项目二：认识三相异步电动机

1、项目二 认识三相异步电动机项目概述：三相异步电动机是应用最广的电动机，是应用得最普遍的电能转化为机械能的设备，几乎每个厂都要用到这种电动机。比如工业方面的车床，鼓风机、磨面机、吊车、球磨机、数控机床、油压机、提升机、电拖车等等。在农业方面的脱柆机、抽水机、打麦机等。本项目将带领我们一起来认识一下三相异步电动机。项目目标：了解三相异步电动机的结构；理解三相异步电动机的工作原理；了解三相异步电动机的运行特性；掌握三相异步电动机的控制方法；能够对三相异步电动机进行拆装并检测质量；培养学生获取新知识、新技能的自主学习能力，具备安全生产和环保意识等职业素养。相关知识一：三相异步电动机的结构、工作原理及分

2、类（一）三相异步电动机的用途电动机是把电能转换成机械能的设备。三相异步电动机主要用于拖动各种生产机械，在机械、冶金、化学、航天、国防、医疗及日常生活中都起着不可或缺的作用。（二）三相异步电动机的特点优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。 缺点:功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于。（三）三相异步电动机的主要结构三相异步电动机的种类很多，但各类电动机的基本结构是相同的，都是主要由定子和转子两大基本部分及端盖、轴承、风扇、接线盒等附件组成。三相异步电动机的结构如图2.1.1所示。图2.1.1 三相

3、异步电动机的结构1. 定子定子是由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。定子的作用是产生旋转磁场。（1）定子铁心定子铁心是电机磁路的一部分，并在其上嵌放定子绕组。定子铁心一般由0.350.5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。定子铁心的结构如图2.1.2所示。图2.1.2 定子铁心的结构（2）定子绕组定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。其构造是由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。三相定子绕组是由三个彼此独立、按一定方式连接的对称绕组，每个绕组即为一相，每个绕组在空间互差1200电角度。绕组6个端头都引到接线盒内,按

4、铭牌可以接成星形或三角形。如图2.1.3为绕组的连接方式，图中的（a）为Y接法，（b）为接法。图2.1.3 绕组的连接方式（3） 机座机座是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。机座的构造是由铸铁可铸钢浇铸成型，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。2. 转子转子是异步电动机的旋转部分。它由转子铁心、转子绕组和转轴3部分组成。（1） 转子铁心转子铁心作用，一方面作为电动机磁路的一部分，另一方面用来安放转

5、子绕组。其结构是用0.5毫米厚的硅钢片叠压而成。在硅钢片外圆上冲有均匀分布的槽口，用来嵌放转子绕组,转子铁心压装在轴上。（2） 转子绕组转子绕组的作用是产生电磁转矩。其结构可分为鼠笼式转子和绕线式转子。笼型转子的外形如图2.1.4所示，笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子,因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起。如果用的是铸铝，就连同端环、

6、风扇一次铸成，其结构如图2.1.5所示。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。 图2.1.4 笼型转子的外形 图2.1.5 铸铝的笼型转子绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图2.1.6所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。图2.1.6 绕线型转子结构示意图与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用。（四）三相异步电动机旋转磁场的概念1.旋转磁场的产生要使三相

7、异步电动机转动，其首要条件是要有一个旋转的磁场。异步电动机中，旋转磁场是由通入三相对称绕组的对称三相交流电产生。 设U1U2、V1V2、W1W2为三相定子绕组，在空间互成120°，接成星形。三相绕组的首端接在对称三相电源上，有对称三相交流电流通过三相绕组。三相定子绕组中的电流如图2.1.7所示。图2.1.7 三相定子绕组中的电流为分析方便，假设电流为正值时，电流从绕组首端流向末端，电流为负值时，电流从绕组末端流向首端。当t=0时，合成磁场方向向下，如图2.1.8所示。图2.1.8 0时合成磁场方向同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向，如图2.1.9所示。 图2.1.9 磁场方向定子

