第6章交流電動(dòng)機(jī)

第6章交流電動(dòng)機(jī)

6.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

6.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

6.3

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

6.4

三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行

6.5

三相異步電動(dòng)機(jī)的使用

6.6

三相異步電動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)

6.7

單相異步電動(dòng)機(jī)本章小結(jié)

6.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，工作可靠，維修方便。它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，還包括機(jī)殼和端蓋等。如果是封閉式電動(dòng)機(jī)，則還有起冷卻作用的風(fēng)扇及保護(hù)風(fēng)扇的端罩。三相異步電動(dòng)機(jī)的外形如圖6.1(a)所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6.1(b)所示。圖6.1三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖6.1.1定子結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子主要是由定子鐵心、定子繞組、機(jī)座和端蓋等組成。機(jī)座的主要作用是用來支撐電機(jī)各部件，因此應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座和端蓋多采用鑄鐵制造，如果是封閉式電動(dòng)機(jī)，外殼的表面鑄有散熱片，用來散發(fā)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。為了減少渦流和磁滯損耗，定子鐵心一般是用0.5mm厚的D22—D24硅鋼片用成型的模具一片一片沖出的，然后疊壓制成。這些硅鋼片被稱為定子沖片。鐵心的作用是導(dǎo)磁，定子鐵心內(nèi)圓上槽是用來嵌放定子繞組的。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。圖6.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)1.定子鐵心硅鋼對于小容量電動(dòng)機(jī)，由于片間的渦流電壓較小，因此利用硅鋼片本身的氧化層電阻即可減小渦流損耗；對于容量較大的電動(dòng)機(jī)，片間渦流電壓較大，必須在硅鋼片兩面涂以絕緣漆，以減小渦流損耗。硅鋼片一般厚度為1mm，當(dāng)鐵心沖片外徑小于1m時(shí)，沖片可沖成整圓形，如圖6.3（b）所示；當(dāng)沖片外徑大于1m時(shí)，可沖成扇形，如圖6.3(c)所示。定子鐵心疊成后，其內(nèi)圓形成一個(gè)槽形，可以安放定子繞組，定子槽形有半閉口槽、半開口槽和開口槽三種，如圖6.3所示。

圖6.3

定子鐵心硅鋼片2.三相定子繞組的接法定子繞組分布在定子鐵心的槽內(nèi)，小型電動(dòng)機(jī)的定子繞組通常用漆包線繞制，三相繞組在定子內(nèi)圓周空間彼此相隔120°，共有六個(gè)出線端，分別引至電動(dòng)機(jī)接線盒的接線柱上。三相定子繞組可以連接成星形，如圖6.4(a)所示；或三角形，如圖6.4(b)所示。其接法根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓和三相電源電壓而定，通常三個(gè)繞組的首端分別用U1、V1、W1表示，末端分別用U2、V2、W2表示。圖6.4

三相定子繞組的接法6.1.2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子主要是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇等組成。轉(zhuǎn)子鐵心也用0.5mm厚硅鋼片沖成轉(zhuǎn)子沖片疊成圓柱形，壓裝在轉(zhuǎn)軸上。其外圍表面沖有凹槽，用以安放轉(zhuǎn)子繞組。異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子繞組形式不同，可分為繞線式和鼠籠式兩種。繞線式轉(zhuǎn)子的繞組和定子繞組一樣，也是三相繞組，繞組的三個(gè)末端接在一起（Y型），三個(gè)首端分別接在轉(zhuǎn)軸上三個(gè)彼此絕緣的銅制滑環(huán)上，再通過滑環(huán)上的電刷與外電路的變阻器相接，以便調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。繞線式異步電動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)比較，繞線式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，但它具有較好的起動(dòng)和調(diào)速性能，一般用在特殊需要的場合。

1.繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子如圖6.5(a)所示，繞線式轉(zhuǎn)子的等效電路如圖6.5(b)所示。繞線式異步電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)位較高，所以通常用于起動(dòng)性能或調(diào)速要求高的場合。圖6.5

繞線式轉(zhuǎn)子2.鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)插入銅條，兩端再用兩個(gè)銅環(huán)焊接而成的。若把鐵心拿出來，整個(gè)轉(zhuǎn)子繞組外形很像一個(gè)鼠籠，故稱鼠籠式轉(zhuǎn)子。對于中小功率的電機(jī)，目前常用鑄鋁工藝把鼠籠式繞組及冷卻用的風(fēng)扇葉片鑄在一起。鼠籠式銅條轉(zhuǎn)子如圖6.6(a)所示，鼠籠式鑄鋁轉(zhuǎn)子如圖6.6(b)所示。雖然繞線式異步電動(dòng)機(jī)與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)不同，但它們的工作原理是相同的。圖6.6

鼠籠式轉(zhuǎn)子

6.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)是根據(jù)磁場與載流導(dǎo)體相互作用產(chǎn)生電磁力的原理而制成的。要了解其作用原理，必須首先理解旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生及其性質(zhì)。

6.2.1旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

圖6.7(a)為最簡單的三相異步電動(dòng)機(jī)的定子，三相定子繞組對稱放置在定子槽中，即三相繞組首端U1、V1、W1（或末端U2、V2、W2）的空間位置互差120°若三相繞組連接成星形，末端U2、V2、W2相連，首端U1、V1、W1接到三相對稱電源上，如圖6.7(b)所示。

