电工学-第五章第二节-三相异步电动机

§5-2三相异步电动机异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式、绕线式异步电动机。作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60％多。概述特点转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理。应用

由于异步电动机生产量大,使用面广,要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列；此外还有若干派生系列（在基本系列基础上作部分改变导出的系列）、专用系列（为特殊需要设计的具有特殊结构的系列）。

异步电动机的种类繁多，有防爆型三相异步电动机、ys系列三相异步电动机、y、y2系列三相异步电动机、YVP系列变频调速电动机等等.新中国第一台异步电动机于50年代初在合肥工业大学诞生。

异步电动机上一页下一页返回上一页下一页返回防爆式上一页下一页返回绕线式异步机上一页下一页返回定子铁芯及定子绕组定子端盖及轴承端盖及轴承转子转子铁芯及转子绕组接线盒机壳及底座三相异步电动机的结构下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。三相异步电动机的结构

1．定子部分

定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。（1）外壳三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。定子绕组上一页下一页返回上一页下一页返回（2）定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。（a）定子铁心（b）定子冲片

定子铁心及冲片示意图（3）定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。这六个出线端在接线盒里的排列如图所示，可以接成星形或三角形。（a）星形连接（b）三角形连接

定子绕组的联结示意图

2．转子部分

（1）转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。（2）转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。①绕线形绕组与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见右图。1—集电环；2—电刷；3—变阻器

绕线形转子与外加变阻器的连接转子铁芯槽嵌放导体线圈）转子上一页下一页返回转子上一页下一页返回②转子绕组在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图（a）所示。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。

转子绕组3．其他部分

其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。三相异步电动机的工作原理

在定子绕组中，通入三相交流电所产生的旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用产生的电磁力形成电磁转矩，驱动转子转动，从而使电动机工作。空间120度对称分布的三相绕组通过三相对称的交流电流时，产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距；·某相绕组中电流达到最大值时，磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。（1）旋转磁场的产生旋转磁场二极旋转磁场▲极对数（p）的概念：（2）旋转磁场的转速旋转磁场转速

n0

—同步转速如何改变旋转磁场的转速？

以Y型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右下图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为1。即p=1U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W1W2i2i1i3

以Y型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。按下图放入定子槽内.

形成的磁场则是两对磁极。即p=2

U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3i3W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i2三相绕组四极旋转磁场电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1时：电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(25×60)周p=2时：三相异步电动机的同步转速600pfn=min）r/(

p123456n0/(r/min)300015001000750600500f=50Hz时,不同极对数时的同步转速如下:同步转速p为任意值时：旋转方向：取决于三相电流的相序。（3）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：U1V1W1◆

与三相绕组中的三相电流的相序：L1→

L2→

L3一致。U1U2V1V2W2W1i1i2L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3ImOti3三相异步电动机的极数三相异步电动机定子产生旋转磁场的磁极个数，称为极数对于每相只有一个线圈的电动机，绕组始端之间相差120°的空间角，则产生的旋转磁场只有一对磁极。磁极对数用p表示，则p=1。若每相定子绕组由两个线圈串联组成(如图所示)，则绕组始端之间相差60°空间角，因而旋转磁场具有两对磁极，p=2ABCXA´X´B´Y´YZZ´C´AXX´A´BCY´Z´ABCXA´X´B´Y´YZZ´C´转子P=2

磁场位置(t=0)三相异步电动机的转速

电动机的转速是与旋转磁场有关的。而磁场极数不同则磁场的转速就不同，在一对磁极的情况下，交流电经历一个周期磁场恰好在空间转过一圈，若定子电流的频率为f1，旋转磁场在每分钟将转过60f1周。当磁极对数为p时，磁场的转速为在我国(f1=50Hz)，磁极对数为p的磁场转速n0为123456300015001000750600500▲电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但n<n0电动机转速n，旋转磁场的转速为n0转差率

:起动时:n=0，s=1额定运行时:s=0.01~0.09称异步电动机或感应电动机电机旋转的方向

转子旋转的方向与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。改变旋转磁场的转向上一页下一页返回上一节下一节三相异步电动机铭牌识读1.型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机

电动机的铭牌上一页下一页返回异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线型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、JQO上一页下一页返回上一节下一节2.接法定子三相绕组的联接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y联结

联结W2U2V2V1W1U1接线盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接电源W1U1V1W2U2V2接电源上一页下一页返回上一节下一节3.额定电压例如：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。

说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。上一页下一页返回上一节下一节4.额定电流例如：Y/

6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为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。上一页下一页返回上一节下一节

5.额定功率与效率

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。鼠笼电机

=72~93％注意：实用中应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。

P2cos

O上一页下一页返回上一节下一节8.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)。上一页下一页返回上一节下一节绝缘等级

A

E

B

F

H极限温度℃

105

120

130

155

1807.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。9.工作方式分为三种基本方式：连续运行、短时运行和断续运行。10.防护等级外壳防护等级（IP代码），指电气设备（额定电压≤72.5kV）的外壳

