关于三相异步电动机的毕业论文Word文档格式.docx

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在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。

拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。

由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。

按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。

纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。

在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。

由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。

虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。

所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。

尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。

诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。

除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。

经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。

随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。

电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。

　　未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。

一批"

巨无霸’电机、一批"

光怪陆奇"

电机将同时展现在世人眼前。

1.3 

电动机的未来

经历了一百多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。

未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。

　　第二章 

电动机的工作原理

2.1 

三相异步电动机的结构及工作原理

电机的机组结构主要由磁路部分，电路部分以及机械三部组成，如图。

磁路又是由定子铁心和转子铁心构成的。

定子铁心是由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。

铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈用的。

转子铁心用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。

电路部分是由定子绕组和转子绕组构成的。

定子绕组三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。

线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。

机械部分主要是机座、端子、轴和轴承等组成。

图2-1

异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。

鼠笼式异步电动机的转子绕组本身自成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价格便宜，应用最为广泛，小型异步电动机绝大部分属于这类。

绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。

三相鼠笼式异步电动机的结构。

异步电动机的定子结构

定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。

鼠笼式和绕线式异步电动机的定子结构是完全一样的。

1、定子铁心：

异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。

铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。

2、定子绕组：

是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。

三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。

每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°

电角度。

中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。

定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。

这六个出线端在接线盒里的排列如图4.3所示，可以接成星形或三角形。

3、机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。

中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装有散热片。

对大型异步电动机，一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔，作为冷却空气的通道。

异步电动机转子结构

转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。

转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。

（一）转子铁心

是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。

（二）转子绕组

异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。

①绕线形绕组与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能。

②笼形绕组在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图3.5（a）所示。

也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。

电动机工作原理

目前较常用的主要是交流电动机，它可分为两种：

1、三相异步电动机。

2、单相交流电动机。

第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。

下面以三相异步电动机为例介绍其基本工作原理。

　下图2-1所示为一台三相笼型异步电动机的示意图。

在定子铁心里嵌放着对称的三相绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2。

转子槽内放有导条，导条两端用短路环短接起来，形成一个笼型的闭合绕组。

定子三相绕组可接成星形，也可以接成三角形。

图2-2三相笼型异步电动机的示意图

由旋转磁场理论分析可知，如果定子对称三相绕组被施以对称的三相电压，就有对称的三相电流流过，并且会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个磁场的转速n1称为同步转速，它与电网的频率f1及电机的磁极对数p的关系为：

n1=60f1/p

　　转向与三相绕组的排列以及三相电流的相序有关，图中U、V、W相以顺时针方向排列，当定子绕组中通人U、V、W相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转向。

由于转子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子导体因切割定子磁场而产生感应电动势，因转子绕组自身闭合，转子绕组内便有电流流通。

转子有功电流与转子感应电动势同相位，其方向可由"

右手发电机定则"

确定。

载有有功分量电流的转子绕组在定子旋转磁场作用下，将产生电磁力F，其方向由"

左手电动机定则"

电磁力对转轴形成一个电磁转距，其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着转子顺着旋转磁场的旋转方向旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。

如果电动机轴上带有机械负载，则机械负载随着电动机的旋转而旋转，电动机对机械负载做了功。

对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。

下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。

当=0°

时，U相电流达到正最大值，电流从首端U1流入，用表示，从末端U2流出，用⊙表示；

V相和W相电流均为负，因此电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端V2和W2应填上，首端V1和W1应填上⊙，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上。

当=120°

时，V相电流为正的最大值，因此V相电流从首端V1流入，用表示，从末端V2流出，用⊙表示。

U相和W相电流均为负,则U1和W1端为流出电流，用⊙表示，而U2和W2为流入电流，用表示，此时合成磁场的轴线正好位于V相绕组的轴线上，磁场方向已从=0°

时的位置沿逆时针方向旋转了120°

。

当=240°

和=360°

时，合成磁场的位置。

当=360°

时，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置逆时针方向旋转了360°

，即电流变化一个周期，合成磁场旋转一周。

由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场。

旋转的方向从U→V→W，正好和电流出现正的最大值顺序相同，即由电流超前相转向电流滞后相。

如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是U→W→V。

通过图解法分析可知，旋转磁场的旋转方向也为U→W→V。

综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是：

（1）三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转速为异步转速

（1）且

1=f/p

式中：

为电源频率，单位为Hz；

为电机极对数。

（2）转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。

（3）转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速（n）小于同步转速

（1）。

异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力。

因此，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。

又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。

（4）异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。

要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。

　　综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原理是：

（1）三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场。

（2）转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；

　　（3）转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。

2.2三相异步电动机接线图

三相异步电机接线图:

