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三相異步電動機

編輯 鎖定
三相異步電機(Triple-phase asynchronous motor)是感應電動機的一種,是靠同時接入380V三相交流電流(相位差120度)供電的一類電動機,由於三相異步電動機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速旋轉,存在轉差率,所以叫三相異步電動機。三相異步電動機轉子的轉速低於旋轉磁場的轉速,轉子繞組因與磁場間存在着相對運動而產生電動勢和電流,並與磁場相互作用產生電磁轉矩,實現能量變換。
單相異步電動機相比,三相異步電動機運行性能好,並可節省各種材料。按轉子結構的不同,三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜,得到了廣泛的應用,其主要缺點是調速困難。繞線式三相異步電動機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組並通過滑環、電刷與外部變阻器連接。調節變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調節電動機的轉速。
中文名
三相異步電動機
外文名
Triple-phase asynchronous motor
定    義
電動機
缺    點
調速困難
繞線方式
單層繞組

三相異步電動機工作原理

編輯
正反轉原理圖 正反轉原理圖
當向三相定子繞組中通入對稱的三相交流電時,就產生了一個以同步轉速n1沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由於旋轉磁場以n1轉速旋轉,轉子導體開始時是靜止的,故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產生感應電動勢(感應電動勢的方向用右手定則判定)。由於轉子導體兩端被短路環短接,在感應電動勢的作用下,轉子導體中將產生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用(力的方向用左手定則判定)。電磁力對轉子軸產生電磁轉矩,驅動轉子沿着旋轉磁場方向旋轉。
三相異步電動機繞組 三相異步電動機繞組
通過上述分析可以總結出電動機工作原理為:當電動機的三相定子繞組(各相差120度電角度),通入三相對稱交流電後,將產生一個旋轉磁場,該旋轉磁場切割轉子繞組,從而在轉子繞組中產生感應電流(轉子繞組是閉合通路),載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力,從而在電機轉軸上形成電磁轉矩,驅動電動機旋轉,並且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。
交流三相異步電動機繞組分類:
單層繞組:
單層繞組就是在每個定子槽內只嵌置一個線圈有效邊的繞組,因而它的線圈總數只有電機總槽數的一半。單層繞組的優點是繞組線圈數少工藝比較簡單;沒有層間絕緣故槽的利用率提高;單層結構不會發生相間擊穿故障等。缺點則是繞組產生的電磁波形不夠理想,電機的鐵損和噪音都較大且起動性能也稍差,故單層繞組一般只用於小容量異步電動機中。單層繞組按照其線圈的形狀和端接部分排列布置的不同,可分為鏈式繞組、交叉鏈式繞組、同心式繞組和交叉式同心繞組等幾種繞組形式。
1、鏈式繞組
鏈式繞組是由具有相同形狀和寬度的單層線圈元件所組成,因其繞組端部各個線圈像套起的鏈環一樣而得名。單層鏈式繞組應特別注意的是其線圈節距必須為奇數,否則該繞組將無法排列布置。
2、交叉鏈式繞組
交叉鏈式繞組當每極每相槽數9為大於2的奇數時鏈式繞組將無法排列布置,此時就需要採用具有單、雙線圈的交叉式繞組。
3、同心式繞組
同心式繞組在同一極相組內的所有線圈圍抱同一圓心。
4、交叉式同心式繞組
當每級每相槽數Q為大於2的偶數時則可採取同心式繞組的形式。
單層同心繞組和交叉同心式繞組的優點為繞組的繞線、嵌線較為簡單,缺點則為線圈端部過長耗用導線過多。現除偶有用在小容量2極、4極電動機中以外,如今已很少採用這種繞組形式。
雙層疊式繞組
單雙層混合繞組
星接與角接的關係
星接改角接:原星接時線徑總截面積除以1.732等於角接時的線徑總截面積。
角接改星接:原角接時線徑總截面積乘以1.732等於星接時的線徑總截面積。
星接與角接本質上的區別
星接時線電壓等於相電壓的1.732倍,相電流等於線電流。
角接時相電壓等於線電壓,線電流等於相電流的1.732倍。
同功率的電機,星接時,線徑粗,匝數少,角接時,線徑細,匝數多。
角接時的截面積是星接時的0.58倍。(即角接時線徑總截面積除以0.58等於星接時的線徑總截面積。星接時線徑總截面積乘以0.58等於角接時的線徑總截面積)
線徑截面積計算公式:截面積S=直徑的平方乘以0.785
電機的內部連接有顯極和庶極之分,顯極和庶極連接是由電機的設計屬性決定的,是不能更改的
電動機空載電流計算係數
四極、六極功率因數0.85-0.98.5
功率因數0.85,效率0.85時係數為:0.435,乘以額定電流
功率因數0.86,效率0.86時係數為:0.393,乘以額定電流
功率因數0.87,效率0.87時係數為:0.353,乘以額定電流
功率因數0.88,效率0.88時係數為:0.313,乘以額定電流
功率因數0.89,效率0.89時係數為:0.276,乘以額定電流
功率因數0.90,效率0.90時係數為:0.240,乘以額定電流
功率因數0.91,效率0.91時係數為:0.205,乘以額定電流
功率因數0.92,效率0.92時係數為:0.172,乘以額定電流
功率因數0.93,效率0.93時係數為:0.142,乘以額定電流
功率因數0.94,效率0.94時係數為:0.113,乘以額定電流
功率因數0.95,效率0.95時係數為:0.086,乘以額定電流
功率因數0.96,效率0.96時係數為:0.062,乘以額定電流
功率因數0.97,效率0.97時係數為:0.040,乘以額定電流
功率因數0.98,效率0.98時係數為:0.022,乘以額定電流
功率因數0.99,效率0.99時係數為:0.008,乘以額定電流
四極、六極、八極功率因數0.81-0.85
功率因數0.81,效率0.81時係數為:0.468,乘以額定電流
功率因數0.82,效率0.82時係數為:0.433,乘以額定電流
功率因數0.83,效率0.83時係數為:0.398,乘以額定電流
功率因數0.84,效率0.84時係數為:0.365,乘以額定電流
功率因數0.85,效率0.85時係數為:0.332,乘以額定電流
四極、六極、八極功率因數0.70-0.80
功率因數0.70,效率0.70時係數為:0.728,乘以額定電流
功率因數0.71,效率0.71時係數為:0.694,乘以額定電流
功率因數0.72,效率0.72時係數為:0.661,乘以額定電流
功率因數0.73,效率0.73時係數為:0.630,乘以額定電流
功率因數0.74,效率0.74時係數為:0.595,乘以額定電流
功率因數0.75,效率0.75時係數為:0.562,乘以額定電流
功率因數0.76,效率0.76時係數為:0.530,乘以額定電流
功率因數0.77,效率0.77時係數為:0.499,乘以額定電流
功率因數0.78,效率0.78時係數為:0.468,乘以額定電流
功率因數0.79,效率0.79時係數為:0.438,乘以額定電流
功率因數0.80,效率0.80時係數為:0.408,乘以額定電流
六極、八極功率因數0.75
功率因數0.75,效率0.75時係數為:0.496,乘以額定電流
連體半密封的電機定子鐵芯拆出:用加熱的方法,把定子殼反過來放下面懸空,加熱定子外殼當温度達到一定温度時輕輕震一震自己就出來了。
運行:
圖1 圖1
電動機應妥善接地,接線盒內右下方有接地螺釘,必要時也可利用電動機的底腳或法蘭盤固定螺栓接地。
電動機銘牌上有規定的星形聯結和三角形聯結,我國3kW以下電動機採用星形聯結,3kW以上電動機採用三角形聯結,不能接錯。
電動機一般應配有故障保護裝置,如熱保護裝置、電動機電子保護器等,並根據電動機銘牌電流調整保護裝置的整定值選擇。如電動機負載較穩定,為了更好地保護電動機,可按電動機的實際工作電流來調整保護裝置的整定值。電動機的實際工作電流可在電動機負載運轉時,用鉗形電流表直接測定。
當電源的電壓、頻率與銘牌上的數值偏差超過5%時,電動機不能保證連續輸出額定功率。連續工作的電動機不允許過載。
電動機空載或負載運行不應有斷續的或異常的聲響或振動,軸承温度不應過高。
字母含義:
J——異步電動機;  O——封閉;  L——鋁線纏組;
W——户外;  Z——冶金起重;  Q——高起動轉輪;
D——多速;  B——防爆;  R一繞線式;
S——雙鼠籠;  K一—高速;  H——高轉差率

