,三相异步电动机的工作原理、结构及故障分析,制作人：张同爱,2017年9月27日,电机的分类,电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分，有变压器和旋转电机。,电机,变压器,直流电机,直流发电机,直流电动机,交流电机,控制电机,同步电机,同步发电机,同步电动机,异步电机,异步发电机,异步电动机,在三相电动机的外壳上，钉有一块牌子，叫铭牌。铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕组）三相电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下。 1型号 国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列，是按国际电工委员会IEC标准设计生产的三相异步电动机，它是以电机中心高度为依据编制型号谱的，如： Y-200L2-6,电机的参数,额定值关系有：,二、额定值,电机的参数,（三）掌握三相异步电动机的铭牌数据的含义 三相异步电动机的铭牌如图6-7所示。它标出了电动机的主要技术数据，供正确选用电动机之用。,1型号（Y2-132S-4） Y 2- 132S - 4 磁极数 机座类别（L长机座，M中机座，S短机座） 中心高度（mm） 设计序号 异步电动机,2额定功率（5.5kW） 电动机在额定工作状态下、即额定电压、额定负载和规定冷却的条件下运行时，转轴上输出的机械功率。 3额定电流（11.7A） 电动机在额定状态下运行时定子电路输入的线电流。 4额定电压（380V） 电动机正常运行时电源线电压。 5额定转速（1440/rmin） 电动机在额定状态下运行时的转速。 6接法（） 电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法，小型电动机（3kW以下）大多数采用星形(Y)联结，大中型电动机（4 kW以上）采用三角形（）联结。,三相异步电动机的基本结构,一、定子部分,1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。,2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。,3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。,二、转子部分,1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。,2、转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。,异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。,三、气隙,三相异步电动机的基本结构,三相异步电动机的基本结构,交流电动机的结构及各部分的作用 三相异步电动机均由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间留有0.252mm的空气隙。三相笼型异步电动机的组成如图6-所示。 1定子 电动机的静止部分称为定子，主要包括定子铁心、定子绕组、机座、端盖、风罩等部件。 （1）定子铁心 定子铁心是电动机磁路的一部分，并放置定子绕组。为了减小定子铁心中的损耗，铁心一般用厚0.350.5mm、表面有绝缘层的硅钢片冲片叠装而成，在铁心片的内圆冲有均匀分布的槽，以嵌放定子绕组。定子铁心冲片的具体结构如图6-2所示，常用的定子铁心槽形如图6-3所示。,三相异步电动机的基本结构,图6-1 三相笼型异步电动机的组成部件图,三相异步电动机的基本结构,（2）定子绕组 定子绕组的作用是通入三相对称交流电，产生旋转磁场。它是由嵌放在定子铁心槽中的线圈按一定规律连接而成的。 定子三相绕组的结构完全对称，一般有六个出线端，置于电动机机座的接线盒内，可按需要将三相绕组接成星形（Y）接法或三角形（）接法，如图6-4所示。 （3）机座 机座的作用是为了固定定子铁心和定子绕组，并通过两侧的端盖和轴承来支撑转子，同时保护整台电动机的电磁部分和散发电动机运行中产生的热量。,三相异步电动机的基本结构,图6-4 定子三相绕组的接线方法 (a)绕组接法； (b)接线盒内接法,三相异步电动机的基本结构,2. 电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,3. 电流,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,三相异步电动机的基本结构,2转子 转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组、转轴和风叶等组成。 （1）转子铁心 转子铁心也是电动机磁路一部分，一般用0.5mm厚、相互绝缘的硅钢片冲制叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的槽，用来安置转子绕组，如图6-2（b）所示。转子铁心固定在转轴或转子支架上。为了改善电动机的启动及运行性能，笼型异步电动机转子铁心一般采用斜槽结构，如图6-1所示。 （2）转子绕组 转子绕组的作用是产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。转子绕组根据结构不同分为笼型和绕线型两种。,三相异步电动机的基本结构,1）笼型转子 通常有两种不同的结构型式，一种结构为铜条转子，即在转子铁心槽内放置没有绝缘的铜条，铜条的两端用短路环焊接起来，形成一个笼型的形状，如图6-5（a）所示。另一种结构为中小型异步电动机的笼型转子，一般为铸铝式转子，将熔化了的铝浇铸在转子铁心槽内成为一个完整体，连两端的短路环和风扇叶片一起铸成，图6-5（b）为铸铝转子结构。,三相异步电动机的基本结构,2）绕线转子 绕线型转子绕组也是一个对称三相绕组，绕组的结构形式与定子绕组相似，也采用由绝缘导线绕制的三相绕组或成型的三相绕组嵌入转子铁心槽内，并作星形联结，三个引出端分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，再通过电刷装置与外电路相接。如图6-6所示，外电路与变阻器相接，通过调节该变阻器的电阻值来改善异步电动机的启动及调速性能。