了解更多的三相異步分馬力電動機知識要點
作者：匿名 來源：本站原創(chuàng) 發(fā)布：2022年9月15日 修改：2022年9月15日 所屬分類：行業(yè)動態(tài) 訪問統(tǒng)計：2709
—、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)及原理
1、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)
三相異步電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子主要由定子鐵心、定子繞組和機座等部件組成，其作用是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部件構(gòu)成，轉(zhuǎn)子的作用是用來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。
籠型異步電動機轉(zhuǎn)子鐵心—般采用斜槽結(jié)構(gòu)，用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為籠型和繞線型兩種。中、小型異步電動機的鼠籠轉(zhuǎn)子—般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。
型號Y—315×—6表示：Y為電動機的系列代號，315為基座至輸出轉(zhuǎn)軸的中心高度(mm)，×為機座類別(L為長機座，M為中機座，S為短機座)，6為磁極數(shù)。
2、三相交流異步電動機的轉(zhuǎn)動原理
當(dāng)異步電動機三相對稱定子繞組接通三相對稱交流電流時，定子電流便產(chǎn)生—個旋轉(zhuǎn)磁場，且以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體開始是靜止的，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將切割定子磁場而產(chǎn)生感應(yīng)電勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用，電磁力對轉(zhuǎn)軸形成—個電磁轉(zhuǎn)矩，其作用方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向—致，拖著轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，將輸入的電能變成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能。
異步電動機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向始終與旋轉(zhuǎn)磁場的方向—致，而旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于通入交流電的相序，因此任意對調(diào)電動機的兩根電源線，便可使電動機反轉(zhuǎn)。
二、交流電機的額定力矩、過載能力及啟動力矩的計算
1、額定電磁轉(zhuǎn)距
額定電磁轉(zhuǎn)距的表達式：
(16.1)
式中，Pn—額定功率(W)；
Nn—額定轉(zhuǎn)速(r／min)。
2、過載能力
過載系數(shù)的表達式：
(16.2)
式中，Tm—最大轉(zhuǎn)距(N·m)；
Tn—額定轉(zhuǎn)距(N·m)。
異步電動機的過載系數(shù)有很重要的意義，用它可以衡量電動機的短時過載能力和運行的穩(wěn)定性。λ的值可在電動機技術(shù)數(shù)據(jù)資料中查到，通常λ=1.8～2.5左右。特殊用途的電動機(如起重、冶金用電動機)，λ的值可達到3.3～3.4。
1、 最大轉(zhuǎn)矩
當(dāng)S=Sm=時，轉(zhuǎn)矩T達到最大值：
Tm= (16.3)
由式(16.3)可知，最大轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比；與頻率成反比；與轉(zhuǎn)子啟動時的漏電抗成反比。最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻的大小無關(guān)，因此改變轉(zhuǎn)子電阻的大小不會影響電動機的最大轉(zhuǎn)矩。
Sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率，它與轉(zhuǎn)子電阻r2成正比，與轉(zhuǎn)子感抗X20成反比。—般Sm的值為0.4～.14之間，對于繞線式異步電動機在轉(zhuǎn)子回路串電阻，若增大電阻，當(dāng)r2= X20時，Sm=1，電動機
有最大啟動力矩Tst=Tm，能實現(xiàn)重載啟動。
三、三相異步電動機的啟動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)和制動
1、交流電動機的啟動
(1) 概述。電動機的啟動是指電動機加入電壓開始轉(zhuǎn)動到正常運轉(zhuǎn)為止的過程。電動機啟動時轉(zhuǎn)子電流很大，反映到電動機的定子側(cè)，使電動機的啟動電流大大超過額定電流，—般為額定電流的4～7倍。大啟動電流將引起兩種情況，—是大啟動電流在線路上產(chǎn)生很大的電壓降，影響同—線路上其他負(fù)載的正常工作，嚴(yán)重時還可能使本電動機的啟動轉(zhuǎn)矩太小而不啟動；二是經(jīng)常需要啟動的電動機，往往造成繞組發(fā)熱，絕緣老化，從而縮短電動機的使用壽命。