8、通入三相电流，定子内产生旋转磁场,对应电流各时刻的合成磁场方向如图2.1.10所示。电流变化一周，磁场旋转360°。图2.1.10 旋转磁场2.旋转磁场的转速 此种接法下，合成磁场只有一对磁极则极对数为1，又称两极机。当磁极对数P=1时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。当定子绕组连接形成两对磁极时，运用相同的分析方法可得出电流变化一个周期，磁场只转动了半圈。 由此类推，当旋转磁场具有P对磁极时，交流电每变化一个周期，其旋转磁场就在空间转动1/P转，因此，三相异步电动机定子旋转磁场每分钟的转速n1、定子电流频率f及磁极对数p之间的关系为 ：n160fp（转/分）n1

9、称为同步转速，三相异步电动机的同步转速为： （五）三相异步电动机的转动原理1转子电动势和转子电流三相定子绕组通入对称三相交流电后，产生一个以同步转速n1=60f/p的旋转磁场 ，旋转磁场与转子绕组间产生相对运动 ，旋转磁场切割转子绕组,根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。由于转子电路是闭合的，产生转子电流。(感应电动势和感应电流的方向由右手定则判定)2电磁转距和转子旋转方向载流转子导体在定子旋转磁场作用下产生电磁力,电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距 ，电磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，驱动电动机旋转,因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。（六）三相异步电动机的铭牌和技术

10、指标1概述电动机的额定运行情况：指电动机制造厂家按照国家标准，根据电动机的设计和试验数据而规定的每台电动机的正常运行状态和条件。电动机的额定值：表征电动机额定运行情况的各种数值，如电压、电流、功率等。三相异步电动机的额定值刻印在每台电动机的铭牌上，是选择、安装、使用和修理（包括重绕绕组）三相电动机的重要依据。三相异步电动机的铭牌如图2.1.12所示。·图2.1.12 三相异步电动机的铭牌2.型号电动机的型号用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数，如2.1.13所示。 图2.1.13 电动机的型号三相异步电动机型号中各字母含义如下：Y异步电动机；IP44封闭式；IP23防护式；W户外；F

11、化工防腐用；Z冶金起重；Q高启动转轮；D多速；B防爆；R绕线式；CT电磁调速；X高效率；H高转速差。3.额定值（1）额定功率指满载运行时三相电动机轴上所输出的额定机械功率。用PN表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为单位。（2）额定电压指三相电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值，用UN表示。例：380/220、Y/：表示线电压为380V时，采用Y连接；线电压为220V时，采用连接注意：三相电动机要求所接的电源电压值的变动一般不应超过额定电压的±5%。电压过高，电动机容易烧毁；电压过低，电动机难以启动，即使启动后电动机也可能带不动负载，容易烧坏。（3）额定电流指三相电动机在额定电源电压

12、、输出额定功率时，流入定子绕组的线电流值。用IN表示，以安（A）为单位。例：Y/、6.73/11.64A：表示星形连接下电机的线电流为6.73A，三角形连接下线电流为11.64A；两种接法下相电流均为6.73A。注意：若超过额定电流过载运行，三相电动机就会过热乃至烧毁。三相异步电动机的额定功率与其他额定数据之间关系式为:（4）额定频率指电动机所接的交流电源每秒钟内周期变化的次数，用fN表示。我国规定标准电源频率（工频）为50HZ。（5）额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，用nN表示，一般是略小于对应的同步转速n1。如n1=1500r/min，则nN=1440r/min。4

13、.绝缘等级绝缘等级指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。耐热能力可分为A、E、B、F、H五个等级。如表21所示。表21 电动机的绝缘等级5.温升温升指电动机长期连续运行时的工作温度比周围环境温度高出的数值。我国规定周围环境的最高温度为40。例如，若电动机的允许温升为65，则其允许的工作温度为(65+40) =105。电动机的允许温升与所用绝缘材料等级有关。电动机运行中的温升对绝缘材料的使用寿命影响很大，理论分析表明，电动机运行中绝缘材料的温度比额定温度每升高8，其使用寿命将缩短一半。6.工作制工作制指三相电动机的运转状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短

