电工电子技术基础：三相异步电动机

电工电子技术第6章三相异步电动机第6章

三相异步电动机学习目标1.了解三相异步电动机的结构和工作原理。2.了解三相异步电动机的铭牌和主要参数。3.掌握三相异步电动机的选择和安装方法。4.了解三相异步电动机的维护。育人目标了解先辈们为我国电机技术做出的贡献，激发学生的奋斗精神和家国情怀。6.1三相异步电动机的结构

6.1三相异步电动机的结构三相异步电动机主要包括定子（固定部分）和转子（旋转部分）两大部件，图6-1所示为笼式三相异步电动机的结构。

6.1三相异步电动机的结构6.1.1定子定子由定子铁心、定子绕组和机座组成，如图6-2所示。定子铁心做成圆筒状，通常由0.5mm厚的相互绝缘的硅钢片压叠而成，是电动机主磁路的一部分。在其内圆周上有均匀分布的槽，用来放置对称的定子绕组。当对称（空间上）的定子绕组通入对称的三相电流时，就可在定子铁心内产生旋转磁场。定子绕组的三个首端U1、V1、W1和三个末端U2、V2、W2都从机座上的接线盒中引出，如图6-3所示。定子绕组可接成星形，如图6-3a所示；也可接成三角形，如图6-3b所示。实际使用时，应根据铭牌上的规定连接。

6.1三相异步电动机的结构6.1.2转子转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是由0.5mm厚的硅钢片叠成的圆柱体，固定在转轴上，转轴上加机械负载，转子圆周外表面设有槽孔，用以嵌置转子绕组。转子的构造分为笼式和绕线式两种。笼式转子是用铜条和铜环焊接成的笼形闭合电路，如图6-4a所示。对于中小型电动机，为了降低成本，常见的是在槽中浇铸铝液，铸成如图6-4b所示的转子，此类转子不仅制造简单，而且坚固耐用。

6.1三相异步电动机的结构绕线式转子的结构如图6-5所示。通常把转子绕组的三个末端接在一起，组成星形联结，三个首端分别接到固定在转轴上的三个铜滑环上，滑环除相互绝缘外，还与转轴绝缘。在各个滑环上分别放置着固定不动的电刷，通过电刷与滑环的接触，使转子绕组与外加变阻器接通，以便起动电动机。正常运转时，把外加变阻器转到零位，以使转子绕组的三个首端短接。笼式和绕线式这两类异步电动机只是在转子结构上有所不同，其工作原理则完全一样。笼式异步电动机应用较为普遍；绕线式异步电动机具有较好的起动和调速性能，一般用于起动频繁和要求在一定范围内调速的场合，如大型立式车床和起重设备等。6.2三相异步电动机的工作原理

6.2三相异步电动机的工作原理6.2.1旋转磁场的产生三相异步电动机定子绕组是由三相对称绕组构成的，其各相绕组的首端分别用U1、V1、W1表示，末端分别用U2、V2、W2表示，三相绕组W1W2、U1U2、V1V2在空间上互成120°角。把它们连接成星形，如图6-6所示。通入三相对称电流：

6.2三相异步电动机的工作原理三相对称电流波形如图6-7a所示。

6.2三相异步电动机的工作原理绕组中电流的实际方向可由对应瞬时电流的正负来确定。为此，我们规定：当电流为正时，其实际方向从首端流入，从末端流出；当电流为负时，其实际方向从末端流入，从首端流出；电流流入端用表示，流出端用⊙表示。三相绕组各自通入电流以后，将分别产生它们自己的交变磁场，也同时产生了“合成旋转磁场”。当ωt=0时，iU=0，绕组U1U2内没有电流；iV是负值，电流从V2流入，从V1流出；iW为正值，电流从W1流入，从W2流出。根据右手螺旋定则，可以判断出此时的合成磁场方向指向下方，即定子上方为N极，下方为S极，如图6-7b所示。当ωt=2/3π时，iU为正值，电流从U1流入，从U2流出；iW为负值，电流从W2流入，从W1流出，其合成磁场的方向如图6-7c所示，它沿顺时针方向转了120°。同理可以得出ωt=4/3π、2π时的合成磁场，如图6-7d、e所示。

6.2三相异步电动机的工作原理由上述分析不难看出，对于如图6-8a所示的定子绕组，通入三相对称电流后，将产生磁极对数p=1的旋转磁场，且电流每变化一个周期，旋转磁场在空间上旋转一周。旋转磁场的磁极对数p与定子绕组的布置有关，如果每相绕组由两个串联的线圈组成，如图6-8b所示，那么当三相对称电流通过这些线圈时，就会产生两对磁极的旋转磁场，且电流每变化一个周期，旋转磁场在空间上就旋转半周。