圖6.7

三相定子繞組作星形連接三相電流的波形如圖6.8所示。圖6.8

三相電流的波形

當(dāng)三相電流流入定子繞組時(shí)，各相電流的磁場為交變、脈動(dòng)的磁場，而三相電流的合成磁場則是一旋轉(zhuǎn)磁場。為了說明問題，在圖6.8中選擇幾個(gè)不同瞬間，來分析旋轉(zhuǎn)磁場的形成。(1)t=0瞬間（iU=0；iV為負(fù)值；iW為正值）：此時(shí)，U相繞組（U1U2繞組）內(nèi)沒有電流；V相繞組（V1V2繞組）電流為負(fù)值，說明電流由V2流進(jìn)，由V1流出；而W相繞組（W1W2繞組）電流為正，說明電流由W1流進(jìn)，由W2流出。運(yùn)用右手螺旋定則，可以確定這一瞬間的合成磁場如圖6.9(a)所示，為一對極(兩極)磁場。(2)t=T/6瞬間（iU為正值；iV為負(fù)值；iW=0）：U相繞組電流為正，電流由U1流進(jìn)，由U2流出；V相繞組電流未變；W相繞組內(nèi)沒有電流。合成磁場如圖6.9（b）所示，同t=0瞬間相比，合成磁場沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了60°。(3)t=T/3瞬間（iU為正值；iV=0；iW為負(fù)值）：合成磁場沿順時(shí)針方向又旋轉(zhuǎn)了60°，如圖6.9（c）所示。(4)t=T/2瞬間（iU=0；iV為正值；iW為負(fù)值）與t=0瞬間相比，合成磁場共旋轉(zhuǎn)了180°，如圖6.9（d）所示。

圖6.9

兩極旋轉(zhuǎn)磁場由此可見，隨著定子繞組中三相對稱電流的不斷變化，所產(chǎn)生的合成磁場也在空間不斷地旋轉(zhuǎn)。由上述兩極旋轉(zhuǎn)磁場可以看出，電流變化一周，合成磁場在空間旋轉(zhuǎn)360°（一轉(zhuǎn)），且旋轉(zhuǎn)方向與線圈中電流的相序一致。

四極定子繞組以上分析的是每相繞組只有一個(gè)線圈的情況，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對磁極。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與定子繞組的排列有關(guān)。如果每相定子繞組分別由兩個(gè)線圈串聯(lián)而成，如圖6.10

所示，其中，U相繞組由線圈U1U2和U1′U2′串聯(lián)組成，V相繞組由V1V2和V1′V2′串聯(lián)組成，W相繞組由W1W2和W1′W2′串聯(lián)組成，當(dāng)三相對稱電流通過這些線圈時(shí)，便能產(chǎn)生兩對極旋轉(zhuǎn)磁場（四極）。

圖6.10

四極定子繞組當(dāng)t=0時(shí)，iU=0；iV為負(fù)值；iW為正值。即U相繞組內(nèi)沒有電流；V相繞組電流由V2′流進(jìn)，由V1′流出，再由V2流進(jìn)，由V1流出；W相繞組電流由W1流進(jìn)，由W2流出，再由W1′流進(jìn)，由W2′流出。此時(shí)，三相電流的合成磁場如圖6.11(a)所示。圖6.11(b)、(c)、(d)分別表示當(dāng)t=T/6、t=T/3、t=T/2時(shí)的合成磁場。從圖6.11不難看出，四極旋轉(zhuǎn)磁場在電流變化一周時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)180°。圖6.11

四極旋轉(zhuǎn)磁場2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場具有P對磁極時(shí)，電流變化一周，其旋轉(zhuǎn)磁場就在空間轉(zhuǎn)過1/p轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速是以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來表示的，所以旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為

(6.1)式中為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，又稱為同步轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)；為定子電流的頻率(交流電源的頻率)，單位為Hz；P為旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。國產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組的電流頻率為50Hz，所以不同極對數(shù)的異步電動(dòng)機(jī)所對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也就不同，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系見表6.1。表6.1異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系

P123456n0(r/min)3000150010007506005003.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與電流的相序一致，例如圖6.7或圖6.10

中電流的相序?yàn)閁-V-W，則磁場旋轉(zhuǎn)的方向?yàn)轫槙r(shí)針。必須指出，電動(dòng)機(jī)三相繞組的任一相都可以是U相（或V相、W相），而電源的相序總是固定的（正序）。因此，如果我們將三根電源線中的任意兩根（如U和V）對調(diào)，也就是說，電源的U相接到V相繞組上，電源的V相接到U相繞組上，在V相繞組中，流過的電流是U相電流iU，而在U相繞組中，流過的是V相電流iV，這時(shí)，三相對稱的定子繞組中電流的相序?yàn)閁-W-V（逆序），所以旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向也變?yōu)槟鏁r(shí)針了。6.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

1.轉(zhuǎn)動(dòng)原理當(dāng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組通以三相交流電時(shí)，便在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場以的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則靜止的轉(zhuǎn)子繞組同旋轉(zhuǎn)磁場就有了相對運(yùn)動(dòng)，從而在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢，其方向可根據(jù)右手定則判斷（假定磁場不動(dòng)，導(dǎo)體以相反的方向切割磁力線）。如圖6.12所示，可以確定出上半部導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢垂直紙面向外，下半部導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢垂直于紙面向里。由于轉(zhuǎn)子電路為閉合電路，在感應(yīng)電動(dòng)勢的作用下，產(chǎn)生了感應(yīng)電流。由于載流導(dǎo)體在磁場中要受到力的作用，因此，可以用左手定則確定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所受電磁力F的方向如圖6.12所示。這些電磁力對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，其作用方向同旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致。這樣，轉(zhuǎn)子便以一定的速度沿旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。從上面的分析可以知道，異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生必須具備下列條件：①氣隙中有旋轉(zhuǎn)磁場；②轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中有感應(yīng)電流。不難知道，在三相對稱的定子繞組中通以三相對稱的電流就能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而閉合的轉(zhuǎn)子繞組在感應(yīng)電動(dòng)勢的作用下能夠形成感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力矩。如果旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變。電動(dòng)機(jī)不帶機(jī)械負(fù)載的狀態(tài)稱為空載。這時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩是由軸與軸承之間的摩擦力及風(fēng)阻力等造成的，稱為空載轉(zhuǎn)矩，其值很小。這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也很小，但其空載轉(zhuǎn)速很高，接近于同步轉(zhuǎn)速。