第一位特征数字防止固定导体异物进入

0

无防护，

1

固定异物直径大于50mm

，

2

固定异物直径大于12mm

，3

固定异物直径大于2.5mm

，

4

固定异物直径大于1.0mm

，5

防尘，

6

尘密。

第二位特征数字防止进水造成有害影响

0

无防护

，

1

垂直滴水，

2

倾角75-90°滴水

，

3

淋水，

4

溅水

，

5防喷射水

，6

防止大浪的侵入，

7

短时间侵水

8

连续侵水

。

上一页下一页返回三相异步电动机的使用1、启动前的准备和检查

(1)检查电动机和启动设备接地是否可靠和完整，接线是否正确与良好.(2)检查电动机铭牌所示额定电压，额定频率是否与电源电压、频率相符合(3)新安装或者长期停用的电动机(停用三个月以上)，启动前应检查绕组相对相、相对地的绝缘电阻值。(用1000伏兆欧表测量)。绝缘电阻应该大于0.5兆欧。如果低于这个值，应该将绕组烘干。

(4)对绕线型转子应该检查其集电环上的电刷以及提刷装置是否能正常工作，电刷的压力是否能符合要求。电刷压力为1.5N/cm-2.5N/cm。(5)检查电动机的转子转动时候灵活可靠，滑动轴承内的油时候达到规定的油位。(6)检查电动机所用的熔断器的额定电流是否符合要求。(7)检查电动机的各个紧固螺栓以及安装螺栓是否牢固并符合要求。上一页返回2、运行中的维护

三相异步电动机运行时，值班人员每班应检查一次，检查项目如下：（1）电流是否超过允许值，有无增大或者减小现象。（2）轴承应无异常声音，润滑情况应正常，油量应充足，油环转动应灵活。（3）外壳和轴承的温度是否正常，没有烫手感为正常，否则为过热。滑动轴承温度不应超过80℃,滚珠轴承温度不应该超过100℃。

（4）震动是否正常，其标准应符合：转速3000r/min，振动不超过0.06mm，转速1500r/min，振动不超过0.10mm，转速1000r/min，振动不超过0.13mm，转速750r/min，振动不超过0.16mm。（5）电缆头是否漏油以及外壳接地是否牢固。

异步电动机常见故障及处理方法三相异步电动机应用广泛，但通过长期运行后，会发生各种故障，及时判断故障原因，进行相应处理，是防止故障扩大，保证设备正常运行的一项重要的工作。一、通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。

1．故障原因①电源未通（至少两相未通）；②熔丝熔断（至少两相熔断）；③过流继电器调得过小；④控制设备接线错误。

2．故障排除①检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；②检查熔丝型号、熔断原因，换新熔丝；③调节继电器整定值与电动机配合；④改正接线。

、

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二、通电后电动机不转，然后熔丝烧断

1．故障原因

①缺一相电源，或定干线圈一相反接；

②定子绕组相间短路；③定子绕组接地；④定子绕组接线错误；⑤熔丝截面过小；⑤电源线短路或接地。

2．故障排除①检查刀闸是否有一相未合好，可电源回路有一相断线；消除反接故障；②查出短路点，予以修复；③消除接地；④查出误接，予以更正；⑤更换熔丝；⑥消除接地点。上一页返回三、通电后电动机不转有嗡嗡声

l．故障原因①定、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；③电源回路接点松动，接触电阻大；④电动机负载过大或转子卡住；⑤电源电压过低；⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬；⑦轴承卡住。

2．故障排除①查明断点予以修复；②检查绕组极性；判断绕组末端是否正确；③紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；④减载或查出并消除机械故障，⑤检查是还把规定的面接法误接为Y；是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正，⑥重新装配使之灵活；更换合格油脂；⑦修复轴承。

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四、电动机起动困难，额定负载时，电动机转速低于额定转速较多

1．故障原因①电源电压过低；②Δ接法电机误接为Y；③笼型转子开焊或断裂；④定转子局部线圈错接、接反；③修复电机绕组时增加匝数过多；⑤电机过载。

2．故障排除①测量电源电压，设法改善；②纠正接法；③检查开焊和断点并修复；④查出误接处，予以改正；⑤恢复正确匝数；⑥减载。返回分析与思考题集上一题下一题五、电动机空载电流不平衡，三相相差大

1．故障原因①重绕时，定子三相绕组匝数不相等；②绕组首尾端接错；③电源电压不平衡；④绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。2．故障排除①重新绕制定子绕组；②检查并纠正；③测量电源电压，设法消除不平衡；④峭除绕组故障。返回分析与思考题集上一题下一题六、电动机空载，过负载时，电流表指针不稳，摆动

1．故障原因①笼型转子导条开焊或断条；②绕线型转子故障（一相断路）或电刷、集电环短路装置接触不良。2．故障排除①查出断条予以修复或更换转子；②检查绕转子回路并加以修复。返回分析与思考题集上一题下一题七、电动机空载电流平衡，但数值大

1．故障原因①修复时，定子绕组匝数减少过多；②电源电压过高；③Y接电动机误接为Δ；④电机装配中，转子装反，使定子铁芯未对齐，有效长度减短；⑤气隙过大或不均匀；⑥大修拆除旧绕组时，使用热拆法不当，使铁芯烧损。2．故障排除①重绕定子绕组，恢复正确匝数；②设法恢复额定电压；③改接为Y；④重新装配；⑤更换新转子或调整气隙；⑥检修铁芯或重新计算绕组，适当增加匝数。返回分析与思考题集上一题下一题

八、电动机运行时响声不正常，有异响

1．故障原因①转子与定子绝缘纸或槽楔相擦；②轴承磨损或油内有砂粒等异物；③定转子铁芯松动；④轴承缺油；⑤风道填塞或风扇擦风罩，⑥定转子铁芯相擦；⑦电源电压过高或不平衡；