一、三相異步電動(dòng)機及其控制線(xiàn)路

1、三相異步電動(dòng)機

能夠實(shí)現電能和機械能相互轉換的電氣設備一般稱(chēng)為電機。電機利用電磁感應原理實(shí)現電能和機械能的相互轉換。把機械能轉化為電能的設備叫發(fā)電機，把電能轉化為機械能的設備叫電動(dòng)機。

交流電動(dòng)機主要用于生產(chǎn)，尤其是三相異步電動(dòng)機，因為它具有結構簡(jiǎn)單、經(jīng)久耐用、運行可靠、價(jià)格低廉、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于驅動(dòng)各種金屬切割機、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機、小功率風(fēng)機和水泵等。

對于各種電機，我們應該了解以下幾個(gè)方面：

(1)基本結構；

(2)工作原理；

(3)表示轉速和扭矩之間關(guān)系的機械特性；

(4)起動(dòng)、調速和制動(dòng)的基本原理和方法；

(5)應用場(chǎng)合及如何正確使用。

2、三相異步電動(dòng)機的結構與工作原理

(1)三相異步電動(dòng)機的結構

三相異步電動(dòng)機的兩個(gè)基本部件是定子(固定部分)和轉子(旋轉部分)。此外還有端蓋、風(fēng)扇等配件，如圖5-1所示。

a)，定子

三相異步電動(dòng)機的定子由三部分組成：

b)，轉子

三相異步電動(dòng)機的轉子由三部分組成：

鼠籠式電動(dòng)機因其結構簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、運行可靠、使用方便，成為生產(chǎn)中應用最廣泛的電動(dòng)機。

為了保證轉子能自由轉動(dòng)，定子和轉子之間必須有一定的氣隙。中小型電機的氣隙約為0.2 ~ 1.0毫米。

二、三相異步電動(dòng)機的轉動(dòng)原理

1、基本原理

為了解釋三相異步電動(dòng)機的工作原理，我們做如下演示實(shí)驗，如圖5-2所示。

(1).演示實(shí)驗：將一個(gè)閉合的導體放在一個(gè)裝有手柄的鞋磁鐵的兩極之間。當轉動(dòng)手柄帶動(dòng)鞋磁鐵轉動(dòng)時(shí)，會(huì )發(fā)現導體也轉動(dòng)；如果磁鐵的方向改變，導體的方向也會(huì )改變。

(2)現象解釋?zhuān)捍盆F旋轉時(shí)，磁鐵相對于閉合導體運動(dòng)，鼠籠導體切割磁力線(xiàn)，在其中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢和感應電流。感應電流使導體受到電磁力，于是導體沿著(zhù)磁鐵的旋轉方向旋轉。這是異步電機的基本原理。轉子的旋轉方向與磁極的旋轉方向相同。

(3)結論：要使異步電動(dòng)機旋轉，必須有旋轉磁場(chǎng)和閉合的轉子繞組。

2、旋轉磁場(chǎng)

(1)、產(chǎn)生

圖5-3所示為最簡(jiǎn)單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們按照互差1200的規律在空間對稱(chēng)布置。并且連接成星形以連接三相電源u、v和W.然后三相對稱(chēng)電流流過(guò)三相定子繞組：隨著(zhù)電流流過(guò)定子繞組，三相定子繞組中會(huì )產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)(圖5-4)。

可以看出，定子繞組中的電流變化一個(gè)周期時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)也按照電流的相序方向在空間旋轉一周。由于定子繞組中的三相電流呈周期性變化，產(chǎn)生的磁場(chǎng)不斷旋轉，故稱(chēng)為旋轉磁場(chǎng)。

(2)，旋轉磁場(chǎng)的方向

旋轉磁場(chǎng)的方向由三相繞組中電流的相序決定。如果要改變旋轉磁場(chǎng)的方向，只需改變流過(guò)定子繞組的電流的相序，即切換三條電源線(xiàn)中的任意兩條即可。此時(shí)，轉子的旋轉方向也發(fā)生變化。