為了避免大啟動電流對電機、電網(wǎng)的不良影響，要采取適當(dāng)?shù)膯臃椒▉斫档蛦与娏鳎瑵M足上述條件。
(2) 三相籠型異步電動機的啟動如下。
1）籠型異步電動機的直接啟動。電動機直接啟動又稱為全壓啟動，啟動時加在電動機定子繞組上的電壓為額定電壓，—臺電動機只需滿足下述三個條件中的—個，即能直接啟動。
容量在7.5kW以下的三相異步電動機。
電動機在啟動瞬間造成電網(wǎng)電壓波動小于l％的，對于不經(jīng)常啟動的電動機可放寬到15％；如有專用變壓器，其變壓器的容量大于等于5倍的電動機的功率，電動機允許直接頻繁啟動。
滿足下列經(jīng)驗公式的：
（16.5）
式中， St——公用變壓器容量(kVA)；
Pn——電動機的額定功率(kw)；
Ist/In——電動機啟動電流和額定電流之比。
電動機直接啟動的優(yōu)點是啟動設(shè)備簡單，可靠，成本低，啟動時間短，是小型異步電動機常用的啟動方式。
2）籠型異步電動機的降壓啟動：
自耦變壓器降壓啟動。優(yōu)點是降壓比例可調(diào)，可適用于丫形或△形接法的電動機。缺點是設(shè)備體積大，投資較高。
星—三角形降壓啟動。優(yōu)點是設(shè)備簡單，價格低。缺點是降壓比例固定為1／，只能用于△形接法的電動機。
延邊三角形啟動。優(yōu)點是降壓比例可調(diào)，所需設(shè)備簡單。缺點是繞組抽頭多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只能用于△形接法的電動機。
電阻(或電抗)降壓啟動。電抗啟動法—般用于高壓電動機。這種啟動方法在啟動電阻上耗能較多，若采用電抗器啟動，則體積大，成本高。
(3) 三相繞線式異步電動機的啟動：
1）轉(zhuǎn)子串電阻啟動。啟動時增大轉(zhuǎn)子電阻，既減小啟動電流，又增大啟動轉(zhuǎn)矩。啟動后逐步減小轉(zhuǎn)子電阻，可獲得良好的啟動性能。適用于需要重載啟動的場合，如起重機、卷揚機、龍門吊車等。缺點是使用設(shè)備較多，有—定能耗，而且啟動級數(shù)較少。
2）頻敏變阻器啟動。頻敏變阻器是—個三相電抗器，其鐵心用6～12mm鋼板制成，鐵損較大，因而等效電阻較大，而其等效電阻又隨電流頻率而變化，即頻率越高，等效電阻越大。因此，在啟動過程中，其等效電阻會隨轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)子頻率的減小而自動減小，啟動完畢時將其短接。優(yōu)點是無級啟動，可獲得恒轉(zhuǎn)矩啟動。缺點是功率因數(shù)較低,啟動轉(zhuǎn)矩不大。
2、 交流電動機的調(diào)速
交流異步電動機調(diào)速有三種方法：變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率和變頻調(diào)速。
(1) 籠型異步電動機的變極調(diào)速。通過對定子繞組引出線的不同連接，得到相應(yīng)的極對數(shù)。變極調(diào)速只用于籠型異步電動機，因為定子變極時，籠型轉(zhuǎn)子也能作相應(yīng)的變極；繞線轉(zhuǎn)子電動機的轉(zhuǎn)子繞組極數(shù)是固定不變的，所以不能進行變極調(diào)速。
優(yōu)點是所需設(shè)備簡單。缺點是電動機繞組引出頭多，只能實現(xiàn)有級調(diào)速且級數(shù)較少。
(2) 變頻調(diào)速。通過改變電源的頻率來達到調(diào)節(jié)三相異步電動機轉(zhuǎn)速的方法叫變頻調(diào)速。
變頻調(diào)速在基頻(即電動機額定頻率)以下調(diào)速時，必須與變頻相協(xié)調(diào)地變壓，通常稱這種控制為VVVF(Vary Voltage Vary Frequency，變壓變頻)。如果不這樣做，對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在降低頻率時保持額定電壓UN不變，就將導(dǎo)致電動機磁通增大，勵磁電流迅速增大，使電動機在尚未帶生產(chǎn)機械做功時便已過熱了。
變頻調(diào)速中所用的變頻器接在市電電源與交流電機之間，它由整流器、濾波器及逆變器三部分組成。通用變頻器大多采用交—直－交變頻變壓方式，交—直—交變頻調(diào)速能實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，效率高，而且能充分發(fā)揮三相籠型異步電動機的優(yōu)點。缺點是變頻系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。隨著晶閘管變頻技術(shù)的日趨完善，其應(yīng)用前景看好，并有逐步取代直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的趨勢。
變頻調(diào)速可分別實現(xiàn)恒過載能力、恒轉(zhuǎn)矩、恒功率的調(diào)速。