2.轉(zhuǎn)差率S

電動(dòng)機(jī)總是以低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，即n<n0，這就是“異步電動(dòng)機(jī)”名稱的由來。異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)率n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差(n0?n)稱為轉(zhuǎn)速差。轉(zhuǎn)速差(n0?n)與n之比稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用S表示。

(6.4)式(6.4)也可以寫為n=(1–S)n0

轉(zhuǎn)差率是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性的一個(gè)重要參數(shù)。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，n=0，S=1；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速（為理想空載轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中不可能達(dá)到）時(shí)，，S=0。由此可見，異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)差率的范圍為0＜S＜1；在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，S=0.02～0.06。

例6.1

一臺三異步電動(dòng)機(jī)，已知額定轉(zhuǎn)速為970r/min，電源頻率為50Hz。試求動(dòng)機(jī)電的磁對數(shù)P和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。解因?yàn)槿惒诫妱?dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近于且略小于該電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，故從表6.1可到該電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為

n0=1000r/min

由式(6.1)可得電動(dòng)機(jī)的磁對數(shù)為

額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率為

6.3

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性研究機(jī)械特性的目的是為了分析電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。由異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)可知，異步電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子是兩個(gè)相互獨(dú)立的電路，它們之間沒有電的直接聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系。這與變壓器非常相似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原邊，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的副邊，因此，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況可以與變壓器相似的方法進(jìn)行分析。6.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的功率三相電源輸入功率，即三相異步電動(dòng)機(jī)的輸入功率為三相異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率為機(jī)械功率，即電動(dòng)機(jī)軸上輸出功率。三相異步電動(dòng)機(jī)的輸入功率P1與輸出功率P2之差稱為三相異步電動(dòng)機(jī)的損耗功率，即

電動(dòng)機(jī)的效率我們把三相異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率P2與輸入功率P1之比再乘以百分?jǐn)?shù)，稱為電動(dòng)機(jī)的效率，即

(6.5)三相異步電動(dòng)機(jī)在空載或輕載運(yùn)行時(shí)，效率很低；負(fù)載增加，效率隨著增加。通常電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載為額定功率的75%左右時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率最高。一般鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其效率在74%～96%之間。例6.2

某三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率為10kW，額定電流及20.7A，額定電壓為380V，效率為86%，采用星形連接，求電動(dòng)機(jī)的額定功率因數(shù)。解根據(jù)式(6.5)有

又因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的輸入功率為

因此，電動(dòng)機(jī)的額定功率因數(shù)為6.3.2電磁轉(zhuǎn)矩前面講過，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生的，可以推導(dǎo)證明電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的有效值I2和旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通成正比，即

T=KTΦI2cos

(6.6)式(6.6)中，KT為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)；Φ為旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通，單位為Wb；電流的單位為A，所以電磁轉(zhuǎn)矩的單位為牛.米(N·m)。

式(6.6)不能直接反映三相異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓、電機(jī)一些參數(shù)之間的關(guān)系。為了進(jìn)一步對電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分析，經(jīng)過理論推導(dǎo)，還可以得到如下的表達(dá)式：

(6.7)式中K是與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和電源頻率有關(guān)的常數(shù)；U1為定子繞組的相電壓，即外加電源的電壓；S為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；R2和X20分別為轉(zhuǎn)子每相的電阻和靜止時(shí)的感抗，它們通常也是常數(shù)。因此，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的外加定子電壓及頻率不變，轉(zhuǎn)差率S變化時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T的變化規(guī)律曲線T=f(S)稱為電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線。取不同R2

繪制出來的轉(zhuǎn)矩曲線如圖6.13所示。

圖6.13不同轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的轉(zhuǎn)矩曲線6.3.3機(jī)械特性曲線在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，為了便于分析，通常將T=f(S)曲線改畫成n=f(T)曲線，后者稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，所以，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性就是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。參照圖6.13(選定電阻R2)，將曲線T=f(S)中的S坐標(biāo)換成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n，并按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過90°，再將表示T的橫軸下移，即可得異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線n=f(T)。如圖6.14所示。圖6.14

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線

下面介紹三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線上的三個(gè)重要特征轉(zhuǎn)矩。

1.額定轉(zhuǎn)矩TN

額定轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載的情況下，其軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。由于電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以可以用額定電磁轉(zhuǎn)矩來表示額定輸出轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩可以通過電機(jī)銘牌上的額定功率和額定轉(zhuǎn)速求得，即

(6.8)式中，Ω為電機(jī)的角速度，單位為rad/s；TN為輸出的額定轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；PN為輸出的額定功率，單位為kW；nN為輸出的額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

為了保證電機(jī)在運(yùn)行時(shí)安全可靠，不輕易停車，應(yīng)使電機(jī)的帶負(fù)載能力留有一定的余量，所以額定轉(zhuǎn)矩一般只能為最大轉(zhuǎn)矩的一半左右。

2.最大轉(zhuǎn)矩Tm

最大轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)所能提供的極限轉(zhuǎn)矩，它是對應(yīng)于臨界轉(zhuǎn)差率的臨界轉(zhuǎn)矩，可用數(shù)學(xué)方法求得

(6.10)最大轉(zhuǎn)矩是穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)定區(qū)的分界點(diǎn)，故電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)不能下滑超過此點(diǎn)，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)（堵轉(zhuǎn)）。電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的電流很大，一般可達(dá)額定電流的4~7倍，將造成電機(jī)的溫度升高超過允許值，若不立即采取措施，就會(huì)燒毀電動(dòng)機(jī)。因此，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中應(yīng)避免出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，一旦出現(xiàn)，立即切斷電源并卸掉過多負(fù)載。通常用最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比來描述電機(jī)的過載情況，這個(gè)比值稱為過載系數(shù)，用λ表示，即

(6.11)

過載系數(shù)是衡量電機(jī)短時(shí)過載能力和穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù)，通常在1.8～2.2之間。

