哈六联三相异步电动机工作原理、结构及故障分析

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异步电动机中心高度200mm6极2号铁心长机座（M——中机座）（S——短机座）额定条件下电机所能提供的功率指电刷间输出的额定电功率发电机指轴上输出的机械功率电动机发电机：是指输出额定电压；电动机：是指输入额定电压。在额定工况下，电机接线端的平均电压在额定电压下，运行于额定功率时对应的电流在额定电压、额定电流下，运行于额定功率时对应的转速.电机的参数额定值关系有：额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.额定条件下转轴上输出的机械功率。在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.额定运行时电动机的转速.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。三相异步电动机型号Y2-132S-4编号5.5kW11.7A380V1440r/minLW82dB接法△防护等级IP4450Hz45kg标准标号工作制SIB绝缘等级年月XX电机厂1．型号（Y2-132S-4）Y2-132S-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（4kW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0.25～2mm的空气隙。三相笼型异步电动机的组成如图6-１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0.35—0.5mm、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/6.73/11.64A

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n<n0；

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0＜s＜1。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。降压起动：星形-三角形(Y－)

换接起动自耦降压起动（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+－

起动U1U2V1V1W1W2+－正常运行U1U2V1V2W1W2(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。

(b)Y－

起动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正常运行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起动+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1(2)自耦降压起动L1L3L2FUQQ2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QQ2

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。RRR滑环电刷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)f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~变频调速方法恒转距调速（f1<f1N）恒功率调速（f1>f1N）频率调节范围：0.5~几百赫兹三种电气调速方法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0．5MΩ及以上，说明该电动机绝缘尚好，可继续使用；如果在0.5MΩ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0．5MΩ及以上，说明该电动机绝缘尚好，可继续使用；如果在0.5MΩ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。3．三相定子绕组首末端的判别三相定子绕组首末端的判别方法有以下三种。（1）低压交流电源法（36V）1）用万用表欧姆档先将三相绕组分开。2）给分开后的三相绕组的六个接线端进行假设编号，分别编为U1、U2、V1、V2、Wl、W2。然后按如图6-8所示把任意两相中的两个接线端（设为V1和U2）连接起来，构成两相串联绕组。3）在另外两个接线端V2和U1上接交流电压表。4）在另一相绕组Wl和W2上接36V交流电源，如果电压表有读数，那么说明U1、U2和V1、V2的编号正确。如果无读数，则把U1、U2或V1、V2的编号对调一下即可。5）用同样方法判定Wl、W2的两个接线端。（2）发电机法1）用万用表欧姆档先将三相绕组分开。2）给分开后的三相绕组做假设编号，分别为U1、U2、V1、V2、Wl、W2。

3）按如图6-9所示接线，用手转动电动机转子。由于电动机定子及转子铁心中通常均有少量的剩磁，当磁场变化时，在三相定子绕组中将有微弱的感应电动势产生，此时若并接在绕组两端的微安表（或万用表微安档）指针不动，则说明假设的编号是正确的。若指针有偏转，说明其中有一相绕组的首末端假设编号错误，应逐相对调重测，直至正确为止。图6-9用发电法检查绕组首末端图6-10用干电池法检查绕组首末端（3）干电池法1）首先用前述方法分开三相绕组，并进行假设编号。2）按如图6-10所示接线，闭合电池开关的瞬间，若微安表指针摆向大于零的一侧，则连接电池正极的接线端与微安表负极所连接的接线端同为首端(或同为末端)。3）再将微安表连接另一相绕组的两接线端，用上述方法判定首末端即可。4．电动机启动电流和空载电流的测量（1）空载电流的测量按图6-11的要求接线，合上三相闸刀开关，将三相交流电源加在三相交流电动机上，通电一段时间观察电动机运转情况：如转速是否正常，是否有不正常的声音，振动是否过大，是否有异味等。如果电动机运转正常，则可用钳形电流表分别测量三相的空载电流，并将测量结果记录于表6-4中。（2）启动电流的测量将钳形电流表量程置于较大的档位（约为电动机额定电流的（7～10倍），电动机静止时用钳口卡住一根电源线，通电使电动机启动，观察电动机启动瞬间的启动电流。一、电机温升过高或冒烟这种故障是电机过热的表现。其原因很多：既有电机外部的因素(如电源供电质量差、负载过大、环境温度高和通风不良等等)；也有电机自身的原因。电机本身常见原因及对策：

