電機學培訓資料（三相鼠籠型異步電動機）.pptVIP

三相鼠籠型異步電動機 全有文檔 授課大綱 概述 一 三相鼠籠型異步電動機的基本構造 1 1三相鼠籠式異步電動機的主要結構 下圖是一臺三相鼠籠式異步電動機的結構圖 它主要由定子和轉子兩大部分組成 定轉子中間是空氣隙 此外 還有端蓋 軸承 機座 風扇 風罩等部件 具體結構可見拆分圖 1 1 1鼠籠型異步電動機主要部件拆分圖 一 定子部分 定子鐵心 定子繞組 機座 1 定子鐵心 導磁部分 定子鐵心是電機磁路的一部分 并起固定定子繞組的作用 為了增強導磁能力和減小鐵耗 定子鐵心常選用0 5mm或0 35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成 片間涂上絕緣漆 定子鐵心內圓均勻沖出許多形狀相同的槽 用以嵌放定子繞組 2 定子繞組 放在定子鐵心內圓槽內 導電部分 定子繞組是異步電動機的電路部分 其材料主要采用紫銅 小型異步電動機常采用三相單層繞組 大中型異步電動機常采用三相雙層短矩疊繞組形式 三相繞組的六個出線端子均接在機座側面的接線板上 可根據需要將三相繞組接成Y形或 形 3 機座 支撐部分 機座是電動機的外殼 支撐電機各部件 并通過機座的底腳將電機安裝固定 全封閉式電機的定子鐵心緊貼機座內壁 故機座外殼上的散熱筋是電機的主要散熱面 中小型電機采用鑄鐵機座 大型電機一般采用鋼板焊接機座 二 轉子部分 包括轉子鐵心 轉子繞組 1 轉子鐵心轉子鐵心也是電機磁路的組成部分 并用來固定轉子繞組 鐵心材料也用0 5mm或0 35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成 故通常用沖制定子鐵芯沖片剩余下來的內圓部分制作 轉子鐵芯固定在轉軸上 其外圓上開有槽 用來嵌放轉子繞組 2 轉子繞組根據轉子繞組的結構型式可分為 1 鼠籠式轉子 轉子鐵心的每個槽內插入一根裸導條 形成一個多相對稱短路繞組 2 繞線式轉子 轉子繞組為三相對稱繞組 嵌放在轉子鐵心槽內 異步電動機的氣隙是均勻的 大小為機械條件所能允許達到的最小值 三 氣隙 二 三相異步電動機的基本工作原理 2 1工作原理 對稱三相繞組通入對稱三相電流 旋轉磁場 磁場能量 磁場切割轉子繞組 轉子繞組中產生e和i 轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用 轉子旋轉起來 機械負載旋轉起來 三相交流電能 輸出機械能量 2 2轉動原理 1 電生磁 三相對稱繞組通往三相對稱電流產生圓形旋轉磁場 2 磁生電 旋轉磁場切割轉子導體感應電動勢和電流 3 電磁力 轉子載流 有功分量電流 體在磁場作用下受電磁力作用 形成電磁轉矩 驅動電動機旋轉 將電能轉化為機械能 規(guī)定 i 首端流入 尾端流出 i 尾端流入 首端流出 三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時 將在電機氣隙空間產生旋轉磁場 合成磁場旋轉90 o 三相電流合成磁場的分布情況 合成磁場旋轉60 合成磁場方向向下 分析可知 三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場 即 一個電流周期 旋轉磁場在空間轉過360 2 2三相異步電動機的極數與轉速 2 2 1三相異步電動機的極數 三相異步電動機定子產生旋轉磁場的磁極個數 稱為極數 對于每相只有一個線圈的電動機 繞組始端之間相差120 的空間角 則產生的旋轉磁場只有一對磁極 磁極對數用p表示 則p 1 若每相定子繞組由兩個線圈串聯組成 如圖所示 則繞組始端之間相差60 空間角 因而旋轉磁場具有兩對磁極 p 2 磁場位置 t 0 二 三相異步電動機的轉速 電動機的轉速是與旋轉磁場有關的 而磁場極數不同則磁場的轉速就不同 在一對磁極的情況下 交流電經歷一個周期磁場恰好在空間轉過一圈 若定子電流的頻率為f1 旋轉磁場在每分鐘將轉過60f1周 