3.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)剛接通電源以后，電機(jī)尚未轉(zhuǎn)動(dòng)起來，即轉(zhuǎn)速為n=0、轉(zhuǎn)差率s=1時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對應(yīng)圖6.14中的n=0時(shí)的轉(zhuǎn)矩Tst，由式（6.7）有

(6.12)從圖6.14可以看出，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩，它決定了該電機(jī)的起動(dòng)能力。只要電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)就可加速，沿機(jī)械特性曲線上升，越過最大轉(zhuǎn)矩到達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。顯然，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，電機(jī)的起動(dòng)能力就越強(qiáng)，起動(dòng)所需的時(shí)間也就越短。反之，若起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電機(jī)不能起動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值來表示，即

(6.13)一般鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力較差，在0.8～2.2之間，所以有時(shí)采用輕載起動(dòng)。繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可以通過滑環(huán)外接的電阻器來調(diào)節(jié)起動(dòng)能力。起動(dòng)能力也是選用電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。

例6.3

已知兩臺異步電動(dòng)機(jī)額定功率都是10kW，但轉(zhuǎn)速不同。其中n1N=2930r/min，n2N=1450r/min，如果過載系數(shù)都是2.2，求它們的額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。解

根據(jù)式（6.8）可知第一臺電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩為第二臺電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩為

6.4三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行包括電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)等。一般，對異步電動(dòng)機(jī)的工作特性有很多要求，如要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大，起動(dòng)電流不能太大，同時(shí)要有一定的調(diào)速范圍等。6.4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

從異步電動(dòng)機(jī)接入電源，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的過程，稱為起動(dòng)。在起動(dòng)開始的瞬間（n=0，s=1），轉(zhuǎn)子和定子繞組中都有很大的起動(dòng)電流。一般中、小型鼠籠式電動(dòng)機(jī)的定子起動(dòng)電流（線電流）大約是額定電流的4~7倍。過大的起動(dòng)電流會(huì)造成輸電線路的電壓降增大，容易對處在同一電網(wǎng)中的其它電器設(shè)備的工作造成危害，例如，使照明燈的亮度減弱，使鄰近異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小等。另外，雖然轉(zhuǎn)子電流較大，但由于轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos很低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不是很大。為了改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程，要求電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)既要把起動(dòng)電流限制在一定數(shù)值內(nèi)，同時(shí)要有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以便縮短起動(dòng)過程，提高生產(chǎn)效率。下面分別介紹鼠籠式電動(dòng)機(jī)和繞線式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法。1.鼠籠式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

鼠籠式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種。

(1)直接起動(dòng)直接起動(dòng)(又稱為全壓起動(dòng))，就是利用閘刀開關(guān)將電動(dòng)機(jī)直接接入電網(wǎng)使其在額定電壓下起動(dòng)，如圖6.15電路所示，圖中FU為熔斷器，起過流保護(hù)作用。這種方法最簡單，設(shè)備少，投資小，起動(dòng)時(shí)間短，但起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，一般只適用于小容量電動(dòng)機(jī)（6.5

kW以下）的起動(dòng)。直接起動(dòng)在剛接通電源的瞬間，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速較大，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的感應(yīng)電流和變壓器的原理一樣，定子電流必然很大，一般為額定電流的4~7倍。圖6.15

三相異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)(2)降壓起動(dòng)在起動(dòng)時(shí)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，待起動(dòng)結(jié)束時(shí)恢復(fù)到額定電壓值運(yùn)行，這種起動(dòng)方法稱為降壓起動(dòng)?；\型電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)常用串電阻降壓起動(dòng)、星形-三角形變換連接起動(dòng)和自耦降壓起動(dòng)等方法。降壓起動(dòng)的主要目的是為了限制起動(dòng)電流，但同時(shí)也限制了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此，這種方法只適用于輕載或空載情況下起動(dòng)。

①串電阻降壓起動(dòng)串電阻降壓起動(dòng)，就是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)將電阻串聯(lián)在定子繞組與電源之間的起動(dòng)方法，如圖6.16所示。開始起動(dòng)時(shí)，開關(guān)S1閉合，開關(guān)S2斷開，電阻R串入定子繞組，達(dá)到降壓起動(dòng)的目的。起動(dòng)結(jié)束后開關(guān)S2閉合，去掉起動(dòng)電阻R，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

②星形-三角形變換連接起動(dòng)星形-三角形變換連接起動(dòng)，就是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)把定子繞組連成星形，等到轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)再換接成三角形的連接方法。圖6.17是一種星三角起動(dòng)器的連接簡圖，起動(dòng)時(shí)，將手柄指向右(開關(guān)S2指向Y)，定子繞組連成星形降壓起動(dòng)。等電動(dòng)機(jī)接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將手柄指向左(開關(guān)S2指向)，定子繞組換接成三角形，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。

圖6.16

定子繞組串電阻降壓起動(dòng)圖6.17星—三角降壓起動(dòng)③自耦降壓起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)，是利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中的端電壓降低的起動(dòng)方法，如圖6.18所示。對容量較大或正常運(yùn)行時(shí)作星形連接的電動(dòng)機(jī)，可應(yīng)用自耦變壓器降壓起動(dòng)。

圖6.18

自耦降壓起動(dòng)

在實(shí)際的自耦降壓起動(dòng)中，自耦變壓器的副邊繞組通常有三個(gè)抽頭，其輸出電壓分別為電源電壓的73%、64%、55%(或80%、60%、40%)，可以根據(jù)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求來選擇。自耦變壓器降壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是不受電動(dòng)機(jī)繞組接線方法的限制，可按照允許的起動(dòng)電流和所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩選擇不同的抽頭，常用于起動(dòng)容量較大的電動(dòng)機(jī)。其缺點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)用高，不宜頻繁起動(dòng)。2.繞線式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)在圖6.19中，3個(gè)降壓電阻Rst組成一個(gè)起動(dòng)變阻器?；h(huán)、電刷與起動(dòng)電阻Rst串聯(lián)接成星形。起動(dòng)時(shí)先把Rst旋置最大，然后再接通電源使轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減少Rst，當(dāng)電動(dòng)機(jī)接近正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將Rst短路。起動(dòng)完畢時(shí)，切除起動(dòng)變阻器。降壓電阻起動(dòng)法可以提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小起動(dòng)電流，適用于帶重負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。這也是繞線式異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。繞線式電動(dòng)機(jī)常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上，如卷揚(yáng)機(jī)、鍛壓機(jī)、起重機(jī)及轉(zhuǎn)爐等。

