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Y CF(中职）电工与电子技术第四章教学课件第四章 异步电动机 第一节 单相异步电动机 第二节 三相异步电动机返回第一节 单相异步电动机 一、单相异步电动机的用途和特点 单相异步电动机(single 一phase asynchronous motor)是靠220V单相交流电源供电的一类电动机，它适用于只有单相电源(single 一phase power)的小型工业设备和家用电器中。由单相电源供电的异步电动机称为单相异步电动机。由于其取用电源方便，所以在家庭、办公室等只需小功率动力输出设备的场合中，广泛采用单相电动机拖动。例如电风扇、电冰箱、空调器、吸尘器、洗衣机、手电钻等。从结构上看，单相异步电动机的转子多是采用笼型的。定子上的绕组是单相绕组。当绕组接通单相电源后，则在定子铁芯、转子铁芯和空气隙中产生脉动磁场，如图4 一1 所示。这个磁场方向总是垂直向上或是垂直向下，它的轴线在空间保持固定位置，轴线位置上的磁感应强度的大小随时间作正弦变化。下一页 返回第一节 单相异步电动机 由于磁场只是脉动，而不旋转，因此，单相异步电动机的转子导体与磁场之间没有相对运行，不产生感应电流，也就没有电磁力作用，没有启动转矩，即不能自行启动，这是单相异步电动机的缺点，如果我们去拨动一下转子，则转子导体切割脉动磁场，而产生感应电流，在电磁力的作用下，转子将顺着拨动的方向转动起来。为了使单相异步电动机具有实用意义，必须解决启动问题。单相异步电动机常用的启动方法有电容分相式和罩极式两种。上一页 下一页 返回第一节 单相异步电动机 二、电容分相式单相异步电动机 电容分相式电动机的定子上安放两个绕组:一个是工作绕组A1,A2;另一个是辅助绕组B1,B2。这两个绕组:在空间相隔90，如图4 一2(a)所示。辅助绕组B 与电容器C 串联后再与工作绕组A 并联于单相交流电源上。由于电容器的接入，使得通过辅助绕组B 上的电流如超前于通过工作绕组A 上的电流i，接近90，这就是电容分相的作用，如图4 一2(b)所示。这样，在空间相隔90 的两个绕组中，分别通入相位差为90 的两相电流，也能产生旋转磁场。上一页 下一页 返回第一节 单相异步电动机 由图4-3 可见，IB 和IA 产生的磁场，如同三相交流电产生的旋转磁场一样，按顺时针方向旋转。在这个旋转磁场的作用下，笼型转子就会沿磁场旋转的方向转动起来。如果将电容器C 与A 绕组串联后再与B 绕组并联，接于单相交流电源上，则有IA 超前IB 接近90，那么旋转磁场按逆时针方向转动起来。因此，要改变电容分相式电动机的转向，只要调换一个绕组与电容器C 相串联。如图4-4 就是单相电动机的正、反转电路，当开关S 向上扳时，电容器C 就与B 绕组串联，电动机正转;当开关S 向下扳时，电容器C 与A 绕组串联，电动机反转。洗衣机就是利用这个原理进行工作的，洗衣机中的开关是靠定时器自动转换的，使电动机的旋转方向周期性地改变。上一页 返回第二节 三相异步电动机 异步电动机(asynchronous motor)又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式(鼠笼式异步电机)、绕线式异步电动机。做电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。各国的以电为动力的机械中，约有90%左右为异步电动机，其中小型异步电动机约占70%以上。在电力系统的总负荷中，异步电动机的用电量占相当大的比重。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60%多。异步电动机的基本特点是，转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统;与其他电机相比，异步电动机的结构下一页 返回第二节 三相异步电动机 简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的1/2，成本仅为1/3。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率(见异步电机)，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合(如传动轧机、卷扬机、大型机床等)，不如直流电动机经济、方便。因此，在大功率、低转速场合(如拖动球磨机、压缩机等)不如用同步电动机合理。由于异步电动机生产量大，使用面广，要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列;此外还有若干派生系列(在基本系列基础上作部分改变导出的系列)、专用系列(为特殊需要设计的具有特殊结构的系列)。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 一、三相异步电动机原理 作电动机运行的三相异步电机。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启动性能和调节电动机的转速。