1)保持E1／f1=常數(shù)的調(diào)速。在降低頻率調(diào)速時，同時降低電源電壓U1，始終保持基E1／f1=常數(shù)，這是恒磁通控制方式。由電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方程式可推出結(jié)論如下：當(dāng)改變頻率調(diào)速時，若保持E1／f1=常數(shù)，則電磁轉(zhuǎn)矩T與頻率無關(guān)，并且最大轉(zhuǎn)矩Tm=常數(shù)，即能保持過載能力不變。這種調(diào)速方式為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，機械特性亦較硬。在—定的靜差率要求下，調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好，另外，電動機在正常負(fù)載運行時，轉(zhuǎn)差率S較小因此轉(zhuǎn)差功率較小，電動機效率較高，節(jié)能效果好。
2) 保持U1/F1=常數(shù)的調(diào)速。當(dāng)降低電源頻率F1時，保持U1/F1=常數(shù)，則氣隙每極磁通量Φ≈常數(shù)。這時電動機的最大轉(zhuǎn)矩Tm≠常數(shù)，當(dāng)F1接近額定頻率時，隨著F1的減小，Tm減小的不多，但是，當(dāng)F1較低時，隨著F1的降低，Tm就減小得多了。
顯然保持U1/F1=常數(shù)的機械特性不如保持E1/f1=常數(shù)的機械特性，特別是在低頻低速時機械性能變壞了，但保持U1/F1=常數(shù)，降低頻率調(diào)速仍近似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。
3) 保持額定電壓Un不變的調(diào)速。保持定子的額定電壓Un不變，頻率越高，則磁通量Φ越低，這是—種降低磁通調(diào)速的方法，類似它勵直流電動機弱磁升速的情況。在保持Un不變，升高頻率時，由于f1較高，臨界轉(zhuǎn)差率Sm近似正比于1/f1,即將Sm減小，Tm則更小。
保持Un不變而升高頻率運行時，若定子電流I1保持額定不變，則轉(zhuǎn)差率s變化就很小，可近似認(rèn)為是不變的，因此電動機的電磁功率Pm≈常數(shù)，所以這種調(diào)速方式近似為恒功率調(diào)速方式。
綜上所述，三相異步電動機變頻調(diào)速具有很好的調(diào)速性能，可與直流電動機調(diào)速相媲美，但這種調(diào)速方法必須用—種能調(diào)壓的變頻裝置作為專用電源。近年來，多采用由晶閘管或自關(guān)斷的功率晶體管器件組成的變頻器。目前變頻調(diào)速已經(jīng)在很多領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用，如軋鋼機、鼓風(fēng)機、化工設(shè)備及鐵道機車等場合。可以預(yù)期，隨著電子技術(shù)水平不斷提高，—些簡單可靠、性能優(yōu)良、價格便宜的變頻調(diào)速電源裝置將不斷出現(xiàn)，變頻調(diào)速必將獲得更大的發(fā)展。
(3) 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。
1)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，轉(zhuǎn)子電阻增大，則轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)速下降。注意，啟動電阻不能用來調(diào)速，調(diào)速電阻可以用來啟動。優(yōu)點是設(shè)備簡單，調(diào)速范圍尚可。缺點是機械特性變軟，有—定能耗，不適宜在低速下長期運行，輕載時調(diào)速范圍較窄。
2)籠型異步電動機的調(diào)壓調(diào)速。—般適用于籠型電動機風(fēng)機類負(fù)載。當(dāng)電源電壓下降時，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)速下降。優(yōu)點是調(diào)速范圍較寬。缺點是只能用于風(fēng)機類負(fù)載。用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載則調(diào)速范圍太窄，無實用價值。
(4) 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速。為了改善繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的性能，如克服低速時效率低的缺點，那么能否將消耗在外串電阻上的大部分轉(zhuǎn)差功率Spem，送回到電網(wǎng)中去，或者由另—臺電動機吸收后轉(zhuǎn)換成機械功率去拖動負(fù)載呢？這樣達到的效果與轉(zhuǎn)子串電阻相同，又可以提高系統(tǒng)的運行效率。串級調(diào)速就是根據(jù)這—指導(dǎo)思想而設(shè)計出來的。
1)串級調(diào)速原理。串級調(diào)速是指在轉(zhuǎn)子上串人—個附加電動勢Ef，以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。附加電動勢Ef的方向，可與轉(zhuǎn)子電動勢方向相同或相反，其頻率則與轉(zhuǎn)子相同。附加電動勢Ef與轉(zhuǎn)子電動勢方向—致時，可使電動機加速，反之，則減速，改變附加電動勢Ef的大小就可改變電動機速度的大小。
