電機運行維護與故障處理第3章

任務一三相異步電動機的認識

任務二三相異步電動機的啟動

任務三三相異步電動機的調速

任務四三相異步電動機的制動

任務五三相異步電動機的運行維護與故障處理

項目三三相異步電動機

活動1三相異步電動機的工作原理

一、活動目標

(1)熟悉三相交流電旋轉磁場的特點。

(2)熟悉三相異步電動機的工作原理。任務一三相異步電動機的認識二、活動內容

1.三相交流電旋轉磁場的特點

三相交流電的旋轉磁場是在三相對稱繞組中通以三相對稱交流電流而產生的。三相對稱繞組是指每相繞組的匝數、線徑、連接規(guī)律等相同且在空間布置上各相軸線互差120°?空間電角度的繞組。

三相基波合成磁場具有如下特點：

(1)三相基波合成磁場在空間是正弦分布，其軸線在空間是旋轉的，故稱旋轉磁場。由于旋轉磁場矢量頂點的軌跡為一圓形，所以又稱為圓形旋轉磁場。

(2)在三相繞組空間排序不變的條件下，旋轉磁場的轉向由所通交流電流的相序決定，若要改變旋轉磁場的轉向，只需將三相電源進線中的任意兩相對調即可。(3)旋轉磁場的同步轉速，以兩極(p?=?1)電機為例：若定子繞組是兩極的三相對稱繞組，則兩極的每個線圈在空間的跨距是1/2圓周。這樣，當電流在時間上變化了360°電角時，即電流變化一周期，旋轉磁場在空間也轉過360°電角度。當電流每秒變化f周期時，旋轉磁場的轉速n1(r/min)為每秒f轉或每分鐘60f轉，即

n1?=?60f

并由此可推斷，對于p對極三相交流電機來說，因為電角度是機械角度的p倍，即

電角度?=?p?×

機械角度

所以其旋轉磁場轉速的一般表達式為：

(3-1)

2.三相異步電動機的基本工作原理

當三相異步電動機的三相對稱定子繞組接上三相對稱電源時，便有三相對稱交流電流流過三相對稱定子繞組，該三相電流激勵定子鐵芯在電動機的定子與轉子之間的氣隙中產生一個以同步轉速旋轉的磁場。由于轉子上的導條被旋轉磁場切割，根據電磁感應定律，轉子導條內就會產生感應電動勢。若旋轉磁場按順時針方向旋轉，如圖3-1所示，由于轉子繞組自身是閉合的，在轉子導條中產生轉子電流，在不考慮電動勢與電流的相位差的情況下，電流方向與電動勢的方向一致，該電流再與旋轉磁場相互作用，便在轉子繞組中產生電磁力，而轉子繞組中均勻分布的每一導體上的電磁力對轉軸的總力矩即為電磁轉矩，該電磁轉矩驅動轉子沿旋轉磁場的方向旋轉。圖3-1三相異步電動機旋轉原理圖一般情況下，三相異步電動機的轉子轉速n總是略小于旋轉磁場的轉速n1。異步電動機的轉子之所以受到電磁轉矩的作用而轉動，關鍵在于轉子導條與旋轉磁場之間存在一種相對運動，才會產生電磁感應作用。如果轉子轉速n等于同步轉速n1，則轉子導條與旋轉磁場之間就不會有相對運動，轉子導條內就不可能產生感應電動勢，也就不會產生電磁力和電磁轉矩。所以異步電動機的轉速總是低于旋轉磁場的轉速，這就是異步電動機“異步”的含義。n1與n之差稱為“轉差”，轉差的存在是異步電動機運行的必要條件。通常將轉差n－n1與同步轉速n1的百分比值稱為轉差率，用s表示，即

(3-2)轉差率是異步電動機的一個基本參數，它對電動機的運行有著極大的影響。它的大小同樣也能反映轉子的轉速，即

由于三相異步電動機工作在電動狀態(tài)時，其轉速與同步轉速方向一致但大小低于同步轉速，因此，當三相異步電動機工作在“電動”狀態(tài)時，其轉差率的變化范圍是0≤s≤1。其中s?=?0是理想空載狀態(tài)，s?=?1是啟動瞬間。

在制造電機時，對普通的三相異步電動機，為了使額定運行時的效率較高，通常設計成使它的額定轉速nN略低于但很接近于對應的同步轉速n1，通常額定轉差率sN為1.5%～5%。三、活動小結

三相異步電動機的工作原理是，對稱三相定子繞組中通以對稱三相交流電時激勵定子鐵芯在定子與轉子的氣隙中產生圓形的旋轉磁通勢及旋轉磁場，旋轉磁場的同步轉速n1=?(60f1)/p，其轉向取決于三相繞組的空間排序和三相電流的相序。這種旋轉磁場以同步轉速n1切割轉子繞組，在轉子繞組中感應出電動勢及電流，轉子電流與旋轉磁場相互作用產生電磁轉矩，使轉子旋轉。

因為只有在轉子與定子旋轉磁場有相對運動時，才能在轉子繞組中感應出電動勢及電流，所以異步電動機的轉速n與旋轉磁場的同步轉速n1之間總存在著轉差n－n1，這是三相異步電動機運行的必要條件。通常把轉差與同步轉速之比稱為轉差率，用s來表示，它是異步電動機的一個基本參數。一般情況下，三相異步電動機處于電動運行狀態(tài)時，0≤s≤1。四、活動回顧與拓展

(1)三相異步電動機的定子旋轉磁場是怎樣產生的？

(2)定子旋轉磁場的轉向是由什么決定的？

(3)為什么把三相異步電動機的旋轉磁場的轉速又稱為同步轉速？

(4)三相異步電動機定子旋轉磁場的轉速是由什么決定的？工頻下2、4、6極的異步電動機同步轉速各是多少？

(5)試述三相異步電動機的工作原理，并解釋“異步”的含義。

(6)什么是三相異步電動機的轉差率?如何根據轉差率來判斷三相異步電動機的運行狀態(tài)？

(7)試探討三相異步電動機旋轉磁場產生的具體過程。活動2三相異步電動機的基本結構

一、活動目標

(1)掌握三相異步電動機的基本結構及其各部件的主要功能。

(2)熟悉三相異步電動機銘牌數據的含義。

(3)理解三相異步電動機主要系列的含義。二、活動內容

1.三相異步電動機的基本結構

三相異步電動機的種類很多，若按轉子繞組結構分類有籠型異步電動機和繞線轉子異步電動機兩類，若按機殼的防護形式分類有防護式、封閉式和開啟式三類，也可按電動機的容量大小、冷卻方式等進行分類。

盡管三相異步電動機的種類很多，但它們的基本結構是相同的，都是由定子和轉子這兩大基本部分組成的，在定子和轉子之間具有一定的氣隙。圖3-2是一臺封閉式三相籠型異步電動機的結構圖。下面介紹三相異步電動機主要零部件的結構及主要功能。圖3-2封閉式三相籠型異步電動機結構圖1)定子

三相異步電動機的定子主要由定子鐵芯、定子繞組和機座構成。

(1)定子鐵芯。定子鐵芯是電動機主磁路的一部分，用來放置定子繞組。為了使導磁性能良好并減少交變磁場在鐵芯中的鐵芯損耗，鐵芯采用片間絕緣的0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。定子鐵芯及沖片的示意圖如圖3-3所示。為了放置定子繞組，在鐵芯內圓開有槽，槽的形狀有半閉口槽、半開口槽和開口槽等，如圖3-4所示。它們分別對應放置小型、中型和大型三相異步電動機的定子繞組。圖3-3定子鐵芯及沖片示意圖圖3-4定子鐵芯槽型和繞組分布示意圖(2)定子繞組。定子繞組是三相異步電動機定子的電路部分，它將通過電流建立旋轉磁場，并感應電動勢以實現(xiàn)機電能量轉換。三相定子繞組的每一相由許多銅線圈或鋁線圈按一定的規(guī)律嵌放在鐵芯槽內。繞組可以是單層的，如圖3-4(a)所示；也可以是雙層的，如圖3-4(b)、(c)所示。繞組的線圈邊與鐵芯槽之間必須要有槽絕緣，若是雙層繞組，層間還需用層間絕緣。另外，槽口的繞組線圈邊還需用槽楔加以固定。

三相定子繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別為U1、V1、W1，尾端分別為U2、V2、W2。通常，三相定子繞組的這六個出線端根據需要可連成星形或三角形，在接線板上的排列如圖3-5所示。圖3-5定子繞組的連接(3)機座。機座是三相異步電動機機械結構的組成部分，其主要作用是固定和支撐定子鐵芯以及固定端蓋，同時機座還要支撐電動機的轉子部分，因此要求機座必須具有足夠的機械強度和剛度。在中小型三相異步電動機中，端蓋兼有軸承的作用，一般采用鑄鐵機座，而大容量的異步電動機采用鋼板焊接機座。對于封閉式中小型異步電動機其機座表面有散熱筋片，以增加散熱面積，使緊貼在機座內壁上的定子鐵芯中的定子鐵耗產生的熱量，通過機座表面迅速散發(fā)到周圍空氣中，以免電動機過熱，為此，散熱筋片間要經常保持清潔，切勿堆積泥土、雜物。對大型異步電動機，機座內壁與定子之間隔開一定距離而作為冷卻空氣的通道，因而不需散熱筋片。2)轉子

