三相异步电动机的相关知识

    今天介绍三相异步电动机的相关知识，内容多，分期讲解。快来看看吧
    三相异步电动机的结构
    1、定子铁心
    作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。构造：定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。定子铁心槽型有以下几种：半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。
    2、定子绕组
    作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。构造：由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：(保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘)。⑴对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。⑵相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。⑶匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。
    电动机接线盒内的接线：电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1(U1)、2(V1)、3(W1)，下排三个接线桩自左至右排列的编号为6(W2)、4(U2)、5(V2)，.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。
    3、机座作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。
    4、三相异步电动机的转子铁心：作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机(转子直径在300~400毫米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。
    5、三相异步电动机的转子绕组作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。⑴鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为：阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种，起动转矩等特性各有不同。⑵绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。
    特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。

    三相异步电动机的工作原理
    当向三相定子绕组中通入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定)。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。
    通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度)，通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路)，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
    三相异步电动机的参数
    三相异步电动机的额定值刻印在每台电动机的铭牌上,一般包括下列几种：
    型号：为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列,每种系列用各种型号表示。例如 Y 132 M- 4，Y →三相异步电动机，其中三相异步电动机的产品名称代号还有：YR为绕线式异步电动机;YB为防爆型异步电动机;YQ为高起动转距异步电动机。
    132→机座中心高(mm);
    M →机座长度代号;
    4 →磁极数
    接法：这是指定子三相绕组的接法。一般鼠笼式电动机的接线盒中有六根引出线,标有U1、V1 、W1、U2、V2、W2。其中：U1 U2是相绕组的两端;V1 V2是第二相绕组的两端;W1 W2是第三相绕组的两端。如果U1、V1 、W1分别为三相绕组的始端(头) ,则U2、V2、W2是相应的末端(尾)。这六个引出线端在接电源之前,相互间必须正确联接。联接方法有星形(Y)联接和三角形联接两种。通常三相异步电动机自3kW以下者,联接成星形;自4kW以上者, 联接成三角形。
