电机及其变压器与维护 6

三相异步电动机课题四144任务1三相异步电动机的拆装与检测任务2三相异步电动机的安装与调试任务3三相异步电动机的检修与维护145任务1

三相异步电动机的拆装与检测146学习目标1.掌握三相异步电动机的结构和工作原理。2.掌握三相异步电动机定子绕组的接线方法。3.能使用常用拆装工具进行三相异步电动机的拆卸与装配。4.能进行三相异步电动机装配后的检测。147工作任务在对三相异步电动机进行维修、定期维护和改造升级时，可能需要对其进行拆装，如果拆卸方法不正确，有可能损坏三相异步电动机的零部件，不但使维修维护质量难以得到保证，而且给三相异步电动机正常运行留下隐患。本任务是学习三相异步电动机的结构、工作原理和定子绕组的接线方法，进行三相异步电动机的拆卸、装配与检测。148一、三相异步电动机的结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的结构是基本相同的。三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成，在定子和转子之间存在一定的气隙，此外还有端盖、轴承、接线盒、吊环、风扇和风罩等附件，如图所示。149相关知识150三相异步电动机的主要结构1.定子部分定子是三相异步电动机的静止部分，主要用来产生旋转磁场，将电能转化为磁能。三相异步电动机的定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组等组成。定子各组成部分的特点和用途见下表。151152定子各组成部分的特点和用途2.转子部分转子是三相异步电动机的旋转部分，主要用来将旋转磁场的磁能转化为转子导体上的电动势能并最终转化为机械能。三相异步电动机的转子主要由转轴、转子铁芯、转子绕组等组成。转子各组成部分的特点和用途见下表。153

转子各组成部分的特点和用途154

转子各组成部分的特点和用途3.附件部分三相异步电动机的附件部分包括端盖、轴承和轴承盖、风扇和风罩、接线盒、吊环等，见下表。155三相异步电动机的附件部分156三相异步电动机的附件部分二、三相异步电动机的工作原理在三相异步电动机定子铁芯中嵌放着对称三相定子绕组，如果在定子绕组中通入对称三相交流电流，就会在电动机的气隙中建立旋转磁场。旋转磁场是三相异步电动机工作的基本条件之一。1.旋转磁场的产生（1）旋转磁场的产生条件三相异步电动机的定子绕组通入对称三相交流电流后，产生旋转磁场必须具备两个条件：1）三相定子绕组必须对称，即每相定子绕组在定子铁芯空间上互差120°

电角度。157

如图所示为三相异步电动机定子绕组在定子铁芯空间上的分布示意图。图中将定子绕组简化成三个集中绕组U1U2、V1V2和W1W2，其中U1、V1和W1为绕组首端，U2、V2和W2为绕组尾端。158三相异步电动机定子绕组在定子铁芯空间上的分布示意图2）通入对称三相定子绕组的三相交流电流也必须对称，即

iU

、iV

、iW

三相电流大小和频率相同、相位互差120°。对称三相交流电流

iU

、iV

、iW

的波形如图所示。159

对称三相交流电流

iU

、iV

、iW

的波形（2）旋转磁场的产生过程对称三相交流电流产生旋转磁场的过程如下：假设三相异步电动机定子绕组接成星形联结，定子绕组的首端接对称三相交流电源，每相定子绕组分别通入对称三相交流电流

iU

、iV

、iW，其参考方向由首端流向尾端，如图所示。设各相电流的表达式为：

iU=Imsinωt（4-1）

iV=Imsin（ωt-120°）（4-2）

iW=Imsin（ωt+120°）（4-3）160161星形联结的定子绕组通入对称三相交流电流如图可以看出，在不同时刻，对称三相交流电流iU

、iV

、iW

的正负各不同，说明流过每相定子绕组的电流实际方向不同。当电流为正值时，说明定子绕组中电流实际方向与参考方向相同，即电流由绕组的首端流进、从尾端流出（规定

表示从纸面流进，表示从纸面流出）；当电流为负值时，说明定子绕组中电流实际方向与参考方向相反，即电流由绕组的尾端流进、从首端流出。在某一瞬间，将每相定子绕组中电流所产生的磁场相叠加，便可以得到对称三相交流电流的合成磁场。162163