6.19

繞線式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)線路

6.4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由旋轉(zhuǎn)磁場的方向決定的，而旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于定子繞組中通入三相電流的相序。因此，要改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向非常容易，只要將電動(dòng)機(jī)三相供電電源中的任意兩相對調(diào)，這時(shí)接到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電流相序被改變，旋轉(zhuǎn)磁場的方向也被改變，電動(dòng)機(jī)就實(shí)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。圖6.20是電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的原理圖。圖6.20

正反轉(zhuǎn)控制原理6.4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速在負(fù)載不變的條件下改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n叫調(diào)速。由轉(zhuǎn)速公式

可知，調(diào)速有下面四種方法：

1．變頻調(diào)速變頻調(diào)速采用晶閘管整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再由逆變器變換為頻率、電壓有效值可調(diào)的三相交流電，為三相異步電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)無級調(diào)速，如圖6.21所示。圖6.21

變頻調(diào)速通過變頻器把頻率為50Hz工頻的三相交流電源變換成為頻率和電壓均可調(diào)節(jié)的三相交流電源，然后供給三相異步電動(dòng)機(jī)，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速屬于無級調(diào)速，具有機(jī)械特性曲線較硬的特點(diǎn)。近年來，交流變頻調(diào)速在國內(nèi)外發(fā)展非常迅速。由于晶閘管變流技術(shù)的日趨成熟和可靠，變頻調(diào)速在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用非常普遍，它打破了直流拖動(dòng)在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位。交流變頻調(diào)速需要有一套專門的變頻設(shè)備，所以價(jià)格較高。但由于其調(diào)速范圍大，平滑性好，適應(yīng)面廣，能做到無級調(diào)速，因此它的應(yīng)用將日益廣泛。2．變轉(zhuǎn)差率調(diào)速在繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，接入調(diào)速變阻器，由式(6.7)可知，改變轉(zhuǎn)子回路電阻，就改變了轉(zhuǎn)差率，從而可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速方法也能平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但能耗較大，效率低，目前，主要應(yīng)用在起重設(shè)備中。

3．變極調(diào)速設(shè)計(jì)制造的電動(dòng)機(jī)具有不同的磁極對數(shù)，根據(jù)需要改變定子繞組的連接方式，就能改變磁極對數(shù)，使電動(dòng)機(jī)得到不同的轉(zhuǎn)速。圖6.22是一雙速電機(jī)定子繞組的接法及相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場極對數(shù)的示意圖。在圖6.22中，雙速電機(jī)的定子繞組采用兩副三相繞組結(jié)構(gòu)，每個(gè)定子繞組均由兩段組成，首端空間位置彼此相差60°。當(dāng)每相定子繞組都并接于電源之上時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場為兩極（一對極），如圖6.22（a）所示。根據(jù)轉(zhuǎn)速公式，這時(shí)的轉(zhuǎn)速為n=60f1/p=60f1。當(dāng)每相定子繞組都串接于電源上時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場為4極（2對極），如圖6.22（b）所示。這時(shí)的轉(zhuǎn)速為n=60f1/2，只有兩極（一對極）旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的一半，這樣就達(dá)到了調(diào)速的目的。圖6.22

變極調(diào)速原理4．變壓調(diào)速用電抗器或自耦變壓器來降低定子繞組上所承受的電壓，由式(6.7)可知，改變電壓，就可以改變轉(zhuǎn)矩，從而獲得一定的調(diào)速范圍。這種方法常用于拖動(dòng)電機(jī)、泵類負(fù)載。家用電器中的風(fēng)扇就是用這種方法調(diào)速的。6.4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分有慣性，所以電動(dòng)機(jī)脫離電源后，還會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間才能停止。為了提高生產(chǎn)率，保障安全，往往要求電動(dòng)機(jī)在斷電時(shí)能迅速停車或反轉(zhuǎn)，這就需要對電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。制動(dòng)的方法較多，如機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng)等。以下僅對常見的電氣制動(dòng)作一簡要的介紹。

1．反接制動(dòng)停車時(shí)，將接入電動(dòng)機(jī)的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，如圖6.23(a)所示，使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)，反接制動(dòng)原理如圖6.23(b)所示。圖6.23(b)中n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，為旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速。

(a)(b)

圖6.23

反接制動(dòng)由于反接制動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對切割速度很大，因此電流較大。為了限制電流，對功率較大的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)必須在定子電路（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中接入電阻。反接制動(dòng)線路簡單，制動(dòng)力大，制動(dòng)效果好，但由于制動(dòng)過程中沖擊大，制動(dòng)電流大，不宜在頻繁制動(dòng)的場合下使用。2．能耗制動(dòng)在斷開三相電源的同時(shí)，給電動(dòng)機(jī)其中兩相繞組通入直流電源，如圖6.24(a)所示。直流電源產(chǎn)生的磁場是固定的，此時(shí)，由于轉(zhuǎn)子的慣性而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，根據(jù)右手定則和左手定則不難確定，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和直流磁場相互作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下就很快停止。如圖6.24(b)所示。由于該制動(dòng)方法是把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子電阻上，故稱能耗制動(dòng)。能耗制動(dòng)能量消耗小，制動(dòng)平穩(wěn)，無沖擊，但需要直流電源，主要應(yīng)用于要求平穩(wěn)準(zhǔn)確停車的場合。