6.2三相异步电动机的工作原理6.2.2旋转磁场的转速与转向根据上述分析，电流变化一个周期，两极定子旋组(p=1)的旋转磁场在空间上旋转一周，用f1表示电流的频率，用n1表示旋转磁场的转速，则对于四极定子绕组（p＝2），电流变化一个周期，旋转磁场在空间上只旋转了半周，故有依此类推，具有p对磁极的异步电动机，其旋转磁场的转速为我国标准工业用电频率为f1=50Hz，因此不同磁极对数的电动机所对应的旋转磁场转速也不同，具体见表6-1。旋转磁场的转速n1又称同步转速。改变三相交流电的相序，即将三相电源线中的任意两相对调（如W、U），旋转磁场的转向将改变。

6.2三相异步电动机的工作原理6.2.3转动原理三相异步电动机转动原理示意图如图6-9所示。为简单起见，图中用一对磁极来进行分析。定子绕组接通对称三相电源后，绕组中便有三相电流通过，在空间产生了旋转磁场。转子导线在旋转磁场的作用下产生感应电动势，感应电动势的方向用右手定则来判断。感应电动势在转子的闭合电路中产生感应电流，此电流在旋转磁场中所受力的方向可用左手定则来判断，安培力对转子的作用形成转矩，在转矩的作用下，转子跟随旋转磁场同向转动，但转子的转速n一定小于旋转磁场的转速n1。因为若n=n1，则转子和旋转磁场间就不存在相对运动，即转子绕组不切割磁感线，转矩等于零，转子就不能维持转动。由于转子的转速n与同步转速n1间存在着一定的差值，故将这种电动机称为异步电动机。通常把n1和n的差值与n1的比值称为异步电动机的转差率，用s表示，即

6.2三相异步电动机的工作原理或用百分数表示转差率s是描述异步电动机运行情况的一个重要物理量。在电动机起动瞬间，n=0，这时s=1。由此可见，转差率s的变化范围为0～1，随着转子转速的增高，转差率变小，额定情况运行时，转差率一般为0.02～0.06。6.3三相异步电动机的铭牌数据

6.3三相异步电动机的铭牌数据每台三相异步电动机的机座外侧都有一块铭牌，上面简要标出了这台电动机的型号、额定数据及使用条件等，要正确选用和使用三相异步电动机，首先必须了解其铭牌。现以一台Y160L-4型电动机为例，说明铭牌上各个数据的意义，见表6-2。

6.3三相异步电动机的铭牌数据1.型号型号是不同规格电动机的代号，如Y系列电动机的型号是Y160L-4，其含义如下。Y——笼式三相异步电动机。160——机座轴中心高度为160mm。L——长机座（S表示短机座，M表示中机座）。4——四极（2对磁极）电动机。2.接法电动机的接法是指三相定子绕组的接法，有星形联结（Y）和三角形联结（△）两种。对于4kW以上的电动机，一般只采用三角形联结。铭牌上标有两种电压、两种电流的电动机，通常同时标明Y／△两种接法。3.电压电压是指电动机定子绕组应加的电源线电压有效值，即电动机的额定工作电压。有些电动机铭牌上标有两种电压值，如380V／220V，这是对应于定子绕组采用Y／△两种接法时应加的电源电压的有效值。4.频率频率是指电动机所接三相交流电源的频率。我国标准工业用电频率为50Hz。

6.3三相异步电动机的铭牌数据5.功率功率是指在额定条件下（电压、频率、负载均为额定值）运行的电动机轴上输出的机械功率，即额定功率，又称额定容量。6.电流电流是指电动机在额定条件下运行时定子绕组线电流的有效值，即额定电流。标有两种额定电压的电动机相应地标有两种额定电流。7.工作方式电动机的工作方式根据发热的程度可分为以下三种。（1）连续工作，允许电动机在额定条件下连续长期运行，用S1表示。（2）短时工作，在额定条件下电动机只能在规定时间内运行，用S2表示。（3）断续工作，电动机可在额定条件下按规定周期性重复短时运行，用S3表示。工作方式为短时或断续运行的电动机，若以连续方式工作，则必须相应地减轻其负荷，以防电动机过热而损坏。

6.3三相异步电动机的铭牌数据8.绝缘等级绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来分级的。不同等级绝缘材料的极限温度见表6-3。9.温升在电动机运行过程中，其损耗的功率都变成热能而使电动机发热，同时电动机也向周围环境放热。电动机的温度与周围环境的温差越大，其散热越快。当电动机在单位时间内向周围散发出的热量与其损耗功率所产生的热量相等时，电动机的温度就不会再升高。电动机的温升指标是指允许电动机绕组温度高出周围环境温度的最大温差。例如，我国规定环境温度以40℃为标准，若电动机的温升为75℃，则允许电动机绕组的最高温度为（40＋75）℃＝115℃。注意：由于实际测得的温度并非电动机绕组真正的最高温度，所以规定的电动机最高允许温度比其所用的绝缘材料最高允许温度低。6.4三相异步电动机的选择及安装