对称三相交流电流

iU

、iV

、iW

的波形下表中分析了对称三相交流电流在一个周期内五个瞬间所产生的合成磁场的情况。交流电流变化一周，三相合成磁场的磁极在空间顺时针旋转了一周。当对称三相交流电流持续变化时，合成磁场的磁极不断地连续旋转，就形成了旋转磁场。164对称三相交流电流在一个周期内五个瞬间所产生的合成磁场的分析165对称三相交流电流在一个周期内五个瞬间所产生的合成磁场的分析（3）同步转速三相异步电动机旋转磁场的转速称为同步转速。同步转速的大小取决于旋转磁场的磁极对数和交流电源的频率。旋转磁场的磁极对数与定子绕组中线圈的连接规律有关，不同的连接规律可得到不同磁极对数的旋转磁场。由上表可以看出，当三相异步电动机定子绕组按下图所示分布时，对称三相交流电流产生的合成磁场为两极旋转磁场，即磁极对数

p=1。当交流电流变化一个周期时，旋转磁场正好转过一周。如果对称三相交流电流的频率是

f1，即电流每秒钟变化

f1

个周期，则旋转磁场每秒钟在空间旋转

f1

周。这样，磁极对数

p=1时，一分钟内旋转磁场的转速为

n1=60f1

。166167三相异步电动机定子绕组在定子铁芯空间上的分布示意图如果将三相定子绕组按下图所示分布，三相定子绕组及其电流参考方向如图所示，则

ωt=90°时定子绕组中电流和磁力线分布情况如图所示，可以看出它是一个4极旋转磁场，即磁极对数

p=2。运用同样的分析方法，可以得出，当交流电流变化一个周期时，旋转磁场只转过半周。168三相异步电动机（4极）旋转磁场的形成（ωt=90°）a）产生4极旋转磁场时三相定子绕组分布示意图b）三相定子绕组及其电流参考方向如果对称三相交流电流的频率为

f1，磁极对数p=2，则旋转磁场的转速为：（4-4）由此类推，当旋转磁场具有p对磁极时，旋转磁场的转速为：（4-5）式中n1———旋转磁场的转速，又称为同步转速，r/min；f1———三相交流电源的频率，Hz；p———旋转磁场的磁极对数，磁极数为2p。169对于工频交流电来说，f1=50Hz，则不同的磁极对数对应有一个同步转速，常见的同步转速见下表。170常见的同步转速（4）旋转磁场的旋转方向由图可以看出，三相异步电动机U相、V相、W相绕组分别接到三相交流电源的U相、V相、W相相线上，流入对称三相交流电流

iU

、iV

、iW。在一个周期内，三相交流电流达到最大值的顺序称为相序。171星形联结的定子绕组通入对称三相交流电流由下图可知，U相定子绕组中电流

iU

最先达到最大值，其次是V相定子绕组中电流

iV，最后是W相定子绕组中电流

iW，此时的相序为U—V—W。如果将三相异步电动机所接三根电源线中任意两根对调，则相序会发生变化。172

对称三相交流电流

iU

、iV

、iW

的波形2.工作原理当三相异步电动机的三相定子绕组通入对称三相交流电流后，在电动机的气隙中产生一个旋转磁场。当旋转磁场在空间不断旋转，而转子静止不动时，嵌放在转子铁芯槽中的转子绕组的有效边切割旋转磁场的磁力线而产生感应电动势。如果旋转磁场以转速

n1

顺时针转动，则N极下的转子绕组有效边向左切割旋转磁场的磁力线，用右手定则判定可确定感应电动势

e

的方向是指向纸外，S极下的转子绕组有效边中感应电动势

e的方向是指向纸内，如图所示。173174

三相异步电动机的转动原理a）感应电动势e的方向b）电磁力F的方向转子绕组中产生感应电动势后，由于转子绕组的有效边两端被短路环短接构成闭合回路，则将在转子绕组中产生感应电流，其感应电流的方向与感应电动势的方向一致。旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用，产生电磁力