三相異步電動機基本結構

編輯
三相異步電動機由固定的定子和旋轉的轉子兩個基本部分組成,轉子裝在定子內腔裏,藉助軸承被支撐在兩個端蓋上。為了保證轉子能在定子內自由轉動,定子和轉子之間必須有一間隙,稱為氣隙。電動機的氣隙是一個非常重要的參數,其大小及對稱性等對電動機的性能有很大影響。圖2所示為三相籠型異步電動機的組成部件。 [1] 
圖2 圖2

三相異步電動機定子

定子由定子三相繞組、定子鐵心和機座組成。
圖3 圖3
定子三相繞組是異步電動機的電路部分,在異步電動機的運行中起着很重要的作用,是把電能轉換為機械能的關鍵部件。定子三相繞組的結構是對稱的,一般有六個出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2,置於機座外側的接線盒內,根據需要接成星形(Y)或三角形(△),如圖3所示。
定子鐵心是異步電動機磁路的一部分,由於主磁場以同步轉速相對定子旋轉,為減小在鐵心中引起的損耗,鐵心採用0.5mm厚的高導磁硅鋼片疊成,硅鋼片兩面塗有絕緣漆以減小鐵心的渦流損耗。
機座又稱機殼,它的主要作用是支撐定子鐵心,同時也承受整個電動機負載運行時產生的反作用力,運行時由於內部損耗所產生的熱量也是通過機座向外散發。中、小型電動機的機座一般採用鑄鐵製成。大型電動機因機身較大澆注不便,常用鋼板焊接成型。 [1] 

