異步電機原理及概述

                                            異步電機

    異步電動機又稱感應(yīng)電動機，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換為機械能量的一種交流電機。

    三相異步電機主要用作電動機，拖動各種生產(chǎn)機械，例如：風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、輕工及礦山機械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機和粉碎機、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機械等等。 結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高并具有適用的工作特性。

簡介

    異步電動機按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩種形式:有鼠籠式(鼠籠式異步電機)、繞線式異步電動機。

   作電動機運行的異步電機。因其轉(zhuǎn)子繞組電流是感應(yīng)產(chǎn)生的，又稱感應(yīng)電動機。異步電動機是各類電動機中應(yīng)用最廣、需要量最大的一種。各國的以電為動力的機械中，約有90%左右為異步電動機，其中小型異步電動機約占70%以上。在電力系統(tǒng)的總負(fù)荷中，異步電動機的用電量占相當(dāng)大的比重。在中國，異步電動機的用電量約占總負(fù)荷的60%多。

異步電機是一種交流電機，其負(fù)載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)頻率之比不是恒定值。感應(yīng)電機（Induction motor）是一種僅有一套繞組聯(lián)接電源的異步電機。在不致引起誤解和混淆的情

況下，一般可稱感應(yīng)電動機為異步電動機。IEC標(biāo)準(zhǔn)中指出：“感應(yīng)電機”一詞，在許多國家中實際上是作為“異步電機”的同義詞使用，而其他一些國家則只使用“異步電機”一詞來表示這兩種概念。

歷史

   異步電機在1885年由意大利物理學(xué)家和電氣工程師費拉里斯發(fā)明。1888年，提出實驗報告，對旋轉(zhuǎn)磁場作了嚴(yán)格的科學(xué)描述，為以后開發(fā)異步電動機、自起動電動機奠定了基礎(chǔ)。費拉里斯相信他所提出的旋轉(zhuǎn)磁場理論以及他所開發(fā)的新產(chǎn)品在科學(xué)上的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過物質(zhì)上的價值，因此他有意不為自己的發(fā)明申請專利，而是在實驗室向公眾演示這些最新成果。他還倡導(dǎo)使用交流電系統(tǒng)。同年，尼古拉·特斯拉在美國取得了感應(yīng)電機的專利。一年之后，Mikhail Dolivo-Dobrovolsky發(fā)明籠型異步電機。異步電機的發(fā)展迅速，對于相同大小的異步電機，額定功率由1897年的5.5kW發(fā)展到1976年的74.6kW。鼠籠型異步電機是使用最廣泛的異步電機。

概念

    電機的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，從而叫為異步電機。它和感應(yīng)電機基本上是相同的。$\text{s=(n_s-n)/n_s}$。s為轉(zhuǎn)差率，$n_s$為磁場轉(zhuǎn)速，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

分類

   異步電動機的種類繁多，有防爆型三相異步電動機、ys系列三相異步電動機、y、y2系列三相異步電動機、YVP系列變頻調(diào)速電動機等等.

原理

    三相異步電動機定子繞組加對稱電壓后，產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)氣隙磁場，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體切割該磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢。由于轉(zhuǎn)子繞組處于短路狀態(tài)會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)子電流。轉(zhuǎn)子電流與氣隙磁場相互作用就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電動機的轉(zhuǎn)速一定低于磁場同步轉(zhuǎn)速，因為只有這樣轉(zhuǎn)子導(dǎo)體才可以感應(yīng)電勢從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩。所以該電機被稱為異步機，也叫感應(yīng)電機。

特點

• 小型輕量化。

• 易實現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過10 000r/min 的高速旋轉(zhuǎn)。

