第二章三相電動機

1、中等職業(yè)學(xué)校教學(xué)用書（機電專業(yè)）電動機的結(jié)構(gòu)與維修 電子教案主主 編編 杜德昌杜德昌 宋麗娜宋麗娜第二章 三相異步電動機及其控制第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的控制三相異步電動機的控制第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的選擇與安裝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、一、 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)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. 定子定子 組成：組成：由機座、鐵心和繞組三部分組成。 機座機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心 ； 定子鐵心定子鐵心

2、是異步電動機主磁通磁路的一部分； 定子繞組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)子轉(zhuǎn)子 組成組成 由轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成 。 轉(zhuǎn)子鐵心轉(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)子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組 由嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的銅導(dǎo)電條組成；線繞式線繞式轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組 是由絕緣導(dǎo)線做成的三相繞組； 轉(zhuǎn)軸轉(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(fēng)扇，供軸向通風(fēng)用。 第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)3. 氣隙氣隙 氣隙氣隙是定子與轉(zhuǎn)子間的空隙。 氣隙大小氣隙大小對電動機性能影

3、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)第一節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)二、二、 三相異步電動機的拆卸三相異步電動機的拆卸1. 拆卸前的準(zhǔn)備工作拆卸前的準(zhǔn)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(fù)荷端與非負(fù)荷端，標(biāo)注出線口方向（3）測量并記錄聯(lián)軸器與軸臺間距離。（4）標(biāo)注端蓋的負(fù)荷端及非負(fù)荷端。（5）對滑環(huán)式異步電動機，應(yīng)記錄好刷握的位置。第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)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三相異步電動機的拆卸步驟第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動

4、機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的拆卸步驟三相異步電動機的拆卸步驟（1）準(zhǔn)備工作；（2）拆卸皮帶輪和聯(lián)軸器；（3）拆卸刷架、風(fēng)罩和風(fēng)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)第一節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)2. 三相異步電動機的裝配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(jìn)行。裝配前，各配合處要先清理除銹；裝配時，應(yīng)將各部件按拆卸時所作標(biāo)記復(fù)位。（1）軸承的安裝）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)第一節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)（2）后端蓋的安裝）后端蓋的安裝（3

5、）轉(zhuǎn)子安裝）轉(zhuǎn)子安裝 （4）前端蓋的安裝）前端蓋的安裝 （5）安裝風(fēng)扇葉和風(fēng)罩）安裝風(fēng)扇葉和風(fēng)罩 （6）皮帶輪的安裝）皮帶輪的安裝 （7）裝配后的檢驗）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(jìn)行上述操作時要注意安全）進(jìn)行上述操作時要注意安全。第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理一、一、 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 當(dāng)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)

6、第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理二、二、 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理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(dǎo)體切割磁感線而產(chǎn)生感生電動勢，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體自成閉合回路，所以轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其方向用右手定則判定； 有感應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)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)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速n1 ） 式中：f1三相交流電

7、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。pfn1160第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理三、三、 轉(zhuǎn)差率轉(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 n0 時，S1。異步電動機最大轉(zhuǎn)速不超過同步轉(zhuǎn)速，極限為nn1，此時S0。 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。11nnns第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理四、四、 三相異步電動機的運行特性三相

8、異步電動機的運行特性1. 工作特性曲線工作特性曲線第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理（1）轉(zhuǎn)速特性）轉(zhuǎn)速特性 隨著負(fù)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）定子電流特性 當(dāng)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(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大；（3）定子功率因數(shù)）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(dāng)負(fù)載增大時，定子電流中的有功電流增加，使cos1提高了，接近額定負(fù)載時cos1最高；如果負(fù)載進(jìn)一步增大cos1又開始減小，在80% PN 附近有一個最大值。（4）電磁轉(zhuǎn)矩）電磁轉(zhuǎn)矩T 電動機的轉(zhuǎn)矩一般是指

9、軸上輸出的轉(zhuǎn)矩T2，當(dāng)穩(wěn)定運行時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2加上電動機的空載轉(zhuǎn)矩T0。當(dāng)電動機空載時，電磁轉(zhuǎn)矩T=T0，隨著負(fù)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）效率特性 電動機的效率等于輸出功率P2與輸入功率P1之比。當(dāng)電動機空載時，P2=0，=0，隨著輸出功率P2的增加，效率也在增加。第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理2. 機械特性曲線機械特性曲線 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)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原三相異步電動機的工作原理理（1）異步電動機運行時，額定轉(zhuǎn)矩TN不能太

