机电一体化毕业论文--浅谈三相异步电动机启动与故障处理方法

1、毕毕 业业 论论 文（设文（设 计）计） 题目：浅谈三相异步电动机启动与故障处理方法 姓名： XXX 班级： XXXX 所属系部：机电与电子工程系 专业：机电一体化 指导教师： XXX 完成日期： 2011 年 11 月 目目录录 摘要 .1 第一章三相异步电动机的组成介绍.2 第一节定子.2 第二节转子.4 第三节三相异步电动机的其它附件.5 第二章异步电机的几种启动方式及原理.5 第一节直接启动.5. 第二节电阻或电抗器降压启动.6 第三节 Y降压启动.6 第四节自耦变压器降压启动.7 第五节延边三角形启动.9 第六节晶闸管软启动器.9 第三章电动机常见故障及解决方法.10 第一节机械故障

2、.10 第二节 .12 参考文献.15 后记.16 2 摘要摘要 随着世界第二次工业革命的兴起,人类社会进入了电气时代。于是人类 进入了一个全新的社会,电气化给人类带来的改变是巨大的,由于电气时代 的不断发展和进步,加快了人类进入现代科技信息时代的步伐,在探索和研 究人类社会起着重大的作用。电机的发明,正是推动人类社会进步的一个关 键。 电动机（Motors）是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈 在磁场中受力转动的现象制成，电动机按使用电源不同分为直流电动机和 交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或 者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步） 。

3、电动机主 要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁 感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用， 使电动机转动。 电机的使用发展到今天,可以说是遍布世界各地。如果没有电机的发明 和使用,世界肯定会落后几十年甚至上百年。因此可以说,电器时代的来临, 让人类社会的发展走向了一个崭新的时代。看看当今的世界,大到上百吨的 工业军事机器,小到手机的振动器,都与电机的使用密不可分。那么,这么使 用密集的电气化产品,在使用过程中三相异步电动机有那些启动方式？当 中会发生什么样的故障呢?本文从电机的启动故障说起,简要分析形成故障 的原因,并提出正确的解决方法。 关键

4、词：电动机 启动方式 故障 解决方法 3 第一章、三相异步电动机的组成介绍第一章、三相异步电动机的组成介绍 三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速， 转子绕组因与磁场间 存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩， 实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并 可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线 式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜， 得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转 子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调 节变阻器电阻可以改善电动机的

5、起动性能和调节电动机的转速。 下面我们 来了解一下三相异步电动机的组成结构。 第一节、定子第一节、定子. . 1 1、定子铁心、定子铁心 （1）作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。 （2）构造：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。 定子铁心槽型有以下几种 （1）半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘 都较困难。一般用于小型低压电机中。 （2）半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。 所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。 4 （3）开口型槽：用以嵌放

6、成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电 机中。 2 2、定子绕组、定子绕组 （1）作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。 （2）构造：由三个在空间互隔 120电角度、队称排列的结构完全相 同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。 （3）定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分 与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。 对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。 相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。 匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。 电动机接线盒内的接线：电动机接线盒内都有一块接线板， 三相绕组的 六个线头排成上下两排，并规定上

7、排三个接线桩自左至右排列的编号为1 （U1）、2（V1）、3（W1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为 6（W2）、 4（U2）、5（V2），.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维 修时均应按这个序号排列。 3 3、机座作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热、机座作用：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。等作用。 构造：机座通常为铸铁件，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 5 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。 第二节、转子第

8、二节、转子 1 1、三相异步电动机的转子铁心：、三相异步电动机的转子铁心： 作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。 构造：所用材料与定子一样，由 0.5 毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成， 硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落 后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压 装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径300400 毫米以上）的转子 铁心则借助与转子支架压在转轴上。 2 2、三相异步电动机的转子绕组、三相异步电动机的转子绕组 作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使 电动机旋转。 构造：分为鼠笼式转子和

9、绕线式转子。 （1）鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的 端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。 小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW 以上的电动机采用铜条和 铜端环焊接而成。 （2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三 相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电 6 刷与外电路联接。 特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但 通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步 电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的 设备，如吊车、电

