三相异步电动机构造

三相异步电动机构造,电动机的运行和维护是大家在日常工作中经常面临的问题，今天就和大家一起讨论一下这方面内容。


1三相交流异步电动机构造
三相交流异步电动机是在工农业生产中应用最广泛的一种电动机，异步电动机又叫做感应电动机，是交流电动机的一种。
三相交流异步电动机的结构按转子结构分主要有两种：一种是鼠笼式，另一种是绕线式。这次我们主要介绍鼠笼式三相交流异步电动机。

电动机外型
异步电动机的构造主要有定子（固定部分）和转子（转动部分）两大部分组成。

三相交流异步电动机定子是由铁芯和三相绕组构成，用于产生旋转磁场。
三相交流异步电动机转子（鼠笼式），转子铁芯的每个槽里有一根铜条，在铁芯两端槽口处有两个导电的端环分别把槽里的铜条连接起来，形成一个短接的回路，用于输出机械能。

电动机分解示意图
三相交流异步电动机转子放在定子中，转子轴两端的轴承放到定子两边端盖槽中，这样使定、转子之间隔着一层空气间隙，约0.2～1.0毫米。

三相交流异步电动机转子（鼠笼式）

2三相交流异步电动机工作原理
电动机定子中的旋转磁场是怎样产生的？
相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相交流电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图所示。图中分三个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。
当三相电流的相位从零变化到600时，由它们所产生的合成磁场的方向在空间就旋转了600。
同样的电流变化到1200时，由合成磁场旋转了1200。电流变化到1800时，由合成磁场旋转了1800。

三相交流电流产生的旋转磁场
当电流完成一个周期的变化时，它们所产生的合成磁场的方向在空间也旋转了一个周期。显然，三相交流电流随时间周而复始地变化，由三相电流产生的合成磁场也就在空间不停地旋转起来。这样就得到了异步电动机所需要的旋转磁场。
旋转磁场的转向和转速
如电动机的定子三相绕组分别对应接到三相交流电源的相序上时，这时定子三相绕组中电流的相序是按顺时针方向排列的。从上图中可以看出，此时的旋转磁场也是按顺时针方向旋转。也就是说，定子中旋转磁场的方向是由定子三相绕组中三相电流的相序决定的。
如果要改变定子中旋转磁场的方向（也就是电动机旋转方向），任意调换对接的二根电源相线即可实现。
还有呢，旋转磁场的转速与电源的频率成正比，与磁极对数成反比。
异步电动机转速（转子转速）
异步电动机的转速（转子转速）与旋转磁场磁的同步转速方向是相同的，但他们的转速大小是不同的。

因为转子导体中所产生的感应电流，是由于转子导体与旋转磁场有相对运动，切割磁力线而产生的，转子导体在电磁力矩的作用下，才随旋转磁场转动起来。所以，电动机的转速（转子转速）不等于同步转速，并且始终小于同步转速，两个转速不同步，这就是异步电动机名称的由来。

3三相交流异步电动机的起动
电动机起动
就是将定子三相绕组接到三相交流电源上开动起来。定子三相绕组刚接通三相交流电源的瞬间，转子是静止不动的，电动机转速（转子转速）为零n = 0，此时，旋转磁场对静止不动的转子有着最大的相对转速，此时的转差率最大，转子导体中的感应电流最大。

