機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）課件項(xiàng)目1三相異步電動(dòng)機(jī)的使用與檢修

項(xiàng)目1三相異步電動(dòng)機(jī)的使用與檢修學(xué)習(xí)目標(biāo)機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社1、熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)域工作原理；2、了解三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；3、掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)的原理；4、養(yǎng)成安全操作、規(guī)范操作和文明生產(chǎn)的職業(yè)素養(yǎng)。項(xiàng)目描述機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社

長(zhǎng)期以來(lái)，三相異步電動(dòng)機(jī)被廣泛地應(yīng)用于各種類型的工業(yè)控制中。作為一名即將成為相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人員，熟悉和掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理與基本控制原理等是完全有必要的。本項(xiàng)目就是從三相異步電動(dòng)機(jī)認(rèn)知、機(jī)械特性、運(yùn)行原理等方面入手，簡(jiǎn)單而全面地剖析了三相異步電動(dòng)機(jī)。項(xiàng)目1三相異步電動(dòng)機(jī)的使用與檢修知識(shí)鏈接機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社一、三相異步電動(dòng)機(jī)的認(rèn)知（一）三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本部分組成，即定子和轉(zhuǎn)子。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動(dòng)機(jī)分為鼠籠式和繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)兩大類。圖1-1所示為三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。項(xiàng)目1三相異步電動(dòng)機(jī)的使用與檢修機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社圖1-1三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社1.定子三相異步電動(dòng)機(jī)的定子由機(jī)座、定子鐵芯以及定子繞組組成。機(jī)座一般由鑄鐵制成，如圖1-2所示。定子鐵芯由沖有內(nèi)向凹槽的硅鋼片疊壓而成，片與片之間涂有絕緣漆，定子鐵芯沖片如圖1-3所示。

圖1-2定子機(jī)座圖1-3定子鐵芯沖片圖1-4轉(zhuǎn)子鐵芯沖片2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子部分是由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成的。轉(zhuǎn)子鐵芯也是由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成的。轉(zhuǎn)子鐵芯沖片如圖1-4所示。機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同科分為兩種形式：籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子。

（a）銅導(dǎo)條（b）呂導(dǎo)條圖1-5籠型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組形式圖1-6繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社3.氣隙

異步電動(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的。氣隙的大小對(duì)電動(dòng)機(jī)性能影響很大，氣隙越大則為建立磁場(chǎng)所需勵(lì)磁電流就越大，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)也會(huì)因此降低。但氣隙太小，會(huì)使加工和裝配困難，運(yùn)行時(shí)定子轉(zhuǎn)子之間易發(fā)生掃膛。中小型異步電動(dòng)機(jī)中，氣隙一般為0.2～2.5mm左右。機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社（二）銘牌每臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座上都有一個(gè)銘牌，它標(biāo)記著電動(dòng)機(jī)的型號(hào)，各種額定值和聯(lián)結(jié)方式等，如圖1-7所示。電動(dòng)機(jī)按銘牌上所規(guī)定的額定值和工作條件下運(yùn)行，稱作額定運(yùn)行狀態(tài)。銘牌上的額定值及有關(guān)數(shù)據(jù)是正確選擇、使用和檢修電機(jī)的依據(jù)。圖1-7電動(dòng)機(jī)銘牌機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社1.型號(hào)異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)主要包括產(chǎn)品代號(hào)、規(guī)格代號(hào)和特殊環(huán)境代號(hào)等，產(chǎn)品代號(hào)表示電機(jī)的類型，一般采用大寫印刷體的漢語(yǔ)拼音字母表示，如Y表示異步電動(dòng)機(jī)，YR表示繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)等。規(guī)格代號(hào)是用中心高、鐵芯外徑、機(jī)座號(hào)、機(jī)座長(zhǎng)度、鐵芯長(zhǎng)度、功率、轉(zhuǎn)速或極數(shù)表示。Y系列異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)含義為圖1-8所示。圖1-8Y系列異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)含義機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社2.額定值額定值是電機(jī)制造廠對(duì)電機(jī)在額定工作條件下所規(guī)定的量值，主要有：1）額定功率PN。額定功率指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行條件下，即在額定電壓、額定負(fù)載和規(guī)定冷卻條件下運(yùn)行時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W或KW。2）額定電壓UN。額定電壓指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，定子繞組應(yīng)加的線電壓，單位為V。3）額定電流IN。指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行，輸出功率達(dá)到額定值，流入定子繞組的線電流，單位為A。對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為：機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社3.接線在額定電壓下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子三相繞組應(yīng)該采用的接線方式，有形連接和三角形連接兩種。圖1-9三相異步電動(dòng)機(jī)的接線機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社（三）三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生圖1-10，為三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組結(jié)構(gòu)。圖1-10定子繞組結(jié)構(gòu)機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社其波形如圖1-11所示機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向：三相交流電的相序?yàn)閁相→V相→W相→U相，圖中所示電動(dòng)機(jī)的三相繞組結(jié)構(gòu)來(lái)看、為逆時(shí)針方向，而據(jù)此分析的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向也為逆時(shí)針方向。如果改變?nèi)嘟涣麟姷南嘈驗(yàn)閁相→W相→V相→U相，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向變?yōu)轫槙r(shí)針方向由此可以得出結(jié)論：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向取決于通入定子繞組的三相電流的相序，且與三相交流電源的相序方向一致。只要任意調(diào)換電動(dòng)機(jī)兩相繞組所接交流電源的相序，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)即反向旋轉(zhuǎn)。機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度：

