城市轨道交通电工电子基础课件：三相异步电动机的认识

三相异步电动机的认识电工电子基础任务1三相异步电机的结构和原理认知01任务2三相异步电机的控制02任务1三相异步电机的认识学习活动1三相异步电机的结构和原理认知学习活动2三相异步电机的使用学习活动3三相异步电机的拆装学习活动4三相异步电机的运行一、概述

交流异步电动机没有换向器，作为牵引电动机就消除了由此引起的一连串问题，而且具有结构简单、成本低、工作可靠、寿命长、维修和运行费用低、防空转性能好等一系列优点，所以是一种较理想的牵引电动机，在城市轨道交通领域中应用广泛。二、三相异步电机的结构二、三相异步电机的结构1.定子

定子是电动机的固定部分，是用来产生旋转磁场的，一般由定子铁芯、定子绕组和外壳等组成。（1）定子铁芯定子铁芯是电动机磁路的一部分，由厚度为0.35mm~0.5mm表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成的圆筒，铁芯内圆周上分布有若干均匀的平行槽，用来嵌放定子绕组。二、三相异步电机的结构（2）定子绕组定子绕组是电动机电路的一部分，由绝缘铜线或铝线绕制而成。定子绕组的3个首端U1、V1、W1和3个末端U2、V2、W2，都通过外壳上的接线盒连接到三相电源上。定子绕组有星形和三角形两种接法。3）附件机壳：包括端盖和机座，其作用是支承定子铁心和固定整个电机。机座：由铸铁或铸钢浇铸成型，中小型电机机座一般采用铸铁铸造，其作用是安装和固定电动机的。端盖：由铸铁或铸钢浇铸成型，中小型电机端盖多用铸铁铸成，用螺栓固定在机座两端。分布在电动机的两端，其作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。轴承盖：由铸铁或铸钢浇铸成型，其作用是固定转子，使转子不能轴向移动；另外，还具有存放润滑油和保护轴承的作用。接线盒：一般是由铸铁浇铸的，其作用是保护和固定绕组引出线端子。吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。2.转子转子是电动机中的旋转部分，主要用来产生旋转力矩，拖动生产机械旋转。转子由转轴、转子铁芯、转子绕组、风扇等组成。（1）转轴转子转轴是整个转子部件的安装基础，又是力和机械功率的传输部件，整个转子靠轴和轴承被支撑在定子铁芯内腔中。（2）转子铁芯转子铁芯也是电动机磁路的一部分。一般由厚0.5mm的硅钢片叠压成圆柱体，并紧固在转子轴上。转子铁芯的外表面有均匀分布的线槽，用以嵌放转子绕组。（3）转子绕组三相交流异步电动机按照转子绕组形式的不同，一般可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机。1）笼型转子铜条转子绕组：把事先做好的裸铜条插人铁芯槽中，再用铜端环套在两端铜条的头上，并用铜焊或银焊把它们焊在一起铸铝转子绕组：中、小型电机一般采用铸铝转子，用熔化了的铝液直接浇铸在转子铁芯槽内、连同端环以及风叶等一次铸成铜条转子绕组铸铝转子绕组2）绕线型转子绕线型转子绕组嵌放在转子铁芯槽内，是由绝缘导线绕制而成的三相对称绕组，三相绕组一般连接成星形。三相转子绕组的3根引出线分别接到固定在转轴上互相绝缘的3个集电环上，再通过安装在端盖上的电刷装置与集电环接触将电流引出。3.其他部分及气隙（1）气隙异步电机的气隙是很小的，中小型电机一般为0.2~2mm。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就需要较大的励磁电流。（2）轴承轴承是电动机定子、转子衔接的部位，轴承有滚动轴承和滑动轴承两类，滚动轴承又有滚珠轴承（也称为球轴承），目前多数电动机都采用滚动轴承。三、三相异步电机的工作原理1.旋转磁场（1）产生