F，其方向可以用左手定则判定，如上图b所示。一对大小相等、方向相反且不作用在同一条线上的电磁力，会形成一个电磁转矩

T。由上图b可以看出，电磁转矩

T

的方向与旋转磁场的旋转方向一致。若电磁转矩

T

足够大到可以克服转轴上的阻力矩，转子将以转速

n

顺着旋转磁场的旋转方向转动起来，拖动机械负载工作。此时，电动机从电源吸收电能，通过电磁作用，转化为机械能输出给机械负载。1753.运转特点及转差率（1）运转特点1）三相异步电动机在正常运转状态中，其同步转速n1

略大于转子转速（即电动机转速）n，同时保持一定的转速差。2）当转轴上的负载加重时，转子的转速下降，转差增大，转子导体感应电动势和电流增大，转子导体转矩也将增大，三相异步电动机的输出功率增加。相反，三相异步电动机在空载或轻载时，转子转速

n

接近

n1，输出功率很小。1763）形成三相异步电动机电磁转矩的电流由电磁感应产生，旋转磁场与电动机转子之间没有转速差就没有感应电流，因此，其同步转速

n1

一定要大于转子转速

n才能产生维持转子转速的电磁转矩，从而维持转速稳定，故称为异步电动机。4）三相异步电动机的旋转方向即旋转磁场的旋转方向，由通入三相定子绕组的三相交流电流相序决定，只要对调电动机任意两根相线，旋转磁场就会改变旋转方向，电动机也随之反转。177（2）转差率同步转速

n1

与转子转速

n之差称为三相异步电动机的转速差，转速差与同步转速

n1之比称为三相异步电动机的转差率，用

s

表示，即（4-6）转差率是三相异步电动机的一个重要参数，在正常运行状态下，0<s≤1。根据转差率的大小，可判别三相异步电动机的运行状态。1781）在三相异步电动机启动瞬间，n=0、s=1，转子绕组切割磁力线的相对速度最大，产生的感应电动势和感应电流最大，反映在定子绕组上，三相异步电动机的启动电流就很大，一般为4~7倍额定电流。2）三相异步电动机空载运行时，其转速很大，接近同步转速，即

n≈n1，此时

s

很小，一般为0.005左右，转子感应电动势、感应电流较小，反映在定子绕组上，三相异步电动机的空载电流也较小，一般为额定电流的30%~50%。3）三相异步电动机在额定状态下运行时，电动机转速为额定转速

nN，对应的转差率称为额定转差率sN

。sN

一般为0.01~0.07。179三、三相异步电动机定子绕组的接线方法三相异步电动机的三相定子绕组必须按规定接法连接，不能任意改变接法，否则会损坏三相异步电动机。三相定子绕组的六个首、尾端都引到电动机机座的接线盒内，U1、V1、W1是三相定子绕组的首端，U2、V2、W2是三相定子绕组的尾端，按规定接成星形或三角形联结，如图所示。180181三相定子绕组引出线端的排列1.星形联结星形联结是将三相定子绕组的一端连接在一起，形成一个公共点，称为中性点，另一端分别连接三相交流电源的三根相线，如图所示。电动机每相定子绕组所承受的电压是相电压，即电源相线与中性点之间的电压。182

星形联结a）原理图b）接线图星形联结的特点如下：（1）电压较低：由于每相定子绕组承受的是相电压，因此相对于三角形联结，星形联结每相定子绕组的电压较低。（2）电流较大：由于电压较低，为了达到同样的功率，星形联结所需的电流较大。1832.三角形联结三角形联结是将三相定子绕组首、尾相连，形成一个闭合的三角形，每相定子绕组的两端分别连接三相交流电源的两根相线，如图所示。电动机每相定子绕组所承受的电压是线电压，即电源两根相线之间的电压。184