,三相异步电动机的基本结构,图6-5 笼型转子绕组 (a)铜条转子绕组； (b)铸铝转子,图6-6 绕线型转子绕组与外加变阻器的联结 1-铜条转子绕组 2-电刷 3-变阻器,三相异步电动机的基本结构,（3）其他附件 1）轴承 轴承用来连接转动部分与固定部分，目前都采用滚动轴承以减小摩擦阻力。 2）轴承端盖 轴承端盖用来保护轴承，使轴承内的润滑脂不致溢出，并防止灰、砂、脏物等浸入润滑脂内。 3）风扇 风扇用于冷却电动机。,三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心槽中嵌装三相绕组（有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构）。定子绕组成接入三相交流电源后，绕组电流产生的旋转磁场，在转子导体中产生感应电流，转子在感应电流和气隙旋转磁场的相互作用下，又产生电磁转柜（即异步转柜），使电动机旋转。,按转子结构分：,绕线型异步电动机,鼠笼型异步电动机,下面是它主要部件的拆分图。,右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。,三相电动机的转动原理 三相交流电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，其转速 。旋转磁场的磁力线被转子导体切割，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。转子绕组是闭合的，则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转，且某时刻为上为北极N下为南极S，如图3.7所示。根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，用表示；在下半部则由外向里，用表示。,原理：定子旋转磁场以速度n0切 割转子导体感生电动势（发电机 右手定则），在转子导体中形成 电流，使导体受电磁力作用形成 电磁转矩，推动转子以转速n顺n0 方向旋转（电动机左手定则）， 并从轴上输出一定大小的机械功 率。(n不能等于n0) 特点：电动机内必须有一个以 n0旋转的磁场。实现能量转 换的前提；电动运行时n恒不等 于n0（异步）必要条件nn0； 建立转矩的电流由感应产生。 感应名称的来源。,流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F的方向可用左手定则确定，如图3.8所示。电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转起来，转速为n。 三相电动机的转子转速n始终不会加速到旋转磁场的转速n1。因为只有这样，转绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线，转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向继续旋转。由此可见 ，且 ，是异步电动机工作的必要条件，“异步”的名称也由此而来。,3转差率 旋转磁场转速n1与转子转速n之差与同步转速n1之比称为异步电动机的转差率s，即 （3-2） 转差率是异步电动机的一个基本参数，对分析和计算异步电动机的运行状态及其机械特性有着重要的意义。当异步电动机处于电动状态运行时，电磁转矩 和转速n同向。转子尚未转动时，n=0, ；当 时， ，可知异步电动机处于电动状态时，转差率的变化范围总在0和1之间，即0s1。一般情况下，额定运行时=1%5%。,启动方法,直接起动 7.5千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。,（适用于笼型电动机）,转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,设：电机每相阻抗为,1、 降压起动,(1) Y 换接起动,降压起动时的电流 为直接起动时的,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y- 换接起动应注意的问题,(2) 自耦降压起动,Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。,Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成 Y形不能采用Y起动的笼型异步电动机。,R,R,R,定子,转子,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,起动电阻,2、绕线式电动机转子电路串电阻起动,1、 变频调速 (无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,三相异步电动机的调速,交流电动机基本参数的测试 1直流电阻测量 将三相定子绕组出线端的连接点拆开，用万用表欧姆挡测量定子三相绕组的通断情况，以判断三相定子绕组有无断路现象。如三相绕组正常，则测出的电阻值应基本一致。 2用兆欧表测量定子三相绕组的对地绝缘电阻和相间绝缘电阻值 在测量各相绕组对地绝缘电阻时，可将兆欧表的接线柱“L”接被测相绕组一端，接线柱“E”接电动机机座上没有油漆的部位。而在进行相间绝缘电阻测量时则应将兆欧表的接线柱“L”及“E”分别接在不同的两相绕组出线端上，测出的绝缘电阻值即为相间绝缘电阻。将测量值分别记录于表6-3中。如果测出的绝缘电阻在05M及以上，说明该电动机绝缘尚好，可继续使用；如果在0.5M以下，说明该电动机绕组已受潮，或绕组绝缘很差，需进行烘干处理，或需重新进行浸漆处理；如果测得绝缘电阻为零，说明该电动机绕组接地，必须进行修理，排除故障后方能使用。,交流电动机基本参数的测试 1直流电阻测量 将三相定子绕组出线端的连接点拆开，用万用表欧姆挡测量定子三相绕组的通断情况，以判断三相定子绕组有无断路现象。如三相绕组正常，则测出的电阻值应基本一致。 2用兆欧表测量定子三相绕组的对地绝缘电阻和相间绝缘电阻值 在测量各相绕组对地绝缘电阻时，可将兆欧表的接线柱“L”接被测相绕组一端，接线柱“E”接电动机机座上没有油漆的部位。而在进行相间绝缘电阻测量时则应将兆欧表的接线柱“L”及“E”分别接在不同的两相绕组出线端上，测出的绝缘电阻值即为相间绝缘电阻。将测量值分别记录于表6-3中。如果测出的绝缘电阻在05M及以上，说明该电动机绝缘尚好，可继续使用；如果在0.5M以下，说明该电动机绕组已受潮，或绕组绝缘很差，需进行烘干处理，或需重新进行浸漆处理；如果测得绝缘电阻为零，说明该电动机绕组接地，必须进行修理，排除故障后方能使用。,3三相定子绕