下图表示最简单的三相定子绕组U1U2、V1V2、W1W2，它们在空间按互差120°的规律对称排列，并接成星形与三相电源U、V、W相联，则三相定子绕组便通过三相对称电流，随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场。NVWUNU1V1W1

iViW

tO

iU120°240°

（2）旋转磁场的方向旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。（3）磁极对数p三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差120°空间角时，产生的旋转磁场具有一对极，即p=1。

p123456n03000150010007506005002.三相异步电动机的转动原理（1）转动原理当旋转磁场切割转子导体时，在转子导体中产生感应电动势，使导体中有电流流过，其方向可以利用右手定则判断。转子电流与旋转磁场作用，转子导体受到安培力的作用，从而使转轴受到电磁转矩作用，转子以转速n旋转，把电能转換成机械能。

每台异步电动机机壳上都装有铭牌，上面标注各种额定数据，简要地介绍这台电机的型号、规格、性能，是用户合理选择和正确使用电机的依据。三相异步电动机型

号Y132M-4功

率7.5kW频

率50Hz电

压380V电

流15.4A接

法

转

速1440r/min绝缘等级E工作方式

连续温

升80℃防护等级IP44重

量55Kg

年

月

编号

电机厂一、概述电动机的铭牌上标示着电动机在正常运行时的额定数据。（1）型号表示电动机系列品种、性能、防护结构形式、转子类型等产品代号。电动机型号Y132M-4，其中，Y表示三相鼠笼型异步电动机；132表示机座中心高度为132mm；M表示机座长度代号（L/长机座，M/中机座，S/短机座）；4表示磁极数（磁极对数p=2）。二、三相异步电机的铭牌产品名称新代号（旧代号）代号含义适用场合鼠笼式异步电动机Y，Y-L（J，JO）异步一般用途绕线式异步电动机YR（JR，JRO）异步绕线小容量电源场合防爆型异步电动机YR（JB，JBS）异步防爆石油、化工、煤矿井下防爆安全型异步电动机YA（JA）异步安全石油、化工、煤矿井下高启动转矩异步电动机YQ（JQ，JQO）异步启动静负荷、惯性较大的机器

（7）额定转速

指电动机在额定电压、额定频率和额定输出功率的情况下转子的转速，单位为r/min。（8）温升

电动机运行中，部分电能转换成热能，使电动机温度升高。经过一定时间，电能转换的热能与机身散发的热能平衡，机身温度达到稳定。在稳定状态下，电动机温度与环境温度之差，叫电动机温升。（9）工作方式（定额）

指电动机运行允许工作的持续时间，即对电动机在铭牌规定的技术条件下持续运行时间的限制，以保证电动机的温升不超过允许值。电动机的工作方式分为“连续”、“短时”和“断续”三种。1）连续工作方式S1表示可以按照铭牌中各项额定值连续运行，在额定状态下可长期连续工作。2）短时工作S2

表示只能按铭牌规定的工作时间作短时运行。3）断续工作S3

表示可按与系列相同的工作周期、以间歇方式运行。如吊车、起重机等。（10）绝缘等级绝缘等级是指根据电动机绕组所用绝缘材料的最高允许温度而划分的不同等级，它反应绝缘材料的耐热性能。绝缘等级YAEBFHC最高允许温度（℃）90105120130155180>180（11）防护等级电机的防护等级是指外壳防护型电动机防护能力的分级，用IP××表示。防护等级（第一位数字）防护等级含义防护等级（第二位数字）防护等级含义0没有防护0没有防护1防止大于50mm的固体物体侵入。1防止滴水侵入垂直滴下的水滴。2防止大于12mm的固体物体侵入。2倾斜15度时仍可防止滴水侵入。3防止大于2.5mm的固体物体侵入。3防止喷洒的水侵入，或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水。4防止大于1.0mm的固体物体侵入。4防止飞溅的水侵入，防止各方向飞溅而来的水。5完全防止外物侵入，不能完全防止灰尘进入。5防止喷射的水侵入，防止来自各方向由喷嘴射出的水。6完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。6防止大浪的侵入。