三角形联结a）原理图b）接线图三角形联结的特点如下：（1）电压较高：由于每相定子绕组承受的是线电压，因此相对于星形联结，三角形联结每相定子绕组的电压较高。（2）电流较小：由于电压较高，为了达到同样的功率，三角形联结所需的电流较小。185四、三相异步电动机装配后的检测项目三相异步电动机装配后的检测项目见下表。186三相异步电动机装配后的检测项目任务2

三相异步电动机的安装与调试187学习目标1.了解三相异步电动机的主要参数和选用原则。2.能使用常用工具进行三相异步电动机的安装与调试。188工作任务三相异步电动机的安装与调试是确保其安全、稳定运行的关键环节。在三相异步电动机新投入使用、维修、升级改造后，需要对其进行安装与调试。本任务是学习三相异步电动机的主要参数和选用原则，并进行三相异步电动机的安装与调试。189一、三相异步电动机的主要参数在三相异步电动机的机座上装有一块铭牌（见下图），标注电动机的型号、规格等主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕绕组）三相异步电动机的重要依据。190相关知识

三相异步电动机的铭牌1.型号三相异步电动机的型号通常由产品代号和规格代号两部分组成，包括汉语拼音字母、国际通用符号和阿拉伯数字。2.额定值三相异步电动机的主要额定值见下表。191192三相异步电动机的主要额定值3.绝缘等级绝缘等级是指三相异步电动机绕组所用绝缘材料允许极限温度的等级（即耐热能力），它表明电动机允许的最高工作温度。绝缘等级与允许极限温度的对应关系见下表。193绝缘等级与允许极限温度的对应关系4.工作方式（定额）工作方式是指三相异步电动机的运转状态，即允许连续使用的时间。三相异步电动机常用的工作方式分为连续、短时、断续周期三种，见下表。194三相异步电动机常用的工作方式5.接法接法是指三相异步电动机在额定电压下三相定子绕组应采用的连接方法。三相定子绕组的连接方法包括星形（）联结和三角形（△）联结两种。通常额定功率为3kW及以下的小功率Y系列三相异步电动机采用星形联结，部分型号允许采用

/△双接法（参见铭牌标识）；额定功率为4kW及以上的Y系列三相异步电动机采用三角形联结；额定功率为3~4kW的Y系列三相异步电动机的接法以电动机铭牌标识为准。6.防护等级类防护等级是指三相异步电动机外壳的防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面的两位数字分别表示电动机防固体颗粒能力和防水能力。数字越大，防护能力越强。195二、三相异步电动机的选用原则1.根据供电电源的电压和频率进行选择电动机的额定电压必须与供电电源的电压一致，电动机的额定频率必须与供电电源的频率一致。2.根据电动机的工作环境进行选择一般拖动用三相异步电动机按防护等级分为开启式（IP11）、防护式（IP23）和封闭式（IP44）三类，其中防护式和封闭式使用较多。在比较干燥，尘土较少，不会有水滴、杂物等浸入的场合可选用防护式，此类电动机价格较便宜、通风良好。与上述场合不同的工作环境可选用封闭式。1963.根据负载情况进行选择（1）电动机功率的选择电动机的功率应满足负载的需要。一般电动机的额定功率应比负载的功率大一些，以留有余地；但也不能太大，以免造成

“大马拉小车”

的现象，不仅增加成本，而且使电动机工作效率、功率因数较低，造成浪费。反之，如果电动机的功率比负载的功率小，可使电动机长期过载运行，即“小马拉大车”现象，电动机会因绝缘老化而容易烧损，这样更不可取。（2）电动机工作方式的选择一般电动机均需要长期连续工作，因此应选择连续（S1）工作方式。对于拖动某些特殊负载如起重机械、空气压缩机等的电动机，可选择短时工作方式或断续周期工作方式。1974.根据电动机的转速进行选择各种负载都有一定的转速要求，选用电动机时必须满足这些要求。若电动机额定转速与负载转速要求不一致，可使用带轮或齿轮等装置进行变速。一般情况下以选用四极（2p=4）三相异步电动机为宜。因为在功率相同的情况下，二极电动机机械磨损大，启动电流也较大，而启动转矩较小；如果电动机磁极数较多，则转速低，电动机体积、尺寸增大，价格较贵，效率较低。198三、三相异步电动机的调试项目三相异步电动机的调试项目见下表。199三相异步电动机的调试项目任务3