    额定功率PN：是指电动机在制造厂所规定的额定情况下运行时,
    其输出端的机械功率,单位一般为千瓦(kW)。对三相异步电机，其额定功率：PN=UNINηNcosN，式中ηN和cosN分别为额定情况下的效率和功率因数。
    额定电压UN：是指电动机额定运行时,外加于定子绕组上的线电压,单位为伏(V)。一般规定电动机的工作电压不应高于或低于额定值的5%。当工作电压高于额定值时,磁通将增大，将使励磁电流大大增加,电流大于额定电流,使绕组发热。同时,由于磁通的增大,铁损耗(与磁通平方成正比)也增大,使定子铁心过热;当工作电压低于额定值时，引起输出转矩减小，转速下降,电流增加，也使绕组过热，这对电动机的运行也是不利的。我国生产的Y系列中、小型异步电动机，其额定功率在3kW以上的,额定电压为380 V，绕组为三角形联接。额定功率在3 kW及以下的,额定电压为380/220V,绕组为Y/联接(即电源线电压为380 V时,电动机绕组为星形联接;电源线电压为220 V时,电动机绕组为三角形联接)。
    额定电流IN：是指电动机在额定电压和额定输出功率时,定子绕组的线电流,单位为安(A)。当电动机空载时,转子转速接近于旋转磁场的同步转速,两者之间相对转速很小,所以转子电流近似为零,这时定子电流几乎全为建立旋转磁场的励磁电流。当输出功率增大时,转子电流和定子电流都随着相应增大,如下图中的I1=f(P2)曲线所示。图中是一台l0kW三相异步电动机的工作特性曲线。
    额定频率fN：我国电力网的频率为50赫兹(Hz)，因此除外销产品外,国内用的异步电动机的额定频率为50赫兹。
    额定转速nN：是指电动机在额定电压、额定频率下,输出端有额定
    功率输出时, 转子的转速,单位为转/分(r/min)。由于生产机械对转速的要求不同,需要生产不同磁极数的异步电动机,因此有不同的转速等级。常用的是四个极的异步电动机(n0=l500 r/min)。
    额定效率ηN：是指电动机在额定情况下运行时的效率, 是额定输出功率与额定输入功率的比值。即ηN=×100%=×100%异步电动机的额定效率ηN约为75%～92%。从下图中的η=f(P2)曲线可以看出，在额定功率的75%左右时效率。
    额定功率因数cosN：因为电动机是电感性负载,定子相电流比相电压滞后一个角，cos就是异步电动机的功率因数。三相异步电动机的功率因数较低,在额定负载时约为0. 7～0. 9之间，而在轻载和空载时更低，空载时只有0. 2～0. 3。因此,必须正确选择电动机的容量, 防止"大马拉小车"，并力求缩短空载的时间。上图中的cos=f(P2)曲线反映的是功率因数和输出功率之间的关系。
    绝缘等级：它是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分的。所谓极限温度,是指电动机绝缘结构中热点的容许温度。
    工作方式：反映异步电动机的运行情况，可分为三种基本方式：连续运行、短时运行和断续运行。
    三相异步电动机的故障处理
    绕组是电动机的组成部分，老化、受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、外力的冲击都会造成对绕组的伤害，电机过载、欠电压、过电压，缺相运行也能引起绕组故障。绕组故障一般分为绕组接地、短路、开路、接线错误。如今分别说明故障现象、产生的原因及检查方法。
    绕组接地：指绕组与铁心或与机壳绝缘破坏而造成的接地。
    1、故障现象
    机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热，致使电动机无法正常运行。
    2、产生原因
    绕组受潮使绝缘电阻下降;电动机长期过载运行;有害气体腐蚀;金属异物侵入绕组内部损坏绝缘;重绕定子绕组时绝缘损坏碰铁心;绕组端部碰端盖机座;定、转子磨擦引起绝缘灼伤;引出线绝缘损坏与壳体相碰;过电压(如雷击)使绝缘击穿。
    3.检查方法
    ⑴观察法。通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕迹，如有就是接地点。
    ⑵万用表检查法。用万用表低阻档检查，读数很小，则为接地。
    ⑶兆欧表法。根据不同的等级选用不同的兆欧表测量每组电阻的绝缘电阻，若读数为零，则表示该项绕组接地，但对电机绝缘受潮或因事故而击穿，需依据经验判定，一般说来指针在“0”处摇摆不定时，可认为其具有一定的电阻值。