当向三相定子绕组中通入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1 沿定子和转子内圆空间做顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1 转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 将切割定子旋转磁场而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定)。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为:当电动机的三相定子绕组(各相差120 电角度)，通入三相交流电后，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。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 二、三相异步电动机的故障分析和处理方法 绕组是电动机的组成部分，老化，受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、外力的冲击都会造成对绕组的伤害，电机过载、欠电压、过电压，缺相运行也能引起绕组故障。绕组故障一般分为绕组接地、短路、开路、接线错误。现在分别说明故障现象、产生的原因及检查方法。1.绕组接地 指绕组与贴心或与机壳绝缘破坏而造成的接地。(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;金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芯;绕组端部碰端盖机座;定、转子摩擦引起绝缘灼伤;引出线绝缘损坏与壳体相碰;过电压(如雷击)使绝缘击穿。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机(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队档检查，读数矛良小，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队的绝缘电队，若读数为0 则表示该项绕组接地，但对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队值。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。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 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，到接地点刚冒烟时立即断电。分组淘汰法对于接地点在铁芯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。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机(4)处理方法 绕组受潮引起接地的应先进行烘干，当冷却到60C 70 时，浇上绝缘漆后再烘干;绕组端部绝缘损坏时，在接地处重新进行绝缘处理，涂漆，再烘干;绕组接地点在槽内时，应重绕绕组或更换部分绕组元件。最后应用不同的兆欧表进行测量，满足技术要求即可。2.绕组短路 由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所致，分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。(1)故障现象离子的磁场分布不均，三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧，严重时电动机不能启动，而在短路线圈中产生很大的短路电流，导致线圈迅速发热而烧毁。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机(2)产生原因电动机长期过载，使绝缘老化失去绝缘作用;嵌线时造成绝缘损坏;绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿;端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏;端部连接线绝缘损坏;过电压或遭雷击使绝缘击穿;转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏;金属异物落人电动机内部或油污过多。(3)检查方法 外部观察法观察接线盒、绕组端部有无烧焦，绕组过热后留下深褐色，并有臭味。探温检查法空载运行20min 发现异常时应马上停止)，用手背摸绕组各部分是否超过正常温度。通电实验法用电流表测量，若某相电流过大，说明该相有短路处。电桥检查测量各绕组直流电队，一般相差不应超过5%以上，如超过，则电队小的一相有短路故障。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 短路侦察器法被测绕组有短路，则钢片就会产生振动。