三相異步電動機的轉子由轉子鐵芯、轉子繞組和轉軸等構成。

(1)轉子鐵芯。轉子鐵芯也是三相異步電動機主磁路的一部分，用來放置轉子繞組。它也采用0.5mm厚的沖有轉子槽形的硅鋼片疊壓而成。中小型三相異步電動機的轉子鐵芯一般都直接固定在轉軸上，而大型三相異步電動機的轉子鐵芯則套在轉子支架上，然后將支架固定在轉軸上。

(2)轉子繞組。轉子繞組是轉子的電路部分，它的作用是切割旋轉磁場產生感應電動勢和感應電流，從而產生電磁轉矩。轉子繞組按結構形式可分為籠型轉子和繞線轉子兩種。①籠型轉子繞組。在轉子鐵芯的每個槽內放一根導條，在伸出鐵芯槽的兩端分別用兩個導電端環(huán)將所有的導條連接起來，形成一個自行閉合的短路繞組。如果去掉鐵芯，剩下來的繞組形狀就像一個松鼠籠，如圖3-6所示，所以稱之為籠型繞組。對于大容量的三相異步電動機，通常將銅條焊接在兩個銅端環(huán)上，此即銅條籠型繞組，如圖3-6(a)所示；而對于中小型三相異步電動機，籠型轉子繞組一般采用鑄鋁，同時將導條、端環(huán)和風葉一次鑄成，如圖3-6(b)所示。而在生產實際中籠型轉子鐵芯槽沿軸向是傾斜的，由此導致導條也是傾斜的，這樣制作的目的主要是為了削弱由于定子、轉子開槽引起的齒諧波，以改善三相籠型異步電動機的啟動性能。圖3-6籠型轉子繞組結構示意圖②繞線轉子繞組。繞線轉子異步電動機轉子結構如圖3-7(a)所示。轉子繞組與定子繞組一樣，也是一個由銅線繞制而成的三相對稱繞組，該三相繞組連接成Y形后，三根引出線分別接到軸上的三個滑環(huán)或集電環(huán)上，再經電刷引出而與外部的電路接通，如圖3-7(b)所示?？梢酝ㄟ^滑環(huán)與電刷在轉子回路中串入外接的附加可變電阻或其它控制裝置，以便改善三相異步電動機的啟動性能及調速性能。為了減少電動機在運行時的電刷磨損和摩擦損耗，繞線轉子異步電動機還裝有提刷短路裝置，電動機啟動完畢而又不需調速時，可操作手柄將電刷提起以切除全部電阻，同時使三只滑環(huán)短路。圖3-7三相繞線轉子異步電動機轉子結構及轉子串可變電阻示意圖(3)轉軸。轉軸是支撐轉子鐵芯和輸出轉矩的部件，它必須具有足夠的剛度和強度。轉軸一般用中碳鋼車削加工而成，軸伸端銑有鍵槽，用來固定帶輪或聯(lián)軸器。

3)氣隙

三相異步電動機的定子與轉子之間的氣隙比同容量直流電動機的氣隙要小得多，中、小型三相異步電動機一般僅為0.2mm～1.5mm。氣隙的大小對三相異步電動機的運行性能有極大的影響。氣隙大，則磁阻大，由電網提供的勵磁電流(滯后的無功電流)大，使電動機的功率因數降低；氣隙過小時，將使三相異步電動機裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，進而使附加損耗增加，啟動性能變差。

2.三相異步電動機的銘牌

電動機制造廠家在每一臺電動機接線盒的上方均裝設有一個銘牌，銘牌上標注有型號、額定值等數據，如表3-1所示。表3-1三相異步電動機的銘牌1)型號

三相異步電動機型號的表示方法與直流電動機的一樣，一般采用漢語拼音的大寫字母和阿拉伯數字組成，可以表示電動機的種類、規(guī)格和用途等。

例如：Y90S—4的“Y”為產品代號，代表Y系列異步電動機；“90”代表機座中心高為90mm；“S”為機座長度代號(S、M、L分別表示短、中、長機座)；“4”代表磁極數為4，即四個磁極，表明該電動機是4極電動機。

一般情況下，中心高越大，電動機容量越大，因此三相異步電動機按容量大小分類與中心高有關，中心高63mm～315mm為小型，315mm～630mm為中型，630mm以上為大型；在同樣的中心高下，機座越長即鐵芯越長，則容量越大。2)額定值

額定值規(guī)定了電動機運行的狀態(tài)和條件，它是選用、運行和維修三相異步電動機時的依據。三相異步電動機銘牌上標注的主要額定值有：

(1)額定功率PN：指電動機額定運行時，軸上輸出的機械功率，單位為kW。

(2)額定電壓UN：指電動機額定運行時，加在定子繞組出線端的線電壓，單位為V。

(3)額定電流IN：指電動機在額定電壓下使用，軸上輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A。對三相異步電動機，額定功率與其它額定數據之間有如下關系式：

式中：表示額定功率因數；表示額定效率。

(4)額定頻率fN：表示三相異步電動機所接的交流電源的頻率，我國電網的頻率(即工頻)規(guī)定為50Hz。

(5)額定轉速nN：指電動機在額定電壓、額定頻率及額定功率下轉子的轉速，單位為r/min。

3.三相異步電動機的主要系列

電動機產品系列化的目的是便于對產品進行管理、設計、制造和使用。同一系列的三相異步電動機，其結構、形狀基本相似，零部件通用性很高，而且隨功率按一定的比例遞增。

Y系列產品具有效率較高、節(jié)能、啟動轉矩大、噪聲低、振動小的優(yōu)點，其性能指標、規(guī)格參數和安裝尺寸等完全符合國際電工委員會(IEC)標準，便于與國際產品接軌以及產品的配套出口。常用的Y系列三相異步電動機的型號、名稱、使用特點和場合如表3-2所示。表3-2常用的Y系列三相異步電動機的型號、名稱、使用特點和場合三、活動小結

三相異步電動機的結構比直流電動機的簡單，由定子和轉子兩大部分組成。其中，定子和轉子的鐵芯均由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。三相定子繞組按一定規(guī)律對稱放置在定子鐵芯槽內，再根據電動機的額定電壓和電源的額定電壓連接成Y形或△形。轉子繞組有籠型和繞線型兩種結構形式?；\型轉子鐵芯槽中的導條與槽外的端環(huán)自成閉合回路；繞線轉子鐵芯中對稱放置三相繞組，連接成Y形后，可經集電環(huán)和電刷引至外電路的變阻器上，有助于啟動和調速。四、活動回顧與拓展

(1)簡述三相異步電動機的基本結構和各部分的主要功能。

(2)為什么三相異步電動機的定子和轉子鐵芯要用導磁性能良好的硅鋼片制成，而且氣隙必須做得很??？

(3)目前哪種防護等級的三相異步電動機應用最廣泛？為什么？活動3三相異步電動機主要部件的常見故障與處理

一、活動目標

(1)掌握定子繞組的常見故障與處理方法。

(2)掌握籠型轉子、繞線轉子的常見故障與處理方法。

(3)掌握滑環(huán)、電刷、轉軸的常見故障與處理方法。二、活動內容

1.定子繞組的常見故障與處理

1)斷路故障

(1)故障的可能原因：

①繞組受外力的作用而斷裂；

②接線頭焊接不良而松脫；

③繞組短路或電流過大、過熱而燒斷；

④中等容量電動機繞組大多是用多根導線并繞或多支路并聯(lián)，其中有若干根斷掉或一路斷開。(2)故障的檢查方法：可用萬用表、校驗燈來檢查。對于星形接法的電動機，將三相繞組并聯(lián)，通入低壓大電流，若三相電流值相差大于5%，則電流小的一相為斷路。對于三角形接法的電動機，先將三角形接頭拆開一個，然后通入低壓大電流，用電流表逐相測量每相繞組的電流，其中電流小的一相為斷路相。用電橋測量三相繞組的電阻，若三相電阻值相差大于5%，則電阻較大的一相為斷路相。

(3)故障的處理方法：如果斷路是引出線和引出線接頭沒有焊牢或扭斷而引起的，則找出后重新焊接包扎即可。如果斷路處在槽內，可用穿繞修補法更換個別線圈。2)絕緣不良

(1)故障的可能原因：

①電動機長期擱置不用，周圍環(huán)境潮濕；

②電動機受日曬雨淋；

③長期過載運行；

④灰塵油污、鹽霧、化學腐蝕性氣體等侵入，都可能使繞組的絕緣電阻下降。(2)故障的檢查方法：

①測量相與相的絕緣電阻。將接線盒內三相繞組的連接片拆開，用兆歐表測量每兩相間的絕緣電阻，如果測出的絕緣電阻在0.5MΩ以下，則說明該電動機已受潮或絕緣不合要求。如果絕緣電阻為零，說明該兩相出現(xiàn)相間短路。

