農村電工應掌握的三相異步電動機基本知識

摘要：三相異步電動機又叫感應電機。是各種電動機中應用最廣、需要最大的一種電機。小的僅有零點幾千瓦，大的可達數千千瓦，它與其他電機相比具有結構簡單、制造、使用和維護方便的特點，它在工農業生產和日常生活中得到廣泛的應用，在整個國民經濟建設中起著重要的作用，是工礦企業、農副業加工最主要的動力設備，大部分生產機械的拖動都采用這種電動機。它已廣泛應用于國民經濟各部門。

關鍵詞：三相異步電動機；電動機的原理；電動機的常見故障

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）31-0153-02

一、三相異步電動機分類和結構

1.分類：三相異步電動機可按各種不同的方法進行分類：按轉子繞組形式分鼠籠型、繞線型；按工作原理分異步、同步；按電源相數分三相、單相；按電動機機殼的防護形式分開啟式、防護式、封閉式、防水式、潛水式、防爆式。按絕緣等級分A、E、B、F、H、C。

2.結構：三相異步電動機由兩個基本部分組成：定子和轉子。

定子：其作用是用來產生旋轉磁場的。定子鐵芯是電機磁路的一部分，繞組是定子中電路部分，它由三個獨立的繞組組成，分別為A相、B相、C相，三相繞組按規定結成三角形或星形，機座用來安裝定子鐵芯和整個電動機用的同時散發電動機運行中產生熱量的作用。

轉子：是電動機轉動部分的總稱，其作用是在旋轉磁場的作用下獲得一個轉動力矩以帶動生產機械一同轉動。轉子鐵芯是由硅鋼片疊成的圓柱體，固定在轉軸上，它與定子鐵芯組成電機的閉合磁路，在轉子鐵芯的外圓上有均勻分布的槽，槽內安放轉子繞組。按轉子繞組構造不同，電動機可分為繞線式和鼠籠式兩種。

（1）鼠籠式：鼠籠型轉子鐵芯上均勻分布著許多槽，每一個槽內都有一根裸導條，在伸出兩端的槽口處用兩個環形端環把兩端所有導條都連接起來。如果去掉鐵芯，整個繞組的外形就像一個鼠籠，故稱鼠籠型轉子。（2）繞線型轉子的繞組和定子繞組相似，是用絕緣導線嵌在槽內，接成三相對稱繞組，一般用星形連接。三根引出線分別接到轉軸上的三個彼此絕緣的集電環上，在通過電刷把電流引出來。

二、旋轉磁場及旋轉方向

1.旋轉磁場：當定子三相繞組接到三相電源上時，繞組內將通過三相對稱電流，并在空間產生旋轉磁場，此磁場以同步轉速沿順時針方向旋轉，這時靜止的轉子和磁場之間就有相對運動，在轉子導體中就有感應電動勢產生，由于轉子導體兩端分別被兩個端環連載一起（鼠籠）因而相互構成了閉合回路。在此感應電動勢的作用下轉子導體內就有電流通過，此轉子電流與旋轉磁場相互作用將產生電磁力。作用在轉子導體上的電磁力對于轉子的軸形成了電磁轉矩，其作用與旋轉磁場的旋轉方向一致，因此轉子就順著旋轉磁場的旋轉方向轉動起來。

2.若要改變磁場的轉向，只需改變通入三相繞組中的電源相序就行了，也就是將電源的三根線中的任意兩根對調，電動機就反轉了。

三、電動機繞組

繞組是電動機主要部件，也是電氣結構的核心。三相繞組在空間位置上彼此相隔120°電角度，每相的導體數、并聯支路數相等，導體規格一樣，每相導體或線圈在空間的分布一樣。繞組是按照一定規律連接起來，具有一定功能的組合體，是產生電磁變化和能量轉換的關鍵。

繞組的幾個基本術語：節距、極距、極數、電角度、級相組、每極每相槽數、繞組并聯路數。繞組常用的形式：單層有同心式、鏈式、交叉式繞組。雙層有疊繞組和波繞組等。電機繞組接線：庶極接法、顯極接法。我們只有充分了解繞組的結構、排列規律、接線方法及操作規律才能更好地掌握使用方法和維修。為了增加電動機使用壽命繞組需要浸漆。繞組經過浸漆處理，增強了機械和電氣性能，改善了散熱條件，加固了繞組的機械強度，提高了防潮性、耐熱性和化學穩定性，延緩絕緣老化程度。

