三相交流异步电动机.ppt

1 三相交流异步电动机 基本结构工作原理机械特性铭牌数据检查标准故障分析拆检CBA 2 三相异步电动机的基本结构 3 1 定子主要包括机座 定子铁芯和定子绕组等 机座起固定和支撑作用 定子铁心是由0 5MM厚的硅钢片冲片叠压而成 冲片上涂有绝缘漆 用以减少涡流损耗 内圆周有均匀分布的槽 以嵌放定子绕组 定子绕组三相完全对称 在空间互差120 电角度 2 气隙定转子间有气隙 一般为0 5 2MM 气隙大小对电动机的性能有很大影响 4 3 转子主要有转轴 铁心和绕组及风扇等 铁心和绕组传递转矩和机械功率 转子绕组分笼型和绕线型两种 5 三相异步电动机的转动原理 1 电磁感应现象 感应电动机旋转原理 6 取一个能自由转动的铝盘 把它装在能旋转的永久磁铁的磁极附近 当我们摇动手柄使永久磁铁旋转时 可见到铝盘也跟着旋转起来 这是因为当永久磁铁旋转时 其磁力线被铝盘切割 并在铝盘上感应电流 这个感应电流和永久磁铁的磁场相互作用 便使铝盘旋转起来 不过这时铝盘的转速总比永久磁铁的转速慢一点 否则铝盘便不会切割磁力线 不切割磁力线 在铝盘上便没有感应电流产生 铝盘上没有感应电流 也就不会产生作用在铝盘上的电磁力 这个实验就是感应电动机的简单旋转原理 7 2 旋转磁场的产生 8 将A B C三个线圈互成120度角捆起来 再将它们的尾端X Y Z联接在一起 通以三相交流电后 就可以见到小磁针沿着顺时针方向旋转起来 这个事实说明三相交流电可以建立旋转磁场 小磁针的旋转是由三相电流建立的旋转磁场所带动的 下面我们来分析三相旋转磁场建立的过程在开始通电的t0时刻 A相线圈电流为零 C相线圈电流为正 并设想它由C相线圈C端流入 由Z端流出 B相线圈电流为负 即由Y端流入 由B端流出 此刻三相电流所建立的磁场 按右手螺旋定则可知 是由上指向下 9 三相交流电流建立旋转磁场的过程 10 三相对称电流的数学表达式 iA Imsin tiB Imsin t 120 iC Imsin t 120 11 当电流经过六分之一周波T1时刻 C相线圈电流为0 A相线圈电流为正 电流由A端流入 X端流出 B相线圈为负 由Y端流入 B端流出 形成的磁场与T0时刻相比旋转了60度 按同样方法分析可知 每经过六分之一周波 三相交流电形成的磁场就旋转60度 经过一个周波 磁场也就旋转了一周 因电源频率是每秒50周 所以按图所示的线圈通以三相交流电所产生的旋转磁场是每秒钟旋转了50转 每分钟旋转为60 50 3000转 12 这就是一对磁极 两个极 电动机的同步转速 如果是两对磁极 则其旋转磁场的转速为3000 2转 分 所以感应电动机的同步转速与极对数的关系如下式 n1 60f p式中 f 电源频率p 磁极对数n1 同步转速 转 分 13 试分析如下情况 三个线圈中 如其中一个线圈断路 小磁针是否会旋转 三个线圈中 如其中一个线圈的方向接反 小磁针是否会旋转 14 3 电动机的工作原理和转差率 电动机运行原理 15 三相交流产生的旋转磁场 切割转子导体 在转子导体回路中产生感应电势和电流 转子导体流过电流 在定子旋转磁场的作用下 受到力的作用而使转子旋转 这就是电动机的运行原理 图中虚线是定子载流导体所产生的磁力线 外圈的小圆是表示定子绕组的导体 内圈的小圆是表示转子绕组的导体 要使电动机旋转必须使定子旋转磁场与转子相对运动 假设旋转磁场以n1转速向顺时针方向旋转 则要求转子以比n1 同步转速 较低的转速n向顺时针方向旋转 这样 定子旋转磁场与转子导体间才会有一相对运动 16 如果认为旋转磁场不动 则相当于转子作逆时针方向旋转 