电机学培训资料（三相鼠笼型异步电动机）.ppt

三相鼠笼型异步电动机 全有文档 授课大纲 概述 一 三相鼠笼型异步电动机的基本构造 1 1三相鼠笼式异步电动机的主要结构 下图是一台三相鼠笼式异步电动机的结构图 它主要由定子和转子两大部分组成 定转子中间是空气隙 此外 还有端盖 轴承 机座 风扇 风罩等部件 具体结构可见拆分图 1 1 1鼠笼型异步电动机主要部件拆分图 一 定子部分 定子铁心 定子绕组 机座 1 定子铁心 导磁部分 定子铁心是电机磁路的一部分 并起固定定子绕组的作用 为了增强导磁能力和减小铁耗 定子铁心常选用0 5mm或0 35mm厚的硅钢片冲制叠压而成 片间涂上绝缘漆 定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽 用以嵌放定子绕组 2 定子绕组 放在定子铁心内圆槽内 导电部分 定子绕组是异步电动机的电路部分 其材料主要采用紫铜 小型异步电动机常采用三相单层绕组 大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式 三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上 可根据需要将三相绕组接成Y形或 形 3 机座 支撑部分 机座是电动机的外壳 支撑电机各部件 并通过机座的底脚将电机安装固定 全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁 故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面 中小型电机采用铸铁机座 大型电机一般采用钢板焊接机座 二 转子部分 包括转子铁心 转子绕组 1 转子铁心转子铁心也是电机磁路的组成部分 并用来固定转子绕组 铁心材料也用0 5mm或0 35mm厚的硅钢片冲制叠压而成 故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作 转子铁芯固定在转轴上 其外圆上开有槽 用来嵌放转子绕组 2 转子绕组根据转子绕组的结构型式可分为 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 二 三相异步电动机的基本工作原理 2 1工作原理 对称三相绕组通入对称三相电流 旋转磁场 磁场能量 磁场切割转子绕组 转子绕组中产生e和i 转子绕组在磁场中受到电磁力的作用 转子旋转起来 机械负载旋转起来 三相交流电能 输出机械能量 2 2转动原理 1 电生磁 三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场 2 磁生电 旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流 3 电磁力 转子载流 有功分量电流 体在磁场作用下受电磁力作用 形成电磁转矩 驱动电动机旋转 将电能转化为机械能 规定 i 首端流入 尾端流出 i 尾端流入 首端流出 三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时 将在电机气隙空间产生旋转磁场 合成磁场旋转90 o 三相电流合成磁场的分布情况 合成磁场旋转60 合成磁场方向向下 分析可知 三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即 一个电流周期 旋转磁场在空间转过360 2 2三相异步电动机的极数与转速 2 2 1三相异步电动机的极数 三相异步电动机定子产生旋转磁场的磁极个数 称为极数 对于每相只有一个线圈的电动机 绕组始端之间相差120 的空间角 则产生的旋转磁场只有一对磁极 磁极对数用p表示 则p 1 若每相定子绕组由两个线圈串联组成 如图所示 则绕组始端之间相差60 空间角 因而旋转磁场具有两对磁极 p 2 磁场位置 t 0 二 