三、三相異步電動(dòng)機的銘牌參數及選擇

1、三相異步電動(dòng)機技術(shù)數據

銘牌安裝在每個(gè)電機的底座上。銘牌上標有電機的主要性能和技術(shù)數據。

(1)，型號滿(mǎn)足不同用途和不同工作環(huán)境的需求。電機廠(chǎng)家把電機做成各種系列，每個(gè)系列不同的電機用不同的型號來(lái)代表。諸如

(2).連接是指電機三相定子繞組的連接方式。

一般有六種

星形(y)連接和三角形()連接。通常功率在4kW以下的三相異步電動(dòng)機連接成星形；4kW以上(不含)的，連成三角形。

(3)電壓

銘牌上標注的電壓值是指額定運行時(shí)應加在電機定子繞組上的線(xiàn)電壓值。一般情況下，電動(dòng)機的電壓不應高于或低于額定值的5%。

必須注意的是，在額定電壓下運行時(shí)，最大轉矩Tmax和起動(dòng)轉矩Tst會(huì )顯著(zhù)降低，這對電機的運行是不利的。

三相異步電動(dòng)機的額定電壓為380伏、3000伏和6000伏。

(4)，當前

銘牌上標注的電流值是指額定運行時(shí)電機定子繞組允許的最大線(xiàn)電流。電機空載時(shí)，轉子轉速接近旋轉磁場(chǎng)的轉速，兩者的相對速度很小，所以轉子電流近似為零。此時(shí)，定子電流幾乎是建立旋轉磁場(chǎng)的全部勵磁電流。當輸出功率增加時(shí)，轉子電流和定子電流相應增加。

5)、功率和效率

銘牌上標注的功率值是指電機在規定的環(huán)境溫度下運行時(shí)，電極軸輸出的機械功率。輸出功率與輸入功率不同，其差值等于電機本身的損耗功率，包括銅損、鐵損和機械損耗。

效率是輸出功率與輸入功率之比。一般情況下，鼠籠式電機在額定運行時(shí)的效率約為72%-93%。

6)功率因數

由于電機為感性負載，定子相電流滯后相電壓一個(gè)角，cos為電機的功率因數。三相異步電動(dòng)機的功率因數較低，額定負載時(shí)約為0.7~0.9，輕載和空載時(shí)更低，空載時(shí)僅為0.2~0.3。選擇電機時(shí)，要注意其容量，防止“大馬拉大車(chē)”，盡量縮短空轉時(shí)間。

7)、速度

額定運行時(shí)電機的轉子速度，單位為rpm。

不同的磁極對應該有不同的速度等級。最常用的是四級(n0=1500r轉/分)。

8)、絕緣等級

絕緣等級是根據電機繞組所用絕緣材料在使用時(shí)的允許極限溫度來(lái)分級的。所謂極限溫度，是指電機絕緣結構中最熱點(diǎn)的最高允許溫度。

2、三相異步電動(dòng)機的選擇

正確選擇電機的功率、型號和類(lèi)型是極其重要的。

1）、功率的選擇

應根據負載選擇電機的功率。雖然可以保證正常運行，但是不經(jīng)濟，電機的效率和功率因數都不高。如果很小，就不能保證電機和生產(chǎn)機械的正常運轉，不能充分發(fā)揮生產(chǎn)機械的效率，電機也會(huì )因過(guò)載而過(guò)早損壞。

(1)連續運行的電機功率選擇

對于連續運行的電機，先計算生產(chǎn)機械的功率，所選電機的額定功率等于或略大于生產(chǎn)機械的額定功率。

(2)短期運行電機功率的選擇

如果沒(méi)有適合短期運行的電機，可以選擇連續電機。由于加熱慣性，短期運行時(shí)可以承受過(guò)載。工作時(shí)間越短，過(guò)載越大。但是電機的過(guò)載是有限的。通常短期運行電機的功率是根據過(guò)載系數來(lái)選擇的。電機的額定功率可以是生產(chǎn)機械所需功率的1/。

