课题一 电动机与基本电气控制线路

| 任务一 认识三相交流异步电动机 |

任务引入

工业生产中的大多数机械设备都是通过电动机进行拖动的，要使电动机按照生产工艺的要求运转，必须具备相应的电气控制线路。在组装电气控制线路之前，要从以下几个方面认识三相交流异步电动机：

（1）三相交流异步电动机的结构；

（2）三相交流异步电动机的转动原理；

（3）三相交流异步电动机的额定值；

（4）如何检查三相交流异步电动机。

相关知识

一、三相交流异步电动机的结构

三相交流异步电动机的构件分解如图1.1所示。三相交流异步电动机主要由定子（固定部分）和转子（旋转部分）两大部分构成。

1.定子

定子由机座、定子铁心和三相定子绕组等组成。机座通常采用铸铁或钢板制成，起到固定定子铁心、利用两个端盖支撑转子、保护电动机的电磁部分及散热的作用。定子铁心由0.35～0.5mm厚的硅钢片叠压而成，片与片之间涂有绝缘漆以减少涡流损耗，定子铁心构成电动机的磁路部分。硅钢片内圆上冲有均匀分布的槽，用于对称放置三相定子绕组。机座与定子铁心如图1.2所示。

三相定子绕组通常采用高强度的漆包线绕制而成，U相、V相和W相引出的6根出线端接在电动机外壳的接线盒里，其中 U1、V1、W1为三相绕组的首端，U2、V2、W2为三相绕组的末端。三相定子绕组根据电源电压和绕组的额定电压连接成 形（星形）或△形（三角形），三相绕组的首端接三相交流电源，如图1.3所示。

2.转子

三相交流异步电动机的转子由转轴、转子铁心和转子绕组等组成。转轴用来支撑转子旋转，保证定子与转子间均匀的空气隙。转子铁心也是由硅钢片叠成，硅钢片的外圆上冲有均匀分布的槽，用来嵌入转子绕组。转子铁心与定子铁心构成闭合磁路。转子绕组由铜条或熔铝浇铸而成，形似鼠笼，故称为鼠笼型转子，如图1.4所示。

二、三相交流异步电动机的转动原理

1.鼠笼型转子跟随旋转磁铁转动的实验

为了说明三相交流异步电动机的转动原理，先来做一个图1.5所示的实验。在实验中，鼠笼型转子与手动旋转磁铁始终同向旋转。这是因为，当磁铁旋转时，转子导体做切割磁力线的相对运动，在转子导体中产生感生电动势和感生电流。感生电流的方向可用右手定则判别。通有感生电流的转子导体受到电磁力的作用，电磁力F的方向可用左手定则判别。于是，转子在电磁力产生的电磁转矩作用下与磁铁同方向旋转。

2.旋转磁场的产生

当三相定子绕组接入三相交流电源后，绕组内便通入三相对称交流电流iu、iv、iw，三相交流电流在转子空间产生的磁场如图1.6所示。

由图1.6可以看出，三相绕组在空间位置上互差120°，三相交流电流在转子空间产生的旋转磁场具有一对磁极（N 极、S 极各一个）。当电流从ωt=0°变化到ωt=120°时，磁场在空间旋转了120°。即三相交流电流产生的合成磁场随电流变化在转子空间不断地旋转，这就是旋转磁场的产生原理。

三相交流电流变化一个周期，两极（一对磁极）旋转磁场旋转360°，即正好旋转一圈。若电源频率f1=50Hz，则旋转磁场的转速n1= 60 f1= 60×50 = 3000r/min。当旋转磁场具有4极（即两对磁极）时，其转速仅为一对磁极时的一半，即n1= 60 f1/2 = 60×50/2= 1500r/min。所以，旋转磁场的转速与电源频率和旋转磁场的磁极对数有关。当旋转磁场具有P对磁极时，旋转磁场的转速为

式中：n1— 旋转磁场的转速（r/min）；

f1—交流电源的频率（Hz）；

P — 电动机定子绕组的磁极对数。

设电源频率为50Hz，则电动机磁极个数与旋转磁场的转速关系见表1.1。

电动机转子的转动方向与旋转磁场的旋转方向相同，如果需要改变电动机转子的转动方向，必须改变旋转磁场的旋转方向。旋转磁场的旋转方向与通入定子绕组的三相交流电流的相序有关。因此，将定子绕组接入三相交流电源的导线任意对调两根，则旋转磁场改变转向，电动机转子也随之换向。