转子绕组切割磁力线而产生感应电势和感应电流 其感应电流在绕组中的方向 可用右手定则来判定 即转子上半部是朝向读者 用 符号表示 下半部是离开读者的 用 来表示 转子导体所受力的方向 根据左手定则 如图中 F 所示 可见转子转动的方向和旋转磁场方向是一致的 其转速为n 并且n将永远小于n1 显而易见 如果旋转磁场的转速n1与转子的实际转速n相等 转子导体就不能切割磁力线 也就无法旋转 电源只加在电动机的定子绕组上 而转子绕组中的电流是通过电磁感应得到的 因此又叫做感应电动机 17 转子转速n与旋转磁场的转速n1相差的程度 用转差率s表示 S n1 n n1 100 电动机的额定转差率一般为1 5 6 如电动机在额定负载下的实际转速n为1475转 分 那么电动机的转差 1500 1475 25转 分转差率 18 通过这个例子 可以看出 感应电动机在正常运转时的转差极小 如果电动机所带动的机械负荷很大 会引起转速降低 转差增大 转子中的电流与定子中的电流也会增大 在严重的情况下会导致电动机绕组烧坏 19 三相异步电动机的转矩与机械特性1 电磁转矩 转子电流与旋转磁场相互作用 使转子产生电磁转矩 简称转矩 转矩公式如下 T P2 Pe 1式中P2 全机械功率 Pe 电磁功率 转动角速度 1 旋转磁场由上式可推导出 T K SR2U12 R22 SX2 2 20 其中K 常数 与电机结构有关S 转差率 U1 相电压由上式可看出T U2 即异步电机对电源电压的波动有比较大的敏感性 当电源电压U有微小的波动时 对异步电机的转矩T影响很大 这对电机的工作是很不利的 因此 通常电源电压低于额定值的85 时 就不允许异步电机投入运行了 21 2 机械特性机械特性指在一定的电源电压U和转子电阻R2及感抗X2之下 电机转速n与转矩T之间的关系 即n f T 因为异步电机转速n与转差率s之间存在一定的关系 有时也用T f s 表示 研究机械特性的目的是为了分析电机的运行性能 在机械特性曲线上 主要讨论三个转矩 22 23 1 额定转矩TN在等速转动时 电机的转矩T必须与阻转矩TC相平衡 即T TC 阻转矩主要是机械负载转矩T2 此外 还包括空载损耗转矩 主要是机械损耗转矩 T0 由于T0很小 常可忽略 所以T T2 T0 T2并由此得T T2 P2 2 n 60 P2 电机轴上输出的机械功率 24 所以 额定转矩TN 9550PN n N M 额定转矩可从电机铭牌上的额定功率和额定转速应用上式求得 通常三相异步电机都工作在所示特性曲线的A B段 当负载转矩增大时 在最初的瞬间T TC 所以转速n开始下降 随着n的下降 由上图可见 电机转矩增加了 当转矩增加到T TC时 电机在新的稳定状态下运行 这是转速较前为低 A B段比较平坦 当负载在空载和额定值之间变化时 转速变化不大 这种特性称为硬的机械特性 25 2 最大转矩Tmax从机械特性曲线上看 转矩有一个最大值 称为最大转矩或临界转矩 由dM ds 0求得Tmax KU12 2X2当负载转矩超过Tmax时 电机就带不动了 发生所谓闷车现象 电机的电流马上升高5 7倍 电机严重过热 以至烧坏 26 最大转矩Tmax与额定转矩TN的比值 叫电机的过载能力 Tmax TN一般异步电机的过载能力为 1 8 2 2 各种异步电机的 可以从电机产品样本中查到 它是异步电机的一个重要指标 一般用这个数值衡量电机的短时过载能力和运行的稳定性 对应于Tmax的转差率Sm 即临界转差率 它与SN及 有如下关系 Sm SN 2 1 2SNTmax TN 27 3 起动转矩Tst电机刚起动 n 0 