三相异步电动机的转速 电动机的转速是与旋转磁场有关的 而磁场极数不同则磁场的转速就不同 在一对磁极的情况下 交流电经历一个周期磁场恰好在空间转过一圈 若定子电流的频率为f1 旋转磁场在每分钟将转过60f1周 磁极对数为p时 磁场的转速为 而转子的实际转速将小于磁场的转速 即n n1 若二者相等 转子就没有切割磁力线作用 转矩也就消失了 因此转子不可能以n1的转速正常运行 在我国 f1 50Hz 磁极对数为p的磁场转速n1为 可见 旋转磁场转速n1与频率f1和极对数p有关 2 2 1转差率 2 2异步电机的运行状态 由前面分析可知 电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致 但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等 即 如果 因此 转子转速与旋转磁场转速间必须要有差异 负载越大 转速越低 转差率越大 反之 转差率越小 转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小 电机的转速为 额定运行时 转差率一般在0 01 0 06之间 即电机转速接近同步转速 同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率 用s表示 即 转差率是异步电机的一个基本物理量 它反映电机的各种运行情况 转子未转动时 n 0 s 1 电机理想空载时 作为电动机 转速在范围内变化 转差率在0 1范围内变化 练习 2 2 2三相异步电动机的运行状态 按照转差率的正负和大小 感应电机有电动机 发电机和电磁制动三种运行状态 如下图所示 见图 2 2 3异步电动机的铭牌数据 2 2 3 1异步电动机的型号及意义 2 2 3 2异步电动机的额定值 此外 铭牌上还标明了绝缘等级与温升 工作制 接线方式等 以上额定值之间的关系可用如下公式表示 练习 异步电机的额定值包括以下内容 额定功率因数定子加额定负载时 定子边的功率因数 额定功率额定运行时 轴端输出的机械功率 单位kW 额定电压额定运行时 定子绕组上的线电压 单位V 额定电流电压 功率为额定值时 定子绕组的线电流 单位A 额定频率定子电源频率 我国工业用电的频率是50Hz 单位Hz 额定转速额定运行时 转子的转速 单位r min 定子三相绕组的联接方法 通常 2 2 3 3异步电动机的接线方法 三 三相异步电动机的功率和转矩 三相异步电动机的机电能量转换过程为 由定子绕组输入电功率 扣除定子铜耗和铁心损耗以后 为电磁功率 然后经由气隙送给转子 扣除转子铜耗损耗以后 通过转子轴上输出总机械功率 3 1功率转换过程 规定 U1 定子相电压 I1 定子相电流 定子功率因数角 转子功率因数角 1 从定子绕组输入电动机的功率 异步电动机的功率有如下关系式 4 从定子通过气隙传送到转子的电磁功率 5 转子电阻上发生了转子铜耗 注 由于正常运行时电机转差率很小 转子中磁通的变化频率仅为1 3HZ 所以转子的铁耗可以略去不计 2 消耗在定子电阻上的定子铜耗 3 消耗在定子铁心中的铁耗 6 余下的是使转子旋转的总机械功率 即转换功率 即 用电磁功率表示时 在异步电动机中 转换功率和电磁功率是不同的 传递到转子的电磁功率中 s部分变成为转子铜耗 1 s 部分转换为机械功率 由于转子铜耗等于 所以它又称为转差功率 除了上述各部分损耗外 还要产生一些附加损耗 又称杂散损耗 在小型笼型铸铝转子异步电动机中 满载时杂散损耗可达输出功率的1 3 而防爆异步电动机在设计标准中规定 可取为输出功率的0 5 从中再扣除转子的机械损耗和杂散损耗 才是转子轴上真正输出的机械功率 即 两个重要关系式 可见 从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分 一小部分变为转子铜损耗 绝大部分转变为总机械功率 转差率越大 转子铜损耗就越多 电机效率越低 