3.三相交流异步电动机的转动原理和转差率

当电动机的三相定子绕组通入三相交流电流时，便在转子空间产生旋转磁场，由图1.5所示实验结果可知，转子将在电磁转矩作用下与旋转磁场同向转动。但转子的转速不可能与旋转磁场的转速相等，因为如果两者相等，则转子与旋转磁场之间便没有相对运动，转子导体不切割磁力线，不能产生感生电动势和感生电流，转子就不会受到电磁力矩的作用。所以，转子的转速要始终小于旋转磁场的转速。这就是异步电动机名称的由来。

通常将旋转磁场的转速n1和转子转速n的差与旋转磁场的转速n1之比称为转差率，即

转差率是分析三相交流异步电动机工作特性的重要参数。电动机启动瞬间，S = 1，转差率最大，启动过程中随着转子转速升高，转差率越来越小。由于三相交流异步电动机的额定转速与旋转磁场的转速接近，所以额定转差率很小，通常为1%～7%。

三、三相交流异步电动机的额定值

电动机的额定值是使用和维护电动机的重要依据，电动机应该在额定状态下工作。

（1）额定功率（kW）。额定功率指电动机在额定运行状态下，转轴上输出的机械功率。

（2）额定电压（V）。额定电压指电动机在正常运行时，定子绕组规定使用的线电压。常用的中小功率电动机额定电压为380V。电源电压值的波动一般不应超过额定电压的5%。

（3）额定电流（A）。额定电流指电动机在输出额定功率时，定子绕组允许通过的线电流。由于电动机启动时转速很低，转子与旋转磁场的相对速度差很大，因此，转子绕组中感生电流很大，引起定子绕组中电流也很大。电动机的启动电流为额定电流的4～7倍，通常电动机的启动时间很短（几秒），因此尽管启动电流很大，也不会烧坏电动机。

（4）额定频率（Hz）。额定频率指电动机在额定条件运行时的电源频率。我国交流电的频率为50Hz，在调速时则可通过变频器改变电源频率。

（5）额定转速（r/min）。额定转速指电动机在额定电压、额定频率及输出额定功率时的转速。

（6）接法。接法指三相定子绕组的连接方式。当额定电压为380V时，小功率（3kW以下）电动机多为形连接，中、大功率电动机为△形连接。

四、三相交流异步电动机的日常检查与测试项目

（1）机械方面的检查。电动机的安装基础应牢固，以免电动机运行时产生振动。用手转动转轴，能平稳地旋转，不应出现异常摩擦声和机械撞击声。

（2）接线可靠。接线端子处无打火痕迹，机壳采取接地或接零保护。

（3）定子绕组直流电阻的测试。用万用表电阻挡测试三相定子绕组的直流电阻，各相绕组的阻值应均匀相等，正常阻值为几欧姆至十几欧姆。

（4）定子绕组绝缘电阻的测试。用500V 兆欧表测试三相定子绕组相互间的绝缘电阻和三相定子绕组对机座的绝缘电阻，阻值应为2MΩ以上。

（5）运行电流的测试。电动机启动稳定后用钳形电流表测量电动机的空载电流和负载电流，检查三相交流电流是否对称和符合额定值。

任务实施

断开电源开关，在断电情况下检查电动机。

（1）检查三相交流异步电动机的安装是否牢靠。

（2）用手拨动转轴，转子转动应平稳无噪声。

（3）观察三相交流异步电动机的铭牌，读懂铭牌上标示的技术参数。

（4）打开接线盒，按接线方式连接。

（5）检查三相交流异步电动机的接地保护线是否牢靠。

（6）用万用表电阻挡测试三相定子绕组的直流电阻并记录。

（7）用500V 兆欧表测试三相定子绕组相互间的绝缘电阻和三相定子绕组对机座的绝缘电阻并记录。

练习题

1.说明三相鼠笼式异步电动机的主要结构。

2.某三相交流异步电动机的额定转速为950r/min，它是几极电动机？

3.什么是转差率？电动机启动过程中转差率怎样变化？

4.某三相交流异步电动机部分铭牌数据为1.5kW,380/220V,。

（1）解释铭牌数据的含义。

（2）当电源线电压为380V时，定子绕组应做何种连接？当电源线电压为220V时，定子绕组应做何种连接？

（3）如果将定子绕组连接成星形，接在220V的三相电源上，会发生什么现象？