②測量相對機座(即地)的絕緣電阻。將兆歐表的“L”端接在電動機繞組的引出端上(可分相測量，也可以三相并在一起測量)，將“E”端接在電動機的機座上測量絕緣電阻。如果測出的絕緣電阻在0.5MΩ以下，則說明該電動機已受潮或絕緣不合要求。如果絕緣電阻為零，說明該相繞組接地。(3)故障的處理方法：繞組受潮的電動機，需要進行烘干處理后才能使用，這時絕緣電阻很低，不宜用通電烘干法，應將電動機兩端蓋拆下，用燈泡、電爐板烘干或放在烘箱中烘干，烘到絕緣電阻達到要求時，加澆一層絕緣漆，以防止回潮。3)短路故障

(1)故障的可能原因：

①電動機電流過大、電壓過高、機械損傷、重新嵌繞時絕緣損傷、絕緣老化脆裂、受潮等。

②匝間短路。三相異步電動機同一相繞組中相互靠著的兩匝或多匝線圈因絕緣層破損，使導電裸露部分直接接觸，稱為匝間短路。

③相間短路。以星形接法的三相異步電動機為例，三相繞組除了三個尾端V2、U2、W2連成星點之外，其他各處都要相互絕緣，即用相間絕緣材料隔開，這些絕緣材料就叫相間絕緣。如果相間絕緣由于過熱或機械碰傷而被損壞，就會使不同相的線圈中的導線裸露部分直接接觸，這稱為相間短路。(2)故障的檢查方法：

①外部檢查。使電動機空載運行20min，然后拆卸兩邊端蓋，用手摸線圈端部，如果有一個或一組線圈比其它的熱，這部分線圈很可能短路；也可以觀察線圈有無焦脆現(xiàn)象，如果有，則該線圈可能短路。

②用短路偵探器檢查繞組匝間短路。短路偵探器的結構和檢查方法如圖3-8所示。短路偵探器是利用變壓器原理來檢查繞組匝間短路的。測試時，將短路偵探器勵磁繞組接36V低壓交流電源，沿槽口逐槽移動，當經過短路繞組時，相當于變壓器二次側短路，電流表的讀數會明顯增大，即可查處出短路線圈。短路偵探器具有一個不閉合的鐵芯磁路，上面繞有勵磁繞組，相當于變壓器一次側繞組。當繞組短路偵探器接通電源后，放在三相電動機定子鐵芯槽口，沿著每個槽口逐槽移動。當經過一個短路線圈時，這個短路線圈就成了測試器的變壓器二次側繞組。如果在短路偵探器繞組中串聯(lián)一只電流表，此時電流表指示出較大的電流(而平時電流較小)；如果不用電流表，也可以用一片厚0.5mm的鋼片或舊鋸條安放在被測線圈的另一邊所在槽口上面，如圖3-8(b)所示，如果被測線圈短路，則此鋼片或鋸條就會產生振動。(對于多支路繞組的三相異步電動機，必須把各支路拆開，才能用短路偵探器測試，否則繞組支路有環(huán)流，無法分辨哪個槽的線圈是短路的。)圖3-8繞組短路偵探器③對于發(fā)生在兩相繞組首端的嚴重相間短路，由于會造成很大的短路電流，在短路點產生高溫，容易引起電弧，能將附近的導線燒斷。此時，當拆下三相異步電動機的接地線，給三相異步電動機送電后并用試電筆測量機殼，就會發(fā)現(xiàn)三相異步電動機外殼帶電；斷開三相異步電動機開關，用手摸機殼，會感到局部地方燙手。

④用萬用表檢查相間短路。要判定相間是否短路，通常是將三相電動機接線盒中的三相繞組的接線端子上的連接線—電源引線及Y或△連片拆開，然后用兆歐表測量相間絕緣電阻值，正常情況下不小于0.5MΩ。若絕緣電阻值為0，則可確定為相間短路。為了證實，可用萬用表的R?×?1?Ω擋測定相間的阻值。若電阻值仍為0，則確屬相間短路；若有數千歐，則可能是絕緣受潮。(3)故障的處理方法：繞組短路通常發(fā)生在同極同相的兩個相鄰的線圈間、上下層線圈間及線圈的槽外部分。

①如能明顯看出短路點，可將竹楔插入兩個線圈間，將短路部分分開，墊上絕緣。

②如果短路點發(fā)生在槽內，先將該繞組加熱軟化后，翻出受損繞組，換上新的槽絕緣，將導線損壞部位用薄的絕緣帶包好，重新嵌入槽內，再進行絕緣處理。

③整個極相組短路的修補。出現(xiàn)這種情況的主要原因是極相組間連接線絕緣套管沒有套到線圈的槽部，或絕緣套管被壓破。有繞組間短路時，可將繞組加熱軟化，用劃線板撬開引出線處，將絕緣套管重新套到接近槽部，或用絕緣紙墊好。

④如果個別線圈短路，可用穿繞修補法調換個別線圈。

⑤對于發(fā)生在線圈端部的短路，可墊絕緣紙修復。4)接地故障

繞組接地又稱繞組碰殼。在三相異步電動機的三相繞組中，有任何一點或幾點與鐵芯或機座相通，則被認為繞阻接地，俗稱“碰殼”或“搭鐵”。三相異步電動機運轉時，如果發(fā)現(xiàn)轉速很慢，一相電流顯著增加，而且一相熔斷器的熔絲經常燒斷，就可初步判斷有一相線圈碰殼接地。如果兩相繞組同時碰殼，則兩相電流顯著增加，熔絲更容易燒毀，甚至會發(fā)生相間短路、燒毀線圈等事故。(1)故障的可能原因：電動機長期過載運行，致使絕緣老化，或導線松動，硅鋼片未壓緊，有尖刺等原因，在震動情況下擦傷絕緣；因轉子與定子相擦使鐵芯過熱，燒傷槽模和槽絕緣；因金屬異物掉進繞組內部而損壞絕緣；有時在重繞定子繞組時損傷絕緣，下線時定子槽底有毛刺未除盡，絕緣漆包線被毛刺刮破；下線整形時，槽絕緣端部有裂口或槽絕緣未墊好；繞線模具過大，造成下線后的線圈端部伸出鐵芯兩端過長，與端蓋內壁相碰；三相異步電動機長期過熱，引起絕緣老化；線圈絕緣受潮；雷電造成過電壓擊穿三相異步電動機繞阻絕緣層；引出線套管受傷，使導線與機殼相碰或使鐵芯與導線相碰；等等。繞組接地后，會造成繞組過電流發(fā)熱，繼而造成匝間短路、相間短路及電動機外殼帶電。(2)故障的檢查方法：

①用500V兆歐表測量每相繞組對地絕緣電阻，兆歐表讀數為零時，表示該相繞組接地。當指針搖擺不定時，說明絕緣已被擊穿。

②檢查繞組是否接地，可以用萬用表的低阻擋或用燈泡法檢查，如圖3-9所示。將燈泡的一根引出線接地(即接三相電動機外殼)，另一根引線接到繞組的引出線頭上，逐相檢查。電源可用220V，燈HL可用40W以下的。若絕緣受潮，則燈泡就可能是暗紅的。也可采取用500V兆歐表測量各相繞組對外殼的絕緣電阻值的方法來判斷。但受潮嚴重的三相異步電動機不宜采用此法。圖3-9繞組接地燈泡檢查法③引線與端部接地，可重新包上絕緣。繞組中絕緣線在鐵芯槽內接地，要取出線圈修理或更換。

④如果繞組受潮，應進行烘干處理。烘干后，用兆歐表測量絕緣電阻，一般大于0.5MΩ才允許使用該電動機。

⑤拆開電動機端蓋，將接地相線圈的連接片拆開，然后逐一測定是哪一個線圈接地。

(3)故障的處理方法：如果接地點在槽口或槽底線圈出口處，可用絕緣紙或竹片墊入線圈的接地處，然后再用上述方法復試。如果發(fā)生在端部，可用絕緣帶包扎，復試后，涂上自干絕緣漆；如果發(fā)生在槽內，則必須更換繞組或用穿繞修補法修復。5)繞組接反或嵌反

一相繞組接反實際是繞組接錯，一般情況是繞組外部接線錯誤；在繞組內部，也有個別線圈嵌反或極相接錯的情況。一相繞組接反或某個線圈嵌反之后，會造成繞組中流過的電流方向改變，使得三相電流嚴重不平衡，振動噪音加大，三相異步電動機過熱，轉速降低，甚至無法啟動，燒斷熔絲。(1)一相繞組接反。故障的可能原因：三相繞組在端部連接時，如果有一相繞組的頭尾互換，便形成了一相反接，如圖3-10所示。一相反接時，相當于給定子繞組加上了極不對稱的三相電壓。這時，三相電流明顯不等，而且比正常值大許多，啟動轉矩嚴重下降，只要稍加負載或電壓降低，三相電動機就不能達到正常轉矩。造成機身嚴重振動，并且有明顯的電磁噪音，即使是空載運行，機內也發(fā)熱嚴重。遇到這種情況，要立即停車檢查。這種故障多發(fā)生在繞組重繞修理之后，或者是新購的電動機。圖3-10一相反接故障檢查方法如下：