因此正常运行时电机的转差率均很小 我们可得如下功率方程 其中 异步电机的功率和能量转换关系 功率关系 能量转换关系 功率平衡方程 3 2转矩方程和电磁转矩 式中 为电磁转矩 为与机械损耗和杂散损耗所对应的阻力转矩 若忽略杂散损耗 它就是空载转矩 为电动机的输出转矩 把转子的输出功率方程除以机械角速度 可得转子的转矩方程 如下 其中 由此 可得出通用的转矩公式 由于机械功率 转子的机械角速度 所以电磁转矩亦可以写成 上式表明 电磁转矩既可通过机械功率 亦可通过电磁功率算出 用机械功率去求电磁转矩时 应除以转子的机械角速度 而用电磁功率去求电磁转矩时 则应除以同步角速度 因为电磁功率是通过气隙旋转磁场传送到转子的功率 而旋转磁场的转速是同步转速 三相异步电动机的机械特性是指在定子电压 频率和参数固定的条件下 电动机电磁转矩T与转速n 或转差率s 之间的函数关系 四 三相异步电动机的机械特性 转矩特性 转矩 转差率特性 异步机的T与s之间的关系T f s 机械特性 转速 转矩特性 异步机的n与T之间的关系n f T 机械特性包括 固有特性曲线 人为特性曲线 当同步转速n1为正时 机械特征曲线跨第一 二 四象限 在第一象限时 0n1 s1 n为负值 T为正值 电机处于电磁制动运行状态 4 1固有机械特性 三相异步电动机的机械特性 在定子电压 频率均为额定值 定 转子回路不串入任何电路元件时的机械特性称为固有机械特征 固有机械特性曲线 由此得电磁转矩公式 因为有 由公式可知 1 T与定子每相绕组电压成正比 U1 T 2 当电源电压U1一定时 T是s的函数 3 R2的大小对T有影响 绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2 从而改变转矩 转矩特性曲线机械特性曲线其中 TN代表额定状态 TM代表临界状态 Tst代表起动状态 固有特性曲线 几个特殊点 1 起动点A 2 最大转矩点B 3 额定运行点C 4 同步运行点D 4 1 1额定状态 在额定UN下 以额定转速nN运行 输出额定功率PN时 电动机转轴上输出的转矩为 额定状态说明了电动机长期运行能力 TN额定状态 TM临界状态 Tst起动状态代表三个重要的工作状态 Y系列 2 2 2YBF2系列 1 9 2 4 4 1 2临界状态 临界转差率sM 最大转矩TM 过载倍数 电动机带动最大负载的能力 转轴上机械负载转矩T2不能大于TM 否则将造成堵转 停车 4 1 3起动状态 Tst体现了电动机直接起动的能力 若Tst T2 电机能起动 否则将起动不了 Y系列 Ks 1 6 2 2Kc 5 5 7 0 起动转矩倍数 起动电流倍数 起动时n 0时 s 1 4 1 4电动机的运行分析 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整 这种能力称为自适应负载能力 此过程中 n s E2 I2 I1 电源提供的功率自动增加 T2 s T T2 n T 达到新的平衡 4 2人为机械特性 4 2 1降低定子电压时的人为特性 UN 0 9UN T U12 人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性 下降后 和均下降 但不变 和减少 如果电机在定额负载下运行 U1下降后 n下降 s增大 转子电流因E2s sE2增大而增大 导致电机过载 长期欠压过载运行将使电机过热 减少使用寿命 4 2 2增加转子电阻时的人为特性 转子串联合适的电阻 可使TS TM R2 R2 R Tst T 转子电阻增加时的人为机械特性 4 3机械特性的软硬 硬特性 负载变化时 转速变化不大 运行特性好 软特性 负载增加时 转速下降较快 起动特性好 硬特性 软特性 不同场合应选用不同的电机 如金属切削 选硬特性电机 重载起动则选软特性电机 五 三相鼠笼型异步电动机的起动 5 1起动性能 特性 起动电流大 Ist KCIN 5 7 IN起动转矩小 Tst