6.4三相异步电动机的选择及安装6.4.1三相异步电动机的选择在选用三相异步电动机时，应该从实用、经济、安全等原则出发，根据生产的需要，正确地选择其种类、额定功率、额定电压和额定转速等，以保证生产的顺利进行。1.种类和结构形式的选择一般情况下，如果生产机械的起动力矩不是很大，要求转速比较平稳，则宜选用笼式电动机；如果要求起动力矩较大，则宜选用绕线式电动机。电动机的结构形式有开放式、防护式、封闭式和防爆式等，应根据工作环境的情况来选择。开放式电动机只能适用于干燥及无灰尘的场所；防护式电动机适用于干燥和灰尘不多且没有腐蚀性气体的场所；封闭式电动机一般适用于灰尘多、潮湿或含有酸性气体的场所；防爆式电动机一般适用于有爆炸性气体的场所。2.额定功率的选择电动机额定功率的选择是由负载所需的功率决定的。额定功率太小，容易产生过载而烧坏电动机；额定功率太大，其效率和功率因数都较低，会增加运行成本。选择连续运行制电动机的额定功率时，先算出生产机械所需的功率，所选电动机的额定功率等于或稍大于生产机械所需的功率即可。

6.4三相异步电动机的选择及安装短时运行制电动机可选用为短时运行制设计的电动机，也可选用为连续运行制设计的电动机，在短时运行时允许过载。3.电压和转速的选择电动机电压等级的选择主要由使用地点的电源电压及电动机的功率大小来决定。电动机的转速尽可能选择与生产机械的转速一致或接近，以简化传动机械。6.4.2三相异步电动机的安装1.电动机的安装原则若安装电动机的场所选择得不好，则不但会使电动机的寿命大大缩短，还会引起故障，损坏周围的设备，甚至危及操作人员的生命安全，因此，必须慎重考虑安装场所。安装电动机应遵循如下原则。（1）有大量尘埃、爆炸性或腐蚀性气体、环境温度在40℃以上以及水中作业等场所，应该选择具有适当防护形式的电动机。（2）一般场所安装电动机，要注意防潮。必要情况下要抬高基础，安装换气扇排潮。

6.4三相异步电动机的选择及安装（3）通风条件良好。环境温度过高会降低电动机的效率，甚至使电动机过热烧毁。（4）灰尘少。灰尘会附着在电动机的绕组上，使电动机绝缘电阻降低、冷却效果恶化。（5）安装地点要便于对电动机进行维护、检查等操作。2.电动机的接地装置施工技术电动机的绝缘层如果损坏，那么运行中机壳就会带电。一旦机壳带电而电动机又没有良好的接地装置，操作人员接触机壳就会发生触电事故。因此，电动机的安装、使用一定要有接地保护。对于电源中性点直接接地的系统，采用保护接零；对于电源中性点不接地的系统，应采用保护接地，电动机密集地区应将中线重复接地。接地装置包括接地体和接地线两部分。接地体通常用钢管或角钢制成。钢管直径多为50mm，角钢采用45mm×45mm，长度为2.5m。接地体应垂直埋入地下，每隔5m打一根，上端离地面的深度不应小于0.5～0.8m，接地体之间用5mm×50mm的扁钢焊接。接地线最好用裸铜线，截面积不小于16mm2，一端固定在机壳上，另一端和接地体焊牢。容量100kW以下的电动机保护接地，其电阻不应大于10Ω。

6.4三相异步电动机的选择及安装下列情况可以省略接地。（1）设备的电压在150V以下。（2）设备置于干燥的木地板上或绝缘性能较好的物体上。（3）金属体和大地之间的电阻在100Ω以下。6.5三相异步电动机的维护

6.5三相异步电动机的维护6.5.1三相异步电动机的日常巡检与维护电动机在运行中应进行巡检和维护,这样才能及时了解电动机的工作状态,及时发现异常现象,将事故消除在萌芽之中。在对电动机的巡检中,应采用看、听、摸、闻、问的方法来了解电动机的运行状态是否正常,通常应巡检如下几点。（1）检查电动机的接地保护是否可靠，检查电动机外壳有无裂纹，检查电动机的地脚螺钉、端盖螺栓是否松动。（2）检查电动机通风和环境的情况。应保持电动机及端罩的干净卫生，保证冷却风扇的正常运行，保证通风口通畅，保证外部环境不影响电动机的正常运行。外部环境温度不宜超过40℃。（3）检查电动机的工作电流是否超过额定电流。（4）监听电动机的噪声有无异常情况。（5）监听电动机轴承有无异常的声响。（6）检查电动机有无过热情况。（7）检查电动机有无异常振动情况。（8）检查电动机是否发出异常的气味。

6.5三相异步电动机的维护（9）检查电动机轴承部位有否挥发油脂气味。（10）向操作者了解电动机运行时有无异常征兆。6.5.2三相异步电动机运行正常的标准三相异步电动机运行正常的基本标准如下。（1）在三相电源平衡时，三相电流中任一