三相異步電動機轉子

異步電動機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組及轉軸組成。
轉子鐵心也是電動機磁路的一部分,也是用硅鋼片疊成。與定子鐵心衝片不同的是,轉子鐵心衝片是在衝片的外圓上開槽,疊裝後的轉子鐵心外圓柱面上均勻地形成許多形狀相同的槽,用以放置轉子繞組
轉子繞組是異步電動機電路的另一部分,其作用為切割定子磁場,產生感應電勢和電流,並在磁場作用下受力而使轉子轉動。其結構可分為籠型繞組和繞線式繞組兩種類型。這兩種轉子各自的主要特點是:籠型轉子結構簡單,製造方便,經濟耐用;繞線式轉子結構複雜,價格貴,但轉子迴路可引入外加電阻來改善起動和調速性能。
籠型轉子繞組由置於轉子槽中的導條和兩端的端環構成。為節約用鋼和提高生產率,小功率異步電動機的導條和端環一般都是融化的鋁液一次澆鑄出來的;對於大功率的電動機,由於鑄鋁質量不易保證,常用銅條插入轉子鐵心槽中,再在兩端焊上端環。籠型轉子繞組自行閉合,不必由外界電源供電,其外形像一個籠子,故稱籠型轉子,如圖4所示。 [1] 
圖4 圖4

三相異步電動機氣隙

三相異步電動機結構圖 三相異步電動機結構圖 [6]
異步電動機的氣隙是很小的,中小型電動機一般為0.2~2mm。氣隙越大,磁阻越大,要產生同樣大小的磁場,就需要較大的勵磁電流。由於氣隙的存在,異步電動機的磁路磁阻遠比變壓器為大,因而異步電動機的勵磁電流也比變壓器的大得多。變壓器的勵磁電流約為額定電流的3%,異步電動機的勵磁電流約為額定電流的30%。勵磁電流是無功電流,因而勵磁電流越大。 [1] 

三相異步電動機故障處理

編輯
繞組是電動機的組成部分,老化、受潮、受熱、受侵蝕、異物侵入、外力的衝擊都會造成對繞組的傷害,電機過載、欠電壓、過電壓,缺相運行也能引起繞組故障。繞組故障一般分為繞組接地、短路、開路、接線錯誤。如今分別説明故障現象、產生的原因及檢查方法。

三相異步電動機繞組接地

指繞組與鐵心或與機殼絕緣破壞而造成的接地。
1、故障現象
機殼帶電、控制線路失控、繞組短路發熱,致使電動機無法正常運行。
2、產生原因
繞組受潮使絕緣電阻下降;電動機長期過載運行;有害氣體腐蝕;金屬異物侵入繞組內部損壞絕緣;重繞定子繞組時絕緣損壞碰鐵心;繞組端部碰端蓋機座;定、轉子磨擦引起絕緣灼傷;引出線絕緣損壞與殼體相碰;過電壓(如雷擊)使絕緣擊穿。
3.檢查方法
⑴觀察法。通過目測繞組端部及線槽內絕緣物觀察有無損傷和焦黑的痕跡,如有就是接地點。
⑵萬用表檢查法。用萬用表低阻檔檢查,讀數很小,則為接地。
⑶兆歐表法。根據不同的等級選用不同的兆歐表測量每組電阻的絕緣電阻,若讀數為零,則表示該項繞組接地,但對電機絕緣受潮或因事故而擊穿,需依據經驗判定,一般説來指針在“0”處搖擺不定時,可認為其具有一定的電阻值。
⑷試燈法。如果試燈亮,説明繞組接地,若發現某處伴有火花或冒煙,則該處為繞組接地故障點。若燈微亮則絕緣有接地擊穿。若燈不亮,但測試棒接地時也出現火花,説明繞組尚未擊穿,只是嚴重受潮。也可用硬木在外殼的止口邊緣輕敲,敲到某一處等一滅一亮時,説明電流時通時斷,則該處就是接地點。
⑸電流穿燒法。用一台調壓變壓器,接上電源後,接地點很快發熱,絕緣物冒煙處即為接地點。應特別注意小型電機不得超過額定電流的兩倍,時間不超過半分鐘;大電機為額定電流的20%-50%或逐步增大電流,到接地點剛冒煙時立即斷電。
⑹分組淘汰法。對於接地點在鐵芯心裏面且燒灼比較厲害,燒損的銅線與鐵芯熔在一起。採用的方法是把接地的一相繞組分成兩半,依此類推,最後找出接地點。
此外,還有高壓試驗法、磁針探索法、工頻振動法等,此處不一一介紹。
4.處理方法
⑴繞組受潮引起接地的應先進行烘乾,當冷卻到60——70℃左右時,澆上絕緣漆後再烘乾。
⑵繞組端部絕緣損壞時,在接地處重新進行絕緣處理,塗漆,再烘乾。
⑶繞組接地點在槽內時,應重繞繞組或更換部分繞組元件。
最後應用不同的兆歐表進行測量,滿足技術要求即可。