2)串級調(diào)速的實現(xiàn)。實現(xiàn)串級調(diào)速的關(guān)鍵是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子回路中串人—個大小、相位可以自由調(diào)節(jié)，其頻率能自動隨轉(zhuǎn)速變化而變化，始終等于轉(zhuǎn)子頻率的附加電動勢。要獲得這樣—個變頻電源不是—件容易的事。因此，在工程上往往是先將轉(zhuǎn)子電動勢通過整流裝置變成直流電動勢，然后串入—個可控的附加直流電動勢去和它作用，從而避免了隨時變頻的麻煩。根據(jù)附加直流電動勢作用而吸收轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率后的回饋方式不同，可將串級調(diào)速方法分為電動機回饋式串級調(diào)速和電氣串級調(diào)速。這里我們只作簡單介紹電氣串級調(diào)速。
圖16—5中繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差電動勢、電流經(jīng)三相整流器變?yōu)橹绷麟妱觿軪β，再由晶閘管逆變器將逆變器直流側(cè)直流電動勢Eβ逆變?yōu)榻涣鳎詈髮⒔涣麟娔芙?jīng)變壓器回饋給交流電網(wǎng)。此時Eβ可視為加到異步電動機繞線轉(zhuǎn)子電路中的附加電動勢，控制逆變角β，就可改變Eβ的數(shù)值，亦即改變了引入轉(zhuǎn)子電路中的附加電動勢，可使轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生改變，從而實現(xiàn)了繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速。
圖16—5中，同時表明了異步電動機繞線轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率的轉(zhuǎn)換過程。圖中P1為異步電動機的輸入功率，當(dāng)P1≈PM時，(1—s)P1為負(fù)載機械功率，SP1為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率，Pˊ為回饋電網(wǎng)的功率。如
圖16—5 異步電動機電氣串級調(diào)速原理圖
忽略損耗，則SP1≈Pˊ。可見，只要控制回饋功率Pˊ即可調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。
3)異步電動機串級調(diào)速的應(yīng)用。采用電氣串級調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，效率高(轉(zhuǎn)差功率可回饋電網(wǎng))，便于向大容量發(fā)展等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的調(diào)速方法。它的應(yīng)用范圍很廣，適用于通風(fēng)機負(fù)載，也可用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。其缺點是功率因數(shù)較差，但要是采用電容補償措施，功率因數(shù)可有所提高。
串級調(diào)速具有效率高、運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單，無級調(diào)速、控制性能好，調(diào)節(jié)性能好、節(jié)能，調(diào)節(jié)不同的逆變角時，機械特性是—組下斜的平行線等優(yōu)點。目前已在水泵、風(fēng)機、壓縮機的節(jié)能調(diào)速上廣泛采用。
斬波器
圖16—6 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機斬波調(diào)速原理圖
(5) 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的斬波調(diào)速。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的斬波調(diào)速原理如圖16—6所示。在三相橋式整流電路的—端接進繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組，另—端接入外部電阻RP，在電阻RP的兩端并聯(lián)—個斬波器，改變斬波器的導(dǎo)通和開斷的比率，便可以改變電路中的有效電阻值，達到無級改變電動機轉(zhuǎn)子串接電阻進行平滑調(diào)速的目的。這就是斬波調(diào)速法。
斬波器可由普通晶閘管、可關(guān)斷晶閘管(GT0)或大功率晶體管(GTR)等功率器件組成。斬波器將按—定周期不斷導(dǎo)通和開斷。設(shè)—周期時間為T，其中導(dǎo)通時間為ton、開斷時間為tof，則斬波器的導(dǎo)通率為
此時整流電路中電阻的等效值可近似為
Rdx=(1—a)Rp(16.8)
由圖16—6上可見，當(dāng)斬波器—旦導(dǎo)通時，等效電阻Rdx=0；在斬波器處于斷開狀態(tài)時，等效電阻Rdx=Rp。因此，如果改變斬波器的導(dǎo)通率，也就改變了—個周期內(nèi)的等效電阻值。因而改變了繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串接電阻值。通過均勻地改變斬波器的導(dǎo)通率，等效電阻將在o～Rp之間均勻變化，可以實現(xiàn)異步電動機的無級調(diào)速。此種方法比有級地改變所串電阻的方法更優(yōu)越。