三相电动机的三相定子绕组每相绕组都有两个引出线头。

一头叫做首端，另一头叫末端。

规定第一相绕组首端用D1表示，末端用D4表示；

第二相绕组首端用D2表示，末端用D5表示；

第三相绕组首末端分别用D3和D6来表示。

这六个引出线头引入接线盒的接线柱上，接线柱相应地标出D1～D6的标记，见图

（1）。

三相定子绕组的六根端头可将三相定子绕组接成星形或三角形，星形接法是将三相绕组的末端并联起来，即将D4、D5、D6三个接线柱用铜片连结在一起，而将三相绕组首端分别接入三相交流电源，即将D1、D2、D3

分别接入A、B、C相电源，如图

（2）所示。

而三角形接法则是将第一相绕组的首端D1与第三相绕组的末端D6相连接，再接入一相电源；

第二相绕组的首端D2与第一相绕组的末端D4相连接，再接入第二相电源；

第三相绕组的首端D3与第二相绕组的末端D5相连接，再接入第三相电源。

即在接线板上将接线柱D1和D6、D2和D4、D3和D5分别用铜片连接起来，再分别接入三相电源，如图（3）所示。

一台电动机是接成星形还是接成三角形，应视厂家规定而进行，可以从电动机铭牌上查到。

三相定子绕组的首末端是生产厂家事先设定好的，绝不可任意颠倒，但可将三相绕组的首末端一起颠倒，例如将三相绕组的末端D4、D5、D6倒过来作为首端，而将D1、D2、D3作为末端，但绝不可单独将一相绕组的首末端颠倒，否则将产生接线错误。

如果接线盒中发生接线错误，或者绕组首末端弄错，轻则电动机不能正常起动，长时间通电造成启动电流过大，电动机发热严重，影响寿命，重则烧毁电动机绕组，或造成电源短路。

三相电机接线图

电机接线图

电机y接时，接线盒里，连接片的连接方式

电机角接时，接线盒连接片的连接方式

在承受相同电压及相同线径的绕组线圈中，星型接法比三角型接法每相匝数少根号3倍（1.732倍），功率也小根号3倍。

成品电机的接法已固定为承受电压380V，一般不适宜更改。

只有三相电压级别与正常380V不同时才改变接法，如三相电压220V级别时，原三相电压380V星型接法改为三角型接法就能适用；

如三相电压660V级别时，原三相电压380V三角型接法改为星型接法就能适用，其功率不变。

一般小功率电机是星型接法，大功率的是三角接法。

额定电压下，应该使用三角形连接的电动机，如果改成星形连接，则属于降压运行，电动机功率减小，启动电流也减少。

额定电压下，应该使用星形连接的电动机，如果改成三角形连接，则属于超压运行，是不允许的。

大功率电机（三角型接法）起动时的电流很大，为了减少起动电流对线路的冲击，一般采用降压起动，原三角型接法运行改为星型接法起动就是其中一种方法，星型接法起动后转换回三角型接法运行。

2.3异步电动机的用途及主要系列

异步电动机的用途 

三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例如：

风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等

在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一般由单相异步电动机来拖动。

异步电动机能在生产和生活领域中得到广泛的应用，是有着众多优点：

结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性

缺点：

功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，功率因数总小于1。

2.3.2异步电动机主要系列

在三相电动机的外壳上，钉有一块牌子，叫铭牌。

铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕组）三相电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下。

1．型号：

国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列，是按国际电工委员会IEC标准设计生产的三相异步电动机，它是以电机中心高度为依据编制型号谱的，如Y-200L2-6机电混合桥电机型号2、额定功率额定功率是指在满载运行时三相电动机轴上所输出的额定机械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为单位。

3、额定转速额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，用nN表示，一般是略小于对应的同步转速n1。

如n1=1500r/min，则nN=1440r/min。

4、绝缘等级绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。

F级可长期承受155℃，按电机实际运行最高环温40℃计算，则电机允许工作温度为：

F级时≤145℃（环温40℃+温升105）＜155℃　。

5、电机的工作制电机的工作制是指三相电动机的运转状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短时、周期断续三种，机电混合桥所使用的电机工作制是S1。

S1、连续工作制：

在恒定负载下的运行时间足以达到热稳定。

6、接法三相电动机定子绕组的连接方法有星形（Y）和三角形（△）两种。

定子绕组的连接只能按规定方法连接，不能任意改变接法，否则会损坏三相电动机。

7、防护等级防护等级表示三相电动机外壳的防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面的两位数字分别表示电机防固体和防水能力。

数字越大，防护能力越强，如IP55中第一位数字“5”表示防尘完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响电机的正常工作。