电动机定子电流的大小是随转子电流变化而变化的。电动机起动时电流最大，约为额定电流的5～7倍。这么大的起动电流会对电网、设备带来很多的危害，所以要对电动机的起动电流加以限制，采取一些必须的措施。
鼠笼式三相交流异步电动机起动方法
目前，鼠笼式三相交流异步电动机起动方法有多种：直接起动、降压起动、变频起动、软起动等。
①直接起动：就是把电动机三相绕组直接接到电网上起动。条件：当供电变压器容量比直接起动的电动机容量大很多时（电机容量﹤变压器容量20%～30%）允许直接起动。
②降压起动：起动时降低加在定子绕组上的电压。目前常用的降压起动方法有：
自耦减压起动
星-三角起动（△接法电动机）
延边三角形起动（△接法电动机）
③变频器控制起动：利用变频器改变电源频率实现平滑起动。
④软起动器起动：利用软起器改变电源电压实现平滑起动
三相交流异步电动机运行保护控制
短路保护
必须在很短的时间内切断电源；
当电机正常启动、制动时，保护装置不应误动作。
常用的有熔断器和断路器。
过流保护
过电流是指电动机的工作电流超过其额定值，如果时间久了，就会使电机过热损坏电机，因此需要采取保护措施。
过电流时，电流仍由正常路径流通，其值比短路电流值要小。过电流一般是由于负载过大或是启动不正确。为了避免影响电动机正常工作，过电流保护动作值应该比正常启动电流略大一些。
过电流保护也要求保护装置能瞬时动作，一般采用过电流继电器。
过载保护
电动机过载是指其工作电流超过额定值使绕组过热。引起过载的原因很多，如负载的突然增加、电源电压降低、电动机轴承磨损等。
过载与过流类似，但也有差别。主要的不同在于动作效应的不同。过电流是由电磁效应来引发保护装置动作，针对电流的瞬时大小；而过载保护则是由电流的热效应，即电流对时间的累积结果来引发保护装置动作。一般情况下同一电路中，过载保护动作电流值要比过电流小，而这两者又均比上面提到的短路保护动作电流值小。值得注意的是，短路保护、过电流保护和过载保护是不能互相代替的。
过载保护应采用热继电器或电动机保护器作为保护元件。
失压保护
如果电动机在正常工作时突然掉电，那么在电源电压恢复时，就可能自行启动，造成人身事故或机械设备损坏。为防止电压恢复时电动机的自行启动或电器元件自行投入工作而设置的保护，称为失压保护。采用接触器和按钮控制电动机的启动制动就具有失压保护功能。如果正常工作中电网电压消失，接触器会自动释放而切断 电动机电源。
欠压保护
电动机或电器元件在有些应用场合，当电网电压降到额定电压的60%－80%时，就要求能自动切除电源而停止工作，这种保护称为欠电压保护。电动机在电网 电压降低时，其转速、转矩都将降低甚至堵转。在负载一定的情况下，一方面电动机电流增大，而其增加副度还不足以使熔断器和热继电器动作，因此必须要采取欠压保护措施。  除了利用接触器本身的欠电压保护作用之外，还可以采用低压断路器或专门的电磁式电压继电器来进行欠电压保护，其方法是将电压继电器线圈跨接在电源上，其动合触头串接在接触器控制回路中。当电网电压低于指定值时，电压继电器动作使接触器释放。
过压保护
当由于某种原因使得电动机电源电压超过其额定值时，电动机的定子电流增大，使电动机发热增多，时间久了就会造成电动机损坏。如果电压比额定值高很多，则电动机定子电流就会超出额定值许多而可能烧坏电机。因此，需要进行过电压保护。
最常见的过电压保护装置是过电压继电器。电源电压一旦过高，过电压继电器的常闭触头就立即动作，从而控制接触器及时断开电源。过电压继电器的动作电压整定值一般可为电动机额定电压的1.05－1.2倍。
断相保护
异步电动机在正常运行时，如果电源任一相突然断路，电动机就处于断相运行。此时电动机实际上是在单相电源下运行，电动机定子电流会增大，转速要下降甚至会堵转，时间一长就会烧坏电机。实践表明，断相运行是使电动机损坏的主要原因之一，因此应进行断相保护。
引起电动机断相运行的原因很多，如熔断器一相熔体烧断，电动机绕组一相断路、一相接触不良或松 脱，电源一相线路断开等，其中尤以熔断器一相烧断的情况最为常见。断相运行时，线路电流和电动机绕组连接因断相形式不同而不同；电动机负载越大，故障电流也越大。断相运行时，通常可以根据电流或电压发生的变化特征检测出断相信号来构成断相保护装置。
断相保护有很多方法，如下：
1） 用带断相保护的热继电器
2） 采用电压继电器
3） 采用欠电流继电器
4） 断丝电压保护
5） 采用专门为断相运行而设计的断相保护继电器
相序保护
一般情况下，电动机工作的接线顺序是有规定的，如果由于某种原因，导致相序发生错乱，电动机将无法正常工作甚至损坏。相序保护就是为了防止这类事故发生。
相序保护可采用相序继电器，当电路中相序与指定相序不符时，相序继电器将触发动作，切断控制电路的电源从而达到切断电动机电源、保护电动机的目的。
温度保护
在电动机电流没有超过额定值时，由于通风不良、环境温度过高、启动次数过于频繁等原因，电动机也会过热。这种情况下用以上的过流保护或过载保护都不能解决问题，因此需要直接反映温度变化的热保护器。
温度保护通常可采用温度继电器。温度继电器主要有双金属片和热敏电阻式两种，它们都被直接埋置在发热部位。
温度保护与过载保护都是利用温度来触发保护，但并不完全相同。过载保护是因为电流长时间超出额 定值使得继电器升温触发保护；而温度保护是由于散热不良，环境温度过高等因素使得电机过热从而触发保护。温度保护被触发时，电动机中的电流值有可能是正常的，因此过载保护不一定会起作用。温度保护与过载保护也是不能互相替代的。
漏电保护
为了防止直接接触电击事故和间接接触电击事故，防止电气线路或电气设备接地故障引起电气火灾和电气设备损坏事故，低压配电系统应该具有漏电保护装置。
漏电保护根据工作零线是否穿过电流感应器，分为零序电流保护和剩余电流保护。零序电流保护与剩余电流保护的基本原理都是基于基尔霍夫电流定律：流入电路中任一节点的复电流的代数和等于零。不同之处是，零序电流保护检测的是各相线中电流的矢量和，而剩余电流保护检测的是各相线还有零线中的电流矢量和。
理论上来说，三相线负载平衡且电路正常工作的情况下，各相线电流矢量和应该为零。但是在实际的 产品制造中，由于生产工艺、使用条件及电源品质等因素的制约，理想的三相完全平衡的负载不大可能存在，其三相电流的矢量和不为零而且很容易达到漏电保护器的动作电流值例如30mA。因此，“负载三相平衡”这个概念只具理论意义。