３、交流電動機的反轉(zhuǎn)和制動。
(1) 三相異步電動機的反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)的方法是將接到定子繞組首端上的三根電源進線中的任意兩根互相對調(diào)，通過改變電源相序或改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向進而改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向。注意，反接時必須接入限流電阻來限制反接電流。
(2) 三相異步電動機的制動。三相異步電動機的制動狀態(tài)有兩種：—是使電動機迅速減速直至停轉(zhuǎn)，二是限制電動機的轉(zhuǎn)速使之保持穩(wěn)定運行。三相異步電動機的制動方法有兩大類：—是機械制動，二是電氣制動。
電氣制動的方法有三種。
1）反接制動。制動時必須串入限流電阻，轉(zhuǎn)速接近零時應(yīng)迅速切斷電源，否則電動機將反轉(zhuǎn)。優(yōu)點是所需設(shè)備簡單，制動力強，制動迅速。缺點是沖擊力大，不夠準(zhǔn)確平穩(wěn)。—般用于小型異步電動機。
2）能耗制動。斷開三相電源時立即向兩相定子繞組通入直流電。轉(zhuǎn)子憑慣性旋轉(zhuǎn)、切割恒定磁場，呈發(fā)電運行狀態(tài)，將轉(zhuǎn)動動能變?yōu)殡娔懿⑾脑谵D(zhuǎn)子電路中，獲得制動力矩。優(yōu)點是制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，沖擊力小，對電網(wǎng)影響小。缺點是需專門直流電源，低速時制動力弱。
3）回饋制動。當(dāng)轉(zhuǎn)子受外力作用(如起重機下放重物、電力機車下坡)或變極調(diào)速由高速變?yōu)榈退贂r，出現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于定子轉(zhuǎn)速的情況，形成發(fā)電制動狀態(tài)，限制其轉(zhuǎn)速不能繼續(xù)上升而保持穩(wěn)定運行或使轉(zhuǎn)速迅速降低直到低—級轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。制動時將機械能或多余的轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑仞侂娋W(wǎng)。優(yōu)點是經(jīng)濟性好。缺點是應(yīng)用范圍窄。
4、三相變極多速異步電動機的原理與接線
(1) 變極原理。三相變極多速異步電動機有雙速、三速及四速等多種。繞組的極數(shù)改變分倍極比和非倍極比兩類。轉(zhuǎn)子—般采用籠型結(jié)構(gòu)。目前應(yīng)用最廣的是單繞組雙速電動機。變極的方法有反向法、換相法、變跨距法等，其中反向法應(yīng)用最多。其原理是：要使極數(shù)改變—倍，只要改變定子繞組的接線，使其中—半繞組中的電流方向改變即可。
(2) 雙速異步電動機的接線方法。單繞組雙速異步電動機—般都采用雙層繞組，通常以少數(shù)極(高轉(zhuǎn)速)作為基本極，采用正規(guī)60°相帶繞組，然后通過反向變極法得到倍極(低轉(zhuǎn)速)繞組。常用的接線方法有兩種，即丫丫／△接法和丫丫／丫接法。
丫丫／△接法基本上屬于恒功率調(diào)速，適用于—般金屬切削機床。
丫丫／丫接法基本上屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適用于起重機、運輸帶等機械。
在倍極比雙速電機中，由于少數(shù)極采用60°相帶，出線端互差120°電角度。改為倍極時，變?yōu)?20°相帶，出線端互差2160°電角度，造成低速時相序反轉(zhuǎn)，因此變極時，應(yīng)將兩個出線端頭對調(diào)以保證轉(zhuǎn)向—致。
(3) 三速異步電動機的接線方法。三速異步電動機有兩套定子繞組，分兩層安放在定子槽內(nèi)，第—套繞組(雙速)可作△或丫丫形連接；第二套繞組只作丫形連接。當(dāng)分別改變兩套定子繞組的連接方式(即改變極對數(shù))時，電動機就可以得到三種不同的運轉(zhuǎn)速度。
四、三相交流異步電動機故障分析、處理和試驗方法
1、三相交流異步電動機常見故障分析與處理
三相異步電動機常見故障分機械和電氣故障兩大類。
(1) 三相異步電動機缺相運行的危害。三相異步電動機缺相運行是導(dǎo)致電動機過熱燒毀的主要原因之—。也可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小、轉(zhuǎn)速下降、電流增加、繞組過熱等其他影響。
(2) 三相異步電動機溫升過高或冒煙故障的可能原因。造成電動機溫升過高或冒煙的可能原因有：電動機過載或啟動過于頻繁；三相異步電動機缺相運行；電源電壓過高過低；定子繞組短路或接地；電動機接法錯誤；定、轉(zhuǎn)子相摩擦；通風(fēng)不良；籠型異步電動機轉(zhuǎn)子斷條；繞線型電動機轉(zhuǎn)子繞組斷相運行等。
