要了解电机的其他技术数据，通常可在产品资料中查到，表6.3给出一例。绝缘等级AEBFHC最高允许温度105°120°130°155°180°＞1800

表6.3

异步电动机Y160M—4的技术数据6.5.2三相异步电动机的选用常识合理选择电动机关系到生产机械的安全运行和投资效益。可根据生产机械所需功率选择电动机的容量，根据工作环境选择电动机的结构形式，根据生产机械对调速、起动的要求选择电动机的类型，根据生产机械的转速选择电动机的转速。1．功率的选择（1）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。（2）对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。

2．种类和型式的选择（1）种类的选择三相笼型异步电动机：结构简单，坚固耐用，工作可靠，价格低廉，维护方便。但调速困难，功率因数较低，起动性能差。适用于通风机、运输机、传送带、及小型机床。绕线型电动机：起动性能好，可在不大的范围内平滑调速，但价格较贵，维护亦较不方便。适用于起重机、卷扬机、锻压机及重型机床。一般应用场合应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。（2）结构型式的选择为使电动机在不同的环境中安全可靠地工作，防止电动机可能对环境造成灾害，必须根据不同的环境要求选用适当的防护型式。常见的防护型式有：开启式、防护式、封闭式和防爆式四种。3．电压的选择电压选择主要依据电动机运行场所供电网的电压等级，同时还应兼顾电动机的类型和功率。小容量的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的高压电动机。4.转速的选择

电动机的额定转速应根据生产机械的要求选定。转速高的电动机，体积小，价格便宜；而转速低的电动机，体积大，价格贵。应当本着经济的目的，结合生产机械传动机构的成本选择合适转速的电动机。

6.6

三相异步电动机的维护保养中小型三相异步电动机应用十分广泛，使用环境十分复杂，因此容易出故障，为了使电动机工作正常，延长使用寿命，除进行日常维护外，还要做好定期检修。6.6.1起动前的准备与检查

1.三相异步电动机的起动前检查（1）新安装或长期停用的电动机，在使用前应检查电动机的定子、转子绕组各相之间和绕组对地的绝缘电阻。绝缘电阻应大于下式所求得的数值

R=

式中R——电动机绕组的绝缘电阻/MΩ；UN——电动机绕组的额定电压/V；PN——电动机的额定功率/kW。

对低压电动机用500V绝缘电阻表测量，其绝缘电阻不应低于0.5MΩ，否则应对定子绕组进行干燥处理。干燥时的温度不允许超过120°C。（2）检查轴承是否有润滑油。对滑动轴承电动机，应达到规定的油位；对滚动轴承电动机，应达到规定的油量，以保证润滑。（3）检查电动机和起动设备的接线是否正确。设备的接触部位是否接触良好。接地装置是否完整和良好。电动机铭牌所标的电压、频率应与电源的电压、频率相符合。（4）对绕线转子电动机，应检查集电环上的电刷和电刷的提升机构是否处于正常工作状态，电刷压力为0.015～0.025Mpa。2.日常运行中的维护（1）电动机应定期检查和清扫，外壳不得堆积灰尘，进风口和出风口必须保持畅通无阻，要注意保持电动机内部的清洁，不允许有水滴、油污以及杂物等落入电动机内部，不得用水冲洗电动机。（2）经常检查轴承发热，漏油情况，定期更换润滑油。电动机运行时，轴承允许温度不超过95℃（温度计法），轴承每运行2500h（约半年），至少检查一次，如果发现轴承润滑脂变质，必须及时更换。每运行5000h左右，即应补充或更换润滑脂（封闭轴承在使用寿命期内不必更换润滑脂）。一般在更换润滑脂时，将轴承和轴承盖煤油清洗，然后用汽油洗干净。润滑脂一般采用锂基润滑脂（GB7324—87），2极电动机加油量为轴承净容积1/2，4极以上电动为2/3。当轴承的寿命终了时，电动机运行的振动及噪声将明显增大。检查轴承的径向游隙达到表6.4数值时，即应更换轴承。

表6.4

轴承径向游隙值

轴承内径/mm20~3035~5055~8085~120极限磨损游隙/mm0.100.150.200.30（3）监视电源电压、频率的变化和电压的不平衡度。电源电压和频率的过高或过低，三相电压的不平衡造成的电流不平衡，都可能引起电动机过热或其他不正常现象，故要求电源电压（频率为额定）与额定电压值的偏差不超过±5%。频率（电压为额定）与额定频率值的偏差不超过±1%。（4）监视电动机的负载电流。电动机发生故障时，大都会使定子电流剧增，使电动机过热。较大功率的电动机应装有电流表监视电动机的负载电流。电动机的负载电流不应超过铭牌上所规定的额定电流值。（5）注意电动机的振动、噪声和气味。电动机绕组因温度过高就会发生绝缘焦味。有些故障，特别是机械故障，很快会反映为振动和噪声，因此在闻到焦味或发现不正常的振动或碰擦声、特大的嗡嗡声或其他杂声时，应立即停电检查。（6）电动机在正常运行时的温升不应超过容许的限度，运行时应经常注意监视各部分温升情况。在冷却介质温度不超过40℃和海拔1000m处，不同绝缘等级的异步电机各部分的温升限度见表6.5。