7防止浸水时水的侵入。

8防止沉没时水的侵入。对需要进行修理的三相异步电动机，在拆卸前要先用仪表和观察法，然后再拆卸电动机查明故障，电动机的拆装工序一般为拆卸、清洗零件、更换易损件、装配和试验。1.电动机拆卸前的准备：（1）办理工作票。（2）准备好拆卸工具，拆卸工具主要有：拉具、活扳手、锤子、螺钉旋具、弯头长柄剪刀、缸套、毛刷，以及拆卸对轮的拉具、套筒等专用工具。（3）布置检修现场。（4）了解待拆电动机结构及故障情况。（5）拆卸时作好相应的记录及相关标记。（6）拆除电源线和保护接地线，测定并记录绕组对地绝缘电阻。（7）断电后拆除电动机的电源线，用黑胶布包好电源线头。（8）把电动机拆离基础，运至检修现场。2.中小型异步电动机的拆卸和安装步骤（1）电动机的拆卸1）切断电源，卸下皮带；2）拆去接线盒内的电源接线和接地线；3）卸下底脚螺母、弹簧垫圈和平垫片；4）卸下皮带轮；→→→2.中小型异步电动机的拆卸和安装步骤（1）电动机的拆卸5）卸下前轴承外盖；6）卸下前端盖；7）卸下风叶罩；8）卸下风叶；→→→2.中小型异步电动机的拆卸和安装步骤（1）电动机的拆卸9）卸下后轴承外盖；10）卸下后端盖；11）卸下转子；12）最后用拉具拆卸前后轴承及轴承内盖。→→→一、三相异步电机的转矩特性和机械特性

2.机械特性曲线在一定的电源电压U1和转子电阻R2下，电动机的转矩T与转差率s之间的关系曲线T=f(s)或转速与转矩的关系曲线n=f(T)

a）T=f(s)曲线

b）n=f(T)曲线

（3）启动转矩TqTq为电动机启动瞬间的转矩，即n=0，s=1时的转矩。3.电动机的自适应负载能力电机正常运行的过程中，由于外界因素使电机转速发生变化时，电动机会在ab段自动调节电磁转矩，使其与负载转矩平衡，并稳定在新的转速上运行，这种特性称为自适应负载能力。

4.影响机械特性的因素（2）转子电阻：另一个影响机械特性的因素是转子电阻R2，当转子电阻增大时，机械特性曲线中的临界点将下移，最大转矩Tm不变，临界转速nm减小。二、三相异步电机的输出功率和效率

学中练6-3有一台Y225M-4型三相鼠笼式异步电动机，额定数据如下表所示，试求：（1）额定电流；（2）额定转差率sN；（3）额定转矩TN、最大转矩Tm、起动转矩Tq。功率转速电压效率功率因数Iq/INTq/TNTm/TN(

)45kW1480r/min380V92.3%0.887.01.92.2

三、三相异步电机的运行

2.三相笼型异步电动机的起动方法（1）直接起动直接起动又称为全压起动，就是利用闸刀开关或接触器将电动机的定子绕组直接加到额定电压下起动。（2）降压起动在起动时降低加在定子绕组上的电压，以减小起动电流，待转速上升到接近额定转速时，再恢复到全压运行。1）星形-三角形（Y-

）降压起动起动时，将三相定子绕组接成星形，待转速上升到接近额定转速时，再换成三角形1）星形-三角形（Y-

）降压起动起动时，将三相定子绕组接成星形，待转速上升到接近额定转速时，再换成三角形2）自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低。