2）、種類(lèi)和型式的選擇

(1)、電機的選擇從交流或DC的類(lèi)型、機械特性、調速和起動(dòng)性能、維護和價(jià)格來(lái)考慮。

交流和DC電機的選擇

除非有特殊要求，一般應使用交流電機。

鼠籠式和纏繞式的選擇

三相鼠籠式異步電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單、經(jīng)久耐用、運行可靠、價(jià)格低廉、維修方便，但其調速困難、功率因數低、起動(dòng)性能差。因此，在對機械性能要求較硬且無(wú)特殊調速要求的一般生產(chǎn)機械的拖動(dòng)中，應盡量使用鼠籠式電機。

因此，只有在不方便使用鼠籠式異步電動(dòng)機時(shí)，才使用繞線(xiàn)式電動(dòng)機。

(2)結構型式的選擇電動(dòng)機通常做成以下幾種結構

敞開(kāi)式在結構上沒(méi)有特殊的保護裝置，用于干燥無(wú)塵的場(chǎng)所。通風(fēng)非常好。

(2)防護型外殼或端蓋下有通風(fēng)罩，防止鐵屑等雜物掉入。外殼還做成擋板，防止雨滴以一定角度濺到里面。

(3)封閉。它的外殼是密閉的，通過(guò)自帶風(fēng)扇或外置風(fēng)扇散熱，外殼內有散熱片。可用于多塵、潮濕或酸性場(chǎng)所。

防爆電機密閉性好，用于有爆炸性氣體的場(chǎng)所。

(3)，安裝結構類(lèi)型的選擇

底座有腳，端蓋無(wú)凸緣(B3)。

底座沒(méi)有底座，端蓋有凸緣(B5)

底座配有一個(gè)支腳，端蓋配有一個(gè)法蘭(B35)

(4)電壓和速度的選擇

電壓的選擇

電機電壓等級的選擇取決于電機類(lèi)型、功率和使用場(chǎng)所的電源電壓。Y系列鼠籠式電動(dòng)機的額定電壓只有380V。只有大功率異步電機用3000V和6000V。

轉速的選擇

電機的額定速度根據生產(chǎn)機械的要求來(lái)選擇。然而，通常轉速不低于500轉/分鐘。因為在功率不變的情況下，電機轉速越低，體積越大，價(jià)格越貴，效率越低。所以買(mǎi)個(gè)高速電機再配個(gè)減速器比較好。異步電動(dòng)機通常采用四極，即同步轉速n0=1500r/min。

例：有一臺Y225M-4三相鼠籠式異步電動(dòng)機，額定數據如下：

試著(zhù)問(wèn)一下

(1)額定電流；

(2)額定滑移率Sn；

(3)額定轉矩TN、最大轉矩Tmax、起動(dòng)轉矩Tst

摘要：

1.控制電器是指在電路中起開(kāi)/關(guān)、保護、控制或調節作用的裝置。繼電器-接觸器控制系統通常使用500伏以下的低壓控制電器。

2.電機銘牌數據用于表示電機的額定值和主要技術(shù)規格，使用時(shí)應遵守銘牌。

3.在選擇電機時(shí)，應根據負載和使用環(huán)境的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。選擇時(shí)要注意電機的功率要盡可能與負載相匹配，不能“大”也不能“小馬拉大車(chē)”。

四、三相異步電機的調整方法

三相異步電動(dòng)機轉速公式為：n=60f/p(1-s)。從上面的公式可以看出，改變電源頻率f、電機極數p和轉差率s都可以達到變速的目的。未來(lái)三相異步電動(dòng)機有七種調速方式及其特點(diǎn)，指出了它們的適用場(chǎng)合和場(chǎng)合。

