一、三相異步電動機及其控制線路

1、三相異步電動機

能夠實現電能和機械能相互轉換的電氣設備一般稱為電機。電機利用電磁感應原理實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電機，把電能轉化為機械能的設備叫電動機。

交流電動機主要用于生產，尤其是三相異步電動機，因為它具有結構簡單、經久耐用、運行可靠、價格低廉、維修方便等優點。廣泛用于驅動各種金屬切割機、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機、小功率風機和水泵等。

對于各種電機，我們應該了解以下幾個方面：

(1)基本結構；

(2)工作原理；

(3)表示轉速和扭矩之間關系的機械特性；

(4)起動、調速和制動的基本原理和方法；

(5)應用場合及如何正確使用。

2、三相異步電動機的結構與工作原理

(1)三相異步電動機的結構

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

a)，定子

三相異步電動機的定子由三部分組成：

b)，轉子

三相異步電動機的轉子由三部分組成：

鼠籠式電動機因其結構簡單、價格低廉、運行可靠、使用方便，成為生產中應用最廣泛的電動機。

為了保證轉子能自由轉動，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、三相異步電動機的轉動原理

1、基本原理

為了解釋三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖5-2所示。

(1).演示實驗：將一個閉合的導體放在一個裝有手柄的鞋磁鐵的兩極之間。當轉動手柄帶動鞋磁鐵轉動時，會發現導體也轉動；如果磁鐵的方向改變，導體的方向也會改變。

(2)現象解釋：磁鐵旋轉時，磁鐵相對于閉合導體運動，鼠籠導體切割磁力線，在其中產生感應電動勢和感應電流。感應電流使導體受到電磁力，于是導體沿著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：要使異步電動機旋轉，必須有旋轉磁場和閉合的轉子繞組。

2、旋轉磁場

(1)、產生

圖5-3所示為最簡單的三相定子繞組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.然后三相對稱電流流過三相定子繞組：隨著電流流過定子繞組，三相定子繞組中會產生旋轉磁場(圖5-4)。

可以看出，定子繞組中的電流變化一個周期時，產生的磁場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，產生的磁場不斷旋轉，故稱為旋轉磁場。

(2)，旋轉磁場的方向

旋轉磁場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的方向，只需改變流過定子繞組的電流的相序，即切換三條電源線中的任意兩條即可。此時，轉子的旋轉方向也發生變化。

三、三相異步電動機的銘牌參數及選擇

1、三相異步電動機技術數據

銘牌安裝在每個電機的底座上。銘牌上標有電機的主要性能和技術數據。

(1)，型號滿足不同用途和不同工作環境的需求。電機廠家把電機做成各種系列，每個系列不同的電機用不同的型號來代表。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應加在電機定子繞組上的線電壓值。一般情況下，電動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，最大轉矩Tmax和起動轉矩Tst會顯著降低，這對電機的運行是不利的。

三相異步電動機的額定電壓為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電機定子繞組允許的最大線電流。電機空載時，轉子轉速接近旋轉磁場的轉速，兩者的相對速度很小，所以轉子電流近似為零。此時，定子電流幾乎是建立旋轉磁場的全部勵磁電流。當輸出功率增加時，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境溫度下運行時，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角，cos為電機的功率因數。三相異步電動機的功率因數較低，額定負載時約為0.7~0.9，輕載和空載時更低，空載時僅為0.2~0.3。選擇電機時，要注意其容量，防止“大馬拉大車”，盡量縮短空轉時間。

7)、速度

額定運行時電機的轉子速度，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的允許極限溫度來分級的。所謂極限溫度，是指電機絕緣結構中最熱點的最高允許溫度。

2、三相異步電動機的選擇

正確選擇電機的功率、型號和類型是極其重要的。

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機械的正常運轉，不能充分發揮生產機械的效率，電機也會因過載而過早損壞。

(1)連續運行的電機功率選擇

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

(2)短期運行電機功率的選擇

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

2）、種類和型式的選擇

(1)、電機的選擇從交流或DC的類型、機械特性、調速和起動性能、維護和價格來考慮。

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機結構簡單、經久耐用、運行可靠、價格低廉、維修方便，但其調速困難、功率因數低、起動性能差。因此，在對機械性能要求較硬且無特殊調速要求的一般生產機械的拖動中，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機時，才使用繞線式電動機。