磁極對數為p時 磁場的轉速為 而轉子的實際轉速將小于磁場的轉速 即n n1 若二者相等 轉子就沒有切割磁力線作用 轉矩也就消失了 因此轉子不可能以n1的轉速正常運行 在我國 f1 50Hz 磁極對數為p的磁場轉速n1為 可見 旋轉磁場轉速n1與頻率f1和極對數p有關 2 2 1轉差率 2 2異步電機的運行狀態(tài) 由前面分析可知 電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致 但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等 即 如果 因此 轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差異 負載越大 轉速越低 轉差率越大 反之 轉差率越小 轉差率的大小能夠反映電機的轉速大小或負載大小 電機的轉速為 額定運行時 轉差率一般在0 01 0 06之間 即電機轉速接近同步轉速 同步轉速與轉子轉速之差與同步轉速的比值稱為轉差率 用s表示 即 轉差率是異步電機的一個基本物理量 它反映電機的各種運行情況 轉子未轉動時 n 0 s 1 電機理想空載時 作為電動機 轉速在范圍內變化 轉差率在0 1范圍內變化 練習 2 2 2三相異步電動機的運行狀態(tài) 按照轉差率的正負和大小 感應電機有電動機 發(fā)電機和電磁制動三種運行狀態(tài) 如下圖所示 見圖 2 2 3異步電動機的銘牌數據 2 2 3 1異步電動機的型號及意義 2 2 3 2異步電動機的額定值 此外 銘牌上還標明了絕緣等級與溫升 工作制 接線方式等 以上額定值之間的關系可用如下公式表示 練習 異步電機的額定值包括以下內容 額定功率因數定子加額定負載時 定子邊的功率因數 額定功率額定運行時 軸端輸出的機械功率 單位kW 額定電壓額定運行時 定子繞組上的線電壓 單位V 額定電流電壓 功率為額定值時 定子繞組的線電流 單位A 額定頻率定子電源頻率 我國工業(yè)用電的頻率是50Hz 單位Hz 額定轉速額定運行時 轉子的轉速 單位r min 定子三相繞組的聯接方法 通常 2 2 3 3異步電動機的接線方法 三 三相異步電動機的功率和轉矩 三相異步電動機的機電能量轉換過程為 由定子繞組輸入電功率 扣除定子銅耗和鐵心損耗以后 為電磁功率 然后經由氣隙送給轉子 扣除轉子銅耗損耗以后 通過轉子軸上輸出總機械功率 3 1功率轉換過程 規(guī)定 U1 定子相電壓 I1 定子相電流 定子功率因數角 轉子功率因數角 1 從定子繞組輸入電動機的功率 異步電動機的功率有如下關系式 4 從定子通過氣隙傳送到轉子的電磁功率 5 轉子電阻上發(fā)生了轉子銅耗 注 由于正常運行時電機轉差率很小 轉子中磁通的變化頻率僅為1 3HZ 所以轉子的鐵耗可以略去不計 2 消耗在定子電阻上的定子銅耗 3 消耗在定子鐵心中的鐵耗 6 余下的是使轉子旋轉的總機械功率 即轉換功率 即 用電磁功率表示時 在異步電動機中 轉換功率和電磁功率是不同的 傳遞到轉子的電磁功率中 s部分變成為轉子銅耗 1 s 部分轉換為機械功率 由于轉子銅耗等于 所以它又稱為轉差功率 除了上述各部分損耗外 還要產生一些附加損耗 又稱雜散損耗 在小型籠型鑄鋁轉子異步電動機中 滿載時雜散損耗可達輸出功率的1 3 而防爆異步電動機在設計標準中規(guī)定 可取為輸出功率的0 5 從中再扣除轉子的機械損耗和雜散損耗 才是轉子軸上真正輸出的機械功率 即 兩個重要關系式 可見 從氣隙傳遞到轉子的電磁功率分為兩部分 一小部分變?yōu)檗D子銅損耗 絕大部分轉變?yōu)榭倷C械功率 轉差率越大 轉子銅損耗就越多 電機效率越低 因此正常運行時電機的轉差率均很小 我們可得如下功率方程 其中 異步電機的功率和能量轉換關系 功率關系 能量轉換關系 功率平衡方程 3 2轉矩方程和電磁轉矩 式中 為電磁轉矩 為與機械損耗和雜散損耗所對應的阻力轉矩 若忽略雜散損耗 它就是空載轉矩 為電動機的輸出轉矩 