（三）三相异步电机的反转和制动1.反转将电源的三根相线中任意两根对调，改变三相交流电源的相序，就可以使三相异步电动机反转。2.制动三相异步电动机的制动是指加上一个与电动机转向相反的转矩来使电动机迅速停转。三相异步电动机的制动方法有两类：机械制动和电气制动。（1）反接制动反接制动，就是为了让三相异步电机快速停止转动，将通入定子绕组的三根电源线任意对调两根，改变定子电流的相序，旋转磁场反向旋转，转子受到与原来旋转方向相反的电磁转矩作用，使电动机转速迅速减小。（2）回馈制动当异步电机作电动机运行时，如果由于外部因素，使转子加速到超过同步转速，则异步电动机进入回馈制动状态，此时电机作发电机运行，将机械能转换为电能送给电机所接的电网，因此称回馈制动。（3）能耗制动将正在运行中的异步电动机的定子绕组从电网断开，同时将其中两相绕组接到一个直流电源上，转子由于惯性作用继续沿原来的运行方向旋转，并切割磁力线产生感应电流，转子所受电磁转矩方向与旋转方向相反，起制动作用，电动机迅速停转。任务2三相异步电机的控制学习活动1常用低压电器的认知学习活动2三相异步电机的点动和连续运行控制学习活动3三相异步电机的正反转控制一、概述所谓电器，就是对电能的生产、输送、分配和应用能起到控制、调节、保护等作用的电工设备。电器按其使用电压等级的不同，分为高压电器和低压电器，其中低压电器是指在交流1200V及以下、直流1500V及以下的电路中使用的电器。1.低压电器的分类（1）按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器。用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器。用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器。（2）按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器。（3）按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器。二、常用低压电器1.刀开关刀开关又叫闸刀开关，一般用于不频繁操作的低压电路中，用作接通和切断电源，有时也用来控制小容量电动机的直接起动与停机。刀开关由动触头（闸刀）、静触头（静插座）、手柄和绝缘底板等组成QQQ2.主令电器主令电器是一种专门发布命令、直接或通过电磁式电器间接作用于控制电路的电器。按钮是一种手动控制且可以自动复位的主令电器，通常用来接通或断开小电流控制的电路。按钮由按钮帽、复位弹簧、桥式触头和外壳等组成SBSBSB3.接触器接触器是一种用来频繁地接通或断开交、直流主电路及大容量控制电路的自动切换电器。交流接触器主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置及其他部分组成，电磁机构包括线圈、铁芯和衔铁；触头系统包括主触头（或称为主触点）和辅助触头（或称为辅助触点）。KMKMKMKM4.继电器继电器是一种根据一定的信号（如电流、电压、时间和速度等物理量）的变化来接通或分断小电流电路的自动控制电器。它用于各种控制电路中，实现对电路的自动控制和保护功能。继电器有很多不同的种类，常用的继电器按动作原理分为电磁式、磁电式、感应式、电动式、光电式、压电式、热继电器、时间继电器等。按输入量不同分为交流、直流、电压、电流、中间、时间、速度、温度、压力、脉冲继电器等。（1）电磁式继电器的结构及工作原理1）结构及工作原理继电器一般由3个基本部分组成：检测机构、中间机构和执行机构。电磁式继电器主要由电磁机构和触头系统两个部分组成。电磁机构由线圈、铁芯、衔铁组成。触头系统中触头一般采用桥式结构，有常开和常闭两种形式。（2）电流继电器电流继电器是电磁式继电器的一种，主要用于过载及短路保护。电流继电器的线圈串联接入被保护主电路，其线圈匝数少、导线粗、阻抗小，用来感测主电路的电流，触点接于控制电路，为执行元件。包括欠电流继电器和过电流继电器。KAI>KAKAI<KA（3）电压继电器电压继电器反映的是电压信号。它的线圈并联在被保护电路的两端，所以匝数多、导线细、阻抗大。电压继电器用于电力拖动系统的电压保护和控制。包括欠电压继电器和过电压继电器。KVU>KVKV