分類(lèi)：

1.從調速的本質(zhì)來(lái)說(shuō)，不同的調速方式無(wú)非是改變交流電機的同步轉速或者不改變同步轉速。不改變同步速度的調速方法包括：

1)繞線(xiàn)式電機轉子串電阻調速

2)斬波調速

3)串級調速和電磁滑差離合器的應用

4)液力耦合器

5)油膜離合器調速等。

不改變同步轉速的調速方法廣泛應用于生產(chǎn)機械中。

2.有通過(guò)改變定子極對數來(lái)改變同步速度的多速電機，以及通過(guò)或不通過(guò)反轉電機速度調節來(lái)改變定子電壓和頻率的變頻速度調節，等等。

3.從調速過(guò)程中能量消耗的角度來(lái)看，有1)高效調速方法和2)低效調速方法：高效調速是指轉差率不變，因此沒(méi)有轉差損失，如多速電機、變頻調速和能挽回轉差損失的調速方法(如串級調速等。).

有轉差損耗的調速方法屬于低效調速，如轉子串電阻調速方法，能量損耗在轉子回路中；電磁離合器的調速方法，離合器線(xiàn)圈中的能量損失；液力偶合器調速，液力偶合器油中的能量損失。一般來(lái)說(shuō)，轉差損失隨著(zhù)調速范圍的擴大而增加。如果調速范圍不大，能量損失很小。

變極對數調速方法一：

這種調速方法是通過(guò)改變定子繞組的紅色接線(xiàn)方式來(lái)改變籠型電動(dòng)機的定子極數，從而達到調速的目的

3、接線(xiàn)簡(jiǎn)單，控制方便，價(jià)格低廉；

4.有步進(jìn)調速，步差大，無(wú)法獲得平滑調速；

5.可與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得高效平滑的調速特性。

變頻調速方法二：

變頻調速是一種改變電機定子電源頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統的主要設備是提供變頻電源的變頻器。變頻器可分為交-DC-交變頻器和交-交變頻器。目前，國內使用最多的是交-DC-交變頻器。該方法適用于要求精度高、調速性能好的場(chǎng)合。

其特點(diǎn)：

1、效率高，調速過(guò)程中無(wú)附加損耗；

2、應用范圍廣，可用于籠型異步電機；

3.調速范圍大，特性硬，精度高；

4.技術(shù)復雜，成本高，維護困難。

串級調速方法三 ：

串級調速是指在繞線(xiàn)式電機的轉子回路中串聯(lián)可調附加電勢，改變電機的轉差率，達到調速的目的。大部分轉差功率被串聯(lián)的附加電勢吸收，然后用附加裝置將吸收的轉差功率返回電網(wǎng)或轉換能量利用。按轉差功率吸收利用方式，串級調速可分為電機串級調速、機械串級調速和晶閘管串級調速，多采用晶閘管串級調速。

該方法適用于風(fēng)扇、水泵、軋機、礦井提升機和擠壓機。其特征在于：

1、調速過(guò)程中的轉差損耗可以反饋給電網(wǎng)或生產(chǎn)機械，效率高。

2.裝置容量與調速范圍成正比，節省投資，適用于調速范圍為額定轉速70%-90%的生產(chǎn)機械。

3.當調速裝置出現故障時(shí)，可以切換到全速運行，避免停機。

4.晶閘管串級調速功率因數低，諧波影響大。

繞線(xiàn)式電動(dòng)機轉子串電阻調速方法四：

繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機的轉子串聯(lián)附加電阻，增加了電動(dòng)機的轉差率，使電動(dòng)機以較低的速度運行。串聯(lián)電阻越大，電機轉速越低。這種方法設備簡(jiǎn)單，控制方便，但轉差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。它是一種有級調速，具有軟機械特性。

定子調壓調速方法五 ：

當改變電機的定子電壓時(shí)，可以得到一組不同的機械特性曲線(xiàn)，從而得到不同的轉速。由于電機的轉矩與電壓的平方成正比，最大轉矩下降很多，其調速范圍小，使得一般的籠型電機難以應用。