把轉子的輸出功率方程除以機械角速度 可得轉子的轉矩方程 如下 其中 由此 可得出通用的轉矩公式 由于機械功率 轉子的機械角速度 所以電磁轉矩亦可以寫成 上式表明 電磁轉矩既可通過機械功率 亦可通過電磁功率算出 用機械功率去求電磁轉矩時 應除以轉子的機械角速度 而用電磁功率去求電磁轉矩時 則應除以同步角速度 因為電磁功率是通過氣隙旋轉磁場傳送到轉子的功率 而旋轉磁場的轉速是同步轉速 三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓 頻率和參數固定的條件下 電動機電磁轉矩T與轉速n 或轉差率s 之間的函數關系 四 三相異步電動機的機械特性 轉矩特性 轉矩 轉差率特性 異步機的T與s之間的關系T f s 機械特性 轉速 轉矩特性 異步機的n與T之間的關系n f T 機械特性包括 固有特性曲線 人為特性曲線 當同步轉速n1為正時 機械特征曲線跨第一 二 四象限 在第一象限時 0n1 s1 n為負值 T為正值 電機處于電磁制動運行狀態(tài) 4 1固有機械特性 三相異步電動機的機械特性 在定子電壓 頻率均為額定值 定 轉子回路不串入任何電路元件時的機械特性稱為固有機械特征 固有機械特性曲線 由此得電磁轉矩公式 因為有 由公式可知 1 T與定子每相繞組電壓成正比 U1 T 2 當電源電壓U1一定時 T是s的函數 3 R2的大小對T有影響 繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2 從而改變轉矩 轉矩特性曲線機械特性曲線其中 TN代表額定狀態(tài) TM代表臨界狀態(tài) Tst代表起動狀態(tài) 固有特性曲線 幾個特殊點 1 起動點A 2 最大轉矩點B 3 額定運行點C 4 同步運行點D 4 1 1額定狀態(tài) 在額定UN下 以額定轉速nN運行 輸出額定功率PN時 電動機轉軸上輸出的轉矩為 額定狀態(tài)說明了電動機長期運行能力 TN額定狀態(tài) TM臨界狀態(tài) Tst起動狀態(tài)代表三個重要的工作狀態(tài) Y系列 2 2 2YBF2系列 1 9 2 4 4 1 2臨界狀態(tài) 臨界轉差率sM 最大轉矩TM 過載倍數 電動機帶動最大負載的能力 轉軸上機械負載轉矩T2不能大于TM 否則將造成堵轉 停車 4 1 3起動狀態(tài) Tst體現了電動機直接起動的能力 若Tst T2 電機能起動 否則將起動不了 Y系列 Ks 1 6 2 2Kc 5 5 7 0 起動轉矩倍數 起動電流倍數 起動時n 0時 s 1 4 1 4電動機的運行分析 電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整 這種能力稱為自適應負載能力 此過程中 n s E2 I2 I1 電源提供的功率自動增加 T2 s T T2 n T 達到新的平衡 4 2人為機械特性 4 2 1降低定子電壓時的人為特性 UN 0 9UN T U12 人為機械特性是指人為改變電源參數或電動機參數而得到的機械特性 下降后 和均下降 但不變 和減少 如果電機在定額負載下運行 U1下降后 n下降 s增大 轉子電流因E2s sE2增大而增大 導致電機過載 長期欠壓過載運行將使電機過熱 減少使用壽命 4 2 2增加轉子電阻時的人為特性 轉子串聯合適的電阻 可使TS TM R2 R2 R Tst T 轉子電阻增加時的人為機械特性 4 3機械特性的軟硬 硬特性 負載變化時 轉速變化不大 運行特性好 軟特性 負載增加時 轉速下降較快 起動特性好 硬特性 軟特性 不同場合應選用不同的電機 如金屬切削 選硬特性電機 重載起動則選軟特性電機 五 三相鼠籠型異步電動機的起動 5 1起動性能 特性 起動電流大 Ist KCIN 5 7 IN起動轉矩小 Tst KSTN 1 6 2 2 TN 起動 n 0 s 1 接通電源 影響 1 頻繁起動時造成熱量積累 易使電動機過熱 2 大電流使電網電壓降低 