①萬用表測試法。此法可分為兩種：

第一種方法是三相一起檢查，如圖3-11所示。操作時，將三相繞組按頭尾標志接好，轉動三相異步電動機的轉子，若萬用表(mA擋)指針不動，如圖3-11(a)所示，則表明繞組頭尾連接是正確的；如果指針像圖3-11(b)所示那樣指出某個讀數，說明有一相繞組的頭尾連接是錯誤的。應調換頭尾后再試，直接轉動三相異步電動機轉子，至萬用表指針不動為止。圖3-11萬用表測試反接的繞組第二種方法是逐相檢查。先按如圖3-12所示連接一相，當開關S閉合的瞬間，萬用表(mA擋)指針擺向大于零的一邊，則規(guī)定電池G的正極所接線頭與萬用表的正端所接的線頭同為繞組“頭”。用同樣的方法把其余兩相的“頭”都找出來。然后按要求將繞組接成Y形或△形。圖3-12用電池和萬用表配合查反接繞組②燈泡查頭尾法。如圖3-13所示，先用萬用表的R×1Ω擋檢查出屬于同一相的兩個頭尾，再把任意的兩相串聯(lián)，余下的一相接6V白熾燈泡HL。在串聯(lián)的兩相繞組中加入36V交流電壓，如果燈泡HL亮，表明串接兩相繞組是“頭”、“尾”相接，如圖3-13(a)所示；如果燈泡HL不亮，表示串接兩相繞組是“頭”與“頭”或“尾”與“尾”相接，如圖3-13(b)所示，然后調換接線再試。圖3-13用白熾燈泡查繞組頭尾(2)?Y形與△形接法有誤。銘牌上標有“220?V/380?V、△/Y”的三相異步電動機，當電源線電壓為380V時，應接成Y形。倘若對銘牌含義不理解，見有△符號就把三相異步電動機接成△形，使每相電壓增到額定值的倍，導致鐵芯嚴重過熱，使定子繞組電流過大而燒毀。反之，對于JD2、Y系列的三相異步電動機(銘牌上標有“380V、△”)，不看銘牌而憑經驗接成Y形，使每相繞組所受的電壓只有額定電壓的1/，致使轉矩嚴重下降。此時如果滿載或重載運行，轉子電流與定子電流都會急劇增加，同樣會燒毀三相繞組，嚴重時會燒焦，發(fā)出難聞的糊味。(3)繞組內部個別線圈接錯或嵌反。一相繞組由幾個線圈組成，每個線圈的頭尾連接都不能接錯，如有一個或幾個線圈頭尾接錯，就造成了相內反接。這時，三相異步電動機的運轉情況表現(xiàn)為：啟動轉矩下降，三相空載電流明顯不等，而且比正常值大，但沒有一相反接時那么嚴重，有時能聽到電磁噪音，滿載運行容易過熱。

故障的檢查方法：可以逐個線圈檢查頭尾接線，用指南針來判斷。具體做法是，將直流低壓電(用蓄電池)通入某一相繞組，用指南針沿著定子鐵芯槽口上逐槽檢查。如果指南針在每一極相組位置方向是交替變化的，表明接線是正確的；如果鄰近的極相組指南針的指向是相同的，則表明極相組接錯了。如果在極相組內有個別線圈嵌反了，則在本極組內指南針的指向不是交替變化的。

故障的處理方法：把繞組接錯或嵌反的線圈改正后，再繼續(xù)進行檢查。如果指南針指示的方向不太清楚，可適當提高直流低壓電(或并聯(lián)幾只蓄電池)。

2.籠型轉子的故障檢查與處理

目前三相籠型異步電動機的轉子一般都采用鑄鋁。因鑄鋁質量不好，鑄鋁轉子常出現(xiàn)斷條故障?；\型條有時是一根或幾根斷裂(鑄鋁中氣泡很多，會受振動而裂斷)，有時是端環(huán)中有一處或多處斷裂。輕度斷裂時(如1根或2根斷裂)，暫無明顯影響；斷條比較嚴重時，啟動轉矩降低，可能帶不動負載，滿載運行時，轉速比正常值低，轉子過熱，導致整個三相電動機溫度增高，但定子電流并無顯著增加。此時，拆開三相異步電動機會發(fā)現(xiàn)轉子斷條處有燒黑的痕跡。(1)故障的可能原因：

①鋁料不純。熔鋁槽內雜質多，混入鋁液中鑄入轉子，在雜質多的地方容易形成斷條。

②鑄鋁工藝不當造成斷條。比如鑄鋁時鐵芯預熱溫度不夠，或者是手工鑄鋁不是一次澆鑄完畢，中間出現(xiàn)過停頓，使先后澆鑄的鋁液之間結合不好，在結合處最易斷條。

③鑄鋁前鐵芯壓裝過緊，鑄鋁后轉子鐵芯漲開，使鋁條承受過大的拉力而斷條。(2)故障的檢查方法：可采用鐵粉法和斷路偵探器兩種方法來檢查。

①鐵粉法。當籠型轉子斷條不嚴重時，轉子外表完好，但三相異步電動機滿載運行時，機身會劇烈振動，并伴有較大的“嗡嗡”噪音，三相電流表的指針會出現(xiàn)周期性的擺動。對于這種情況的轉子斷條可以用如圖3-14所示的鐵粉法進行檢查。圖中，F(xiàn)e為鐵粉；QS為單相刀閘；FU為熔斷器；T1為0～250V調壓器；T2為升流器(電壓為220V/1.5V，次級電流為300A～500A)。

具體的檢查方法是：將開關QS合上，調整調壓器從零點升高，升壓器T2的電流逐漸增大，在轉子表面產生磁場。將鐵粉Fe撒在轉子上，鐵粉將整齊地一行一行排列在轉子的籠條方向上。調整T1，使T2的輸出電流以升到鐵粉能排列清楚為止。若轉子M有斷條，該處就撒不上鐵粉，這樣就能很容易地找出斷條部位。轉子斷條故障也可用短路探測器來進行檢查，用短路探測器檢查轉子斷條的電路圖如圖3-15所示。圖3-14用鐵粉法檢查轉子斷條圖3-15用短路探測器檢查籠型轉子斷條電路圖②斷路偵探器。轉子斷條故障還可以用斷路偵探器來檢查，方法如圖3-16所示。將被測轉子放在鐵芯Ⅰ上并接通電源，用鐵芯Ⅱ逐槽檢查。如果轉子斷條，則毫伏表mV的讀數將增大。

斷路偵探器可以自制。圖3-16中的鐵芯Ⅰ、鐵芯Ⅱ采用0.35mm～0.50mm硅鋼片疊成。鐵芯Ⅰ上繞兩只線圈，頭尾串聯(lián)，接220V交流電源，漆包線直徑為1.0mm，每只線圈繞600匝，如圖3-16(b)所示；鐵芯Ⅱ上繞一只線圈，沿軸向繞于15mm寬處，線圈的漆包線直徑為0.19mm，繞2500匝，如圖3-16(c)所示。圖3-16用斷路偵探器檢查籠型轉子斷條(3)故障的處理方法：

①端環(huán)斷裂補焊。轉子端環(huán)斷裂可補焊修理。首先用噴燈加熱籠型端環(huán)(短路環(huán))到400℃～500℃，再用自制的焊條補焊。在焊接前應先清除污物和油污，然后用尖鑿剔斷裂縫形成坡形口，以便將自制的焊條熔化后注入裂縫，填滿缺口處，待冷卻后，再用銼刀修整即可。

②個別導條斷裂的修理。如果轉子較短，而且斷裂的導條只是個別的，則可以用電鉆鉆斷導條，在清除殘存的鑄鋁以后，再用相近的鋁條代替原導條插入槽中，然后再焊接導條與端環(huán)相交處。其焊接方法與端環(huán)斷裂補焊方法相同。如果電動機導條較長，無法鉆透，則可以在斷裂處用鉆垂直于導條鉆孔，到露出槽底面時，再進行補焊。

3.繞線轉子的故障檢查與處理

由于繞線轉子繞組的結構、嵌繞等都與定子繞組相同，所以其故障現(xiàn)象、可能原因、檢查與處理方法和定子繞組也基本相同，只是對于較大的繞線轉子繞組因采用扁銅線或裸銅條，線圈形式一般是單匝波形線圈，在扁銅線或裸銅條外面用絕緣帶半疊包一層，插入槽內后連接成繞組，其槽絕緣一般要比定子繞組槽絕緣加強，轉子繞組經過修理或全部更換以后，必須在繞組的兩個端部用鋼絲打箍。

4.滑環(huán)的故障檢查與處理

繞線轉子異步電動機常見故障的可能原因有滑環(huán)表面出現(xiàn)黑斑、粗糙、擦傷、變形或偏心等。

通過觀察法進行故障檢查，檢查滑環(huán)是否過熱或燒壞、電刷是否冒火花等。

故障的處理方法：用砂布打磨圓滑環(huán)表面，使電刷與滑環(huán)接觸良好。若砂布不能將滑環(huán)表面磨光打圓，可將滑環(huán)放在車床上車光、車圓。具體的研磨方法是：手握油石緊貼滑環(huán)表面，讓轉子以正常的速度運轉，即可初步磨光；然后，用裝在木塊上的砂紙按上述方法進行打光；最后用一塊釘在木板上的折疊帆布緊壓在滑環(huán)表面揩拭潔凈即可。若是表面凹槽過深或偏心過大，則要將轉子拆下，用車床車光。

5.電刷的故障檢查與處理

三相繞線轉子異步電動機的電刷一般是采用螺栓固定在刷桿上的。隨著電刷的磨損，整個刷桿在彈簧的作用下會逐漸地低落下去。彈簧的作用就是將電刷壓在換向器上，保證電刷與換向器的良好接觸與滑動。電刷的常見故障有以下幾種：