圖6.24

電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)3．發(fā)電反饋制動(dòng)由于某種原因，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n超過了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0（n＞n0），旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用轉(zhuǎn)矩將是反向的，如圖6.25所示。這種情況下，電動(dòng)機(jī)實(shí)際上已經(jīng)變成了發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子的動(dòng)能被轉(zhuǎn)換成電能反饋給電網(wǎng)。故將這種制動(dòng)稱之為發(fā)電反饋制動(dòng)，簡稱反饋制動(dòng)。

圖6.25

發(fā)電反饋制動(dòng)

6.5

三相異步電動(dòng)機(jī)的使用6.5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和額定值每臺異步電動(dòng)機(jī)的外殼上都有一塊銘牌，上面標(biāo)示著這臺電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，使用者正確選用和維護(hù)電機(jī)。表5.1為某一臺異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。1.型號

型號表示電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、機(jī)座號和極數(shù)。例如Y100L1—4中，Y表示鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)（YR表示繞線式異步電動(dòng)機(jī)）；100表示機(jī)座中心高為100mm；L表示長機(jī)座(S表示短機(jī)座，M表示中機(jī)座)；1為鐵心長度代號；4表示4極電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)有其主要技術(shù)數(shù)據(jù)，使用時(shí)應(yīng)多加注意。表6.1

異步電動(dòng)機(jī)的銘牌

三相異步電動(dòng)機(jī)型號Y100L1—4功率2.2kW頻率50Hz電壓220/380V電流8.6/5A接法△/Y

轉(zhuǎn)速1430r/min絕緣等級B工作方式連續(xù)年月日編號電機(jī)廠2.額定電壓UN

額定電壓是電動(dòng)機(jī)定子繞組應(yīng)加線電壓的額定值，有些異步電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)有220/380V，相應(yīng)的接法為△/Y。它說明當(dāng)電源線電壓為220V時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組應(yīng)接成△型；當(dāng)電源線電壓為380V時(shí)，應(yīng)接成Y型。3.額定電流IN

額定電流是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組的線電流。4.額定轉(zhuǎn)速nN

額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。

5.額定頻率

額定頻率是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的交流電源的頻率，我國工頻為50Hz。6.工作方式工作方式是指電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)發(fā)熱條件可分為三種：S1表示連續(xù)工作方式，允許電機(jī)在額定負(fù)載下連續(xù)長期運(yùn)行；S2表示短時(shí)工作方式；S3表示斷續(xù)工作方式，可在額定負(fù)載下按規(guī)定周期性重復(fù)短時(shí)運(yùn)行。6.

絕緣等級絕緣等級是由電動(dòng)機(jī)所用的絕緣材料決定的。按耐熱程度不同，將電動(dòng)機(jī)的絕緣等級分為A、E、B、F、H、C等幾個(gè)等級。它們允許的最高溫度如表6.2所示。表6.2

電動(dòng)機(jī)的絕緣等級8.溫升

溫升是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，電動(dòng)機(jī)各部分允許超出的最高溫度。通常規(guī)定的環(huán)境溫度是40℃，如果電機(jī)銘牌上的溫升為70℃，則允許電機(jī)的最高溫度可以是40+70=110℃。顯然，電動(dòng)機(jī)的溫升取決于電機(jī)的絕緣材料的等級。電機(jī)在工作時(shí)，所有的損耗都會(huì)使電機(jī)發(fā)熱，溫度上升。在正常的額定負(fù)載范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的溫度是不會(huì)超出允許溫升的，絕緣材料可保證電機(jī)在一定期限內(nèi)可靠工作。如果超載，尤其是故障運(yùn)行，則電機(jī)的溫升超過允許值，電機(jī)的壽命將受到很大的影響。在選用電機(jī)時(shí)，除了要看電機(jī)上的銘牌數(shù)據(jù)外，還要了解電機(jī)的其他技術(shù)數(shù)據(jù)，通常可在產(chǎn)品資料中查到，表6.3給出一例。絕緣等級AEBFHC最高允許溫度105°120°130°155°180°＞1800

表6.3

異步電動(dòng)機(jī)Y160M—4的技術(shù)數(shù)據(jù)6.5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的選用常識合理選擇電動(dòng)機(jī)關(guān)系到生產(chǎn)機(jī)械的安全運(yùn)行和投資效益?？筛鶕?jù)生產(chǎn)機(jī)械所需功率選擇電動(dòng)機(jī)的容量，根據(jù)工作環(huán)境選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速、起動(dòng)的要求選擇電動(dòng)機(jī)的類型，根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。1．功率的選擇（1）對于連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。（2）對于短時(shí)工作的電動(dòng)機(jī)，允許在運(yùn)行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機(jī)械的功率。

2．種類和型式的選擇（1）種類的選擇三相籠型異步電動(dòng)機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便。但調(diào)速困難，功率因數(shù)較低，起動(dòng)性能差。適用于通風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、傳送帶、及小型機(jī)床。繞線型電動(dòng)機(jī)：起動(dòng)性能好，可在不大的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，但價(jià)格較貴，維護(hù)亦較不方便。適用于起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、鍛壓機(jī)及重型機(jī)床。一般應(yīng)用場合應(yīng)盡可能選用鼠籠式電動(dòng)機(jī)。只有在需要調(diào)速、不能采用鼠籠式電動(dòng)機(jī)的場合才選用繞線式電動(dòng)機(jī)。（2）結(jié)構(gòu)型式的選擇為使電動(dòng)機(jī)在不同的環(huán)境中安全可靠地工作，防止電動(dòng)機(jī)可能對環(huán)境造成災(zāi)害，必須根據(jù)不同的環(huán)境要求選用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)型式。常見的防護(hù)型式有：開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式四種。3．電壓的選擇電壓選擇主要依據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行場所供電網(wǎng)的電壓等級，同時(shí)還應(yīng)兼顧電動(dòng)機(jī)的類型和功率。小容量的Y系列鼠籠電動(dòng)機(jī)的額定電壓只有380V一個(gè)等級。大功率電動(dòng)機(jī)才采用3000V和6000V的高壓電動(dòng)機(jī)。4.轉(zhuǎn)速的選擇