4运行前的检查与测试
为了保证电动机能安全运行，在投运前或维修后，应对电动机的电气性能和机械性能进行必要的检查和测试。
定子绕组绝缘电阻测试
测试目的：检查电机绕组绝缘是否完好、受潮。一般情况下（经验值）测试冷态绝缘电阻时，要求绝缘电阻值不小于每千伏1兆欧，即R≥1兆欧/千伏，才能满足最低绝缘的安全运行要求。
定子绕组直流电阻测试
测试目的：检查电动机三相定子绕组阻抗是否平衡。一般情况下（经验值）测试冷态直流电阻时，其各相线圈直流电阻的差别不应大于三相平均值的2%。
电动机接线检查
测试目的：接线是否正确（Y-型或△-型）接线桩头是否牢固。

对定子绕组大修后或未标注极性的电动机，应测试三相绕组的极性，才能保证星形、三角形接法的正确性：
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剩磁法
极性法
轴承、润滑、联轴器对中、机座固定、盘车检查
测试目的：检查电动机的机械性能（组装质量）
空载电流测试
测试目的：检查电动机的负载能力。一般情况下（经验值）：
二极电机：I0 = 20—30% Ie
四极电机：I0 = 30—45% Ie
六极电机：I0=35—50% Ie
八极：I0 = 35—60% Ie
带载运行检查测试
检查电动机控制回路、保护装置回路、是否完好。
测量电源三相电压是否正常。
测量三相负载电流是否平衡、正常。
检查电动机、设备震动、声响、温度等是否正常。