s 1 时的转矩 称为起动转矩 Tst KR2U12 R22 X22 电机Tst与TN的比值叫起动转矩倍数 Km Tst TNKm反映了电机的起动能力 异步电机的Km一般为1 2 2 起动转矩太小就不能带负载起动或使起动时间太长 但起动转矩过大 则在起动时可能使传动机构受到冲击而损坏 28 例题 一台额定功率为10KW的三相异步电机 电压为380V 连接 n 1450r min 87 5 cos 0 87 频率为50HZ Tmax TN 2 0 Km Tst TN 1 4 求 1 电机额定电流IN 2 电机额定转矩TN 最大转矩Tmax和起动转矩Tst 3 额定转差率SN和临界转差率Sm 4 采用Y 起动时 如负载转矩为额定转矩的60 问电机能否起动 29 解 1 IN P 3U cos 10 103 3 380 0 875 0 87 19 96 A 2 TN 9550 PN nN 9550 10 1450 65 9 N M Tmax 2TN 6 59 2 131 8 N M Tst 1 4TN 6 59 1 4 92 3 N M 30 3 SN n1 nN n1 100 1500 1450 1500 100 3 33 Sm 2SNTmax TN 2 3 33 2 13 3 31 4 采用Y 起动 Tst y 1 3 Tst 1 3 92 3 30 8 N M 负载转矩为 TLO 60 TN 0 6 65 9 39 5 N M 因为Tst Y TLO所以 电机不能起动 32 三相异步电动机的铭牌1 型号每一种型号代表一系列电机产品 同一系列电机的结构 形状基本相似 容量按一定比例递增 国产电机如 Y表示异步电机 YR表示绕线转子电机 YD表示多速电机等 例 Y 200LS 2Y 异步电动机200 机座中心高 MM L 机座长度代号 L 长 M 中 S 短 S 铁心长度号2 磁极数 33 2 铭牌参数 额定值 1 额定功率P KW 额定情况下运行时 从轴上输出的机械功率 2 额定电压U V 额定工况下运行时 加在定子绕组出线端的线电压 一般为220 380V 3 额定电流I A 电机在额定电压 额定频率下 轴上输出额定功率时 在定子绕组中流过的线电流 4 额定频率f HZ 一般为50 60HZ 5 额定转速n r min 电机在额定电压 额定频率下 轴上输出额定功率时的转子转速 34 6 额定效率 电机在额定工况下运行 输出机械功率P与输入的电功率P1之比 即 P P1 100 其中 P1 3UIcos 7 额定功率因数cos 电机在额定工况下运行时的功率因数 节能参数 8 绝缘等级电机内部所用绝缘材料的等级 它规定了电机绕组和其他绝缘材料可承受的允许温度 目前 Y系列电机采用B级 最高允许工作温度为130 9 温升电机发热高出环境温度的允许值 如允许温升为70 环境温度为30 则电机允许达到的最高温度为100 35 绝缘等级与温度限值 36 10 工作方式长期连续工作方式 S1 短时工作方式 S2 如快速移动的卷帘门 周期断续工作方式 S3 如起重机械等 11 接线方式指定子的三相绕组接入电源的连接方式 根据电源的线电压来决定接法 一般为 Y Y系列中小型三相异步电机 功率在3KW及其以下的 额定电压为380V Y接法 功率在4KW及其以上的额定电压为380V 采用 接法 12 噪声限值L电机的噪声限值分为N级 R级 S级和E级四个等级 相邻两个等级之间相差5dB 37 13 防护等级为适应不同的工作环境 对电机的外壳规定了多种防护等级 标志为 IP 第一位数字表示固体异物进入内部以及人体某部位触及内部带电部分或运动部分的防护级别 