影響其他負載工作 5 2 1直接起動 全壓起動 a 小容量的電動機 二三十千瓦以下 b 電源容量足夠大時 即 起動電流倍數 起動時 運行時 5 2起動方式 a Y 減壓起動 適用于正常運行為 聯結的電動機 5 2 2減壓起動 Y接起動的起動轉矩 Y接起動的起動電流 Y起動與 全壓起動時起動電流和起動轉矩比較 T Up2 Y起動 起動 又因為 Y 減壓起動的特點 1 電源電壓不變 定子繞組接法改變 2 降壓比為 否則不能采用此法 b 自耦變壓器減壓起動 Ul 定子電流 kaIst 線路電流 ka2Ist 起動電流為 起動轉矩為 UN 降壓比為 定子電壓 定子繞組接法不變 改變定子繞組的電壓 降壓比ka可調 0 5 0 65 0 8 Ista Imax 線路中允許的最大電流 Tsta T2 適用于輕載或空載起動 否則不能采用此法 自耦變壓器降壓起動的特點 自耦變壓器降壓起動的使用條件 需要兩者均滿足 ka2Ist Imaxka2Tst T2 選擇ka的方法 1 解 例1 一臺Y225M 4型的三相異步電動機 定子繞組 型聯結 其額定數據為 PN 45kW nN 1480r min UN 380V N 92 3 cos N 0 88 KC 7 0 Ks 1 9 KM 2 2求 1 額定電流IN 2 額定轉差率sN 3 額定轉矩TN 最大轉矩TM和起動轉矩TS 2 由nN 1480r min 可知p 2 四極電動機 3 例2 在上例中如果負載轉矩為510 2N m 試問 1 在U UN和U 0 9UN兩種情況下電動機能否起動 2 采用Y 換接起動時 求起動電流和起動轉矩 3 當負載轉矩為額定轉矩的80 和50 時 電動機能否Y 換接起動 解 1 在U UN時TS 551 8N m 510 2N m 在U 0 9UN時 能起動 不能起動 3 在80 額定負載時 在50 額定負載時 2 Ist KCIN 7 84 2 589 4A 不能起動 能起動 六 三相鼠籠型異步電動機的使用維護 6 1電動機的安裝 6 1 1安裝前的準備6 1 1 1電動機開箱前應檢查包裝是否完整無損 6 1 1 2電動機開箱后應小心清除電動機上的灰塵 6 1 1 3檢查電動機的銘牌 及輔助標牌 是否符合訂貨合同及現場情況要求 6 1 1 4安裝前必須進行下列各項檢查 若不符合要求 則不許投入使用 有防爆標志 Ex 和防爆合格證編號 且應檢查電動機防爆標志是否符合爆炸性氣體環(huán)境的要求 所有緊固螺栓已擰緊 彈簧外殼各部件間聯結妥當 所有隔爆零件無裂紋和影響隔爆性能的缺陷 未使用的新電機可不拆檢 對帶注 排油的電動機潤滑脂注油管暢通 對帶軸承測溫的電動機軸承檢測裝置架設好 特別注意避免風扇端的測溫裝置引接線與風扇相碰 造成事故 6 1 2經長途運輸或長期擱置未用的電動機 在使用前須測量定子繞組與機殼間的絕緣電阻 應不低于3 UN 1000M 否則電動機必須進行干燥處理 直到絕緣電阻達到規(guī)定值為止 且需符合電動機說明書規(guī)定的要求 6 1 3電動機安裝時應注意 電動機軸中心線與通風機筒圈 的中心線必須一致 否則會出現風機風葉與筒圈發(fā)生摩擦現象 造成葉片斷裂 軸承損壞和軸的斷裂等質量事故 特別注意保護電機的底腳平面 底腳平面不要有磕碰 6 1 4檢查軸承的潤滑狀態(tài) 若原來的潤滑脂已變質干涸或弄臟 必須用汽油或煤油將軸承洗凈 再按要求加入清潔的潤滑脂 6 1 5檢查電動機的緊固螺栓是否緊固牢 外殼是否可靠接地或接零等 6 1 6檢查電動機保護裝置是否符合要求 安裝是否可靠 6 1 7檢查起動設備接線是否正確 起動裝置是否靈活 觸頭接觸是否良好 起動設備金屬外殼是否可靠接地或接零等 6 1 8檢查三相電源電壓是否正常 電壓是否過高 過低或三相電壓不對稱 6 1 9電動機與電源連接應注意事項 根據電動機電流大小 使用條件 正確選擇供電電纜 進入接線盒中與密封圈配合電纜直徑要與密封圈的孔徑相符 密封圈內徑切有多少個同心圓 要根據電纜直徑選取一個密封圈的內徑 