三相異步電動機繞組短路

由於電動機電流過大、電源電壓變動過大、單相運行、機械碰傷、製造不良等造成絕緣損壞所至,分繞組匝間短路、繞組間短路、繞組極間短路和繞組相間短路。
1.故障現象
離子的磁場分佈不均,三相電流不平衡而使電動機運行時振動和噪聲加劇,嚴重時電動機不能啓動,而在短路線圈中產生很大的短路電流,導致線圈迅速發熱而燒燬。
2.產生原因
電動機長期過載,使絕緣老化失去絕緣作用;嵌線時造成絕緣損壞;繞組受潮使絕緣電阻下降造成絕緣擊穿;端部和層間絕緣材料沒墊好或整形時損壞;端部連接線絕緣損壞;過電壓或遭雷擊使絕緣擊穿;轉子與定子繞組端部相互摩擦造成絕緣損壞;金屬異物落入電動機內部和油污過多。
3.檢查方法
⑴外部觀察法。觀察接線盒、繞組端部有無燒焦,繞組過熱後留下深褐色,並有臭味。
⑵探温檢查法。空載運行20分鐘(發現異常時應馬上停止),用手背摸繞組各部分是否超過正常温度。
⑶通電實驗法。用電流表測量,若某相電流過大,説明該相有短路處。
⑷電橋檢查。測量個繞組直流電阻,一般相差不應超過5%以上,如超過,則電阻小的一相有短路故障。
⑸短路偵察器法。被測繞組有短路,則鋼片就會產生振動。
⑹萬用表或兆歐表法。測任意兩相繞組相間的絕緣電阻,若讀數極小或為零,説明該二相繞組相間有短路。
電壓降法。把三繞組串聯後通入低壓安全交流電,測得讀數小的一組有短路故障。
⑻電流法。電機空載運行,先測量三相電流,在調換兩相測量並對比,若不隨電源調換而改變,較大電流的一相繞組有短路。
4.短路處理方法
⑴短路點在端部。可用絕緣材料將短路點隔開,也可重包絕緣線,再上漆重烘乾。
⑵短路在線槽內。將其軟化後,找出短路點修復,重新放入線槽後,再上漆烘乾。
⑶對短路線匝少於1/12的每相繞組,串聯匝數時切斷全部短路線,將導通部分連接,形成閉合迴路,供應急使用。
⑷繞組短路點匝數超過1/12時,要全部拆除重繞。

三相異步電動機繞組斷路

由於焊接不良或使用腐蝕性焊劑,焊接後又未清除乾淨,就可能造成壺焊或鬆脱;受機械應力或碰撞時線圈短路、短路與接地故障也可使導線燒燬,在並燒的幾根導線中有一根或幾根導線短路時,另幾根導線由於電流的增加而温度上升,引起繞組發熱而斷路。一般分為一相繞組端部斷線、匝間短路、並聯支路處斷路、多根導線並燒中一根斷路、轉子斷籠。
1.故障現象
電動機不能啓動,三相電流不平衡,有異常噪聲或振動大,温升超過允許值或冒煙。
2.產生原因
⑴在檢修和維護保養時碰斷或製造質量問題。
⑵繞組各元件、極(相)組和繞組與引接線等接線頭焊接不良,長期運行過熱脱焊。
⑶受機械力和電磁場力使繞組損傷或拉斷。
⑷匝間或相間短路及接地造成繞組嚴重燒焦或熔斷等。
3.檢查方法
⑴觀察法。斷點大多數發生在繞組端部,看有無碰折、接頭出有無脱焊。
⑵萬用表法。利用電阻檔,對“Y”型接法的將一根表棒接在“Y”形的中心點上,另一根依次接在三相繞組的首端,無窮大的一相為斷點;“△”型接法的短開連接後,分別測每組繞組,無窮大的則為斷路點。
⑶試燈法。方法同前,等不亮的一相為斷路。
⑷兆歐表法。阻值趨向無窮大(即不為零值)的一相為斷路點。
⑸電流表法。電機在運行時,用電流表測三相電流,若三相電流不平衡、又無短路現象,則電流較小的一相繞組有部分短斷路故障。
⑹電橋法。當電機某一相電阻比其他兩相電阻大時,説明該相繞組有部分斷路故障;
⑺電流平衡法。對於“Y”型接法的,可將三相繞組並聯後,通入低電壓大電流的交流電,如果三相繞組中的電流相差大於10%時,電流小的一端為斷路;對於“△”型接法的,先將定子繞組的一個接點拆開,再逐相通入低壓大電流,其中電流小的一相為斷路。
⑻斷籠偵察器檢查法。檢查時,如果轉子斷籠,則毫伏表的讀數應減小。
4.斷路處理方法
⑴斷路在端部時,連接好後焊牢,包上絕緣材料,套上絕緣管,綁紮好,再烘乾。
⑵繞組由於匝間、相間短路和接地等原因而造成繞組嚴重燒焦的一般應更換新繞組。
⑶對斷路點在槽內的,屬少量斷點的做應急處理,採用分組淘汰法找出斷點,並在繞組斷部將其連接好並絕緣合格後使用。
⑷對籠形轉子斷籠的可採用焊接法、冷接法或換條法修復。