第二位数字“5”表示防止喷射的水侵入防止来自各方向喷嘴射出的水进入电机内造成损害。

第三章电动机保护及其装置

根据保护装置的装设部位分为两大类：

1.安装在电动机内部的保护装置；

2.安装在电动机外部的各种保护装置。

3.1安装在电动机内部的保护装置

3.1.1温度保护及装置

（1）双金属盘式温度保护器。

这种温度保护器通常装在电动机端盖上，其体积和触头的电流容量一般都较大，外壳用酚醛塑料制成。

双金属盘式温度保护器不但对温度敏感，而且对电流也敏感，因此它具有更全面的保护功能。

（2）嵌入式温度保护器。

这种温度保护器通常装在电动机绕组中、绕组表面或绕组端面上，与电动机绕组一起进行浸渍处理。

嵌入式温度保护器具有体积小、灵敏度高、可靠性好等优点，常用于各类小容量电动机的直接保护。

　　（3）热断式温度保护器。

这种温度保护器是一次性动作的热保护器。

由于感温材料融化后不能复原，所以这种保护器只能一次性使用，它通常装在电动机的外壳上。

（4）正温度系数热敏电阻式温度保护器。

这类温度保护器是一种对温度敏感的新型半导体元件（简称PTC），即通称的热敏电阻。

为准确反应电动机绕组的温度，通常在电动机制造时将其埋设在定子绕组中，导线绑扎后有电动机接线盒引出。

此外，热敏电阻也可用于检测电动机断相温度信号，实现断相保护。

3.2安装在电动机外部的保护装置

3.2.1过载热保护及装置

通常，交流电动机的故障主要是定子绕组损坏造成的。

这些绕组的损坏大多是电动机过载引起的。

电动机过载运行时，会出现电流增加，绕组过热现象。

如果时间过长，就会损坏绝缘。

过载热保护装置的功能就是在电动机过载情况下，及时切断电源，限制电动机过热时间，防止绝缘损坏。

其保护原理是通过热效应元件对电动机过载时增大的电流灵敏反应而发生动作，以断开电路。

常用的有双金属片热继电器和空气断路器。

其中热继电器纯属过载热保护装置，只起过载热保护，对短路、欠电压等不具备保护功能；

空气断路器的保护功能较多，可同时起电流过载热保护、短路保护、欠电压保护等多种功能。

3.2.2过载电流保护及装置

（1）用于小电流过载保护时，造成电动机不能充分发挥其过载能力。

这是因为，感应式继电器的动作电流最长延迟时间只有60s，而实际上电动机在过载20%的情况下至少能完全运行20min。

（2）过载电流保护装置与电动机之间无直接的热联系，当造成绝缘损坏的主要危险—过热—不是由电流过大所引起的，而是由通风不良、机械损耗增大等原因引起的，过载电流保护无效。

3.2.3漏电保护及装置

当人体可能触及的电动机漏电时，保护装置以人体接触的安全电压值或流过人体的安全电流值为基准，，自动及时切断电源，以保护人身安全，这种保护称为电动机的漏电保护。

在中性点直接接地的低压电网中，为提高接地保护的保护效果，可在电动机的电源侧装设漏电开关（漏电保护器）。

当电动机发生碰壳故障时，漏电开关立即动作，切断电源，从而壳防止人身触电。

3.2.4短路保护及装置

（1）对于单台电动机，熔体的额定电流（IRe）应大于或等于电动机额定电流（In）的1.5-2.5倍，即IRe≥（1.5-2.5）In。

电动机轻载起动时间较短时，系数可取1.5；

带负载起动、起动时间较长或起动频繁时，系数可取2.5.

（2）对于多台电动机，熔体的额定电流（IRe）应大于或等于最大一台电动机额定电流（In,max）的1.5-2.5倍加上同时使用的其他电动机额定电流之和（∑In），即IRe≥（1.5-2.5）In,max+∑In。

（3）熔断器的额定电压和额定电流不应小于线路的额定电压和所装熔体的额定电流，熔断器的型式随线路要求和安装条件而定。

3.2.5缺相保护及装置

（1）利用灯光信号报警装置或双刀开关对三相异步电动机进行缺相保护。

由于三相异步电动机的缺相运行大多是一相熔断器熔断造成的，所以在条件简陋而又有值班人员经常值班的场合，给每一项熔断器并联一只小红色灯泡，就可及时发现一相断线故障。

这种方法只能反映熔断器熔断所引起的缺相运行，而不能反映其他原因造成的断相故障。

此外，由于灯泡只能给出故障信号，不能产生保护动作，所以值班人员必须经常注意监视。

（2）利用欠电流继电器对三相异步电动机进行缺相保护。

在电动机的每相线路中个串联一个欠电流继电器，分别流过三相线电流。

当电动机正常运行时，三个继电器的常开触点全部接通。

当某相发生断线故障时，串联在该相的欠电流继电器就因失电而动作，断开接触器的线圈电路，电动机脱离电源，于是电动机停转。

这种保护方案具有动作准确、可靠的优点，其缺点是继电器线圈长期通过电动机的工作电流，而且当电动机容量较大时，还需要配用电流互感器，因而费用较高。

但对一些重要的生产机械或科研设备来说，采用欠电流继电器来保护电动机，还是很适宜的。

（3）带缺相保护装置的热继电器。

其结构特点是在普通热继电器结构的基础上增加了一个差动机构，该继电器即可对三相均衡过载起保护作用，又可对缺相运行起保护作用。

3.2.6欠压保护及装置

电动机的转矩、定子电流与电压有着密切关系。

当电源电压上下波动时，电动机的电磁转矩和定子电流相应发生变化。

与过电压