(1)電刷質量差或總接觸面積不夠。此種故障會造成電刷與換向器之間冒火、滑環(huán)過熱或滑環(huán)燒壞。

故障的處理方法：換用質量好的電刷。若電刷總接觸面積不夠，則要增加電刷的數量或換用截面積較大的電刷和刷握。(2)電刷牌號或尺寸大小不符合三相繞線轉子異步電動機的要求或電刷的壓力不足或過大。此種故障會造成電刷與換向器之間冒火、滑環(huán)過熱或燒壞滑環(huán)。

故障的處理方法：按三相異步電動機制造廠的規(guī)定，選用合適的電刷。

(3)電刷磨損嚴重。檢查電刷磨損是否超過電刷全長的60%，如果超過60%，就需要更換。

故障的處理方法：選用與原規(guī)格相同的電刷后予以更換。

(4)彈簧過松、過緊或損壞。檢查彈簧是否過松或過緊。

故障的處理方法：對于過松或過緊的彈簧需按原規(guī)格更換。

6.轉軸的故障檢查與處理

(1)機械損傷或使用時間過長造成軸頭彎曲、變形。

故障的處理方法：對于彎曲的軸頭可在壓力機上校正。若變形較大，校正后仍不符合要求，可在軸表面電焊一層，也可用振動堆焊。然后，在車床上以轉子外圓為基準，找正兩軸承配合軸頸在0.02mm以內，修兩端頂針孔，最后車削到要求尺寸。

(2)軸承裂紋、斷裂及軸與轉子配合過松。

故障的處理方法：一般是更換新軸。小型三相異步電動機用35#?鋼或45#?鋼，大、中型三相異步電動機應分析軸的材料成分，用同樣的鋼材進行更換，也可以用焊接的方法進行修復，以應對暫時應急使用。(3)使用時間過長或有溶渣造成鍵槽磨損。

故障的處理方法：找正后，修頂針孔，將軸車去1mm

～1.5mm，然后進行電焊或振動堆焊。去熔渣后，車至要求尺寸，在原鍵槽的背面重新加工鍵槽。

(4)軸承損壞。三相異步電動機長期過載，皮帶過緊或裝配不當，或者潤滑油干涸后，三相異步電動機仍在繼續(xù)使用以及運行中軸承部位發(fā)出“咔咔”聲或“格格”聲，都表明軸承已經損壞。

故障的處理方法：先關斷三相異步電動機的電源開關，然后用手摸軸承外蓋。如果發(fā)現(xiàn)軸承蓋很燙手，就應卸下皮帶(或聯(lián)軸器)，雙手上下左右地扳動皮帶軸。此時可發(fā)現(xiàn)皮帶軸特別緊，轉動很困難，有咬住現(xiàn)象，或發(fā)現(xiàn)軸已松動，將皮帶輪轉動一下，它會很快地停下來，由此可以斷定是軸承損壞，對此應更換軸承，減輕負載，定期加油。三、活動回顧與拓展

(1)定子繞組的常見故障檢查與處理方法有哪些？

(2)籠型轉子的故障檢查與處理方法有哪些？

(3)滑環(huán)、電刷、轉軸的故障檢查與處理方法有哪些？活動1三相籠型異步電動機的啟動

一、活動目標

(1)掌握三相籠型異步電動機的啟動方法。

(2)掌握改善三相籠型異步電動機啟動性能的方法。任務二三相異步電動機的啟動二、活動內容

在電動機拖動機械設備的啟動過程中，不同的機械設備有不同的啟動要求。有些機械設備在啟動時負載轉矩很小，負載轉矩隨著轉速增加而與轉速平方近似成正比增加，例如鼓風機負載，啟動時只需克服很小的靜摩擦轉矩，當轉速升高時，風量增大很快，負載轉矩也隨之急劇增大；有些機械設備在啟動過程中的負載轉矩與正常運行時一樣大，例如電梯、起重機和皮帶運輸機等；有些機械設備在啟動過程中接近空載，待轉速上升到接近額定值時再加負載，例如機床、破碎機等。此外，還有頻繁啟動的機械設備等。這些情況都對電動機的啟動性能之一的啟動轉矩提出了不同的要求。

1．啟動電流大與啟動轉矩小的危害

對于三相異步電動機來說，與直流電動機一樣，衡量其啟動性能好壞的最主要的因素是啟動電流和啟動轉矩，通常我們總是希望三相異步電動機既要有較小的啟動電流又要有較大的啟動轉矩。如果一臺普通的三相異步電動機不采取措施而直接投入電網啟動，即全壓啟動時啟動電流就會很大，而啟動轉矩卻達不到啟動要求，這對電動機本身是不利的。下面分別表述三相異步電動機直接啟動時啟動電流大、啟動轉矩小對電動機和電網造成的危害。1)啟動電流大的危害

在三相異步電動機啟動瞬間的定子電流即啟動電流，而這個啟動電流就是額定電壓下的短路電流，為額定電流的5～7倍。如此大的啟動電流會使電源和供電線路上的壓降增大，引起電網電壓波動，同時影響并聯(lián)在同一電網上的其它負載的正常工作。例如，附近照明燈亮度減弱，正在正常運行的電動機轉速下降，甚至因拖不動負載而停轉等，對較小容量的供電變壓器或電網系統(tǒng)影響特別嚴重。這種情況對電動機本身來說，雖然啟動電流大，但由于持續(xù)時間不長，電動機的溫升不會過大，不致起破壞性的作用(啟動頻繁和慣性較大、啟動時間較長的電動機除外)。不過，過大的電磁力形成的電磁轉矩對電動機的影響也不能忽視。2)啟動轉矩小的危害

啟動轉矩過小，會使啟動時間過長，使過大的啟動電流施加在電動機上的時間過長，甚至使電動機不能順利啟動。

三相異步電動機啟動時的啟動電流大主要對電網不利，而啟動轉矩小主要對負載不利。這是因為若電源電壓下降，則啟動轉矩按電壓平方成比例下降，可能會使電動機帶不動負載啟動。不同容量的電網和不同類型的機械設備，對三相異步電動機啟動性能的要求是不同的。有的要求有較大的啟動轉矩，有的要求限制啟動電流，但更多的情況要求兩者必須同時滿足。

一般情況下機械設備對三相異步電動機的啟動要求是：①盡可能限制啟動電流；②有足夠大的啟動轉矩；③啟動設備盡可能簡單經濟、操作方便，且啟動時間短。

2.全壓啟動

全壓啟動又稱直接啟動，是將三相交流電源的額定電壓通過刀開關與接觸器接到三相異步電動機的三相對稱定子繞組上。盡管前面已經分析了全壓啟動時存在啟動電流大、啟動轉矩并不大的缺點，但是由于全壓啟動方法最簡單，操作最方便，對于小容量的三相籠型異步電動機，如果電網容量允許，應盡量采用全壓啟動。對于三相異步電動機的使用者來說，可參考下列經驗公式來確定所使用的三相異步電動機能否采用全壓啟動：

≥(3-30)

3.降壓啟動

降壓啟動是采用某種方法將加在電動機定子繞組兩端的電壓降低，而不降低電源自身電壓的一種方法。降壓啟動的目的是減小啟動電流，但由于啟動轉矩與定子端電壓的平方成正比，因此降壓啟動時，啟動轉矩將大大減小?？梢娊祲簡臃椒▽﹄娋W有利，而對負載本身不利。因此，降壓啟動只適用于對啟動轉矩要求較低的設備，如通風機、離心泵等。1)定子繞組串電阻或串電抗降壓啟動

如圖3-17(a)所示，啟動時，將刀開關打向“啟動”位置，三相異步電動機在定子繞組電路中串入電阻或電抗的情況下開始轉動，待電動機的轉速從零上升到接近于穩(wěn)定額定轉速時，將刀開關打向“運行”位置，使電動機在全壓下穩(wěn)定運行?？梢姸ㄗ永@組電路所串的電阻或電抗在電路中起分壓的作用，使加在電動機定子繞組兩端的相電壓低于電源的相電壓(即全壓啟動時的定子端電壓)，使啟動電流小于全壓啟動時的啟動電流。定子繞組串電阻啟動的等效電路圖如圖3-17(b)所示。由圖可知，只要調節(jié)定子繞組所串電阻或電抗的大小，便可以得到電網所允許通過的啟動電流。圖3-17三相籠型異步電動機定子串電阻降壓啟動2)自耦變壓器降壓啟動

自耦變壓器用作三相異步電動機降壓啟動時的接線圖如圖3-18(a)所示。自耦變壓器降壓啟動利用自耦變壓器降低加到電動機定子繞組兩端的電壓。啟動時，將刀開關QS打向“啟動”位置，此時，自耦變壓器的一次側接到電網額定電壓上，二次側(一般有三個抽頭，用戶可根據電網允許的啟動電流和機械設備所需的啟動轉矩進行選配)接到電動機定子繞組上，使電動機在低壓下啟動，待電動機的轉速接近額定轉速時，將刀開關打向“運行”位置，切除自耦變壓器，同時電動機直接接至額定電壓的電網中穩(wěn)定運行。圖3-18三相籠型異步電動自耦變壓器降壓啟動使用自耦變壓器降壓啟動時的等效電路如圖3-18(b)所示，由于加在電動機定子繞組兩端的相電壓?=?/k(k?>?1)，因此電動機的啟動電流即自耦變壓器的二次側電流與電網供給電動機的啟動電流即自耦變壓器的一次側電流之間有以下關系：

?