三相異步電動機繞組接錯

繞組接錯造成不完整的旋轉磁場,致使啓動困難、三相電流不平衡、噪聲大等症狀,嚴重時若不及時處理會燒壞繞組。主要有下列幾種情況:某極相中一隻或幾隻線圈嵌反或頭尾接錯;極(相)組接反;某相繞組接反; 多路並聯繞組支路接錯;“△”、“Y”接法錯誤。
1、故障現象
電動機不能啓動、空載電流過大或不平衡過大,温升太快或有劇烈振動並有很大的噪聲、燒斷保險絲等現象。
2、產生原因
誤將“△”型接成“Y”型;維修保養時三相繞組有一相首尾接反;減壓啓動是抽頭位置選擇不合適或內部接線錯誤;新電機在下線時,繞組連接錯誤;舊電機出頭判斷不對。
3.檢修方法
⑴滾珠法。如滾珠沿定子內圓周表面旋轉滾動,説明正確,否則繞組有接錯現象。
⑵指南針法。如果繞組沒有接錯,則在一相繞組中,指南針經過相鄰的極(相)組時,所指的極性應相反,在三相繞組中相鄰的不同相的極(相)組也相反;如極性方向不變時,説明有一極(相)組反接;若指向不定,則相組內有反接的線圈。
⑶萬用表電壓法。按接線圖,如果兩次測量電壓表均無指示,或一次有讀數、一次沒有讀數,説明繞組有接反處。
⑷常見的還有乾電池法、毫安表剩磁法、電動機轉向法等。
4.處理方法
⑴一個線圈或線圈組接反,則空載電流有較大的不平衡,應進廠返修。
⑵引出線錯誤的應正確判斷首尾後重新連接。
⑶減壓啓動接錯的應對照接線圖或原理圖,認真校對重新接線。
⑷新電機下線或重接新繞組後接線錯誤的,應送廠返修。
⑸定子繞組一相接反時,接反的一相電流特別大,可根據這個特點查找故障並進行維修。
⑹把“Y”型接成“△”型或匝數不夠,則空載電流大,應及時更正。 怎樣測量三相異步電動機六股引出線的相同端頭用乾電池和萬用表判別,

三相異步電動機保養方法

連續運轉的三相異步電動機,日常保養內容:外觀檢查,風扇是否工作正常,是否有異常振動,聯軸器連接是否可靠,底座固定是否緊固,軸承工作是否正常(聽聲音),温度是否正常(紅外測温儀),定期檢查電線接頭和開關觸點,工作電流是否正常(鉗型電流表),另外繞線式電機還須檢查碳刷和滑環。

三相異步電動機測量端頭

⑴先判別三相繞組的各自的兩個首尾端.將萬用表調到電阻檔進行測量,凡是同一相的線圈就相連接沒有阻值,凡不是同一相的線圈就不相通,因此根據萬用表可分清兩個線端屬於同一相繞組引出線。
⑵判別其中兩側線圈引出線的同名端,將指針式萬用表調到量程最小的直流電流檔,再將任意一相的繞組的兩個線端接到表上,然後將另一相繞組的兩個線端一同分別瞬時碰觸一下乾電池的正極和負極,在乾電池與線圈接通的一瞬間如果錶針擺向大於零的一邊(也就是順時針擺動),則電池正極和萬用表黑色表筆為同名端,逆則反矣。

三相異步電動機分類形式

編輯
一、按電動機結構尺寸分類
①大型電動機指電動機機座中心高度大於630mm,或者16號機座及以上.或定子鐵芯外徑大於990mm者.稱為大型電動機。
②中型電動機指電動機機座中心高度在355一630mm之間.或者11-15號機座.或定子鐵芯外徑在560~990mm之間者.稱為中型電動機。
③小型電動機指電動機機座中心高度在80-315mm.或者10號及以下機座,或定子鐵芯外徑在125-560mm之間者.稱為小型電動機。
二、按電動機轉速分類
①恆轉速電動機有普通籠型、特殊籠型(深槽式、雙籠式、高啓動轉矩式)和繞線型。
調速電機就是配有有換向器的電動機。一般採用三相併勵式的繞線轉子電動機(轉子控制電阻、轉子控制勵磁)。
變速電動機有變極電動機、單繞組多速電動機、特殊籠型電動機和轉差電動機等。
三、按機械特性分類
①普通籠型異步電動機適用於小容量、轉差率變化小的恆速運行的場所.如鼓風機、離心泵、車牀等低啓動轉矩和恆負載的場合。
②深槽籠型適用於中等容量、啓動轉矩比井通籠型異步電動機稍大的場所。
雙籠型異步電動機適用於中、大型籠型轉子電動機.啓動轉矩較大.但最大轉矩稍小。適用於傳送帶、壓縮機、粉碎機、攪拌機、往復泵等需要啓動轉矩較大的恆速負載上。
④特殊雙籠型異步電動機採用高阻抗導體材料製成。特點是啓動轉矩大.最大轉矩小,轉差率較大.可實現轉速調節。適用於衝牀、切斷機等設備。
⑤繞線轉子異步電動機適用於啓動轉矩大、啓動電流小的場所,如傳送帶、壓縮機、壓延機等設備。
四、按電動機防護形式分類
①開啓式電動機除必要的支承結構外,對於轉動及帶電部分沒有專門的保護。
②防護式電動機內轉動和帶電部分有必要的機械保護.但不明顯地妨礙通風。按其通風口防護結構不同。有下列三種:網罩式、防滴式、防濺式。防滴式與防濺式不同,防滴式是能防止垂直下落的固體或液體進入電動機內部,而防濺式是能防止與垂線成1000角範圍內任何方向的液體或固體進入電動機內部。
③封閉式電動機機殼結構能夠阻止殼內外空氣自由交換.但並不要求完全密封。
④防水式電動機機殼結構能夠阻止具有一定壓力的水進入電動機內部。
⑤水密式當電動機浸沒在水中時.電動機機殼的結構能夠阻止水進入電動機內部。
⑥潛水式電動機在規定的水壓下,能長期在水中運行。
⑦隔爆式電動機機殼的結構能阻止電動機內部的氣體爆炸傳遞到電動機外部.而引起電動機外部的燃燒性氣體的爆炸。
五、按電動機使用環境分類
可分為普通型、濕熱型、乾熱型、船用型、化工型、高原型和户外型。