……機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社2.三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1)異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理如圖1-13，為一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組布置結(jié)構(gòu)，AX、BY、CZ為定子的三相對(duì)稱繞組，轉(zhuǎn)子上的8個(gè)小圓圈表示自成閉合回路的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。圖1-13三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組布置結(jié)構(gòu)機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社（1）當(dāng)在三相對(duì)稱的定子繞組中通入三相對(duì)稱的交流電流后，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1，方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。(2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，從而在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體自成閉合回路，因此，該電動(dòng)勢(shì)將在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成電流，其電動(dòng)勢(shì)、電流方向可用右手定則判定。(3)依據(jù)電磁力定律，有電流流過的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受到電磁力F的作用，其方向可用左手定則判定，如圖中箭頭所示，該電磁力F對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)。機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社2)轉(zhuǎn)差率s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向雖然與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。一定小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速nl，這是因?yàn)榧僭O(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相等，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就是同轉(zhuǎn)速同方向，它們之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中就不再產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，電磁力F將為零，轉(zhuǎn)子就將減速。由此可見，轉(zhuǎn)子總是緊跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n<n1的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間存在著差異，“異步”由此而來(lái)。因此這種交流電動(dòng)機(jī)稱作“異步”電動(dòng)機(jī)；又因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，故又稱作“感應(yīng)”電動(dòng)機(jī)。

機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（一）三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性圖1-14三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社（二）三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系圖1-15三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社三、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（一）直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)定子繞組直接接人額定電壓的電網(wǎng)上的起動(dòng)，稱為直接起動(dòng)，也稱全壓起動(dòng)。這種起動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，起動(dòng)過程短。但異步電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)的最初瞬間，其轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s=1，轉(zhuǎn)子電流較大，定子電流也較大，約為額定值的4～7倍。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大，在輸電線路上產(chǎn)生的電壓降也大，會(huì)影響同一電網(wǎng)上其他負(fù)載的正常工作。籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流雖大，但由于起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)很低，故起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。因此，直接起動(dòng)一般只在小容量電動(dòng)機(jī)中使用，如容量在10kw以下的三相異步電動(dòng)機(jī)可采用直接起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)能否直接起動(dòng)，還要看電網(wǎng)容量的大小，如果電網(wǎng)容量很大，就可以允許容量較大的電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，若電動(dòng)機(jī)滿足下列經(jīng)驗(yàn)公式的要求，則電動(dòng)機(jī)可以直接起動(dòng)，否則應(yīng)采用降壓起動(dòng)方法起動(dòng)。機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社（二）籠型異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)降壓?jiǎn)?dòng)的目的是限制起動(dòng)電流。起動(dòng)時(shí)，通過起動(dòng)設(shè)備使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓小于額定電壓，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值時(shí)，再將電動(dòng)機(jī)定子繞組接到額定電壓上，謬證電動(dòng)機(jī)在額定電壓下穩(wěn)定工作。三相異步電動(dòng)機(jī)常用的降壓起動(dòng)方法有定子串電阻(或電抗)降壓起動(dòng)、Y-△降壓起動(dòng)、延邊三角形降壓起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)等。（三）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，降壓起動(dòng)電流，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因此籠型異步電動(dòng)機(jī)只能用于空栽或輕栽起動(dòng)。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)若轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)?shù)碾娮?，既能限制起?dòng)電流，又能增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)克服了籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大的缺點(diǎn)，這種起動(dòng)方法適用于大、中容量的異步電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分為轉(zhuǎn)子串電阻和串頻敏變阻器兩種起動(dòng)方法。機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社四、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速在工業(yè)生產(chǎn)中為了獲得最高的生產(chǎn)率和保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，常要求生產(chǎn)機(jī)械能在不同的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行工作。如果采用電氣調(diào)速，就可大大簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式（一）變極調(diào)速（二）變頻調(diào)速（三）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速機(jī)電設(shè)備電氣控制技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科技大學(xué)出版社五、三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)與制動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)除了運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)外，還時(shí)常運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)外時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相同，電磁轉(zhuǎn)矩T是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電