自耦變壓器降壓啟動的優(yōu)點是：在電網限制的啟動電流相同時，用自耦變壓器降壓啟動比用其它方法啟動獲得的啟動轉矩大；缺點是：自耦變壓器的體積大，電路較復雜，設備價格昂貴，且不允許頻繁啟動。Y/△降壓啟動方法只適用于電動機正常運行時定子繞組是△形連接的三相異步電動機。通常電動機定子繞組的六個端頭都引出來接到換接開關上，如圖3-19所示。在啟動時，將刀開關打向“Y”位置，使三相異步電動機定子繞組接成Y形，此時三相異步電動機進入降壓啟動，待電動機的轉速接近于額定轉速時，將刀開關打向“△”位置，此時的三相異步電動機定子繞組改接成△形，使三相異步電動機在額定電壓下穩(wěn)定運行。啟動時接成Y形，這時電動機在相電壓?=UN/低壓下啟動，待電動機轉速升高到接近額定轉速時，再改成△形連接，使電動機在額定電壓下穩(wěn)定運行。圖3-20所示為Y/△降壓啟動的原理圖，由圖可以推算出：在啟動時，電動機在相電壓為的低電壓下啟動，啟動電流下降到全壓啟動時的1/3，限流效果非常好，但啟動轉矩也降低很多，為原來的1/3。因此這種啟動方法只適用于空載和輕載啟動。圖3-19籠型異步電動機Y/△降壓啟動原理圖圖3-20籠型異步電動機Y/△降壓啟動等效電路圖Y/△降壓啟動方法的優(yōu)點是設備比較簡單、成本低、運行可靠，因此Y系列且容量等級在4kW及以上的小型三相籠型異步電動機的定子繞組均采用△形連接，以便采用Y/△啟動；缺點是只適用于正常運行時定子繞組是△形連接的三相籠型異步電動機，并且只有一種固定的降壓比。

通過以上的分析可知，無論采用何種降壓啟動方法，都能使啟動電流減小到電網所允許的范圍內，都將使電動機的啟動轉矩降低。但不同的降壓啟動方法有各自的特點，讀者可根據現(xiàn)場的實際情況選擇電動機的啟動方法，以滿足機械設備的需要。4)軟啟動

軟啟動是指利用電力電子技術，使電動機在啟動過程中電壓無級平滑地從初始值上升到全壓，頻率由0漸漸變化到額定頻率，啟動電流由不可控的過載沖擊電流變成可控的，根據需要可調解啟動電流的大小，而且在電動機啟動的全過程中都不存在沖擊轉矩，而是平滑地啟動運行。

軟啟動依賴于串接在電源和電動機之間的軟啟動器，如圖3-21所示。通常在軟啟動器輸入和輸出兩端，并聯(lián)接觸器KM1主觸點，在軟啟動器輸入端串聯(lián)接觸器KM主觸點。當軟啟動結束后，KM1主觸點閉合，KM主觸點斷開，工作電流通過KM1送到電動機。這種方法大大提高了軟啟動器的使用壽命，同時避免了電動機運行時軟啟動器產生的高次諧波，因為接觸器通斷時，觸點兩端電壓基本為零，也提高了接觸器的使用壽命。圖3-21軟啟動接線圖軟啟動與傳統(tǒng)的降壓啟動方式的不同之處是：

(1)恒流啟動。軟啟動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電動機在啟動過程中保持恒流，確保電動機平穩(wěn)啟動。

(2)無沖擊電流。軟啟動器在啟動電動機時，通過逐漸增大晶閘管的導通角，電壓無級上升，使電動機啟動電流從零開始線性上升到所設定的值，從而使電動機平滑地加速，同時通過減小轉矩波動來減輕對齒輪、聯(lián)軸器及皮帶的損害。

(3)軟啟動能夠根據負載的具體情況及電網繼電保護特性選擇的要求，自由地無級調整到最理想的啟動電流。

(4)軟啟動器可以實現(xiàn)在輕載時，通過降低電動機定子端電壓提高功率因數，減少電動機的銅耗和鐵耗，達到輕載節(jié)能的目的；在重載時，則通過提高電動機定子端電壓，以確保電動機正常運行。當軟啟動用于可編程序控制器PLC中時，可不裝設停止、啟動按鈕。因為啟動、停止的控制過程可用PLC的順序控制完成，并能實現(xiàn)用一臺軟啟動器啟動多臺電動機的目的。

一般情況下，在三相籠型異步電動機不需要調速的各種應用場合都可采用軟啟動方法。軟啟動器特別適合各種泵類或風機負載需要的場合，也適用于三相籠型異步電動機的軟停止，以減輕停機過程中的振動，如減輕負載的位移以及液體的溢出等現(xiàn)象。

4.三相籠型異步電動機啟動性能的改善

(1)深槽式三相籠型異步電動機。深槽式三相籠型異步電動機的主要特點是轉子的槽型特別深而窄，通常槽深與槽寬之比為(10～12)∶1，如圖3-22(a)所示。設沿槽深方向轉子導條由許多根小導條并聯(lián)組成，由圖3-22(b)所示的槽漏磁通分布情況可知，越靠近槽底部分的小導條交鏈的漏磁通越多，其漏電抗也越大。啟動時，s?=?1，轉子頻率f2?=?f1，這相對于正常運行時f2?=?1Hz～3Hz是較高的，轉子槽中各并聯(lián)小導條的漏電抗比電阻大。由圖3-22(a)可見，其電流密度主要取決于漏電抗的大小，由于越靠近槽底的小導條交鏈的漏磁鏈越多，其漏阻抗越大，因此從槽口到槽底方向，各轉子導條沿槽高的電流密度逐漸減小，如圖3-22(b)所示。這時轉子電流大部分集中到槽口部分的導條中，這種現(xiàn)象稱為電流的“集膚效應”?！凹w效應”的結果，使靠近槽底部分的導條中幾乎沒有電流流過，相當于整個轉子導條的有效截面減小了，如圖3-22(c)所示，從而使轉子電阻增大(一般可達額定運行時轉子電阻的3倍)，使啟動電流減小而啟動轉矩增大，可滿載啟動。圖3-22深槽式異步電動機轉子導條集膚效應隨著轉速的升高，轉子電流的頻率逐漸降低，各并聯(lián)小導條的漏電抗也逐漸降低到小于電阻，“集膚效應”的影響逐漸減弱，此時電流分配主要取決于各并聯(lián)小導條電阻的大小。這樣，啟動結束時，各并聯(lián)導條的漏電抗相對于電阻來說較小，電流密度主要取決于電阻的大小，使轉子電流逐漸均勻地分布在轉子導條的整個截面上，轉子電阻逐漸降到正常值。

與普通的三相籠型異步電動機相比，由于深槽式轉子的漏磁通大，使正常運行時的轉子漏抗大，因此電動機的功率因數及過載能力降低。所以，深槽式電動機啟動性能的改善是靠犧牲某些性能指標(功率因數及過載能力)而獲得的。(2)雙籠式三相異步電動機。雙籠式三相異步電動機的轉子具有兩套籠型繞組，如圖3-23(a)所示。其上籠導條截面較小，且由電阻率較大的黃銅或鋁青銅等制成，因而電阻較大。但上籠交鏈的槽漏磁通較少，故漏抗?。幌禄\導條截面較大，且由電阻率較小的紫銅制成，因而電阻較小，但它交鏈的漏磁通較多，漏抗大。

啟動時，轉子電流的頻率較高，上、下籠的漏電抗都較大，轉子電流主要取決于漏電抗的大小。由于下籠電抗大，上籠電抗小，因此，轉子電流大部分流過上籠，“集膚效應”顯著，使上籠起主要作用，故上籠稱為啟動籠。由于上籠電阻大，因此可以增大啟動轉矩，減小啟動電流。

啟動結束后，轉子電流頻率很低，兩籠的漏電抗都很小，轉子電流主要取決于轉子電阻的大小。由于下籠電阻小，上籠電阻大，因此轉子電流大部分流過下籠，使下籠在電動機運行時起作用，故下籠稱為運行籠或工作籠。雙籠式三相異步電動機的機械特性是上、下籠機械特性的合成，如圖3-23(c)所示，改變上、下籠導條的材料和截面，可以得到不同的合成機械特性，從而滿足不同的負載要求。雙籠型三相異步電動機與深槽式三相異步電動機一樣有很好的啟動性能，也可以滿載啟動，但運行性能要好一些。不過深槽式電動機制造簡單，價格較低。圖3-23雙籠式異步電動機轉子槽型及機械特性三、活動小結