三相異步電動機機械特性

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三相異步電動機電磁轉矩

三相異步電動機的電磁轉矩是由旋轉磁場的每極磁通φm 與轉子電流 I2 相互作用而產生的。因轉子電路是電感性的,轉子電流 I2 比轉子電動勢 E2 滯後,則轉矩 T 與磁通φm 及轉子電流 I2 的關係為
T = K TΦI 2 c o s Ψ 2 (1)
式(1)中:KT 是與電動機結構有關的常數,cosΨ 2 是轉子電路的功率因數,轉矩 T的單位為牛·米(N·m)。
由上式可見,轉矩 T 除於F 成正比外,還與 I 2 cosy 2 成正比。由三向異步電動機電路分析知
將(2)、(3)、(4)式代入(1) 式,則得出轉矩的另一個表示式
由(5)式可見,轉矩 T 還與定子繞組的每相電壓 U1 的平方成正比,所以當電源電壓變化時,對轉矩的影響很大。此外,轉矩 T 還受轉子電阻 R2 的影響。
機械特性曲線
圖1 是電磁轉矩和轉差率之間的關係曲線即 n=f(T)曲線。雖然異步電動機的轉差率 s 能反映電動機轉速 n 的快慢,但不太直觀,應用也不太方便,因此通常用機械特性分析有關的拖動問題。在電源電壓不變的條件下,電動機的轉速和電磁轉矩之間的關係稱為電動機的機械特性。異步電動機的 n = f(T)曲線是由圖 1 所示的 T-s 曲線經過座標軸變換得出。當 s = 0 時,n=1;當 s=1 時,n=0,以轉速 n 為縱座標,以轉矩 T 為橫座標,把 T-s 曲線順時針旋轉 90°,便可得到機械特性曲線 n = f(T),如圖 2 所示。
研究機械特性的目的是為了分析電動機的運行性能,首先在機械特性曲線上討論三個轉矩。 [5] 

三相異步電動機額定轉矩 TN

在電動機等速轉動時,它的輸出轉矩必須與阻轉矩相平衡,阻轉矩主要是機械負載轉矩 T2。此外,還包括空載損耗轉矩(主要是機械損耗轉矩)T0。由於 T0 很小,常可忽略,所以:T = T2+ T0T2
由此可見,電動機的電磁轉短 T 近似等於電動機軸上的輸出機械轉矩 T2。即
式中:P2 是電動機軸上輸出的機械功率,單位是瓦(W);轉矩的單位是牛·米(N.m);轉速的單位是轉每分(r/rnin)。功率如用工程上常用的千瓦為單位,則:
若電動機軸上輸出的機械功率 P2 是額定功率 P2N,則電動機的輸出機械轉矩 T2, 即為額定轉矩 TN [5] 

三相異步電動機最大轉矩 Tmax

可見,最大轉矩 TmaxU12 成正比,與轉子電阻 R2 無關;smR2 有關,R2 愈大,sm 也愈大。
電動機的最大轉矩 Tmax 與額定轉矩 TN 之比稱為過載係數,用 λ 表示。即 λ=Tmax/TN表示電動機短時過載能力。
一般三相異步電動機的 λ 在 1.8~2.2 之間,而冶金、起重等特殊電動機 λ 在2.2~3.之間。
應該指出,電動機在 TN<T<Tmax 運行時,為過載狀態。過載狀態下電動機只能短時運行,否則電流太大,温升過高致使電動機絕緣老化,壽命縮短。 [5] 

三相異步電動機起動轉矩 Tst

(電動機在起動(n = 0,s = 1)時的轉距稱為起動轉距。)
TstU 2 及 R 2 成正比。當電源電壓 U1 降低時,起動轉矩會減小,見圖 3;當轉子電阻 R2 適當增大時,起動轉距會增大,見圖 4。當 R2= X20 時,Tst = Tmaxsm=1; 但繼續增大 R2 時,Tst 就要隨着減小,這時 sm>1。
電動機的起動轉矩 Tst 與額定轉矩 TN 的比值 Kst =Tst/TN,表示電動機的起動能力。
一般異步電動機的 Kst 值在 1. 4~2. 2 之間。 [5] 