分为0 6共7级 常用4 5 6级 3级 防护大于2 5MM的固体4级 防护大于1MM的固体5级 防尘 能防止灰尘进入达到影响正常运行 安全防止触及壳内带电部分或运动部分 6级 尘密 安全防止灰尘进入壳内 完全防止触及壳内带电部分或运动部分 38 第二位数字表示对水进入内部的防护等级 分为0 8共9级 常用3 4 5级 3级 防淋水 与垂直线成60度角范围内的淋水应不能直接进入内部 4级 防溅 任何方向的溅水对电机应无有害的影响 5级 防喷水 任何方向的喷水对电机应无有害的影响 6级 防浪击或强力喷水 如仅考虑一种防护 则另一位数字用 表示 39 三相异步电机的检查标准 40 41 三相异步电机的故障分析 对故障的分析首先要了解电动机铭牌数据及其使用情况 然后观察电压 电流是否超过额定值 温升是否超过允许值 声音 振动是否正常 转速是否接近额定值等 根据理论与经验 找出产生这些现象的原因并进行分析 1 电动机在运行中有无异声 是判断机械部分有无故障的依据之一 如发现异声 就应立即停止电动机运行 检查时可用手轻轻转动转子 若转到某一点发生卡住或有转动不均匀等 则应拆卸端盖进一步检查是否有 轴承油不足或轴承磨损破裂 端盖破裂 卡口损坏或转子与定子摩擦等 42 2 接地检查 可用摇表测量绝缘电阻 某相的绝缘电阻等于零时 则须把这相绕组分开 对每个线圈分别进行测定 就可确定故障所在 尤其应注意的是 有些电动机由于长期停用 绕组严重受潮而测出的绝缘电阻为零时 则须经过烘干处理 使绝缘电阻恢复正常后 才可将电动机投入运行 43 3 短路检查 电机空转 这样有故障的那一相 则因匝间短路导致该相的电流增大 可用钳形电流表测量 通电检查时间均不宜过长 以防故障扩大甚至使整个电机烧毁 万用表 挡测试三相绕组的直流电阻 直流单臂电桥测试三相绕组直流电阻 44 判断三相绕组的首尾端 1 用万用表 挡区分每相绕组 并给各端编号 2 用万用表直流MA挡 将三相绕组并联连接 用手转动电机的转子 利用转子铁心剩磁 在三相定子绕组内感应出电动势 发电 的原理来进行测量 如万用表指针动了 则说明有一相的绕组接反 应一相一相分别对调 直到万用表指针不动为止 此时可判定三相绕组连接的一端均为首 或尾 端 45 三相异步电机的故障及处理方法 46 熔断器的选择 单台电机 I 1 5 2 5 IN多台电机 I 1 5 2 5 最大一台电机IN 其余电机IN的总和 47 48 49 50 51 52 53 54 异步电机拆检CBA 解体和组装检修空载试车 55 电机的解体和组装 成功标准 零件完整无损 润滑良好 转子转动轻便灵活 紧固件牢固可靠 转子轴伸径向圆跳动在0 2MM之内 56 操作要领和注意事项 一 电机的解体1 拆卸带轮或联轴器 在轴伸端 或联轴端 做好尺寸标记 2 拆卸风扇罩和风扇3 拆卸电机一端的轴承外盖和端盖 机座与端盖接缝处做好标记 拆下轴承外盖 拧下端盖紧固螺钉 轻敲端盖四周 垫上垫木 使其与机座脱离 4 另一端的端盖与机座做好标记 拆下端盖紧固螺栓 轻敲端盖 与机座分离 将端盖和转子从定子中抽出 不要擦伤定子绕组 5 将轴承盖和端盖逐个从轴上拆下 57 二 电机的装配装配前应做好清洁和定子绕组检查工作装配顺序与解体时相反 1 注意所做的标记 可用锤子均匀地敲打端盖 使端盖与机壳上的止口吻合 2 拧紧端盖螺栓时 应按对角线方向轮流逐渐拧紧 3 装好后用手转动转子轴 若不灵活时 可将端盖轴承盖的螺栓松一些 边敲边转 待转子转动灵活后 拧紧螺栓 58 电机的检修 成功标准1 轴承符合相应的标准 2