為了擴大調速范圍，應采用轉子電阻大的籠型電動(dòng)機進(jìn)行調壓調速，如專(zhuān)門(mén)為調壓調速設計的力矩電動(dòng)機，或在繞線(xiàn)式電動(dòng)機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩定運行范圍，當轉速在2: 1以上時(shí)應采用反饋控制，以達到自動(dòng)調速的目的。

電壓調節的主要裝置是能提供電壓變化的電源。目前常用的調壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器和晶閘管調壓。晶閘管調壓是最好的。

一般調壓適用于100KW以下的生產(chǎn)機械。電壓和速度調節的特性：

1.調壓調速電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現自動(dòng)控制。

2.在調壓過(guò)程中，差動(dòng)功率以發(fā)熱的形式消耗在轉子電阻中，效率較低。

五、三相異步電動(dòng)機的故障處理

（1）電動(dòng)機不起動(dòng)

1.電源未接通：檢查開(kāi)關(guān)、保險絲、每對觸點(diǎn)和電機的引出端。

2.繞組開(kāi)路：將開(kāi)路部分加熱到絕緣等級允許的溫度。軟化油漆，攪碎線(xiàn)，用同規格焊絲補焊破損部分，包絕緣，涂漆，干燥。

3.Wro

4.熔體的截面積太小：熔體不能保護電機過(guò)載。一般應按下列公式選擇熔體，熔體的額定電流=堵轉電流/2 ~ 3。

5.繞線(xiàn)轉子電機起動(dòng)電阻太小或短路：排除短路故障或增大起動(dòng)電阻。

6.電源與電機之間的連接線(xiàn)短路：檢查短路點(diǎn)并修復。

（2）電動(dòng)機接入電源后溶絲被燒斷

1.定子和轉子繞組開(kāi)路：找出開(kāi)路點(diǎn)并修復；檢查繞組轉子的電刷和集電環(huán)之間的接觸狀態(tài)，并檢查啟動(dòng)電阻是否開(kāi)路或過(guò)高。

2.繞組引線(xiàn)自始至終短路，或繞組內部接反：定子繞組通直流電，檢查繞組極性，判斷繞組頭尾是否正確。

3.電機過(guò)載或卡住：檢查設備并排除故障。

4.電源未完全接通：更換熔液；緊固端子松動(dòng)的螺釘；用萬(wàn)用表檢查電源線(xiàn)的斷線(xiàn)或虛接，然后修理。

5.電壓低：如果接線(xiàn)電機誤接成Y接線(xiàn)，應改回接線(xiàn)；當電源電壓過(guò)低時(shí)，應提供。

（3）電動(dòng)機通電后，電機不起動(dòng)，嗡嗡響

1.換極和重繞時(shí)，槽不匹配：檢查定子和轉子槽的匹配。

2.磨損和故障軸承：大修或更換新軸承。

3.定子和轉子鐵芯松動(dòng)：檢查振動(dòng)原因并重新壓緊鐵芯進(jìn)行處理。

4.電壓過(guò)高或三相電壓不平衡：測量電源電壓，檢查電壓過(guò)高和不平衡的原因，并進(jìn)行處理。

5.軸承缺油脂：清潔軸承，并加注油脂至軸承室凈容積的1/2 ~ 1/3。

6.風(fēng)扇碰到油煙機或風(fēng)道堵塞：修理風(fēng)扇和油煙機使其幾何尺寸正確，清洗風(fēng)道。

（4）、電動(dòng)機運行時(shí)有雜音不正常

1.重繞時(shí)，三相繞組匝數不均：繞組重繞糾正。

2.繞組首尾接法不對：找出首尾，糾正后再啟動(dòng)電機測試。

3.電源電壓不平衡：測量電源電壓，找出原因，排除。

4.繞組故障，如匝間短路、某組線(xiàn)圈接反等。拆卸電機，檢查繞組極性和故障，然后糾正或消除故障。

（5）電動(dòng)機空載運行時(shí)空載電流不平衡，且相差很大

詳細講解電流互感器：銘牌標識，接線(xiàn)方法，關(guān)鍵問(wèn)題。