1.绕组接法有错，误将星形接成三角形或相反。2.定子绕组匝间或相间短路或接地，使电流增大，铜损增加。若故障不严重只需要重包绝缘，严重的应更换绕组。3.定子一相绕组断路，或并联绕组中某一支路断线，引起三相电流不平衡而使绕组过热。4.转子断条。对铜条转子作焊补或更换，对铸铝转子应加更换。5.定、转子相擦。可检查轴承是否有松动，定、转子是否有装配不良。6.环境温度高，电动机表面污垢多，或通风道堵塞；7.电动机风扇故障，通风不良；电机常见故障及处理二、轴承过热

当电机滚动轴承温度超过95℃，滑动轴承温度超过80℃，就是轴承过热。其原因及对策如下：1.轴承损坏应换新。2.滚动轴承润滑脂过少、过多或有铁屑等杂质。润滑脂的容量不应超过轴承和轴承盖容积的70%,有杂质时应换新。3.轴承与端盖配合过紧或过松。过紧时加工轴承室，过松时在端盖内镶钢套。4.电机两端盖或轴承盖装配不良。将端盖或轴承盖止口装平，拧紧螺钉。5.传动带过紧或联轴器装配不良。调整传动带张力，校正联轴器。6.滑动轴承润滑油太少，有杂质或油环卡住，应加油，换新油，修理或更换油环。7.轴承间隙过大或过小；8.电动机轴弯曲。三、噪声异常

1.当定、转子相擦时，会产生刺耳的“嚓嚓”碰擦声。应检查轴承，损坏的需更新。如果轴承未坏而发现轴承走内圈或外圈可镶套或更换轴承与端盖。2.电机缺相运行，吼声特别大。可断电再合闸，看是否能再正常起动。如果不能起动，则可能有一相断路。开关及接触器的触头未接通也会发生缺相运行。3.轴承严重缺油时，从轴承室能听到“咝咝”声。应清洗轴承，加新油。4.风叶碰壳或有杂物，会发出撞击声。应校正风叶，清除风叶周围的杂物。5.转子导条断裂，发生时高时低的“嗡嗡”声，转速也变慢，电流增大。6.定子绕组首末端接线错误，有低沉的吼声，转速也下降。7.定子、转子铁心松动；四、振动过大1.电机转子不平衡(如转子上配重螺丝脱落)应校正动平衡。2.传动带轮不平衡，应校正静平衡。3.转轴弯曲。应更换转轴，或车直镶套(热套)。4.安装基础不平或固定不稳。应重新安装，固定平稳。5.转子导条断裂，使负载电流时大时小地振荡。6.联轴器装配不正或有松动。7.被驱动机械失去动平衡。8.定子绕组有局部故障，旋转磁场不平衡而引起振动。9.由于磨损，轴承间隙过大；10.铁心变形或松动；11.风扇不平衡；五、运行中造成三相电流不平衡

1.三相电源电压严重不平衡(即不相等)。如开关接点接触不良等。2.三相绕组中有一相断路或一相熔丝烧断等造成缺相运行。3.绕组匝间或相间有局部短路，而熔丝又未断。4.三相绕组中某一组的一条并联支路或几条并联支路断路，造成三相阻抗不等。5.三相定子绕组中一相首末端弄错，而熔丝没有烧断。六、电机运行时，电流表指针来回摆动

这种故障原因很可能是转子导条断路。七、电机转速变低

1.电源电压太低，应检查、找出原因。2.转子导条断裂或脱焊，应检查并修理断条。3.定子绕组接法错误，应检查并改正接法。4.负载过大，应减少负载或加大电机功率。