10、梯、空气压缩机等上面采用。 第三节、三相异步电动机的其它附件第三节、三相异步电动机的其它附件 （1） 、端盖：支撑作用。 （2） 、轴承：连接转动部分与不动部分。 （3） 、轴承端盖：保护轴承。 （4） 、风扇：冷却电动机。 第二章、异步电机的几种启动方式及原理：第二章、异步电机的几种启动方式及原理： 第一节、直接启动（见附图一）第一节、直接启动（见附图一） 所谓直接启动，就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接 接入电源，再额定下启动，如图示。由于直接启动的启动电流很大，因此， 在什么情况下才允许采用直接启动，主要取决于电动机的果农功率与供电 变压器的容量之比值。 直接启动因无需附加设

11、备，且操作和控制简单、可靠、所以，在条件允 许的情况下应尽量采用，考虑到目前在大中型厂矿企业中，变压器的容量 已经足够大，因此，绝大数中，小型鼠笼式异步电动机都采用直接启动。 7 第二节、电阻或电抗器降压启动（第二节、电阻或电抗器降压启动（见附图二）见附图二） 异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压启动原理接线图如图示。 启动时，接触器 1KM 断开，KM 闭合，将启动电阻 Rst 串入定子电路，启动 电流减小；待转速上升到一定程度后再将1KM 闭合，RST 被 短接时，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。 这种启动方法的缺点是： （1）启动转距随定子电压的平方关系下降，故它只适用于空载或轻载

12、启动的场合。 （2）不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，不适用于经常启 动的电动机，若采用电抗器代替电阻器所需设备较贵，且体积大。 第三节、第三节、Y Y降压启动（见附图三）降压启动（见附图三） Y-降压启动适用于正常工作时定子绕组作三角形连接的电动机。由 于方法简便且经济，所以使用较普遍，但启动转矩只有全压启动的三分之 一，故只适用于空载或轻载启动。 Y-启动器有 OX3-13、Qx330、 、Qx355、QX3125 型等。OX3 后的 数字系指额定电压为 380V 时，启动器可控制电动机的最大功率值(以 kW 计)。 合上电源开关 Qs 后，按下启动按钮 SB2，接触器 KM 和

13、KMl 线圈同时获 电吸合，KM 和 KMl 主触头闭合，电动机接成 Y 降压启动，与此同时，时间 继电器 KT 的线圈同时获电，IT 动断(常闭)触头延时断开，KMl 线圈断电 8 释放，KT 动合(常开)触头延时闭合，KM2 线圈获电吸合，电动机定子绕组Y 自动换接成，时间继电器KT 的触头延时动作时间，由电动机的容量及启 动时间的快慢等决定。 第四节、自耦变压器降压启动（见第四节、自耦变压器降压启动（见附附图四）图四） 此图为交流电动机自耦降压启动自动切换控制电路，自动切换靠时间 继电器完成，用时间继电器切换能可靠地完成由启动到运行的转换过程， 不会造成启动时间的长短不一的情况，也不会因

14、启动时间长造成烧毁自耦 变压器事故。 控制过程如下： （1）合上空气开关 QF 接通三相电源。 （2）按启动按钮SB2 交流接触器 KM1 线圈通电吸合并自锁，其主触头 闭合，将自耦变压器线圈接成星形，与此同时由于KM1 辅助常开触点闭合， 使得接触器 KM2 线圈通电吸合， KM2 的主触头闭合由自耦变压器的低压抽头 （例如 65）将三相电压的 65接入电动。 （3）KM1 辅助常开触点闭合，使时间继电器 KT 线圈通电，并按已整定 好的时间开始计时，当时间到达后，KT 的延时常开触点闭合，使中间继电 器 KA 线圈通电吸合并自锁。 （4）由于KA 线圈通电，其常闭触点断开使KM1 线圈断电