三相异步电动机的检修与维护200学习目标1.了解三相异步电动机的运行监视和维护内容。2.了解三相异步电动机的常见故障和处理方法。3.能进行三相异步电动机的检修。4.能进行三相异步电动机的日常维护。201工作任务三相异步电动机必须时刻处于正常运行状态，以保证生产顺利进行。因此，平时应加强维护，发现问题和故障时，应及时进行检修。本任务是学习三相异步电动机的运行监视和维护内容、常见故障和处理方法，进行三相异步电动机的检修与日常维护。202一、三相异步电动机的运行监视内容在三相异步电动机的运行中，工作人员要经常监视运行情况，发现问题及时处理，减少不必要的损失。运行中可通过仪表、工具和人体感官来判断电动机运行是否正常。监视内容主要包括电压、电流、温升、振动、声音和气味等。203相关知识1.工作电压监视通过电压表来监视电动机的电源电压和三相电压不平衡情况。电源电压过高或过低都会引起电动机发热，通常电源电压波动范围应不超过±5%（即在361~399V之间变化）。三相电压不平衡也会引起电动机额外发热，通常三相电压间的不平衡率应不超过5%。如果超出范围，应找出原因并调整电源或负载。2042.工作电流监视通过电流表来监视电动机运行时的工作电流。当电源电压正常时，电动机正常运行时的电流直接反映出其所拖动的负载情况。为了获得理想的功率因数，电动机驱动的负载必须适当，既要防止电动机过载运行，也要防止电动机轻载运行，这样才能使电动机容量得到充分利用。因此，只有拖动额定负载运行的电动机才能获得理想的工作参数和状态。当环境温度正常时，拖动额定负载运行的电动机三相定子绕组中的电流应不超过铭牌标明的额定电流。如果工作电流超过额定电流，电动机可能出现过载运行或单相运行等异常现象，应及时切断电源，停机进行检查，以防止发生故障或烧毁电动机。此外，还要监测电动机三相定子绕组中的电流是否平衡，即三相定子绕组中的电流最大值或最小值与平均值的偏差应不超过10%，如果超出范围，应停机进行检查并予以排除。2053.运行温升监视温升是指电动机运行温度与环境温度的差值。温升反映电动机运行中的发热状况，是电动机运行的重要参数之一。电动机拖动负载运行时由于损耗而发热，当电动机的发热量与散热量相等时，其温度就稳定在一定的数值。只要环境温度不超过规定值40℃，电动机满载运行的温升就不会超过所用绝缘材料允许的温升。若发现电动机温升过高，这是电动机绕组和铁芯过热的外部表现。严重过热会加速绝缘材料的老化，损坏电动机绕组绝缘，缩短电动机使用寿命，甚至还可能因绝缘损坏而降低其他方面的性能和引发各种事故。为保证电动机可靠运行，需要监测电动机绕组、铁芯和轴承等部件的温度。206对于中、小型电动机，在确定机座不带电的情况下，可以用手去感觉温度的高低。首先使用验电笔测试来确认电动机机座不带电，然后用手去感觉电动机机座的温度是否偏高。如果感觉温度偏高，可在电动机机座上滴几滴水，如果水急剧汽化，说明电动机显著过热，此时应立即停机进行检查，查明原因并排除故障后方可继续使用。2074.机组传动部分监视如果电动机机组采用传动带轮传动，在电动机运行时，要经常检查传动带连接处是否良好，传动带松紧是否适当，