表6.5

异步电动机各部分的温升限度

电机部件名称不同绝缘等级的温升限度／℃ＡＥＢＦＨ温度计法电阻法温度计法电阻法温度计法电阻法温度计法电阻法温度计法电阻法额定功率在5000kW及以上或铁心长度在1m及以上的交流绕组607080100125电机额定功率和铁心长度小于上项的交流绕组50606575708085100105125与绕组接触的铁心及其他部件607580100125集电环60708090100永久短路的无绝缘绕组和不与绕组接触的部件温升不应达到足以使任何相近的绝缘或其他材料有损坏危险的数值6.6.2运行中的巡视电动机在运行中要经常监视、检查运行情况，及时发现问题及时处理，减少不必要的损失。三相异步电机运行中的巡视工作主要内容是：

(1)观查电动机的温度。用手触及外壳，看电动机是否烫手过热，如发现过热，可用水在电机外壳上滴几滴，如水急剧汽化说明电动机显著过热，也可用温度计测量。如发现电动机温度过高，要立即停止运行，查明原因并处理排除故障后方能继续使用。

(2)用钳形表测量电动机的电流，对较大的电动机还要经常观察运行中电流是否三相平衡或超过允许值。如果三相严重不平衡或超过电动机的额定电流，应立即停机检修，分析原因，如是负载引起应通知有关人员处理，若是电动机本身原因引起的应及时处理。

(3)观察运行中的电动机电压是否正常。电动机电源电压过高、过低或严重不平衡，都应停机检查原因。

(4)注意电动机有无振动，响声是否正常，电动机是否有焦味，如有异常也应停机检修。(5)观查传动装置有无松动、过紧及不正常的声音，如发现问题也需要及时处理。(6)注意电动机的轴承运行声音是否正常，观察有无发热现象，润滑情况以及磨擦情况是否正常。简易方法可用长柄螺丝刀头，触及电动机轴承外的小油盖上，耳朵贴紧螺丝刀柄，细心听轴承运行中有无杂音、振动，以判断轴承运行情况。发现问题及时检修。(7)详细记录电动机运行中监视发现的情况、现象及温度和电流数据。

6.6.3定期维护三相异步电动机的定期检修内容有：外观检查；通电试运转和拆卸装洗油等。至于定期检修的周期要根据电动机的平均每天的运行时间、工作环境和使用年数而具体确定，一般每年要检修一次，如果工作环境恶劣、使用频繁，也可半年检修一次。1.电动机的外观检查（1）检查电动机是否有缺件。（2）检查电动机是否有损坏件。2.通电试运转（1）新装、长期停用或大修后的电动机，运转前应测量绕组相间和绕组对地的绝缘电阻值。通常对500V以下电机用500V兆欧表；对500—3000V电机用1000V兆欧表；对3000V以上电机用2500V兆欧表。绝缘电阻值每1000V工作电压不得小于1MΩ。380V的电机绝缘电阻值不得小于0.5MΩ。用手转动电机轴，检查转子是否能自由旋转，转动时有无异常。检查电机铭牌所示电压、功率、频率、接法、转速与电源、负载是否相符。(2)通电运转①测量电动机空载电流，并作记录。一般空载电流约为额定电流的30%—40%，详见表6.6。②根据运转情况分析和判断故障。3.电动机的洗油三相异步电动机洗油属于正常技术维护。电动机每运行2500~3000小时进行一次，高温车间电动机每年至少进行一次。洗油就是将电动机拆卸后，将转子二轴承置于柴油或汽油中，边转动边用毛刷刷干净，然后晾干，按要求注入润滑脂（习惯上也叫润滑油）即可。

使用润滑脂的方法：

电动机运行1000~1500小时后，应添加一次润滑脂。运行2500~3000小时后。应更换润滑脂。

用量:

每次不宜超过轴承盖容积的2/3，转速在2000转/分时，应减少至1/2。

轴承盒间隙中:

润滑脂注入到盒容积的1/2即可。其余部分注入到轴承盖内。更换润滑脂时，必须用汽油或柴油将轴承洗干净。

6.7

单相异步电动机单相异步电动机就是由单相电源供电的小功率异步电动机。单相异步电动机在工业上和日常生活中应用十分广泛。单相异步电动机的构造与三相异步电动机相似，也可由定子和笼型转子两个基本部分组成。由于单相异步电动机绕组通过单相交变电流，因此，电动机定子铁心只有单相绕组，所以产生的磁通是交变脉动磁通，这样，单相定子绕组的磁场不是旋转磁场，而这种磁场是不可能使转子起动旋转的，必须采取另外的起动措施。本节主要介绍单相异步电动机的基本结构、类型、工作原理及其应用等内容。6.7.1

单相电动机的