三相异步电动机

实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。

1． 电动机的基本类型和结构

异步电机定子相数有单相、三相两类。三相异步电动机转子结构有笼型和线绕式两种，单相异步电机转子都是笼型。异步电机主要由固定不动的定子和旋转的转子两部分组成，定、转子之间有气隙，在定子两端有端盖支撑转子。其结构如图4－35所示。

异步电机的定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分构成。定子铁芯的作用是作为电机磁路的一部分和嵌放定子绕组。为了减少交变磁场在铁芯中引起的损耗，铁芯一般采用导磁性能良好、损耗小的硅钢片叠成，并固定在机座中。为了嵌放定子绕组，在定子充片中均匀的冲制若干个形状相同的槽。定子绕组是电机的电路，其作用是感应电动势、流过电流，一般由绝缘导线绕制而成，三相异步电动机具有三相对称的定子绕组，称为三相绕组。机座的作用主要是固定和支撑定子铁芯，因此要求有足够的机械强度。

图4－35 三相异步电动机的结构

1—接线盒; 2—定子铁芯; 3—定子绕组; 4—转轴;

5—转子; 6—风扇; 7—罩壳; 8—轴承;

9—机座; 10—端盖; 11—轴承盖

异步电机的转子由转子铁芯、转子绕组和转轴构成。转子铁芯是电机磁路的一部分，一般由硅钢片冲制后叠压而成，并固定在机座中。转轴起支撑转子铁芯和输出机械转矩的作用，转子绕组的作用是感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。其结构形式有笼型和线绕式两种。笼型电动机的转子绕组是由嵌放在转子铁芯槽内的导电条组成的。鼠笼型转子及绕组结构如图4－36所示。绕线型电动机的转子绕组为三相绕组，各相绕组的一端连在一起(星形连接)，另一端接到三个彼此绝缘的滑环上。

图4－36 笼型转子结构图

1—转子铁芯; 2—风叶; 3—铸铝条

异步电机定、转子之间气隙很小，对于中小型异步电机来说，气隙一般为0．2～1．5mm。气隙大小对异步电机的性能影响很大。为了降低电机的空载电流和提高电机的功率，气隙应尽可能小，但气隙太小又可能造成定、转子在运行中发生摩擦，因此异步电动机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。

2． 电动机的工作原理

三相异步电动机的工作原理是建立在电磁感应定律和电磁力定律等基础上的，其工作原理图如图4－37所示。当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度)，通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路)，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同，旋转磁场示意图如图4－38所示。

图4－37 三相异步电机工作原理图

图4－38 旋转磁场示意图

3． 电动机铭牌

在生产过程中要使用好三相异步电机，首先必须了解它的铭牌。每台电动机的外壳上都有一块铭牌，上面注明了这一台电动机的基本性能数据，以便按照这些额定数据正确使用，如图4－39所示。

铭牌上的各项内容含义如下:

(1)型号: 是电机类型、规格的代号。Y160M－4中，“Y”表示笼式异步电动机(YR为线绕式异步电动机，YB为防爆型异步电动机，YQ为高启动转矩异步电动机)，160为机座中心高度， M表示中机座(L为长机座，S为短机座)，4表示磁极数。

(2)额定功率: 在额定运行情况下，电动机轴上输出的机械功率。

(3)额定电流: 电动机在额定电压和额定输出功率时，定子绕组的线电流。

图4－39 三相异步电动机铭牌示意图

(4)功率因素: 电动机是电感性负载，定子相电流比相电压滞后一个角，cos就是异步电动机的功率因数。

(5)额定电压: 电动机额定运行时，外加于定子绕组上的线电压。

(6)LW值: LW值指电动机的总噪声等级。LW值越小表示电动机运行的噪声越低，噪声单位为d B。

(7)额定转速: 电动机在额定电压、额定频率和额定功率输出时，转子的转速。

(8)接法: 三相异步电动机定子绕组的连接方式，电动机应接成三角形。

(9)防护等级: 指外壳防护型式的分级，以IP44为例，IP表示外壳防护负荷，第一个4表示对固体的防护等级，第2个4表示对液体的防护等级。固体防护等级有7个等级，用0～6分别表示; 液体防护等级有9个等级，用0～8分别表示。

(10)额定频率: 电动机在额定运行状态下，定子绕组所接电源的频率，我们规定的额定频率为50Hz。

(11)工作方式: 电动机的运行方式。一般分为连续(S1)、短时(S2)和断续(S3)。

(12)绝缘等级: 是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。绝缘等级是指电机绕组采用的绝缘材料的耐热等级。按其耐热性分为A、E、B、F、H五种等级。每一绝缘等级的绝缘材料都有相应的极限工作允许温度，电动机运行绕组绝缘最热点的温度不得超过此温度。其技术数据见表4－2。

表4－2 电动机的绝缘等级参数

4． 选用原则

(1)根据电动机所驱动的机械设备负载的特性和生产工艺，合理选用电动机的类型，如对电动机的启动性能、制动方式、正反转、调速等具体要求。

(2)根据机械设备所需的功率要求合理选择电动机的额定功率，一般电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率，以大于10%为宜。

(3)根据机械设备的工作性质合理选用电动机的工作制式，如断续工作制式、连续工作制式、短时工作制式等。

(4)根据机械设备的转矩、转速综合要求来合理选择电动机的极数。

(5)根据使用场所合理选用电动机的防护结构形式。

(6)根据使用单位的电网电压确定电动机的电压等级。

5． 调试与检修

三相异步电动机的调试与检测包括电动机运行前及运行中的检测工作。主要包括电动机绝缘电阻测定、检查电动机的启动、保护设备是否合乎要求、电动机的安装情况、电动机温升等。

(1)电动机绝缘电阻测定。

测定内容应包括三相相间绝缘电阻和三相绕组对地绝缘电阻。对于额定电压在380V以下的电机，冷态下测得绝缘电阻大于1MΩ为合格，最低限度不能低于0．5MΩ。如果绝缘电阻偏低，应烘干后再测。

(2)检查电动机的启动、保护设备是否合乎要求。

检查内容包括启动、保护设备的规格是否与电机配套、接线是否正确、所配熔体规格是否恰当、熔断器安装是否牢固、这些设备和电机外壳是否妥善接地。

(3)检查电动机的安装情况。

查看电动机端盖螺栓、地脚螺栓、与联轴器连接的螺钉和销子是否牢固; 皮带连接是否牢固; 松紧度是否适合，联轴器或皮带轮中心线是否校准; 机组的转动是否灵活，有无非正常的摩擦、卡塞、异响等。

(4)观察电动机电源电压。

运行中的电动机对电源电压稳定度要求较高，电源电压允许值不得高于额定电压10%，不低于5%。否则应减轻负载，有条件时要对电源电压进行调整。

(5)观察电动机工作电流。

只有在额定负载下运行时，电动机的线电流才接近于铭牌上的额定值，这时电动机工作状态最好，效率最高。

(6)检查电动机温升。

温升是否正常，是判断电动机运行是否正常的重要依据之一。电动机的温升不得超过铭牌额定值。在实际应用中，如果电动机电流过大、三相电压和电流不平衡、电动机出现机械故障等均会导致温升过高，影响其使用寿命。

(7)观察有无故障现象。

对运行中的电动机，应随时检查紧固件是否松动、松脱，有无异常振动、异响，有无温升过高、冒烟，若有，应立即停车检查。

在进行以上各项修理、检查后，对电动机进行装配、安装，调整各部间隙，按规定进行检查和试车。三相异步电动机的故障现象分析与处理方法见表4－3。

表4－3 三相异步电动机故障分析与处理