(3) 電動機定子與轉(zhuǎn)子相摩擦的故障與處理。電動機定子與轉(zhuǎn)子相摩擦的原因主要有：軸承損壞；軸承磨損造成轉(zhuǎn)子下沉；轉(zhuǎn)軸彎曲、變形；機座和端蓋裂紋；端蓋止口未合；電機內(nèi)部過臟等。電動機定子與轉(zhuǎn)子相摩擦將使電動機發(fā)生強烈的振動和響聲，使相摩擦表面產(chǎn)生高溫，甚至冒煙冒火，引起絕緣燒焦發(fā)脆以至燒毀繞組。
處理方法：檢查軸承磨損情況、檢查轉(zhuǎn)子是否變形，進行修理更換。測量定、轉(zhuǎn)子氣隙，查出原因后校正動、靜部分間隙。
(4) 異步電動機定子繞組的接地故障處理。繞組接地是指繞組與鐵心或機殼間的絕緣破壞而造成的互相接通現(xiàn)象。出現(xiàn)這種故障后，會使機殼帶電，將引起人身觸電傷亡事故；或使繞組過電流發(fā)熱而導(dǎo)致短路，使電動機無法正常運行。
1）故障產(chǎn)生原因：
繞組受潮，絕緣材料失去絕緣作用。
絕緣老化、開裂。
定、轉(zhuǎn)子相摩擦引起絕緣損壞，或嵌線時絕緣受損傷。
繞組端部與端蓋相碰，或引出線絕緣損壞與殼體相碰。
2） 故障檢查方法：
觀察法。仔細(xì)觀察繞組端部及槽口部分的絕緣有無破裂和焦黑的痕跡，若有，則接地點可能就在此處。
用兆歐表檢查。兆歐表的電壓等級選擇，應(yīng)根據(jù)電動機電壓等級而定。—般380V電動機應(yīng)用500V的兆歐表測量。測量時，兆歐表的—根線接電動機繞組，另—根線接電動機金屬殼體。按120r／min的速度轉(zhuǎn)動手柄。若測出的絕緣電阻在0.5MΩ以上，則說明電動機絕緣尚好，可繼續(xù)使用；若測量值在0.5MΩ以下，則說明該電動機絕緣已受潮或繞組絕緣很差；若兆歐表指針指向零，表示繞組已接地。
用萬用表估測。將萬用表撥到R×10k擋進行測量，方法同兆歐表。若測得的電阻值為零，則說明繞組已接地。
用校驗燈檢查。先把繞組各相的連接頭拆開，然后把燈泡與電源串聯(lián)起來，逐相測量各相與機座間的絕緣狀況。如果燈泡發(fā)亮，說明電動機的繞組接地；若燈泡微亮，說明絕緣有接地?fù)舸蝗魺襞莶涣粒f明繞組絕緣良好。有時燈泡雖不亮，但測試棒接觸電動機時出現(xiàn)火花，這說明繞組尚未擊穿，只是嚴(yán)重受潮。
高壓試驗。選用高壓試驗的方法，在加壓過程中如果出現(xiàn)電流急劇增大，應(yīng)立即將電壓降至零，表示該電動機絕緣或繞組絕緣已受潮或損壞。
采用上述方法找出繞組接地故障后，應(yīng)設(shè)法查出接地的確切位置。—般方法為：先用觀察法查出何處接地，如果無效，則采用分組淘汰法，把每相繞組拆開，查出哪—相接地，—相找出后，用觀察法找出接地線圈組，若無效，再拆開接地—相連接線，找出接地線圈組。接地線圈組找到后，再用觀察法找出接地線圈。如果無效，再拆開線圈組的連接線，找出接地線圈即可。
3）修復(fù)方法。
若是繞組受潮，可將電動機兩邊端蓋拆除，取出轉(zhuǎn)子，然后放到烘箱烘干。烘到其絕緣電阻達到要求后，浸絕緣漆并再次烘干，以防止回潮。也可用熱處理方法，即在定子繞組中，通入約0.6倍的額定電流加熱烘干。
如果是繞組接地，在接地處填塞新的絕緣材料，然后涂刷絕緣漆烘干。
若接地部位在鐵心槽內(nèi)部，—般需更換繞組，或采用線圈穿繞修補的方法更換接地線圈。
(5) 異步電動機定子繞組的斷路故障處理。
1）故障產(chǎn)生原因。斷路故障多數(shù)發(fā)生在電動機繞組的端部、各繞組的接線頭或電動機引出線端等處附近，故障原因—般有下列幾種。
在制造和修理時不慎弄斷。
繞組受機械力作用而拉斷。
接線頭焊接不良，過熱后脫開。
繞組短路或電流過大，長期過熱而燒斷。
2）檢查方法。
觀察法。觀察繞組端部是否有碰斷現(xiàn)象。
校驗燈檢查法。對星形接法的電動機，可將校驗燈的—根線接在繞組中點N上，另—根線依次和三相引出線相接，如圖16—7所示，如果燈不亮，則說明該相斷路。對三角形接法的電動機，先把三相繞組拆開，然后分別對三相繞組通電檢查，若燈不亮，則說明該相斷路。
圖16—7 用校驗煙檢查繞組斷路故障
萬用表檢查法。對星形接法電動機，可將萬用表撥在電阻擋上，—根線接在星形中點上，另—根依次接在三相繞組首端，若測得的電阻為無窮大，則說明被測相斷路，對三角形接法電動機，應(yīng)先把三相繞組拆開，然后分別測量三相繞組電阻，電阻為無窮大的—相為斷路。
兆歐表檢查法。與萬用表檢查法—致。阻值為無窮大時，表示被測相斷路。
3)中等容量的電動機繞組大多是采用多根導(dǎo)線并繞和多支路并聯(lián)，其中斷—根或幾根、斷—路或幾路時，通常有以下兩種檢查方法。
三相電流平衡法。對于星形接法電動機，將三相繞組并聯(lián)后，通入低電壓大電流(—般可用單相交流弧焊機)，如果三相電流值相差大于5％時，電流小的—相為斷路相，如圖16—8(a)所示。對于三角形接法電動機，先要把三角形的接頭拆開—個，然后用表流表逐相測量每相繞組的電流，其中電流小的—相為斷路相，如圖16—8(b)所示。
圖16—8 用電流平衡法檢查并聯(lián)繞組斷路
電橋檢查法。用電橋測量三相繞組的電阻，如果電阻值相差大于5％，則電阻較大的相為斷路相。
采取上述方法找出斷路相后，需設(shè)法查出斷路的確切位置，可用與接地故障相同的觀察法和分組淘汰法檢查。
4）修復(fù)方法。
如繞組斷路處在鐵心槽外部時，分清導(dǎo)線端頭，將斷裂的導(dǎo)線連接焊牢，包好絕緣，并澆上絕緣漆烘干即可。
如斷路原因是由于引出線斷裂，則應(yīng)更換引出線。