三相異步電動機電動機的運行分析

見圖 2,各當電動機所帶的負載轉矩 T2 小於起動轉矩 Tst 時,電動機可帶負載起動。從 c 點→b 點,電動機的轉矩隨轉速的上升而增大,促使電動機的轉速迅速提高,到達 b 點時轉矩為最大值 Tmax。拐過 b 點以後,電動機的轉矩則隨轉速的上升而減小,但只要是電磁轉矩 T 大於負載轉矩 T2,電動機的轉速還保持繼續上升,直到 T = T2 時,電動機的轉速才穩定下來。所以,電動機穩定運行的工作點位於 n = fT)曲線 b、a 區間的某一點。故 ab 區稱為穩定工作區。bc 區為不穩定工作區。 [5] 
如果負載突然增加,或電源電壓突然降低使 T2>Tmax 時,則電動機轉速迅下降,進入 bc 段,電動機的電磁轉矩隨轉速的下降而減小,導致電動機迅速停止運轉,這種現象稱為堵轉。堵轉後,電動機中的電流立即升高為額定電流的數倍, 如果沒有保護措施及時切斷電源,電動機將可能被燒燬。 [5] 

三相異步電動機轉差率

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轉差率

三相異步電動機調速方式

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三相異步電動機變極數調速

變極調速 變極調速 [3]
這種調速方法是用改變定子繞組的接線方式來改變籠型電動機定子極對數達到調速目
的,特點如下:
變極調速 變極調速 [3]
1、具有較硬的機械特性,穩定性良好;
2、無轉差損耗,效率高;
3、接線簡單、控制方便、價格低;
4、有級調速,級差較大,不能獲得平滑調速;
5、可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用,獲得較高效率的平滑調速特性。
該方法適用於不需要無級調速的生產機械,如金屬切削機牀、升降機、起重設備、風機、水泵等。

三相異步電動機變頻調速

變頻調速是改變電動機定子電源的頻率,從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統主要設備是提供變頻電源的變頻器,變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類,國內大都使用交-直-交變頻器。其特點:
1、效率高,調速過程中沒有附加損耗;
2、應用範圍廣,可用於籠型異步電動機;
3、調速範圍大,特性硬,精度高;
4、技術複雜,造價高,維護檢修困難。
該方法適用於要求精度高、調速性能較好場合。

三相異步電動機串級調速

串級調速是指繞線式電動機轉子迴路中串入可調節的附加電勢來改變電動機的轉差,達到調速的目的。大部分轉差功率被串入的附加電勢所吸收,再利用產生附加的裝置,把吸收的轉差功率返回電網或轉換能量加以利用。根據轉差功率吸收利用方式,串級調速可分為電機串級調速、機械串級調速及晶閘管串級調速形式,多采用晶閘管串級調速,其特點為:
1、可將調速過程中的轉差損耗回饋到電網或生產機械上,效率較高;
2、裝置容量與調速範圍成正比,投資省,適用於調速範圍在額定轉速70%-90%的生產機械上;
3、調速裝置故障時可以切換至全速運行,避免停產;
4、晶閘管串級調速功率因數偏低,諧波影響較大。
該方法適合於風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。

三相異步電動機電阻調速

繞線式異步電動機轉子串入附加電阻,使電動機的轉差率加大,電動機在較低的轉速下
運行。串入的電阻越大,電動機的轉速越低。此方法設備簡單,控制方便,但轉差功率以發熱的形式消耗在電阻上。屬有級調速,機械特性較軟。
定子調壓調速方法
當改變電動機的定子電壓時,可以得到一組不同的機械特性曲線,從而獲得不同轉速。由於電動機的轉矩與電壓平方成正比,因此最大轉矩下降很多,其調速範圍較小,使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速範圍,調壓調速應採用轉子電阻值大的籠型電動機,如專供調壓調速用的力矩電動機,或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。為了擴大穩定運行範圍,當調速在2:1以上的場合應採用反饋控制以達到自動調節轉速目的。
調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源,常用的調壓方式有串聯飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為最佳。調壓調速的特點:
1、調壓調速線路簡單,易實現自動控制;
2、調壓過程中轉差功率以發熱形式消耗在轉子電阻中,效率較低。
3、調壓調速一般適用於100KW以下的生產機械。

三相異步電動機電磁調速

電磁調速電動機由籠型電動機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源(控制器)三部分組
成。直流勵磁電源功率較小,通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成,改變晶閘管的導通角,可以改變勵磁電流的大小。
電磁轉差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和後者沒有機械聯繫,都能自由轉動。電樞與電動機轉子同軸聯接稱主動部分,由電動機帶動;磁極用聯軸節與負載軸對接稱從動部分。當電樞與磁極均為靜止時,如勵磁繞組通以直流,則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極,其磁通經過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉時,由於電樞與磁極間相對運動,因而使電樞感應產生渦流,此渦流與磁通相互作用產生轉矩,帶動有磁極的轉子按同一方向旋轉,但其轉速恆低於電樞的轉速N1,這是一種轉差調速方式,變動轉差離合器的直流勵磁電流,便可改變離合器的輸出轉矩和轉速。電磁調速電動機的調速特點:
·裝置結構及控制線路簡單、運行可靠、維修方便;
1、調速平滑、無級調速;
2、對電網無諧影響;
3、速度失大、效率低。
該方法適用於中、小功率,要求平滑動、短時低速運行的生產機械。