電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求選定。轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)，體積小，價(jià)格便宜；而轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)，體積大，價(jià)格貴。應(yīng)當(dāng)本著經(jīng)濟(jì)的目的，結(jié)合生產(chǎn)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的成本選擇合適轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)。

6.6

三相異步電動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)中小型三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用十分廣泛，使用環(huán)境十分復(fù)雜，因此容易出故障，為了使電動(dòng)機(jī)工作正常，延長使用壽命，除進(jìn)行日常維護(hù)外，還要做好定期檢修。6.6.1起動(dòng)前的準(zhǔn)備與檢查

1.三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)前檢查（1）新安裝或長期停用的電動(dòng)機(jī)，在使用前應(yīng)檢查電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子繞組各相之間和繞組對地的絕緣電阻。絕緣電阻應(yīng)大于下式所求得的數(shù)值

R=

式中R——電動(dòng)機(jī)繞組的絕緣電阻/M?；UN——電動(dòng)機(jī)繞組的額定電壓/V；PN——電動(dòng)機(jī)的額定功率/kW。

對低壓電動(dòng)機(jī)用500V絕緣電阻表測量，其絕緣電阻不應(yīng)低于0.5M?，否則應(yīng)對定子繞組進(jìn)行干燥處理。干燥時(shí)的溫度不允許超過120°C。（2）檢查軸承是否有潤滑油。對滑動(dòng)軸承電動(dòng)機(jī)，應(yīng)達(dá)到規(guī)定的油位；對滾動(dòng)軸承電動(dòng)機(jī)，應(yīng)達(dá)到規(guī)定的油量，以保證潤滑。（3）檢查電動(dòng)機(jī)和起動(dòng)設(shè)備的接線是否正確。設(shè)備的接觸部位是否接觸良好。接地裝置是否完整和良好。電動(dòng)機(jī)銘牌所標(biāo)的電壓、頻率應(yīng)與電源的電壓、頻率相符合。（4）對繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，應(yīng)檢查集電環(huán)上的電刷和電刷的提升機(jī)構(gòu)是否處于正常工作狀態(tài)，電刷壓力為0.015～0.025Mpa。2.日常運(yùn)行中的維護(hù)（1）電動(dòng)機(jī)應(yīng)定期檢查和清掃，外殼不得堆積灰塵，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口必須保持暢通無阻，要注意保持電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的清潔，不允許有水滴、油污以及雜物等落入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，不得用水沖洗電動(dòng)機(jī)。（2）經(jīng)常檢查軸承發(fā)熱，漏油情況，定期更換潤滑油。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，軸承允許溫度不超過95℃（溫度計(jì)法），軸承每運(yùn)行2500h（約半年），至少檢查一次，如果發(fā)現(xiàn)軸承潤滑脂變質(zhì)，必須及時(shí)更換。每運(yùn)行5000h左右，即應(yīng)補(bǔ)充或更換潤滑脂（封閉軸承在使用壽命期內(nèi)不必更換潤滑脂）。一般在更換潤滑脂時(shí)，將軸承和軸承蓋煤油清洗，然后用汽油洗干凈。潤滑脂一般采用鋰基潤滑脂（GB7324—87），2極電動(dòng)機(jī)加油量為軸承凈容積1/2，4極以上電動(dòng)為2/3。當(dāng)軸承的壽命終了時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)及噪聲將明顯增大。檢查軸承的徑向游隙達(dá)到表6.4數(shù)值時(shí)，即應(yīng)更換軸承。

表6.4

軸承徑向游隙值

軸承內(nèi)徑/mm20~3035~5055~8085~120極限磨損游隙/mm0.100.150.200.30（3）監(jiān)視電源電壓、頻率的變化和電壓的不平衡度。電源電壓和頻率的過高或過低，三相電壓的不平衡造成的電流不平衡，都可能引起電動(dòng)機(jī)過熱或其他不正常現(xiàn)象，故要求電源電壓（頻率為額定）與額定電壓值的偏差不超過±5%。頻率（電壓為額定）與額定頻率值的偏差不超過±1%。（4）監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流。電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，大都會(huì)使定子電流劇增，使電動(dòng)機(jī)過熱。較大功率的電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝有電流表監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流不應(yīng)超過銘牌上所規(guī)定的額定電流值。（5）注意電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、噪聲和氣味。電動(dòng)機(jī)繞組因溫度過高就會(huì)發(fā)生絕緣焦味。有些故障，特別是機(jī)械故障，很快會(huì)反映為振動(dòng)和噪聲，因此在聞到焦味或發(fā)現(xiàn)不正常的振動(dòng)或碰擦聲、特大的嗡嗡聲或其他雜聲時(shí)，應(yīng)立即停電檢查。（6）電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)的溫升不應(yīng)超過容許的限度，運(yùn)行時(shí)應(yīng)經(jīng)常注意監(jiān)視各部分溫升情況。在冷卻介質(zhì)溫度不超過40℃和海拔1000m處，不同絕緣等級的異步電機(jī)各部分的溫升限度見表6.5。

表6.5

異步電動(dòng)機(jī)各部分的溫升限度

電機(jī)部件名稱不同絕緣等級的溫升限度／℃ＡＥＢＦＨ溫度計(jì)法電阻法溫度計(jì)法電阻法溫度計(jì)法電阻法溫度計(jì)法電阻法溫度計(jì)法電阻法額定功率在5000kW及以上或鐵心長度在1m及以上的交流繞組607080100125電機(jī)額定功率和鐵心長度小于上項(xiàng)的交流繞組50606575708085100105125與繞組接觸的鐵心及其他部件607580100125集電環(huán)60708090100永久短路的無絕緣繞組和不與繞組接觸的部件溫升不應(yīng)達(dá)到足以使任何相近的絕緣或其他材料有損壞危險(xiǎn)的數(shù)值6.6.2運(yùn)行中的巡視電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中要經(jīng)常監(jiān)視、檢查運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，減少不必要的損失。三相異步電機(jī)運(yùn)行中的巡視工作主要內(nèi)容是：