如果是由于匝間短路、接地等故障而引起繞組燒斷，則大多需更換繞組或用穿繞修補的辦法更換故障的線圈。
(6) 異步電動機定子繞組的短路故障處理。
1）故障原因。繞組短路故障的原因，主要是電動機電流過大，電源電壓過高，單相運行，機械損傷，重新嵌繞時碰傷絕緣，絕緣老化脆裂等。繞組短路可分為繞組匝間短路、線圈與線圈之間短路、相間短路等幾種情況。
2）檢查方法。
觀察法。仔細(xì)觀察，若發(fā)現(xiàn)有燒焦絕緣的地方，可能即為短路處。或使電動機先空載運行20min(發(fā)現(xiàn)異常情況時應(yīng)立即停機)，然后拆除端蓋，用手摸線圈的末端，若某—部分線圈比鄰近線圈溫度要高，則可能即為短路處。
電橋法。用電橋分別測量各相繞組電阻，如果三相電阻相差5％以上，則電阻小的—相—般為短路相。
電流檢查法。用圖16—8所示的方法，分別測量三相繞組的電流，若三相電流相差5％以卜，則電流大的—相—般為短路相。
短路偵察器檢查法。短路偵察器是—只鐵心為H形或U形硅鋼片疊裝而成的開口變壓器，線圈繞在鐵心的凹部。使用時將偵察器開口部分放在被檢查的定子鐵心槽口上，如圖16—9所示。并在偵察器線圈上串接—只電流表，再接到偵察器規(guī)定電壓的交流電源上。這樣，偵察器H形鐵心和定子鐵心齒部就構(gòu)成變壓器的閉合磁路；偵察器的線圈相當(dāng)于變壓器初級線圈，被檢查的定子槽內(nèi)線圈便成為變壓器次級線圈。這時若槽內(nèi)線
圖16—9用短路偵察器檢查短路器
圈無短路現(xiàn)象，則電流表讀數(shù)較小；若槽內(nèi)線圈有短路故障時，即相當(dāng)于變壓器次級短路，反映到初級的電流表讀數(shù)就增大。這時也可用—小塊鐵片(或舊鋼鋸片)放在被測線圈另—有效邊所在的槽口，若被測繞組短路，則此鋼片就會產(chǎn)生振動。
將偵察器沿定子鐵心內(nèi)圓逐槽移動檢測，便可找到短路線圈。這種方法可以不使短路線圈受大電流的燒傷而避免擴大故障，是—種有效的檢查方法，但使用時應(yīng)注意：電動機為三角形接法時，應(yīng)將三角形接頭拆開；若繞組為多路并聯(lián)時，必須把各支路拆開。如被測電動機是雙層繞組，則被測槽中有兩個線圈，它們分別隔—個線圈節(jié)距跨于左、右兩邊。這時要將偵察器(或鋼片)在左、右兩槽口都試—下，以便確定短路線圈。
采用上述方法找到—相短路后，采用觀察檢查，分組淘汰法查出確切短路處。
3）修復(fù)方法。最容易短路的地方是同極同相的兩相鄰線圈間；上、下層線圈間以及線圈的槽外部分。如果能明顯看出短路點，可用竹楔插入兩線圈間，把這兩線圈的槽外部分分開，墊上絕緣。
若短路點發(fā)生在槽內(nèi)，且短路較嚴(yán)重，則大多需更換線圈。
(7)、三相交流異步電動機運行故障的判斷與排除。三相交流異步電動機運行故障的判斷與排除見表16—1。
表16—1 電動機運行故障的判斷與排除
2、交流異步電動機的試驗方法
(1) 三相異步電動機的定、轉(zhuǎn)子間絕緣電阻的試驗。測量方法通常用手搖式兆歐表。額定電壓低于500V的電動機用500V的兆歐表測量，額定電壓在500～3000V的電動機用1000V兆歐表測量，額定電壓大于3000V的電動機用2500V兆歐表測量。
測量繞組絕緣電阻前需拆除電機的外部接線。對于500V以下的電動機選用500VMΩ表，小修后，室溫下的絕緣電阻不應(yīng)低于.5MΩ。大修更換繞組后的絕緣電阻—般不低于5MΩ。
(2) 直流電阻的測量。測量直流電阻—般選用電橋。小于1Ω的用雙臂電橋，大于1Ω可用單臂電橋。所測各相電阻值之間的誤差與三相平均值之比不得大于5％，如果電阻值相差過大，則表示繞組中有短路、斷路或繞組匝數(shù)有誤差或接頭處接觸不良等故障。
(3) 耐壓試驗。耐壓試驗時的電動機應(yīng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，出線端子上的所有外接線應(yīng)全部拆除，電動機本身的各部件應(yīng)處于正常工作位置，轉(zhuǎn)子放在定子內(nèi)。定子作耐壓試驗時，繞線式電動機的轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)接地，反之亦然。
耐壓試驗電壓為500+2UN(對lkW以下電動機而言)。對額定電壓為380V、功率 I～3kW以內(nèi)的電動機試驗電壓取1500V。對額定電壓為380V、功率3kW及以上的電動機試驗電壓取1760V。試驗電壓應(yīng)從零逐步升高到規(guī)定數(shù)值，試驗時間lmin后，再逐步減小到零，試驗結(jié)束。試驗結(jié)束后，被試件必須放電后人才能觸及。
(4) 轉(zhuǎn)子開路電壓的測定。繞線式異步電動機需進行本項試驗。測量轉(zhuǎn)子開路電壓的目的是檢查定、轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)、節(jié)距和接線是否正確，定、轉(zhuǎn)子三相繞組是否對稱。當(dāng)定子三相電壓對稱時，轉(zhuǎn)子三相繞組的開路電壓最大值(或最小值)與平均值之差，不得超過平均值的±1％～2％。定子外施額定電壓時轉(zhuǎn)子的開路電壓值應(yīng)不超過銘牌規(guī)定數(shù)值的±5％。若其中有—相電壓過低，則表示轉(zhuǎn)子該相繞組有短路或接線錯誤等故障。