保證壓上接線嘴后使密封圈與電纜間以及密封圈與接線盒間無間隙 對于有多個進線口的接線盒 如果只需用其中一個或幾個進線時 另外不用的接線口必須用密封圈堵死 而密封圈內徑不得剝開 在其外面用鋼板墊片墊好 保證壓上接線嘴后橡皮墊與接線盒間無間隙 接線時 電纜芯線應置于兩個弓型墊圈或壓線板之間 接地芯線應置于接地螺釘的弓型墊圈之間 并應可靠連接 銅芯電纜和電纜內接地芯線的剩余銅絲不應使其四外飛濺 以便保證導體之間及導體對地之間的電氣間隙要求 引入接線盒的電纜線 須用卡板將其固定在接線盒斗上 防止電纜竄動或拔脫 接線完畢后 應檢查盒內有無雜物 灰塵 接法是否符合電源電壓及電動機的銘牌數據的規(guī)定 確定無誤方可緊固接線盒蓋 外接地螺栓應可靠接地 電動機的轉向應符合電動機轉向標牌上的指示規(guī)定 若不符合 應及時調整 電動機接線后 經檢查確認無誤可接通電源進行空載試運行 并觀察電動機有無異?，F象 待空載運行正常后方可投入負載工作 電動機無論在空載或負載運行時 均不應有異常的響聲或振動 6 1 10起動時的注意事項 檢查轉子是否能自由旋轉 有無擦碰現象 檢查定子和軸承測溫裝置及報警系統(tǒng)時候妥善 電動機經以上預防性檢查之后 便可起動或試運轉 電動機合閘后 若電動機不轉 應迅速 果斷地切斷電源 以免燒毀電機 查清原因后 再起動電動機 為了避免電動機在起動過程中過熱 電動機在冷態(tài)下允許連續(xù)起動兩次 兩次起動之間相隔不少于5min 在熱狀態(tài)下 只允許起動一次 如果還需要起動應等待電動機適當冷卻后方可再行起動 6 2電動機運行時的日常維護 6 2 1起動前的檢查1 熟記與電機性能有關的數據 如電機額定轉速 功率 電壓 電流等 2 確認電機能滿足所傳動的工作機械性能要求 如轉速 起動電流 電壓等 3 檢查安裝情況 周圍環(huán)境狀況是否適合 6 2 2起動后的檢查1 檢查電動機的旋轉方向 2 檢查電動機在起動和加速時有無異常聲音和振動 3 檢查起動電流是否正常 電源的電壓降是否過大 4 檢查起動時間是否正常 4 確認進入出線盒的電源線聯結可靠 電機外殼處的接地線接觸良好 5 檢查電源開關 隔離開關 測量儀表 保護裝置 起動柜等 是否處于正常狀態(tài) 6 檢查電機的冷卻系統(tǒng)是否達到了說明書的要求 7 如有必要 應檢查絕緣電阻是否達到規(guī)定要求 8 如有必要應確認電機的旋轉方向 6 2 3運行中的檢查1 電動機的外部緊固件是否有松動 電氣聯結處是否因接觸不良而發(fā)熱變色 2 詳細觀察和記錄各指示儀表的讀數 從中發(fā)現是否有異常現象 3 運行時詳細觀察電機噪聲是否過大 是否有異常噪聲存在 電機是否振動 是否有焦味或絕緣漆的臭味等異味 電機溫度是否過高 5 起動后的負載電流是否正常 應低于銘牌上標記的額定電流 三相電壓電流是否平衡 6 檢查起動裝置在起動過程中是否正常 6 3電動機的小修 大修 6 3 1電動機小修內容1 清擦電動機 清除機殼外部塵垢 測量絕緣電阻 2 檢查和清擦電動機接線端子 檢查接線盒接線螺栓 母 是否松動 擰緊螺母 必要時更換 3 檢查各固定部分螺栓 母 和接地線 檢查接地螺栓 母 檢查端蓋 軸承內外蓋緊固螺栓 檢查接地線連接及安裝情況 4 檢查軸承 拆下軸承蓋 檢查軸承潤滑脂是否變臟 干涸 缺少時須適量補充或清洗軸承重新添加油脂 檢查軸承是否有雜聲 必要時更換 6 3 2電動機大修內容1 電動機大修內容包括了小修內容 2 電動機外部檢查 檢查外部有無損傷 零部件是否齊全 徹底清擦 去掉塵垢 補修損壞部分 5 檢查傳動裝置 檢查電機風扇有無破裂損壞 安裝是否牢固 緊固螺栓 母 是否松動 損傷 磨損和變形 必要時更換 6 檢查鼠籠轉子在槽口外的導體是否有裂紋及端環(huán)焊接狀況 7 檢查所有密封墊條等 必要時進行更換 3 電動機內部清理和檢查 a 檢查定子繞組污染和損傷情況 先清除定子的灰塵 污垢 若定子繞組積留油垢 先用干布擦去 再用干布沾少量汽油擦凈 同時仔