• 高速低轉(zhuǎn)矩時運轉(zhuǎn)效率高。

• 低速時有高轉(zhuǎn)矩，以及有寬泛的速度控制范圍。

• 高可靠性（堅固）。

• 制造成本低。

• 控制裝置的簡單化。

    異步電動機的基本特點是，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng)；與其他電機相比，異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用、維護方便，運行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步電動機為例，與同功率、同轉(zhuǎn)速的直流電動機相比，前者重量只及后者的二分之一，成本僅為三分之一。異步電動機還容易按不同環(huán)境條件的要求，派生出各種系列產(chǎn)品。它還具有接近恒速的負(fù)載特性，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械拖動的要求。其局限性是，它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率(見異步電機)，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場合(如傳動軋機、卷揚機、大型機床等)，不如直流電動機經(jīng)濟、方便。此外,異步電動機運行時,從電力系統(tǒng)吸取無功功率以勵磁，這會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)變壞。因此，在大功率、低轉(zhuǎn)速場合(如拖動球磨機、壓縮機等)不如用同步電動機合理。

由于異步電動機生產(chǎn)量大,使用面廣,要求其必須有繁多的品種、規(guī)格與各種機械配套。因此，異步電動機的設(shè)計、生產(chǎn)特別要注意標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。在各類系列產(chǎn)品中，以產(chǎn)量最大、使用最廣的三相異步電動機系列為基本系列；此外還有若干派生系列(在基本系列基礎(chǔ)上作部分改變導(dǎo)出的系列)、專用系列(為特殊需要設(shè)計的具有特殊結(jié)構(gòu)的系列)。

試驗

    2010年6月2日，財政部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合出臺《關(guān)于印發(fā)節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效電機推廣實施細(xì)則的通知》，將高效電機納入節(jié)能產(chǎn)品惠民工程實施范圍，采取財政補貼方式進行推廣。

試驗臺與測試設(shè)

研制高效電機的同時，采用變頻調(diào)速技術(shù)是另一項行之有效的節(jié)能措施。高效電機和變頻電機試驗對測試設(shè)備的功能及性能指標(biāo)提出了較高的要求，為了準(zhǔn)確獲取電機的效率，應(yīng)該采用帶微處理器的寬頻功率分析儀和準(zhǔn)確級較高的變頻電量變送器/傳感器。

應(yīng)用

    異步電機是一種交流電機，其負(fù)載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負(fù)載的大小發(fā)生變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機包括感應(yīng)電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。感應(yīng)電機應(yīng)用最廣，在不引起誤解或混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電機為異步電機。

    普通異步電機的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠以及質(zhì)量較小，成本較低等優(yōu)點。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電機還便于派生成各種防護型式，以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需要。異步電機運行時，必須從電網(wǎng)吸取無功勵磁功率，使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。因此，對驅(qū)動球磨機、壓縮機等大功率、低轉(zhuǎn)速的機械設(shè)備，常采用同步電機。由于異步電機的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系，其調(diào)速性能較差(交流換向器電動機除外)。對要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運輸機械、軋機、大型機床、印染及造紙機械等，采用直流電機較經(jīng)濟、方便。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，適用于寬調(diào)速的異步電機的調(diào)速性能及經(jīng)濟性已可與直流電機的相媲美。

    異步電機主要用作電動機，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是國民經(jīng)濟各行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用最廣泛的電動機，為多種機械設(shè)備和家用電器提供動力。例如機床、中小型軋鋼設(shè)備、風(fēng)機、水泵、輕工機械、冶金和礦山機械等，大都采用三相異步電動機（Asynchronous Motor）拖動；電風(fēng)扇、洗衣機、電冰箱、空調(diào)器等家用電器中則廣泛使用單相異步電動機。異步電機也可作為發(fā)電機，用于風(fēng)力發(fā)電廠和小型水電站等。