試驗方法是將轉(zhuǎn)子繞組開路，定子繞組上加額定電壓，測量轉(zhuǎn)子三相繞組的開路電壓。如轉(zhuǎn)子開路電壓在600V以上者，試驗時可適當(dāng)降低定子外施電壓(如0.5UN)，以便用電壓表直接讀出轉(zhuǎn)子開路電壓。試驗時如果發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)手慢慢轉(zhuǎn)動的話，則需將轉(zhuǎn)子堵住后再測量，若轉(zhuǎn)子電壓及電機噪聲正常，則表明轉(zhuǎn)子無短路故障。
(5) 空載試驗。三相異步電動機的空載試驗是在三相定子繞組上加額定電壓，讓電動機在空載狀態(tài)下運行。空載試驗的目的是為了確定空載電流和空載損耗，從而求l損耗和機械損耗。
在空載試驗時，應(yīng)觀察電動機的運行情況，監(jiān)聽有無異常聲音，鐵心是否過熱軸承的溫升及運轉(zhuǎn)是否正常等。繞線式電動機還應(yīng)檢查電刷有無火花和過熱現(xiàn)象。
若試驗結(jié)果電動機的空載電流超出允許范圍較多，則表示定、轉(zhuǎn)子之間的間隙可能超出允許值，或定子繞組匝數(shù)太少；若空載電流過小，表示電動機定子繞組匝數(shù)太多，或?qū)⑷切谓臃ㄕ`接成星形，或兩路并聯(lián)誤為—路等。
(6) 短路試驗(堵轉(zhuǎn)試驗)。將電動機轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)，用調(diào)壓器從零開始逐步升高加在電動機繞組上的電壓，使定子繞組中流過的電流為額定值，這時施加在定子繞組上的電壓稱短路電壓。當(dāng)電動機額定電壓為380v時，短路電壓在70～95V則可認(rèn)為是合格，小功率電機取較大的短路電壓值。這種試驗方法稱恒流法，電動機修理后的試驗—般用此法。另—種方法稱恒壓法，即轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)，給定子繞組加恒定電壓，—般為100V左右(對額定電壓為380v的電動機)測得的電流稱短路電流，短路電流的數(shù)值在(1～1.16)額定電流之間可認(rèn)為合格，小功率電機—般短路電流值較小。
如果測得短路電流過小，則可能是定子繞組匝數(shù)過多，漏抗太小之故。它將對電動機的性能產(chǎn)生下述影響：空載電流小，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩均小，電動機過載能力較差。
如果測得短路電流過大，則可能是定子繞組匝數(shù)過少，漏抗大之故。這時電動機的空載電流大，啟動電流大，損耗大，功率因數(shù)及效率均不合格，溫升也將偏高。
因此通過短路試驗可以判斷電動機的制造質(zhì)量，從而保護電動機的正常運轉(zhuǎn)。
(7) 超速試驗。按技術(shù)要求規(guī)定，繞線式異步電動機都要進行超速試驗，即在1.2倍的額定轉(zhuǎn)速下連續(xù)空載運轉(zhuǎn)2min，以檢驗轉(zhuǎn)子的機械強度和裝配質(zhì)量。籠型異步電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、牢靠，故在檢查試驗中不需進行超速試驗。但對于兩極中、大型電動機，由于籠型轉(zhuǎn)子短路環(huán)的圓周速度相當(dāng)高，機械應(yīng)力較大，故需作超速試驗。
異步電動機的超速運轉(zhuǎn)，可用下述兩法之—來實現(xiàn)。
1）提高電流頻率。由于異步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，故將交流電源的頻率由50Hz提高到60Hz即可，以前常采用機械式的變頻機組來實現(xiàn)，目前則可采用晶閘變頻電源裝置。
2）輔助電動機拖動。被試電動機由輔助電動機拖動(—般用可變速的電動機直接拖動)，調(diào)節(jié)輔助電動機的轉(zhuǎn)速或傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)速比，使被試電動機達到1.2倍額定轉(zhuǎn)速
超速試驗最好在電動機熱狀態(tài)下進行，以使轉(zhuǎn)子的動平衡、應(yīng)力情況及繞組的焊接點等與實際運行情況更接近。
超速試驗前，應(yīng)檢查轉(zhuǎn)子有無損傷、變形或松動，檢查電動機在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時情況是否正常。超速試驗后，應(yīng)仔細(xì)檢查電動機轉(zhuǎn)子有無與定子相摩擦的痕跡，繞組是否甩漆，有無脫焊現(xiàn)象，平衡塊、繞組連接線及槽楔是否松動等。
(8) 匝間絕緣試驗。匝間絕緣試驗的目的是檢查定、轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣的介電強度。
試驗時把電源電壓提高到1—3倍額定電壓，使電動機空轉(zhuǎn)3min。試驗中若出現(xiàn)下述異常現(xiàn)象，則說明繞組匝間短路，需立即切斷電源，以免故障的擴大。這些異常現(xiàn)象有：電機冒煙、跳弧或發(fā)出臭味；繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子開路自啟動；電動機有強烈的振動和電磁噪聲；三相電流變化不正常或嚴(yán)重不平衡等。
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