三相籠型異步電動機全壓啟動時，啟動電流很大，啟動轉矩較小。為了滿足電網對電動機啟動電流的限制和機械設備對電動機啟動轉矩的要求，對三相籠型異步電動機，如果電網容量允許，應盡量采用全壓啟動，以使啟動轉矩不受損傷而能滿載啟動；當電網容量較小時，應采用降壓啟動，以減小啟動電流。常用定子串電阻或電抗、自耦變壓器、Y/△等降壓啟動方法，但降壓啟動后，啟動轉矩隨電壓平方成正比例地下降，因此降壓啟動一般適用于輕載啟動。降壓啟動的軟啟動方法使啟動時無啟動沖擊電流，啟動平穩(wěn)。如果希望三相籠型異步電動機啟動時既減小啟動電流又增大啟動轉矩，且啟動平滑，則應采用特殊的深槽式或雙籠型三相異步電動機。四、活動回顧與拓展

(1)三相籠型異步電動機全壓啟動時，為什么啟動電流大，而啟動轉矩不是很大？

(2)三相籠型異步電動機在何種情況下可全壓啟動？

(3)三相籠型異步電動機的啟動方法有哪幾種?各有何特點？

(4)為什么在三相籠型異步電動機的幾種降壓啟動方法中，自耦變壓器降壓啟動性能相對最佳?活動2三相繞線轉子異步電動機的啟動

一、活動目標

(1)掌握三相繞線轉子異步電動機轉子繞組串電阻的啟動方法。

(2)掌握三相繞線轉子異步電動機轉子繞組串頻敏變阻器的啟動方法。二、活動內容

1．轉子繞組串電阻啟動

當三相繞線轉子異步電動機的每相轉子繞組串入啟動電阻Rst時，其啟動時的相電流為：

(3-3)由此可見，只要Rst足夠大，就可以使啟動電流限制在規(guī)定的范圍內。由圖3-24可知，轉子繞組串電阻Rp?=?Rst后，其啟動轉矩可隨Rst的大小自由調節(jié)，在一定范圍內，可隨Rst的增加而增加，以適應重載啟動的要求；也可以讓Rst足夠大，使>?1，?<?Tmax，然后再逐漸減小Rst使增大，這樣可以減小啟動時的機械沖擊。因此，三相繞線轉子異步電動機轉子串電阻可以得到比普通的三相籠型異步電動機優(yōu)越得多的啟動性能。圖3-24繞線轉子異步電動機轉子串電阻三級啟動原理接線圖在實際應用中，啟動電阻Rst在啟動過程中是通過接觸器逐級切除(短接)的。圖3-24所示為繞線轉子異步電動機轉子串電阻三級啟動(即分三次切除)的原理接線圖。其啟動過程與直流電動機電樞回路串電阻啟動相似，在此不再贅述，區(qū)別是繞線轉子異步電動機啟動完畢后，需操作啟動器手柄將電刷提起，同時將三只集電環(huán)自行短接，以減小運行中的電刷摩擦損耗，至此啟動過程結束。

2.轉子繞組串頻敏變阻器啟動

三相繞線轉子異步電動機轉子串電阻啟動，在逐級切除每一級電阻的瞬時，啟動電流和啟動轉矩都會突然增大，產生過大的電磁力和機械沖擊力。為了克服上述缺點，當三相繞線轉子異步電動機不需要頻繁啟動且不需要調速時，可采用轉子繞組串頻敏變阻器啟動來增加啟動的平穩(wěn)性。頻敏變阻器的結構特點是：其外觀很像一臺沒有二次繞組、一次側為Y形連接的三相心式變壓器，如圖3-25(a)所示。它的電阻和電抗值都會隨頻率的變化而變化。因它采用較厚的鋼片疊壓而成，故當繞組上通過交流電流時，鐵芯內產生的鐵耗將比普通變壓器大得多。轉子串頻敏變阻器的等效電路如圖3-25(b)所示。其中Rp是頻敏變阻器每相繞組的電阻，阻值較小；Rmp是反映頻敏變阻器鐵芯損耗的等效電阻，Xmp是頻敏變阻器靜止時的每相電抗。圖3-25繞線轉子異步電動機轉子串頻敏變阻器啟動轉子繞組串入頻敏變阻器啟動時，由于n?=?0，使s?=?1，而f2=sf1=f1最高，頻敏變阻器內的鐵芯損耗很大，對應的等效電阻Rmp也很大。但由于啟動時，轉子電流很大，使頻敏變阻器的鐵芯很飽和，所以Xmp不大，此時相當于在轉子回路中串入一個較大的啟動電阻Rmp，從而使啟動電流減小而啟動轉矩增大，獲得較好的啟動性能。隨著轉速的升高，s減小，f2降低，使Rmp減小，此時sXmp也變小，相當于隨轉速升高而自動且連續(xù)地切除啟動電阻值。當轉速接近額定值時，s很小，f2=sf1極低，所以Rmp及Xmp都很小，相當于將啟動電阻全部切除。此時應將電刷提起且將三只集電環(huán)短接，使電動機運行于固有機械特性上，啟動過程結束。三、活動小結

三相繞線轉子異步電動機有轉子繞組串電阻和串頻敏變阻器兩種啟動方法。不管采用哪種啟動方法，啟動時啟動電阻都很大，限制了啟動電流，增大了啟動轉矩，改善了啟動

性能。但后者比前者的啟動平滑性好。四、活動回顧與拓展

(1)三相繞線轉子異步電動機的啟動方法有哪幾種？

(2)為什么說三相繞線轉子異步電動機轉子繞組串頻敏變阻器啟動比串電阻啟動效果好？活動1三相籠型異步電動機的調速

一、活動目標

(1)理解并熟悉三相籠型異步電動機的調速方法。

(2)掌握三相籠型異步電動機變頻調速的原理。

(3)熟悉三相籠型異步電動機電磁轉差離合器調速的特點。任務三三相異步電動機的調速二、活動內容

直流電動機雖具有良好的調速性能，特別是在調速要求高和快速可逆的電力拖動系統(tǒng)中，大都采用直流電動機拖動生產機械，但它也有其自身的缺點，具體有：

①需要直流電源；

②結構復雜，維護檢修困難；

③價格高；

④不宜在易爆場合使用。目前，三相異步電動機雖然在調速和控制性能方面還不如直流電動機，但它也具有自身的優(yōu)點，具體有：

①結構簡單；

②維護方便；

③運行可靠。

隨著電力電子技術、計算機技術以及自動控制技術的不斷發(fā)展，使得三相異步電動機的交流調速性能不斷提高，調速技術日趨完善，在電力拖動系統(tǒng)中有很大的發(fā)展前景。

由三相異步電動機的轉速公式：可以得出，三相異步電動機的調速方法有以下三種：

(1)變極調速：通過改變定子繞組的磁極對數p來改變同步轉速n1，進而改變電動機轉速。

(2)變頻調速：可采用改變電源頻率f1來改變同步轉速n1，進而改變電動機轉速。

(3)變轉差率調速(又稱電磁轉差離合器調速)：保持同步轉速n1不變，改變轉差率s進行調速，這又包括：

①轉子回路串電阻調速；

②電磁轉差離合器調速；

③串級調速(參見繞線轉子異步電動機調速)。

1．變極調速

1)變極原理

下面用圖3-26來說明改變定子極對數的方法，因為三相籠型異步電動機的三相定子繞組只有在完全對稱的情況下才能正常運行，所以，在此僅以一相繞組為例，通常只要將一相繞組的半相連線改接即可。設電動機的定子每相繞組都由兩個完全對稱的“半相繞組”所組成，以圖3-26中的U相為例，并設相電流是從首端U1流進，尾端U2流出。當U相的兩個“半相繞組”首尾相串聯(lián)時(稱之為順串)，根據“半相繞組”內的電流方向，用右手螺旋定則可以判斷出磁場的方向，并用“”和“⊙”表示，如圖3-26(a)所示。這時電動機形成的是一個2p?=?4極的磁場；如果將兩個“半相繞組”尾尾相串聯(lián)(稱之為反串)或首尾相并聯(lián)(稱之為反并)時，就形成一個2p?=?2極的磁場，分別如圖3-26(b)、(c)所示。圖3-26三相籠型異步電動機變相時一相繞阻的接法2)兩種常用的變極方法

變極調速的具體接線方法很多，在此只討論兩種常用的變極接線—Y/YY變極和△/YY變極，分別如圖3-27(a)和(b)所示。變極前每相繞組的兩個“半相繞組”是順串的，因而是倍極數，不過前者三相繞組是Y形連接，后者是△形連接；變極時每相繞組的兩個“半相繞組”分別改接成反并，極數減少一半，而三相繞組都接成Y形，經演變變極后它們都成了雙Y形連接。所以圖3-27(a)和圖3-27(b)分別稱為Y/YY變極和△/YY變極。這種變極接線中定子的三相繞組只需9個引出端點，所以接線簡單，控制方便。圖3-27三相籠型異步電動機常用的兩種變極接線變極調速時，因為Y/YY變極和△/YY變極相應的定子繞組有不同的接線方式，所以允許的負載類型也不相同。具體的負載類型如下：

(1)對于Y/YY的變極調速，由于從Y形連接變成YY形連接后，變極極數減少一半時，轉速增加一倍，功率增大一倍，而轉矩基本上保持不變，所以屬于恒轉矩調速方式，適用于拖動起重機、電梯、運輸帶等恒轉矩負載的調速。