15、，KM1 常开触 点全部释放，主触头断开，使自耦变压器线圈封星端打开；同时 KM2 线圈 断电，其主触头断开，切断自耦变压器电源。KA 的常闭触点闭合，通过 KM1 9 已经复位的常闭触点， 使 KM3 线圈得电吸合，KM3 主触头接通电动机在全压 下运行。 （5）KM1 的常开触点断开也使时间继电器 KT 线圈断电，其延时闭合触 点释放，也保证了在电动机启动任务完成后，使时间继电器KT 可处于断电 状态。 （6）欲停车时，可按SB1 则控制回路全部断电，电动机切除电源而停 转。 （7）电动机的过载保护由热继电器 FR 完成。 自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电 动机

16、定子绕组上的启动电压。待电动机启动后，再使电动机与自耦变压器 脱离，从而在全压下正常运动。 接线：自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不 同电压比的分接头供选择。自耦变压器副边有23 组抽头，如二次电压分 别为原边电压的 80%、60%、40%。自耦变压器降压启动，比起定子串接电 抗器启动， 当限定的起动电流相同时， 启动转矩损失的较少;比起 Y-起动， 有几种抽头供选用比较灵活。但是自耦变压器体积大，价格高，也不能拖 动重负载起动。 第五节、延边三角形启动（见附图五）第五节、延边三角形启动（见附图五） 按下启动按钮 ST，1KM 线圈获电动作并自保。与此同时，3KM、时间继

17、电器 KT 线圈获电，电动机绕组接成延边三角形降压启动。 Kt 的整定时间到 10 达之后，延时断开的常闭触点断开，使3KM 线圈失电释放，其常辅助闭触 点闭合。同时，KT 的延时闭合常开触点闭合，2KM 线圈获电吸合并自锁。 3KM 主触头释放，2KM 主触头闭合，电动机绕组由延边三角形转换为三角形 接法，启动结束，运转开始。该电路适用于要求启动转矩较大的场合。 采用延边三角形起动鼠笼式异步电动机，除了简单的绕组接线切换装 置之外，不需要其他专用起动设备。但是，电动机的定子绕组不但为接， 有抽头，而且需要专门设计，制成后抽头又不能随意变动。 第六节、晶闸管软启动器第六节、晶闸管软启动器 软启

18、动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机 定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机 时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通， 电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避 免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动 用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电 压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率， 又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软 启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的 转矩冲击。 第

19、三章、电动机常见故障及解决方法第三章、电动机常见故障及解决方法 三相异步电动机是机械工业生产中最常见的电气设备，其作用是把电 能转换为机械能。具有机械效率高，结构简单，起步方便，起动转矩大， 11 噪声低，振动小，体积小，工作可靠，坚固耐用，便于维护和检修的特点。 为了保证异步电动机的安全运行，电气工作人员必须掌握有关三相异步电 动机的安全运行的基本知识，了解对异步电动机的安全评估，做到尽可能 地及时发现和消除电动机的事故隐患，保证电动机安全运行。电动机在运 行中由于种种原因，会出现故障，故障分机械与电气两方面。 第一节、机械故障第一节、机械故障 机械方面常见的故障有定、转子铁芯故障,轴承过热

20、、损坏等故障 （1）故障现象 ：机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热，致使电 动机无法正常运行。 （2）产生原因 ：绕组受潮使绝缘电阻下降；电动机长期过载运行； 有害气体腐蚀；属异物侵入绕组内部损坏绝缘；重绕定子绕组时绝缘损坏 碰铁心；绕组端部碰端盖机座；定、转子磨擦引起绝缘灼伤；引出线绝缘 损坏与壳体相碰；过电压（如雷击）使绝缘击穿。 （3）检查方法： 观察法：通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕 迹，如有就是接地点。 万用表检查法：用万用表低阻档检查，读书很小，则为接地。 兆欧表法：根据不同的等级选用不同的兆欧表测量每组电阻的绝缘电 阻，若读数为零，则表示该项绕组接地，但对