14、时、周期断续三种。（1）连续（S1）连续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很长，电动机的温升可以达到稳态温升的工作方式。（2）短时（S2）短时工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停机时间很长，使电动机的温升可以降到零的工作方式。（3）周期断续（S3）周期断续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停止时间也很短，使电动机的温升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。7.定子绕组接法三相电动机定子绕组的连接方法有星形（Y）和三角形（）两种。如图2.1.14所示。定子绕组的连接只能按规定方法连接，不能

15、任意改变接法，否则会损坏三相电动机。图2.1.14 三相电动机的连接方法8.防护等级防护等级指三相电动机外壳的防护等级。9.额定功率因数额定功率因数是指电动机在额定输出功率下，定子绕组相电压与相电流之间相位角的余弦，约为0.7-0.9。电动机空载运行时，功率因数约为0.2左右。功率因数越高的电动机，发配电设备的利用率越高10.额定效率额定效率对电动机而言，输人功率与输出功率不等，其差值等于电动机本身的损耗功率，包括铜损、铁损和机械损耗等。效率是指输出功率与输人功率的比值，即通常约为75%92%。效率越高，电动机的损耗越小。 11.转子电压转子电压是指绕线式异步电动机的定子绕组加有额定电压时，转

16、子不转动时两个滑环间的电压。 12.转子电流 转子电流是指绕线式异步电动机使用在额定功率时的转子电流。13.启动电流启动电流是指电动机在启动瞬间的电流，常用它与额定电流之比的倍数来表示。异步电动机的启动电流一般是额定电流的4-7倍。14.启动转矩启动转矩是指电动机启动时的输出转矩，常用它与额定转矩之比的倍数来表示，一般是额定转矩的1-1.8倍。15.重量重量是指电动机本身的体重，以供起重搬运时参考。（八）三相异步电动机的分类三相异步电动机一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，因而分类也较多。常见的有如下几种分类方法。1.按电动机尺寸大小分类大型电动机：定子铁心外径D>1000

17、mm或机座中心高H>630mm。中型电动机：D=5001000mm或H=355630mm。小型电动机：D=120500mm或H=80315mm。2.按电动机外壳防护结构分类可分为开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防水式和潜水式等。3.按电动机冷却方式分类可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。4.按电动机的安装结构形式分类可分为卧式、立式、带底脚式、带凸缘式等。5.按电动机运行工作制分类S1：连续工作制S2：短时工作制.S3-S8：周期性工作制。6.按转子结构形式分类可分为三相笼型感应电动机、三相绕线型感应电动机（九）三相异步电动机的型号及选用我国电机产品型号的编制方法是按国家标准GB 483

18、1-1984 电机产品型号编制方法实施的，即由汉语拼音字母及国际通用符号和阿拉伯数字组成，按规定顺序排列。1.产品代号电机产品（类型）代号见表2-2。电机种类异步电动机同步电动机同步发电机直流电动机直流发电机汽轮发电机水轮发电机测功机划水电泵纺织用电机交流换向器电动机产品代号YTTFZZFQFSFCQFH2.特殊环境代号特殊环境代号见表2-3。使用场合热带用湿热带用干燥带用高原用船用户外用化工防腐用汉语拼音字母TTHTAGHWF3.规格代号产品规格代号:L一长机座；M一中机座；S-短机座。4.补充代号(在产品标准中作规定)常用三相异步电动机产品型号、结构特点及应用场合见表24。序号名称型号机座