(2)結構型式的選擇電動機通常做成以下幾種結構

敞開式在結構上沒有特殊的保護裝置，用于干燥無塵的場所。通風非常好。

(2)防護型外殼或端蓋下有通風罩，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，通過自帶風扇或外置風扇散熱，外殼內有散熱片。可用于多塵、潮濕或酸性場所。

防爆電機密閉性好，用于有爆炸性氣體的場所。

(3)，安裝結構類型的選擇

底座有腳，端蓋無凸緣(B3)。

底座沒有底座，端蓋有凸緣(B5)

底座配有一個支腳，端蓋配有一個法蘭(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型、功率和使用場所的電源電壓。Y系列鼠籠式電動機的額定電壓只有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機械的要求來選擇。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，價格越貴，效率越低。所以買個高速電機再配個減速器比較好。異步電動機通常采用四極，即同步轉速n0=1500r/min。

例：有一臺Y225M-4三相鼠籠式異步電動機，額定數據如下：

試著問一下

(1)額定電流；

(2)額定滑移率Sn；

(3)額定轉矩TN、最大轉矩Tmax、起動轉矩Tst

摘要：

1.控制電器是指在電路中起開/關、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規格，使用時應遵守銘牌。

3.在選擇電機時，應根據負載和使用環境的實際情況進行選擇。選擇時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”。

四、三相異步電機的調整方法

三相異步電動機轉速公式為：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。未來三相異步電動機有七種調速方式及其特點，指出了它們的適用場合和場合。

分類：

1.從調速的本質來說，不同的調速方式無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機械中。

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

3.從調速過程中能量消耗的角度來看，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。一般來說，轉差損失隨著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改變定子繞組的紅色接線方式來改變籠型電動機的定子極數，從而達到調速的目的

3、接線簡單，控制方便，價格低廉；

4.有步進調速，步差大，無法獲得平滑調速；

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、調速性能好的場合。

其特點：

1、效率高，調速過程中無附加損耗；

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式電機的轉子回路中串聯可調附加電勢，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。

該方法適用于風扇、水泵、軋機、礦井提升機和擠壓機。其特征在于：

1、調速過程中的轉差損耗可以反饋給電網或生產機械，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%的生產機械。

3.當調速裝置出現故障時，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。

繞線式電動機轉子串電阻調速方法四：

繞線式異步電動機的轉子串聯附加電阻，增加了電動機的轉差率，使電動機以較低的速度運行。串聯電阻越大，電機轉速越低。這種方法設備簡單，控制方便，但轉差功率以發熱的形式消耗在電阻上。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，可以得到一組不同的機械特性曲線，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機進行調壓調速，如專門為調壓調速設計的力矩電動機，或在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。為了擴大穩定運行范圍，當轉速在2: 1以上時應采用反饋控制，以達到自動調速的目的。

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以下的生產機械。電壓和速度調節的特性：

1.調壓調速電路簡單，易于實現自動控制。

2.在調壓過程中，差動功率以發熱的形式消耗在轉子電阻中，效率較低。

五、三相異步電動機的故障處理

（1）電動機不起動

1.電源未接通：檢查開關、保險絲、每對觸點和電機的引出端。

2.繞組開路：將開路部分加熱到絕緣等級允許的溫度。軟化油漆，攪碎線，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.繞線轉子電機起動電阻太小或短路：排除短路故障或增大起動電阻。

6.電源與電機之間的連接線短路：檢查短路點并修復。

（2）電動機接入電源后溶絲被燒斷

1.定子和轉子繞組開路：找出開路點并修復；檢查繞組轉子的電刷和集電環之間的接觸狀態，并檢查啟動電阻是否開路或過高。

2.繞組引線自始至終短路，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；緊固端子松動的螺釘；用萬用表檢查電源線的斷線或虛接，然后修理。

5.電壓低：如果接線電機誤接成Y接線，應改回接線；當電源電壓過低時，應提供。

（3）電動機通電后，電機不起動，嗡嗡響

1.換極和重繞時，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：檢查振動原因并重新壓緊鐵芯進行處理。

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

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.風扇碰到油煙機或風道堵塞：修理風扇和油煙機使其幾何尺寸正確，清洗風道。

（4）、電動機運行時有雜音不正常

1.重繞時，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）電動機空載運行時空載電流不平衡，且相差很大

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