三相異步電動機耦合器調速

液力耦合器是一種液力傳動裝置,一般由泵輪和渦輪組成,它們統稱工作輪,放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體,當泵輪在原動機帶動下旋轉時,處於其中的液體受葉片推動而旋轉,在離心力作用下沿着泵輪外環進入渦輪時,就在同一轉向上給渦輪葉片以推力,使其帶動生產機械運轉。液力耦合器的動力轉輸能力與殼內相對充液量的大小是一致的。在工作過程中,改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉速,作到無級調速,其特點為:
1、功率適應範圍大,可滿足從幾十千瓦至數千千瓦不同功率的需要;
2、結構簡單,工作可靠,使用及維修方便,且造價低;
3、尺寸小,能容大;
4、控制調節方便,容易實現自動控制。
該方法適用於風機、水泵的調速。

三相異步電動機制動方法

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三相異步電動機的制動方法
能耗制動 能耗制動 [7]
反接制動 反接制動 [7]
發電反饋制動 發電反饋制動 [7]

三相異步電動機銘牌數據

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三相異步電動機的銘牌數據包括以下幾項。
(1)額定功率PN:額定運行狀態下的軸上輸出機械功率,kW。
(2)額定電壓UN:額定運行狀態下加在定子繞組上的線電壓,V或kV。
(3)額定電流IN:額定電壓下電動機輸出額定功率時定子繞組的線電流,A。
對額定電流,還可以採用如下經驗公式進行估算:
式中:功率的單位為kW,電壓的單位為V。
(4)額定轉速nN:電動機在額定輸出功率、額定電壓和額定頻率下的轉速,r/min。
(5)額定頻率fN:電動機電源電壓標準頻率。我國工業電網標準頻率為50 Hz。
三相交流電動機軸上額定輸出功率與輸人電功率的關係為:
式中:cosθN是電動機在額定運行狀態下定子側的功率因數;ηN為額定運行狀態下電動機的效率。
此外,繞線轉子異步電動機還標有轉子額定電勢和轉子額定電流。前者係指定子繞組加額定電壓、轉子繞組開路時兩集電環之間的電勢(線電勢);後者係指定子電流為額定值時轉子繞組的線電流。 [2] 

三相異步電動機相關問題

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1、什麼故障可以造成電機(電球)組啓動馬達傳動齒輪打齒的事故?
答:蓄電池電力不足蓄電池温度過高; 啓動電機繼電器不工作 ;啓動馬達傳動齒輪與飛輪齒圈不能齧合; 啓動電機進入齧合柴油機不能轉動或轉動無力; 啓動電機不轉; 啓動失效; 柴油機運轉後和啓動電機不能分離;
2、AVR損壞的主要原因是什麼?
答:AVR電路由整流主迴路,電壓檢測電路,比較控制電路三個部分組成;排除原有電氣元件本身質量上的原因造成損壞的可能性而言,在整塊AVR電路中,主迴路和比較控制電路的工作頻率變動最大;其中主迴路的整流橋和比較電路中的晶體管變動更頻,其損壞比例佔整塊AVR損壞率的90%以上;鑑於進口發電機上的AVR屬於非拆修配件,損壞了就要換新的,所以,我們主要分析造成發電機上的AVR損壞的原因,儘可能避免AVR的損壞是最重要的,只要使用適當,可以提高AVR的使用壽命。發電機電壓越穩定,AVR內的變動頻率越小;比較電路中的晶體管的開關動作越小,AVR損壞的幾率越小;輸出負載相對平穩,AVR內的變動頻率越小,比較電路中的晶體管的開關動作越小,AVR損壞的幾率越小;柴油機的轉速越穩定,變化電流對AVR的振盪衝擊越小;經常性的“遊車”和超負載,三相負載相差太大是造成AVR損壞的最主要原因;選擇帶E、F、C燃油系統的發電機組,由於頻率變動小,AVR的使用會更可靠。
3、兩台發電機組並機使用的條件是什麼?用什麼裝置來完成並機工作?
答:並機使用的條件是兩台機瞬間的電壓、頻率、相位相同。俗稱“三同時”。用專用並機裝置來完成並機工作。一般建議採用全自動並機櫃。儘量不用手動並機。因為手動並機的成功或失敗取決於人為經驗。筆者以20多年從事電力工作的經驗斗膽放言,柴油發電機手動並機的可靠成功率等於0。決不能以市電大電源系統可用手動並機的概念來套用小電源系統,因為二者的保護等級是完全不一樣的。
參考資料
  • 1.    邱利軍,趙文鋭,晁曉圓等編著.《低壓電工上崗技能速成》.北京:機械工業出版社,2013.07:第146頁
  • 2.    尹泉,周永鵬,李浚源編著.《電機與電力拖動基礎》:華中科技大學出版社,2013.08:第142頁
  • 3.    中國礦業大學MOOC《電工技術與電子技術(一)(電工學 上)》 模塊七 第6講 三相異步電動機的調速與制動
  • 4.    中國礦業大學MOOC《電工技術與電子技術(一)(電工學 上)》模塊七 第3講 三相異步電動機的轉動原理
  • 5.    中國礦業大學MOOC《電工技術與電子技術(一)(電工學 上)》模塊七 第4講 三相異步電動機的機械特性
  • 6.    中國礦業大學MOOC《電工技術與電子技術(一)(電工學 上)》模塊七 第1講 交流異步電動機的
  • 7.    中國礦業大學MOOC《電工技術與電子技術(一)(電工學 上)》模塊七 第6講 三相異步電動機的調速與制動