21、电机绝缘受潮或因事故而击 穿，需依据经验判定，一般说来指针在“0”处摇摆不定时，可认为其具有 一定的电阻值。 12 试灯法：如果试灯亮，说明绕组接地，若发现某处伴有火花或冒烟， 则该处为绕组接地故障点。若灯微亮则绝缘有接地击穿。若灯不亮，但测 试棒接地时也出现火花，说明绕组尚未击穿，只是严重受潮。也可用硬木 在外壳的止口边缘轻敲，敲到某一处等一灭一亮时，说明电流时通时断， 则该处就是接地点。 电流穿烧法：用一台调压变压器，接上电源后，接地点很快发热，绝 缘物冒烟处即为接地点。应特别注意小型电机不得超过额定电流的两倍， 时间不超过半分钟； 大电机为额定电流的 20%-50%或逐步增大电流， 到接

22、地 点刚冒烟时立即断电。 分组淘汰法：对于接地点在铁芯心里面且烧灼比较厉害，烧损的铜线 与铁芯熔在一起。采用的方法是把接地的一相绕组分成两半，依此类推， 最后找出接地点。 此外，还有高压试验法、磁针探索法、工频振动法等，此处不一一介 绍。 第二节、电气故障第二节、电气故障 1、电源接通后，电动机不能起动，但有嗡嗡声 。 可能原因：（1）电源没有全部接通或缺相起动；（2）电动机过载； （3）被拖动机械卡住；（4）绕线式电动机转子回路开路或断线；（5）定 子内部首端位置接错，或有断线、短路。 处理方法：（1）检查电源线、电动机引出线、熔断器、空开、接触器 的各对触点，找出断路位置，予以排除； （2

23、）卸载后空载或半载起动； （3） 13 检查被拖动机械，排除故障；（4）检查电刷，滑环和起动电阻各个接触器 的接合情况;（5）重新判定三相的首尾端，并检查三相绕组是否有断线和 短路。 2、电动机起动困难，加额定负载后，转速较低。 可能原因：（1）电源电压较低；（2）原为三角形接法误接成星形接 法；（3）鼠笼型转子的笼条端脱焊，松动或断裂。 处理方法：（1）提高电压；（2）检查铭牌接线方法，改正定子绕组 接线方式；（3）进行检查后并对症处理。 3、电动机起动后发热超过温升标准或冒烟 可能原因：（1）电源电压过低，电动机在额定负载下造成温升过高； （2）电动机通风不良或环境湿度过高； （3）电动机

24、过载或缺相运行； （4） 电动机起动频繁或正反转次数过多；（5）定子和转子相摩擦。 处理方法：（1）测量空载和负载电压；（2）检查电动机风扇及清理 通风道，加强通风降低环温；（3）用钳型电流表检查各相电流后，对症处 理；（4）减少电动机正反转次数，或更换适应于频繁起动及正反转的电动 机；（5）检查后对症处理。 4、绝缘电阻低 可能原因：（1）绕组受潮或淋水滴入电动机内部；（2）绕组上有粉 尘，油圬；（3）定子绕组绝缘老化。 处理方法：（1）将定子，转子绕组加热烘干处理；（2）用汽油擦洗 绕组端部烘干；（3）检查并恢复引出线绝缘或更换接线盒绝缘线板；（4） 一般情况下需要更换全部绕组。 14 5

25、、电动机外壳带电： 可能原因：（1）电动机引出线的绝缘或接线盒绝缘线板；（2）绕组 端部碰机壳；（3）电动机外壳没有可靠接地。 处理方法：（1）恢复电动机引出线的绝缘或更换接线盒绝缘板；（2） 如卸下端盖后接地现象即消失，可在绕组端部加绝缘后再装端盖；（3）按 接地要求将电动机外壳进行可靠接地。 6、电动机运行时声音不正常 可能原因：（1）定子绕组连接错误，局部短路或接地，造成三相电流不平 衡而引起噪音；（2）轴承内部有异物或严重缺润滑油。 处理方法：（1）分别检查，对症下药；（2）清洗轴承后更换新润滑 油，一般加到轴承室的 1/2-2/3。 7、电动机振动 可能原因：（1）电动机安装基础不平； （2）电动机转子不平衡； （3） 皮带轮或联轴器不平衡；（4）电动机轴弯曲或皮带轮偏心；（5）电动机 风扇不平衡。 处理方法：（1）将电动机底座