(1)觀查電動(dòng)機(jī)的溫度。用手觸及外殼，看電動(dòng)機(jī)是否燙手過熱，如發(fā)現(xiàn)過熱，可用水在電機(jī)外殼上滴幾滴，如水急劇汽化說明電動(dòng)機(jī)顯著過熱，也可用溫度計(jì)測量。如發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)溫度過高，要立即停止運(yùn)行，查明原因并處理排除故障后方能繼續(xù)使用。

(2)用鉗形表測量電動(dòng)機(jī)的電流，對較大的電動(dòng)機(jī)還要經(jīng)常觀察運(yùn)行中電流是否三相平衡或超過允許值。如果三相嚴(yán)重不平衡或超過電動(dòng)機(jī)的額定電流，應(yīng)立即停機(jī)檢修，分析原因，如是負(fù)載引起應(yīng)通知有關(guān)人員處理，若是電動(dòng)機(jī)本身原因引起的應(yīng)及時(shí)處理。

(3)觀察運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)電壓是否正常。電動(dòng)機(jī)電源電壓過高、過低或嚴(yán)重不平衡，都應(yīng)停機(jī)檢查原因。

(4)注意電動(dòng)機(jī)有無振動(dòng)，響聲是否正常，電動(dòng)機(jī)是否有焦味，如有異常也應(yīng)停機(jī)檢修。(5)觀查傳動(dòng)裝置有無松動(dòng)、過緊及不正常的聲音，如發(fā)現(xiàn)問題也需要及時(shí)處理。(6)注意電動(dòng)機(jī)的軸承運(yùn)行聲音是否正常，觀察有無發(fā)熱現(xiàn)象，潤滑情況以及磨擦情況是否正常。簡易方法可用長柄螺絲刀頭，觸及電動(dòng)機(jī)軸承外的小油蓋上，耳朵貼緊螺絲刀柄，細(xì)心聽軸承運(yùn)行中有無雜音、振動(dòng)，以判斷軸承運(yùn)行情況。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)檢修。(7)詳細(xì)記錄電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中監(jiān)視發(fā)現(xiàn)的情況、現(xiàn)象及溫度和電流數(shù)據(jù)。

6.6.3定期維護(hù)三相異步電動(dòng)機(jī)的定期檢修內(nèi)容有：外觀檢查；通電試運(yùn)轉(zhuǎn)和拆卸裝洗油等。至于定期檢修的周期要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的平均每天的運(yùn)行時(shí)間、工作環(huán)境和使用年數(shù)而具體確定，一般每年要檢修一次，如果工作環(huán)境惡劣、使用頻繁，也可半年檢修一次。1.電動(dòng)機(jī)的外觀檢查（1）檢查電動(dòng)機(jī)是否有缺件。（2）檢查電動(dòng)機(jī)是否有損壞件。2.通電試運(yùn)轉(zhuǎn)（1）新裝、長期停用或大修后的電動(dòng)機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)前應(yīng)測量繞組相間和繞組對地的絕緣電阻值。通常對500V以下電機(jī)用500V兆歐表；對500—3000V電機(jī)用1000V兆歐表；對3000V以上電機(jī)用2500V兆歐表。絕緣電阻值每1000V工作電壓不得小于1MΩ。380V的電機(jī)絕緣電阻值不得小于0.5MΩ。用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，檢查轉(zhuǎn)子是否能自由旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有無異常。檢查電機(jī)銘牌所示電壓、功率、頻率、接法、轉(zhuǎn)速與電源、負(fù)載是否相符。(2)通電運(yùn)轉(zhuǎn)①測量電動(dòng)機(jī)空載電流，并作記錄。一般空載電流約為額定電流的30%—40%，詳見表6.6。②根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)情況分析和判斷故障。3.電動(dòng)機(jī)的洗油三相異步電動(dòng)機(jī)洗油屬于正常技術(shù)維護(hù)。電動(dòng)機(jī)每運(yùn)行2500~3000小時(shí)進(jìn)行一次，高溫車間電動(dòng)機(jī)每年至少進(jìn)行一次。洗油就是將電動(dòng)機(jī)拆卸后，將轉(zhuǎn)子二軸承置于柴油或汽油中，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊用毛刷刷干凈，然后晾干，按要求注入潤滑脂（習(xí)慣上也叫潤滑油）即可。

使用潤滑脂的方法：

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行1000~1500小時(shí)后，應(yīng)添加一次潤滑脂。運(yùn)行2500~3000小時(shí)后。應(yīng)更換潤滑脂。

用量:

每次不宜超過軸承蓋容積的2/3，轉(zhuǎn)速在2000轉(zhuǎn)/分時(shí)，應(yīng)減少至1/2。

軸承盒間隙中:

潤滑脂注入到盒容積的1/2即可。其余部分注入到軸承蓋內(nèi)。更換潤滑脂時(shí)，必須用汽油或柴油將軸承洗干凈。

6.7

單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)就是由單相電源供電的小功率異步電動(dòng)機(jī)。單相異步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)上和日常生活中應(yīng)用十分廣泛。單相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與三相異步電動(dòng)機(jī)相似，也可由定子和籠型轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本部分組成。由于單相異步電動(dòng)機(jī)繞組通過單相交變電流，因此，電動(dòng)機(jī)定子鐵心只有單相繞組，所以產(chǎn)生的磁通是交變脈動(dòng)磁通，這樣，單相定子繞組的磁場不是旋轉(zhuǎn)磁場，而這種磁場是不可能使轉(zhuǎn)子起動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，必須采取另外的起動(dòng)措施。本節(jié)主要介紹單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、類型、工作原理及其應(yīng)用等內(nèi)容。6.7.1

單相電動(dòng)機(jī)的