万用表或兆欧表法测任意两相绕组相间的绝缘电队，若读数极小或为0，说明该二相绕组相间有短路。电压降法把三绕组串联后通入低压安全交流电，测得读数小的一组有短路故障。电流法电机空载运行，先测量三相电流，在调换两相测量并对比，若不随电源调换而改变，较大电流的一相绕组有短路。(4)短路处理方法 短路点在端部，可用绝缘材料将短路点隔开，也可重包绝缘线，再上漆重烘干。短路在线槽内，将其软化后，找出短路点修复，重新放入线槽后，再上漆烘干。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 对短路线匝少于1/12 的每相绕组，串联匝数时切断全部短路线，将导通部分连接，形成闭合回路，供应急使用。绕组短路点匝数超过1/12 时，要全部拆除重绕。3.绕组短路 由于焊接不良或使用腐蚀性焊剂，焊接后又未清除干净，就可能造成壶焊或松脱;受机械应力或碰撞时线圈短路、短路与接地故障也可使导线烧毁，在并烧的几根导线中有一根或几根导线短路时，另几根导线由于电流的增加而温度上升，引起绕组发热而断路。一般分为一相绕组端部断线、匝间短路、并联支路处断路、多根导线并烧中一根断路、转子断笼。(1)故障现象电动机不能启动，三相电流不平衡，有异常噪声或振动大，温升超过允许值或冒烟。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机(2)产生原因 在检修和维护保养时碰断或制造质量问题;绕组各元件、极组和绕组与引接线等接线头焊接不良，长期运行过热脱焊;受机械力和电磁场力使绕组损伤或拉断;匝间或相间短路及接地造成绕组严重烧焦或熔断等。(3)检查方法 观察法断点大多数发生在绕组端部，看有无碰折、接头出有无脱焊。万用表法利用电队档，对“Y”形接法的将一根表棒接在“Y”形的中心点上，另一根依次接在三相绕组的首端，无穷大的一相为断点;“”形接法的短开连接后，分别测每组绕组，无穷大的则为断路点。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 试灯法方法同前，灯不亮的一相为断路。兆欧表法队值趋向无穷大(即不为零值)的一相为断路点。电流表法电机在运行时，用电流表测三相电流，若三相电流不平衡、又无短路现象，则电流较小的一相绕组有部分短断路故障。电桥法当电机某一相电队比其他两相电队大时，说明该相绕组有部分断路故障;电流平衡法对于“Y，形接法的，可将三相绕组并联后，通入低电压大电流的交流电，如果三相绕组中的电流相差大于10%时，电流小的一端为断路;对于“”形接法的，先将定子绕组的一个接点拆开，再逐相通入低压大电流，其中电流小的一相为断路。断笼侦察器检查法检查时，如果转子断笼，则毫伏表的读数应减小。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 4.断路处理方法 断路在端部时，连接好后焊牢，包上绝缘材料，套上绝缘管，绑扎好，再烘干;绕组由于匝间、相间短路和接地等原因而造成绕组严重烧焦的，一般应更换新绕组;对断路点在槽内的，属少量断点的做应急处理，采用分组淘汰法找出断点，并在绕组断部将其连接好并绝缘合格后使用;对笼形转子断笼的可采用焊接法、冷接法或换条法修复。4.绕组接错 绕组接错造成不完整的旋转磁场，致使启动困难、三相电流不平衡、噪声大等症状，严重时若不及时处理会烧坏绕组。主要有下列几种情况:某极相中一只或几只线圈嵌反或头尾接错;极(相)组接反;某相绕组接反;多路并联绕组支路接错;“”、“y”接法错误。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机(1)故障现象电动机不能启动、空载电流过大或不平衡过大，温升太快或有剧烈振动并有很大的噪声、烧断保险丝等现象。(2)产生原因误将“”形接成“Y，形;维修保养时三相绕组有一相首尾接反;减压启动是抽头位置选择不合适或内部接线错误;新电机在下线时，绕组连接错误;旧电机出头判断不对。(3)检修方法 滚珠法如滚珠沿定子内圆周表面旋转滚动，说明正确，否则绕组有接错现象。指南针法如果绕组没有接错，则在一相绕组中，指南针经过相部的极(相)组时，所指的极性应相反，在三相绕组中相部的不同相的极(相)组也相反;如极性方向不变时，说明有一极(相)组反接;若指向不定，则相组内有反接的线圈。上一页 下一页 返回第二节 三相异步电动机 万用表电压法按接线图，如果两次测量电压表均无指示，或一次有读数、一次没有读数，说明绕组有接反处。常见的还有干电池法、毫安表剩磁法、电动机转向法等。(4)处理方法 一个线圈或线圈组接反，则空载电流有较大的不平衡，应进厂返修;引出线错误的应正确判断首尾后重新连接;减压启动接错的应对照接线图或原理图，认真校对重新接线;新电机下线或重接新绕组后接线错误的，应送厂返修;定子绕组一相接反时，接反的一相电流特别大，可根据这个特点查找故障并进行维修;把“Y，形接成“”形或匝数不够，则空载电流大，应及时更正。上一页 返回图4 一1 单相异步电动机返回(a)结构和磁场;(b)磁感应强度曲线图4 一2 电容分相式电动机返回(a)结构;(b)iA 和iB 波形图4 一3 两相交流电产生的旋转磁场返回图4 一4 电容分相式电动机的正反转返回