    ⑷试灯法。如果试灯亮，说明绕组接地，若发现某处伴有火花或冒烟，则该处为绕组接地故障点。若灯微亮则绝缘有接地击穿。若灯不亮，但测试棒接地时也出现火花，说明绕组尚未击穿，只是严重受潮。也可用硬木在外壳的止口边缘轻敲，敲到某一处等一灭一亮时，说明电流时通时断，则该处就是接地点。
    ⑸电流穿烧法。用一台调压变压器，接上电源后，接地点很快发热，绝缘物冒烟处即为接地点。应特别注意小型电机不得超过额定电流的两倍，时间不超过半分钟;大电机为额定电流的20%-50%或逐步增大电流,到接地点刚冒烟时立即断电。
    ⑹分组淘汰法。对于接地点在铁芯心里面且烧灼比较厉害，烧损的铜线与铁芯熔在一起。采用的方法是把接地的一相绕组分成两半，依此类推，找出接地点。
    此外，还有高压试验法、磁针探索法、工频振动法等，此处不一一介绍。
    4.处理方法
    ⑴绕组受潮引起接地的应先进行烘干，当冷却到60——70℃左右时，浇上绝缘漆后再烘干。
    ⑵绕组端部绝缘损坏时，在接地处重新进行绝缘处理，涂漆，再烘干。
    ⑶绕组接地点在槽内时，应重绕绕组或更换部分绕组元件。
    应用不同的兆欧表进行测量，满足技术要求即可。
    绕组短路
    由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至，分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。
    1.故障现象
    离子的磁场分布不均，三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧，严重时电动机不能启动，而在短路线圈中产生很大的短路电流，导致线圈迅速发热而烧毁。
    2.产生原因
    电动机长期过载，使绝缘老化失去绝缘作用;嵌线时造成绝缘损坏;绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿;端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏;端部连接线绝缘损坏;过电压或遭雷击使绝缘击穿;转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏;金属异物落入电动机内部和油污过多。
    3.检查方法
    ⑴外部观察法。观察接线盒、绕组端部有无烧焦，绕组过热后留下深褐色，并有臭味。
    ⑵探温检查法。空载运行20分钟(发现异常时应马上停止)，用手背摸绕组各部分是否超过正常温度。
    ⑶通电实验法。用电流表测量，若某相电流过大，说明该相有短路处。
    ⑷电桥检查。测量个绕组直流电阻，一般相差不应超过5%以上，如超过，则电阻小的一相有短路故障。
    ⑸短路侦察器法。被测绕组有短路，则钢片就会产生振动。
    ⑹万用表或兆欧表法。测任意两相绕组相间的绝缘电阻，若读数极小或为零，说明该二相绕组相间有短路。
    ⑺电压降法。把三绕组串联后通入低压安全交流电，测得读数小的一组有短路故障。
    ⑻电流法。电机空载运行，先测量三相电流,在调换两相测量并对比，若不随电源调换而改变，较大电流的一相绕组有短路。
    4.短路处理方法
    ⑴短路点在端部。可用绝缘材料将短路点隔开，也可重包绝缘线，再上漆重烘干。
    ⑵短路在线槽内。将其软化后，找出短路点修复，重新放入线槽后，再上漆烘干。
    ⑶对短路线匝少于1/12的每相绕组，串联匝数时切断全部短路线，将导通部分连接，形成闭合回路，供应急使用。
    ⑷绕组短路点匝数超过1/12时，要全部拆除重绕。
    绕组断路：由于焊接不良或使用腐蚀性焊剂，焊接后又未清除干净，就可能造成壶焊或松脱;受机械应力或碰撞时线圈短路、短路与接地故障也可使导线烧毁，在并烧的几根导线中有一根或几根导线短路时，另几根导线由于电流的增加而温度上升，引起绕组发热而断路。一般分为一相绕组端部断线、匝间短路、并联支路处断路、多根导线并烧中一根断路、转子断笼。
    1.故障现象
    电动机不能启动，三相电流不平衡，有异常噪声或振动大，温升超过允许值或冒烟。
    2.产生原因
    ⑴在检修和维护保养时碰断或制造质量问题。
    ⑵绕组各元件、极(相)组和绕组与引接线等接线头焊接不良，长期运行过热脱焊。
    ⑶受机械力和电磁场力使绕组损伤或拉断。
    ⑷匝间或相间短路及接地造成绕组严重烧焦或熔断等。
    3.检查方法
    ⑴观察法。断点大多数发生在绕组端部，看有无碰折、接头出有无脱焊。
    ⑵万用表法。利用电阻档，对“Y”型接法的将一根表棒接在“Y”形的中心点上，另一根依次接在三相绕组的首端，无穷大的一相为断点;“△”型接法的短开连接后，分别测每组绕组，无穷大的则为断路点。