四、異步電動機的調速

有些生產機械在工作時需要調節速度，為滿足生產過程的要求，在負載不變的情況下，用人為的方法改變電動機的轉速。

改變電動機轉速有三種方法：（1）改變電源頻率來調速：電網電壓頻率是固定的，如要改變電源頻率對電動機調速，可采用變頻器。變頻器是利用半導體器件的通斷作用將頻率固定的交流電變換成電壓和頻率可調的交流電，若均勻改變電動機電源頻率，則可以平滑的改變電動機轉速。（2）改變繞組磁極對數來調速：當改變定子繞組磁極對數時，可使電機轉速改變。如果繞組極對數增加一倍，同步轉速就減小一半，因而轉子的轉速差不多減小一半，所以改變磁極對數可以得到不同的轉速。（3）改變轉差率來調速：這只有在繞線式電動機中才能實現。它是在轉子繞組中接入調速變阻器后（起動電阻不能用來調速）由于慣性轉速或轉差率不立即發生變化，于是轉子電流減小，轉矩也隨之下降，轉子轉速就下降，轉差率增大。

五、電動機的啟動

將定子繞組接上三相電源，如果此時起動轉矩大于軸上的反抗轉矩，則電動機開始起動。

1.全壓起動又稱直接起動。是利用閘刀開關或接觸器把電動機直接接到具有額定電壓的電源上，這種起動方法，設備簡單，操作方便，起動轉矩大，起動過程短，但起動電流較大。隨著電網容量的不斷增長，全壓起動的電動機功率也在不斷提高，因此只要電源的容量或變壓器的容量足夠大時，應盡量采用直接起動。

2.降壓起動。當電動機功率較大時，起動電流也較大。為了減小起動時對同一條線路上其他電氣設備的影響，可利用降壓設備降低每相繞組的外加電壓來減小起動電流。（1）電阻（或電抗）降壓起動：這種起動方式是在電路中串聯電阻或電抗以降低起動電壓。啟動時將電阻（或電抗）串聯在電路中，因此限制了起動電流。當電動機達到相當轉速時，將電阻（或電抗）短接，電動機便在額定電壓下運行。（2）星-三角起動：它只適用于正常運行時定子繞組是三角形接法的電動機。啟動時將定子繞組接成星形，當電動機轉速升到接近額定轉速時，再將定子繞組換成三角形接法，使電動機在額定電壓下工作。（3）自耦變壓器起動：這種方法多用于中型和大型電動機起動。啟動時電動機在經過自耦變壓器降壓情況下起動。當轉速接近額定轉速時，將自耦變壓器切除，電動機直接與電源相接使電動機在額定電壓下運行。（4）延邊三角形起動：延邊三角形起動方法使采用星形和三角形混合連接，將電動機定子繞組一部分接成星形，另一部分接成三角形。以上四種減壓起動方法，不論那一種，電動機起動轉矩都與電壓平方成正比的減少。

3.繞線型異步電動機的啟動方法。（1）繞線型異步電動機的特點是在轉子電路中串入變阻器，使起動電流減小，提高了轉子電路的功率因數，使起動轉矩增大，從而使電動機具有良好的起動性能。（2）頻敏變阻器起動：頻敏變阻器是三個鐵芯柱上繞有星接的三相繞組，當剛接通電源時，轉子速度為零，頻率最大，頻敏變阻器的渦流損耗也最大。啟動后，隨著轉速的上升，轉子繞組中電源頻率逐漸下降，于是頻敏變阻器鐵芯中的渦流損耗逐漸減少，直到結束。

六、異步電動機試驗

為了保證電動機在生產或修復后的質量對電動機應進行一些必要的試驗，以檢查電動機的質量。試驗大致有以下幾個項目：

（1）絕緣電阻測定。（2）直流電阻測定（用雙臂、單臂電橋）。（3）耐壓試驗。（4）匝間絕緣試驗。（5）轉子開路電壓測定。（6）空載試驗。（7）短路試驗（堵轉試驗）。（8）超速試驗。（9）溫升試驗。（10）負載實驗。通過這些實驗可以檢驗電動機繞組有無故障，監聽電動機有無異常聲音和振動情況，以確保電動機的安全運行。

七、三相異步電動機常見故障

（1）電源接通后電動機不能起動：定子繞組接地，繞組斷路，接線錯誤或相間短路，負載過重。（2）電動機運行時三相電流不平衡：電源電壓三相不對稱，繞組匝間短路，三相電動機單相運行。（3）電動機空載電流過大：電動機定、轉子氣隙大，轉子鐵芯移位使定、轉子鐵芯不齊，重新修的電動機線圈匝數不對。（4）電動機運行時轉速低于額定值，同時電流表指針來回擺動：繞線型電動機轉子繞組一相電刷接觸不良，繞線型電動機集電環的短路裝置接觸不良，繞線型電動機轉子繞組一相短路，鼠籠型電動機轉子斷條。（5）電動機起動力矩不足，有載時不能起動：電源電壓低，三相繞組中有一相斷線，把三角形連接的三相繞組誤接成星形，電動機過載。（6）電動機運行時溫升高：電源電壓過高，超過額定電壓的+10%，造成鐵損增加，環境溫度超過40°C時便會引起電動機溫度上升，機械部分有摩擦而使電動機發熱。（7）電動機振動：軸承過度磨損，傳動機構失調，轉子機械不平衡等。