KSTN 1 6 2 2 TN 起动 n 0 s 1 接通电源 影响 1 频繁起动时造成热量积累 易使电动机过热 2 大电流使电网电压降低 影响其他负载工作 5 2 1直接起动 全压起动 a 小容量的电动机 二三十千瓦以下 b 电源容量足够大时 即 起动电流倍数 起动时 运行时 5 2起动方式 a Y 减压起动 适用于正常运行为 联结的电动机 5 2 2减压起动 Y接起动的起动转矩 Y接起动的起动电流 Y起动与 全压起动时起动电流和起动转矩比较 T Up2 Y起动 起动 又因为 Y 减压起动的特点 1 电源电压不变 定子绕组接法改变 2 降压比为 否则不能采用此法 b 自耦变压器减压起动 Ul 定子电流 kaIst 线路电流 ka2Ist 起动电流为 起动转矩为 UN 降压比为 定子电压 定子绕组接法不变 改变定子绕组的电压 降压比ka可调 0 5 0 65 0 8 Ista Imax 线路中允许的最大电流 Tsta T2 适用于轻载或空载起动 否则不能采用此法 自耦变压器降压起动的特点 自耦变压器降压起动的使用条件 需要两者均满足 ka2Ist Imaxka2Tst T2 选择ka的方法 1 解 例1 一台Y225M 4型的三相异步电动机 定子绕组 型联结 其额定数据为 PN 45kW nN 1480r min UN 380V N 92 3 cos N 0 88 KC 7 0 Ks 1 9 KM 2 2求 1 额定电流IN 2 额定转差率sN 3 额定转矩TN 最大转矩TM和起动转矩TS 2 由nN 1480r min 可知p 2 四极电动机 3 例2 在上例中如果负载转矩为510 2N m 试问 1 在U UN和U 0 9UN两种情况下电动机能否起动 2 采用Y 换接起动时 求起动电流和起动转矩 3 当负载转矩为额定转矩的80 和50 时 电动机能否Y 换接起动 解 1 在U UN时TS 551 8N m 510 2N m 在U 0 9UN时 能起动 不能起动 3 在80 额定负载时 在50 额定负载时 2 Ist KCIN 7 84 2 589 4A 不能起动 能起动 六 三相鼠笼型异步电动机的使用维护 6 1电动机的安装 6 1 1安装前的准备6 1 1 1电动机开箱前应检查包装是否完整无损 6 1 1 2电动机开箱后应小心清除电动机上的灰尘 6 1 1 3检查电动机的铭牌 及辅助标牌 是否符合订货合同及现场情况要求 6 1 1 4安装前必须进行下列各项检查 若不符合要求 则不许投入使用 有防爆标志 Ex 和防爆合格证编号 且应检查电动机防爆标志是否符合爆炸性气体环境的要求 所有紧固螺栓已拧紧 弹簧外壳各部件间联结妥当 所有隔爆零件无裂纹和影响隔爆性能的缺陷 未使用的新电机可不拆检 对带注 排油的电动机润滑脂注油管畅通 对带轴承测温的电动机轴承检测装置架设好 特别注意避免风扇端的测温装置引接线与风扇相碰 造成事故 6 1 2经长途运输或长期搁置未用的电动机 在使用前须测量定子绕组与机壳间的绝缘电阻 应不低于3 UN 1000M 否则电动机必须进行干燥处理 直到绝缘电阻达到规定值为止 且需符合电动机说明书规定的要求 6 1 3电动机安装时应注意 电动机轴中心线与通风机筒圈 的中心线必须一致 否则会出现风机风叶与筒圈发生摩擦现象 造成叶片断裂 轴承损坏和轴的断裂等质量事故 特别注意保护电机的底脚平面 底脚平面不要有磕碰 6 1 4检查轴承的润滑状态 若原来的润滑脂已变质干涸或弄脏 必须用汽油或煤油将轴承洗净 再按要求加入清洁的润滑脂 6 1 5检查电动机的紧固螺栓是否紧固牢 外壳是否可靠接地或接零等 6 1 6检查电动机保护装置是否符合要求 安装是否可靠 6 1 7检查起动设备接线是否正确 起动装置是否灵活 触头接触是否良好 起动设备金属外壳是否可靠接地或接零等 6 1 8检查三相电源电压是否正常 电压是否过高 过低或三相电压不对称 6 1 9电动机与电源连接应注意事项 根据电动机电流大小 使用条件 正确选择供电电缆 