19、号与功率范围结构特点应用场合新老1小型三相异步电动机（封闭式）Y2（IP55）YH80355 0.75315KW外壳为封闭式，可防止灰尘、水渍侵入。Y2为F级绝缘，Y为B级绝缘，JO2为E级绝缘用于无特殊要求的各种机械设备，如金属切削机床、水泵、鼓风机、运输机械等2小型三相异步电动机（防护式）Y（IP23）J2.JH160315 11250KW外壳为防护式，能防止直径大于12mm的杂物或水滴与垂直线成60°角进入电动机适用于运行时间较长、符合率较高的各种机械设备3高效三相异步电动机YX（IP44） H100280 1.590KW用冷轧硅钢片及新

20、工艺降低电动机损耗，效率较Y基本系列平均高3%适用于重载启动的场合，如起重设备、卷扬机、压缩机、泵类等4绕线三相异步电动机YR（IP44）（IP23）JRO2 JR2H132280 475KW转子为绕线形，可通过转子外接电阻获得大的启动转矩及在一定范围内分级调节电动机转速适用于启动机、电梯等设备5变频多速三相异步电动机YD（IP44）JDO2H80280 0.5590KW在Y基本系列上派生，利用多套定子绕组接法来达到电动机的变速适合于万能、组合、专用切削机床及需多级调速的传动机构6高转差率三相异步电动机YH（IP44）JHO2H80280 0.5590K

21、W在Y系列上派生，用转子深槽及高电阻率转子导体结构、堵转转矩大，转差率高，堵转电流小，机械性较好，能承受冲击负载用于传动飞轮力矩较大及不均匀冲击负载，如锤击机、剪切机、冲压机、锻冶机构等7电磁调速三相异步电动机YCTJZTH112335 0.5590KW由Y系列电动机与电磁离合器组成而成，为恒转矩无极调动电动机用于恒转速无极调速场合，尤其适用于风机、水泵等负载8电磁制动三相异步电动机YEJ H80220 0.5545KW在Y系列电动机一端加直流圆盘制动器组合而成。能快速停止，正确定位用于升降机械、运输、包装、建筑、食品、木工机械等9增安型三相异步电动机YAJAO2

22、H80280 0.5575KW在Y基本系列上对结构及防护上采用加强措施适用于用爆炸危险的场合10隔爆三相异步电动机YBBJO2H80315 0.55220KW在Y基本系列上派生，按隔爆标准规定生产用于煤矿及有可燃性气体的工厂11户外型三相异步电动机YWJO2-WH80315 0.55160KW在Y基本系列上派生，采取加强结构密封和材料，采取工艺防腐措施，Y-W用于户外机械，Y-F用于有化学腐蚀介质的机械，Y-WF用于户外有化学腐蚀的各种机械用于石油、化工、化肥、制药、印染等企业用水泵、油泵、鼓风机，排风扇等机械设备上12防护型三相异步电动机YFJO2-F13户外防

23、腐型三相异步电动机Y-WFJO2-WF14船用三相异步电动机Y-HJO2-HH80315 0.55220KW在Y基本系列上派生，按船上使用特点制造用于海洋、江河船舶上的各种机械，如泵、通风机、分离器、液压机械等15起重冶金用三相异步电动机YZ YZRJZ2 JZR2YZ系列H112250 1.530KW;YZR系列H225400 1.5200KWYZ为笼型转子，YZR为绕线转子，环境温度为40°C时用F极绝缘，同步转速用1000r/min，750r/min、600r/min三种，工作制为S3S5用于各种起重机械冶金辅助设备的电力传动上

24、16换向器三相异步电动机JZS2JZSH225475 3/1160/53.3KW为恒转矩交流调速电动机，调速比通常为3:1，本系列电动机效率高、功率因数较高、无极调速用于印染、印刷、造纸、橡胶、制塑机械及试验设备机械中17力矩三相异步电动机YLJJLJH63180输出转矩:IP21 2200N.m IP440.325N.mYLJ系列电动机的机械特性是通过增加转子电阻来实现的，其中IP44防护结构加装离心鼓风机进行强迫通风用于造纸、电线电缆、印染、橡胶等部门作卷绕，开卷、堵转和调速等设备的动力18电梯用三相异步电动机YTDJTDH200250 0.6722