    ⑶试灯法。方法同前，等不亮的一相为断路。
    ⑷兆欧表法。阻值趋向无穷大(即不为零值)的一相为断路点。
    ⑸电流表法。电机在运行时，用电流表测三相电流，若三相电流不平衡、又无短路现象，则电流较小的一相绕组有部分短断路故障。
    ⑹电桥法。当电机某一相电阻比其他两相电阻大时,说明该相绕组有部分断路故障;
    ⑺电流平衡法。对于“Y”型接法的，可将三相绕组并联后，通入低电压大电流的交流电，如果三相绕组中的电流相差大于10%时，电流小的一端为断路;对于“△”型接法的，先将定子绕组的一个接点拆开，再逐相通入低压大电流，其中电流小的一相为断路。
    ⑻断笼侦察器检查法。检查时，如果转子断笼，则毫伏表的读数应减小。
    4.断路处理方法
    ⑴断路在端部时，连接好后焊牢，包上绝缘材料，套上绝缘管，绑扎好，再烘干。
    ⑵绕组由于匝间、相间短路和接地等原因而造成绕组严重烧焦的一般应更换新绕组。
    ⑶对断路点在槽内的，属少量断点的做应急处理，采用分组淘汰法找出断点，并在绕组断部将其连接好并绝缘合格后使用。
    ⑷对笼形转子断笼的可采用焊接法、冷接法或换条法修复。
    绕组接错：绕组接错造成不完整的旋转磁场，致使启动困难、三相电流不平衡、噪声大等症状，严重时若不及时处理会烧坏绕组。主要有下列几种情况：某极相中一只或几只线圈嵌反或头尾接错;极(相)组接反;某相绕组接反; 多路并联绕组支路接错;“△”、“Y”接法错误。
    1、故障现象
    电动机不能启动、空载电流过大或不平衡过大，温升太快或有剧烈振动并有很大的噪声、烧断保险丝等现象。
    2、产生原因
    误将“△”型接成“Y”型;维修保养时三相绕组有一相首尾接反;减压启动是抽头位置选择不合适或内部接线错误;新电机在下线时，绕组连接错误;旧电机出头判断不对。
    3.检修方法
    ⑴滚珠法。如滚珠沿定子内圆周表面旋转滚动，说明正确，否则绕组有接错现象。
    ⑵指南针法。如果绕组没有接错，则在一相绕组中，指南针经过相邻的极(相)组时，所指的极性应相反，在三相绕组中相邻的不同相的极(相)组也相反;如极性方向不变时，说明有一极(相)组反接;若指向不定，则相组内有反接的线圈。
    ⑶万用表电压法。按接线图，如果两次测量电压表均无指示，或有读数、没有读数,说明绕组有接反处。
    ⑷常见的还有干电池法、毫安表剩磁法、电动机转向法等。
    4.处理方法
    ⑴一个线圈或线圈组接反，则空载电流有较大的不平衡，应进厂返修。
    ⑵引出线错误的应正确判断首尾后重新连接。
    ⑶减压启动接错的应对照接线图或原理图，认真校对重新接线。
    ⑷新电机下线或重接新绕组后接线错误的，应送厂返修。
    ⑸定子绕组一相接反时，接反的一相电流特别大，可根据这个特点查找故障并进行维修。
    ⑹把“Y”型接成“△”型或匝数不够，则空载电流大，应及时更正。怎样测量三相异步电动机六股引出线的相同端头用干电池和万用表判别，
    5.三相异步电动机的保养
    连续运转的三相异步电动机，日常保养内容：外观检查，风扇是否工作正常，是否有异常振动，联轴器连接是否可靠，底座固定是否紧固，轴承工作是否正常(听声音)，温度是否正常(红外测温仪)，定期检查电线接头和开关触点，工作电流是否正常(钳型电流表)，另外绕线式电机还须检查碳刷和滑环。
    测量端头
    ⑴先判别三相绕组的各自的两个首尾端.将万用表调到电阻档进行测量，凡是同一相的线圈就相连接没有阻值，凡不是同一相的线圈就不相通，因此根据万用表可分清两个线端属于同一相绕组引出线。
    ⑵判别其中两侧线圈引出线的同名端，将指针式万用表调到量程的直流电流档，再将任意一相的绕组的两个线端接到表上，然后将另一相绕组的两个线端一同分别瞬时碰触一下干电池的正极和负极，在干电池与线圈接通的一瞬间如果表针摆向大于零的一边(也就是顺时针摆动)，则电池正极和万用表黑色表笔为同名端，逆则反矣。
    6.单相电动机和三相异步电动机的区别
    单相的电压220v，接法只有一种，启动需要加移相电容，电机内部只有两组线圈绕组〔分别是启动绕组、转速绕组〕。三相电动机的电压是380v，有两种接线方法〔分别是星型接法和三角形接法〕，启动不需要加移相电容，电机内部也是有两组线圈绕组。
    工作原理：三相电机，由于是启动绕组通入三相电时，在电机内部就会形成旋转磁场，这是转速绕组它也通电了，线圈在磁场中产生安倍力，然后电机就转起来。至于单相电动机，由于启动绕组和转速绕组同时通电时，交流电产生的电磁场方向一致，转速绕组根本没法转动。所以我们在启动绕组中串连一个电容，为了就是让通过启动绕组的电压相位和转动绕组电压相位有一定的相位差，这样启动绕组就能产生不同于转速绕组的磁场方向。从而电机转动起来。