进入接线盒中与密封圈配合电缆直径要与密封圈的孔径相符 密封圈内径切有多少个同心圆 要根据电缆直径选取一个密封圈的内径 保证压上接线嘴后使密封圈与电缆间以及密封圈与接线盒间无间隙 对于有多个进线口的接线盒 如果只需用其中一个或几个进线时 另外不用的接线口必须用密封圈堵死 而密封圈内径不得剥开 在其外面用钢板垫片垫好 保证压上接线嘴后橡皮垫与接线盒间无间隙 接线时 电缆芯线应置于两个弓型垫圈或压线板之间 接地芯线应置于接地螺钉的弓型垫圈之间 并应可靠连接 铜芯电缆和电缆内接地芯线的剩余铜丝不应使其四外飞溅 以便保证导体之间及导体对地之间的电气间隙要求 引入接线盒的电缆线 须用卡板将其固定在接线盒斗上 防止电缆窜动或拔脱 接线完毕后 应检查盒内有无杂物 灰尘 接法是否符合电源电压及电动机的铭牌数据的规定 确定无误方可紧固接线盒盖 外接地螺栓应可靠接地 电动机的转向应符合电动机转向标牌上的指示规定 若不符合 应及时调整 电动机接线后 经检查确认无误可接通电源进行空载试运行 并观察电动机有无异常现象 待空载运行正常后方可投入负载工作 电动机无论在空载或负载运行时 均不应有异常的响声或振动 6 1 10起动时的注意事项 检查转子是否能自由旋转 有无擦碰现象 检查定子和轴承测温装置及报警系统时候妥善 电动机经以上预防性检查之后 便可起动或试运转 电动机合闸后 若电动机不转 应迅速 果断地切断电源 以免烧毁电机 查清原因后 再起动电动机 为了避免电动机在起动过程中过热 电动机在冷态下允许连续起动两次 两次起动之间相隔不少于5min 在热状态下 只允许起动一次 如果还需要起动应等待电动机适当冷却后方可再行起动 6 2电动机运行时的日常维护 6 2 1起动前的检查1 熟记与电机性能有关的数据 如电机额定转速 功率 电压 电流等 2 确认电机能满足所传动的工作机械性能要求 如转速 起动电流 电压等 3 检查安装情况 周围环境状况是否适合 6 2 2起动后的检查1 检查电动机的旋转方向 2 检查电动机在起动和加速时有无异常声音和振动 3 检查起动电流是否正常 电源的电压降是否过大 4 检查起动时间是否正常 4 确认进入出线盒的电源线联结可靠 电机外壳处的接地线接触良好 5 检查电源开关 隔离开关 测量仪表 保护装置 起动柜等 是否处于正常状态 6 检查电机的冷却系统是否达到了说明书的要求 7 如有必要 应检查绝缘电阻是否达到规定要求 8 如有必要应确认电机的旋转方向 6 2 3运行中的检查1 电动机的外部紧固件是否有松动 电气联结处是否因接触不良而发热变色 2 详细观察和记录各指示仪表的读数 从中发现是否有异常现象 3 运行时详细观察电机噪声是否过大 是否有异常噪声存在 电机是否振动 是否有焦味或绝缘漆的臭味等异味 电机温度是否过高 5 起动后的负载电流是否正常 应低于铭牌上标记的额定电流 三相电压电流是否平衡 6 检查起动装置在起动过程中是否正常 6 3电动机的小修 大修 6 3 1电动机小修内容1 清擦电动机 清除机壳外部尘垢 测量绝缘电阻 2 检查和清擦电动机接线端子 检查接线盒接线螺栓 母 是否松动 拧紧螺母 必要时更换 3 检查各固定部分螺栓 母 和接地线 检查接地螺栓 母 检查端盖 轴承内外盖紧固螺栓 检查接地线连接及安装情况 4 检查轴承 拆下轴承盖 检查轴承润滑脂是否变脏 干涸 缺少时须适量补充或清洗轴承重新添加油脂 检查轴承是否有杂声 必要时更换 6 3 2电动机大修内容1 电动机大修内容包括了小修内容 2 电动机外部检查 检查外部有无损伤 零部件是否齐全 彻底清擦 去掉尘垢 补修损坏部分 5 检查传动装置 检查电机风扇有无破裂损坏 安装是否牢固 紧固螺栓 母 是否松动 损伤 磨损和变形 必要时更换 6 检查鼠笼转子在槽口外的导体是否有裂纹及端环焊接状况 7 检查所有密封垫条等 必要时进行更换 3 电动机内部清理和检查 a 检查定子绕组污染和损伤情况 先清除定子的灰尘 污垢 若定子绕组积留油垢 先用干布擦去 再用干布沾少量汽油擦净 同时仔