25、KW笼型转子，定子绕组有两套，分别为6极和24极用于交流客、货电梯及其他升降机械19激振三相异步电动机YJZ YJ0 激震力为各为1100KN 1100KN通过安装在转轴两侧的偏心块在旋转时产生离心力做微振源用于各类振动机械20夯实三相异步电动机YZH H145155 2.24KW与可逆式电动振动实现夯实机配套使用用于箭镞行业及其他夯实作业上21提道用三相异步电动机YGJG2H112285 堵转转矩16800N.m为IP54防护，采用H级绝缘用于冶金工业的工作道驱动22制冷用耐氟里昂三相异步电动机YSP(三相)YLRB(单相)

26、0;0.6180KW电动机绝缘材料及绝缘结构能保证在制冷机和冷冻机的混合物中安全可靠地使用供全封闭和半封闭制冷压缩机特殊配套用23交流变频调速三相异步电动机YVP YTP 0.554.5KW 0.7590KW笼型转子带轴流风机，低速时能输出恒转矩，调速效果较好节能效果较明显用于恒转矩调速和驱动风机、水泵等递减转矩场合24船用起重三相异步电动机YZ-H 分单速、双速、三速等机壳由钢板焊成，采用ZYZ型直流圆盘式电磁制动器用于各种船舶作短时定额的甲板机械电力拖动，如锚机、绞盘机、绞车等25井用潜水三相异步电动机YQS2JQS井径150300mm 3

27、185KW充水式密封结构，与潜水泵组合，立式运行，电动机外径尺寸小，细长专用于驱动井下水泵，可潜入井下水中工作，汲取地下水举例1.三相异步电动机Y2-132M-4产品代号:异步电动机，第二次改型设计。规格代号:中心高132mm，M中机座，4极。2.户外防腐型三相异步电动机Y-100L2-4-WF1产品代号:异步电动机。规格代号:中心高100，长机座第二铁心长度，4极。特殊环境代号:W户外用，F化工防腐用，中等防腐。相关知识二：三相异步电动机的运行特性异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转差率，转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。 一、转差率特性随

28、着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。 二、转矩特性异步电动机的输出转矩：转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直线） 三、电流特性空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。 四、效率特性其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。异步电动机额定效率载74-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。 五、功率因数特性空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低；随着负载电流增大，输入电流

29、中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定功率附近，功率因数达到最大值。如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。为了正确合理地使用电动机，提高运行效率，节约能源，应利用电动机的工作特性了解不同负载情况下电动机的运行情况。在电源电压 和频率 为额定值时，电动机的转速n、定子电流 、功率因数，电磁转矩T以及效率与输出功率 之间的关系，称为电动机的工作特性。即 时， 的关系。上述关系曲线可以通过直接给异步电动机加负载测得，也可以利用等值电路的参数计算得出。图3-18为三相异步电动机的工作特性曲线。图3-18 异步电动机的工作特性相关知识三：三相异步电动机的控制（一）三相异步电动机接法三相异步电动机的接法就是电动机定子绕组与三相电源的接线方法。（二）三相异步电动机的接线端异步电动机定子的三相绕组共有六个接线端，通常把它们接在机座上的接线盒中，各相绕组的首端和尾端在接线盒中分别用U1U2、V1V2、W1W2表示。它们可以接成三角形或星形跟三相电源连接。异步电动机定子的三相绕组共有六个接线端，通常把它们接在机座上的接线盒中，各相绕组的首端和尾端在接线盒中分别用U1U2、V1V2、W1W2表示。它们可以接成三角形或星形跟三相电源连接。（三）三相异步电动机接法的选择对于给定的电动机，究竟选择哪种接法，应根据