10、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OSSc范圍內(nèi)，隨S的增加（轉(zhuǎn)速下降），電動機轉(zhuǎn)矩T相應(yīng)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(fēng)扇、通風(fēng)機等風(fēng)機型負(fù)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(dāng)電源電壓過低時，電動機就有可能拖不動負(fù)載而被迫停轉(zhuǎn)。 第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的工作原三相異步電動機的工作原理理3.電動機的轉(zhuǎn)矩電動機

11、的轉(zhuǎn)矩（1）當(dāng)I2滯后于 E2的電角2越小時， 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) cos2越高，轉(zhuǎn)子導(dǎo)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，轉(zhuǎn)子電流I2有關(guān)，而且還與轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) cos2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)；為磁極磁通的平均值。（2）在電源電壓為定值的情況下，上式中的值基本保持不變，故可認(rèn)為異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩僅與I2cos2有關(guān)。22cosICMm第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的控制三相異步電動機的控制一、三相異步電動機的起動一、三相異步電動機的起動1.籠型異步電動機的降壓起動籠型異步電動機的降壓起動 指起動時降

12、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)第三節(jié) 三相異步電動機的控制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三種起動方式第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的控制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)第三節(jié) 三相異步

13、電動機的控制三相異步電動機的控制二、二、 三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的調(diào)速 就是在負(fù)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）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）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)第三節(jié) 三相異步電動機的控制三相異步電動機的控制（3）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速）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(yīng)一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子電阻

14、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(dāng)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(fēng)機型負(fù)載，其負(fù)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(fù)載反饋的控制系統(tǒng)來解決速度穩(wěn)定性問題。 第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的控制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)三相異步電動機的反轉(zhuǎn) 方法：方法：將接在定子繞組上

15、的任意 兩根相線對調(diào)。 電路：電路：如右圖所示。第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的控制三相異步電動機的控制2.三相異步電動機的制動三相異步電動機的制動 （1）機械制動機械制動 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)第三節(jié) 三相異步電動機的控制三相異步電動機的控制（2）電氣制動電氣制動 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(dǎo)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)。 再生制動再

16、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(dǎo)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兀妱訖C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)第三節(jié) 三相異步電動機的控制三相異步電動機的控制 能耗制動能耗制動 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(yīng)電動勢和電流，從而起到制動作用。 第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的選擇與安裝三相異步電動機的選擇與安裝一、三相異步電動機的銘牌一

17、、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)第四節(jié) 三相異步電動機的選擇與安裝三相異步電動機的選擇與安裝（1）型號）型號 電動機不同的系列用不同的型號表示，如:1324。（2）電壓）電壓 指電動機在額定運行時，定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。（3）電流）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）功率和效率 銘牌上所標(biāo)的功率值是指電動機在額定運

18、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)）功率因數(shù) 電動機定子相電流比相電壓滯后角度的余弦cos（6）絕緣等級絕緣等級 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）接法接法 指定子三相繞組的接法, 有“Y”和“”兩種。（8）工作方式工作方式 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)第四節(jié) 三相異步電動機的選擇與安裝三相異步電動機的選擇與安裝二、三相異步電動機的選擇二、三相異步電動機的選擇 1. 電動機功率的選擇電動機功率的選擇 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

19、滿足要求。2. 電動機種類的選擇電動機種類的選擇 （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(yīng)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)第四節(jié) 三相異步電動機的選擇與安裝三相異步電動機的選擇與安裝3. 電動機容量的選擇電動機容量的選擇 （1）長期運行的電動機容量的選擇 a.在恒定負(fù)載下長期運行的電動機容量應(yīng)等于生產(chǎn)機械所需要的功率。 b.在變動負(fù)載下長期運行的電動機，采用等效恒定負(fù)載法去選擇容量。 （2）短時間運行電動機容量的

20、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(fù)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(fù)工作時間短，停機時間長，應(yīng)選用專門用于重復(fù)短時運轉(zhuǎn)的JZR和JZ系列交流異步電動機。其容量也可應(yīng)用等效負(fù)載法來選擇。第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的選擇與安裝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(dāng)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(yīng)考慮選用高速電動機，再另配減速器。 5. 電動機防護(hù)型式的選擇電動機防護(hù)型式的選擇（1）開啟式電動機 只能在干燥和清潔的