(2)對于△/YY變極調速，由于從△形連接變成YY形連接后，極數減半，轉速增加一倍，轉矩近似減小一半，功率基本保持不變(只增加15%)，因而可以看成是恒功率調速方式，適用于車床切削等恒功率負載的調速。如粗車時，進刀量大，轉速低；精車時，進刀量小，轉速高。但兩者的功率基本上是不變的。

2．變頻調速

1)變頻與調壓的配合

忽略電動機定子漏阻抗壓降時，電源電壓與磁通有下述關系：當變頻調速時的電源頻率f1下降時，如果電壓U1的大小保持不變，則主磁通將增大，使原本飽和的磁路更加飽和，導致勵磁電流I0急劇增大，鐵芯損耗顯著增加，電動機發(fā)熱嚴重，效率降低，電動機不能正常運行。因此為了防止鐵芯磁路飽和，一般在降低電源頻率的同時，也成比例地降低電源電壓，保持U1/f1=常數，使Ф1基本恒定。當電源頻率f1從基頻50Hz升高，由于電源電壓不能大于電動機的額定電壓，因此電壓U1不能隨頻率f1成比例升高時，只能保持額定值不變，這樣當電源頻率f1升高時，主磁通Ф1將減小，相當于電動機弱磁調速。2)變頻電源

工程實際中變頻調速的關鍵是如何獲得一個單獨向三相異步電動機供電的經濟可靠的變頻電源。目前廣泛使用的可控變頻電源的種類有變頻機組和靜止變頻裝置，而后者又分為交—直—交變頻裝置和交—交變頻裝置。

變頻機組裝置由直流電動機和交流發(fā)電機組成，調節(jié)直流電動機的轉速就能改變交流發(fā)電機的頻率。但由于機組噪聲大、效率低、不易維修，已很少使用。

3.電磁轉差離合器調速

變極調速和變頻調速方法是將電動機和機械設備作硬(剛性)連接，靠調節(jié)電動機本身的轉速實現(xiàn)對機械設備的調速。而采用電磁轉差離合器的調速系統(tǒng)則不同，該系統(tǒng)中拖動機械設備的電動機并不需要速度變化，且電動機與機械設備也沒有直接聯(lián)系，兩者之間通過電磁轉差離合器的電磁作用作軟連接，如圖3-28(a)所示。圖3-28電磁轉差離合器調速系統(tǒng)電磁轉差離合器由電樞和磁極兩部分組成，電樞一般是用鑄剛制成圓筒狀，與電動機轉軸作硬連接，是離合器的主動部分；磁極包括鐵芯與勵磁繞組，由可控整流裝置通過集電環(huán)引入可調直流電流If，以建立靜止磁場和進行調速，磁極與機械設備作硬連接，是離合器的從動部分。

當If?=?0時，雖然三相籠型異步電動機以ny的轉速帶動電磁轉差離合器電樞轉動，但是由于磁極沒有磁性而不能受到電磁力的作用，因此它靜止不動，同時機械設備也靜止不動，這就使電動機和機械設備處于“離”的狀態(tài)。當If?≠?0時，離合器磁極建立磁場，離合器電樞旋轉時切割靜止磁場而在電樞上感應電動勢并產生渦流，該渦流與磁極磁場相互作用產生電磁力f及電磁轉矩T，且電磁轉矩T與電樞轉向相反，是制動性質的，如圖3-28(b)所示，企圖使電樞停轉，但電動機帶動電樞繼續(xù)轉動；根據作用力與反作用力的原理，此時磁極受到與電樞大小相等方向相反的電磁力f和電磁轉矩T，迫使磁極沿電樞轉動方向旋轉，同時帶動機械設備以轉速n沿ny方向旋轉，這就使電動機和機械設備處于“合”的狀態(tài)。機械設備的轉速n不可能達到電動機的轉速ny，兩者必有一個轉差Δn=ny－n，電磁轉差離合器由此得名。通常把電磁轉差離合器與三相籠型異步電動機裝成一個整體，統(tǒng)稱電磁調速異步電動機。平滑調節(jié)勵磁電流If的大小，即可平滑調速。在同一負載轉矩下，If越大，轉速也越高，由于離合器的電樞是鑄鋼的，電阻大，轉速越低，不能滿足靜差度的要求，調速的范圍不大。為此實際中采用速度負反饋的晶閘管閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了轉速，擴大了調速范圍。

電磁轉差離合器調速異步電動機結構簡單、運行可靠、控制方便且可以平滑調速，調速范圍較大，因此被廣泛應用于紡織業(yè)、造紙業(yè)等行業(yè)中風機、泵類的調速系統(tǒng)中。三、活動小結

三相籠型異步電動機的調速方法有變極調速、變頻調速和電磁轉差離合器調速三種。變極調速利用換接定子繞組的方法來實現(xiàn)，其調速范圍小，且為有級調速，常用于不需要平滑調速的場合。變頻調速的調速范圍廣，可實現(xiàn)無級調速，電動機效率也不會顯著降低，調速性能可與直流電動機相媲美，廣泛用于調速要求高的電力拖動系統(tǒng)。總之，對于三相籠型異步電動機來說，變頻調速性能最優(yōu)異，是最有發(fā)展前途的平滑調速方法。四、活動回顧與拓展

(1)為什么說三相異步電動機的變極調速不適合繞線轉子異步電動機的調速？

(2)變極調速時為什么要改變電源相序？

(3)基頻以下的變頻調速，為什么希望保持U1/f1?=?常數？當頻率超過額定值時，是否也希望保持U1/f1?=?常數？為什么？

(4)為什么說變頻調速是三相籠型異步電動機最具有發(fā)展前途的一種調速方法？

(5)用普通的三相籠型異步電動機能否進行改變定子電壓的調速？要進行哪些改進？這種調速方法有哪些優(yōu)缺點？

(6)試分析變頻調速時的機械特性，它有何特點？

(7)采用電磁轉差離合器的調速系統(tǒng)與其它調速方式有何不同？“離”與“合”的含義各是什么？如何實現(xiàn)？活動2三相繞線轉子異步電動機的調速

一、活動目標

(1)熟悉三相繞線轉子異步電動機的調速原理及方法。

(2)掌握三相繞線轉子異步電動機調速的特點及應用場合。二、活動內容

1．三相繞線轉子異步電動機轉子串電阻調速

當三相繞線轉子異步電動機轉子回路串電阻后，同步速不變，最大轉矩不變，但臨界轉差率增大，機械特性運行段的斜率變大。它與直流電動機電樞回路串電阻調速相類似，在同一負載轉矩下所串電阻值越大，轉速越低。具體的調速過程分析從略。

經分析可知，繞線轉子異步電動機轉子串電阻調速的主要缺點是：

(1)轉子回路電阻較大，調速電阻Rp只能分級調節(jié)而且分級數又不宜太多，所以調速平滑性差。

(2)轉速上限是額定轉速，而轉子串電阻后機械特性變軟，轉速下限受靜差度限制，因而調速范圍不大。

(3)空、輕載時串電阻轉速變化不大，因此只宜帶較重的負載調速。

(4)轉差率sPem是轉子回路的總銅耗，即轉子本身繞組電阻的銅耗和外串電阻的銅耗之和，低速時，轉差率大，則sPem大，即消耗在外串電阻上的銅耗大，效率η低而發(fā)熱

嚴重。

2．三相繞線轉子異步電動機的串級調速

為了改善繞線轉子異步電動機串電阻調速的性能，即克服該調速方法在低速時效率低的缺點，采用將消耗在外串電阻的大部分轉差功率sPem送回到電網中，或者由另一臺電動機吸收或轉換成機械功率去拖動負載的方法，這樣既可以達到調速的效果，又可以提高系統(tǒng)的運行效率。這種方法稱為串級調速。

1)串級調速的原理

串級調速是指在三相繞線轉子異步電動機的轉子回路中串入一個與轉子同頻率的附加電動勢Ef去代替原來轉子回路所串的電阻而實現(xiàn)調速的一種調速方法。2)串級調速的實現(xiàn)

圖3-29是串級調速系統(tǒng)的原理示意圖，系統(tǒng)工作時將繞線轉子異步電動機M的轉子電動勢E2s經整流裝置整流后變?yōu)橹绷麟妷篣d，再由晶閘管逆變器將Uβ逆變?yōu)楣ゎl交流，經變壓器變壓與電網相匹配而使轉差功率sPem反饋回交流電網。這里的逆變電壓可視為加在三相異步電動機轉子回路中的附加電動勢Ef，改變逆變角可以改變Uβ的值，從而達到調節(jié)繞線轉子異步電動機M轉速的目的。圖3-29串級調速系統(tǒng)示意圖三、活動小結

三相繞線轉子異步電動機的調速方法有轉子回路串電阻調速和串級調速兩種。其中串級調速效率高，平滑性好，調速范圍大，但功率因數低，最適用于通風機型負載?？傊瑢τ诖蠊β世@線轉子異步電動機，串級調速性能最優(yōu)異，最有發(fā)展前途。四、活動回顧與拓展

(1)試述三相繞線轉子異步電動機轉子串電阻的調速原理和調速過程，它有何優(yōu)缺點？

(2)為什么說串級調速是三相繞線轉子異步電動機最具有發(fā)展前途的一種調速方法？活動三相異步電動機的制動

一、活動目標

(1)掌握三相異步電動機的制動方法。

(2)掌握三相異步電