維修

• 通電后電動機不能轉(zhuǎn)動，但無異響，也無異味和冒煙

1．故障原因

①電源未通（至少兩相未通） ；

②熔絲熔斷（至少兩相熔斷） ；

③過流繼電器調(diào)得過小；

④控制設(shè)備接線錯誤。

2．故障排除

①檢查電源回路開關(guān)，熔絲、接線盒處是否有斷點，修復(fù)；

②檢查熔絲型號、熔斷原因，換新熔絲；

③調(diào)節(jié)繼電器整定值與電動機配合；

④改正接線。

二、通電后電動機不轉(zhuǎn)，然后熔絲燒斷

1．故障原因

①缺一相電源，或定干線圈一相反接；

②定子繞組相間短路；

③定子繞組接地；

④定子繞組接線錯誤；

⑤熔絲截面過小；

⑥電源線短路或接地。

⑦轉(zhuǎn)子軸承磨損

2．故障排除

①檢查刀閘是否有一相未合好，可電源回路有一相斷線；消除反接故障；

②查出短路點，予以修復(fù)；

③消除接地；

④查出誤接，予以更正；

⑤更換熔絲；

⑥消除接地點。

三、通電后電動機不轉(zhuǎn)有嗡嗡聲

l．故障原因

①定、轉(zhuǎn)子繞組有斷路（一相斷線）或電源一相失電；

②繞組引出線始末端接錯或繞組內(nèi)部接反；

③電源回路接點松動，接觸電阻大；

④電動機負(fù)載過大或轉(zhuǎn)子卡?。?/p>

⑤電源電壓過低；

⑥小型電動機裝配太緊或軸承內(nèi)油脂過硬；

⑦軸承卡住。

2．故障排除

①查明斷點予以修復(fù)；

②檢查繞組極性；判斷繞組末端是否正確；

③緊固松動的接線螺絲，用萬用表判斷各接頭是否假接，予以修復(fù)；

④減載或查出并消除機械故障，

⑤檢查是還把規(guī)定的 ? 接法誤接為 Y；是否由于電源導(dǎo)線過細(xì)使壓降過大,予以糾正；

⑥重新裝配使之靈活；更換合格油脂；

⑦修復(fù)軸承。

四、電動機起動困難，額定負(fù)載時，電動機轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速較多

1．故障原因

①電源電壓過低；

②? 接法電機誤接為 Y；

③籠型轉(zhuǎn)子開焊或斷裂；

④定轉(zhuǎn)子局部線圈錯接、接反；

③修復(fù)電機繞組時增加匝數(shù)過多；

⑤電機過載。

2．故障排除

①測量電源電壓，設(shè)法改善；

②糾正接法；

③檢查開焊和斷點并修復(fù)；

④查出誤接處，予以改正；

⑤恢復(fù)正確匝數(shù)；

⑥減載。

五、電動機空載電流不平衡，三相相差大

1．故障原因

①重繞時，定子三相繞組匝數(shù)不相等；

②繞組首尾端接錯；

③電源電壓不平衡；

④繞組存在匝間短路、線圈反接等故障。

2．故障排除

①重新繞制定子繞組；

②檢查并糾正；

③測量電源電壓，設(shè)法消除不平衡；

④峭除繞組故障。

六、電動機空載，過負(fù)載時，電流表指針不穩(wěn)，擺動

1．故障原因

①籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條開焊或斷條；

②繞線型轉(zhuǎn)子故障（一相斷路）或電刷、集電環(huán)短路裝置接觸不良。

2．故障排除

①查出斷條予以修復(fù)或更換轉(zhuǎn)子；

②檢查繞轉(zhuǎn)子回路并加以修復(fù)。

七、電動機空載電流平衡,但數(shù)值大

1．故障原因

①修復(fù)時，定子繞組匝數(shù)減少過多；

②電源電壓過高；

③Y 接電動機誤接為 ?；

④電機裝配中，轉(zhuǎn)子裝反，使定子鐵芯未對齊，有效長度減短；

⑤氣隙過大或不均勻；

⑥大修拆除舊繞組時，使用熱拆法不當(dāng)，使鐵芯燒損。

2．故障排除

①重繞定子繞組，恢復(fù)正確匝數(shù)；

②設(shè)法恢復(fù)額定電壓；

③改接為 Y；

④重新裝配；

③更換新轉(zhuǎn)子或調(diào)整氣隙；

⑤檢修鐵芯或重新計算繞組，適當(dāng)增加匝數(shù)。

八、電動機運行時響聲不正常,有異響

1．故障原因

①轉(zhuǎn)子與定子絕緣紙或槽楔相擦；

②軸承磨損或油內(nèi)有砂粒等異物；

③定轉(zhuǎn)子鐵芯松動；

④軸承缺油；

⑤風(fēng)道填塞或風(fēng)扇擦風(fēng)罩，

⑥定轉(zhuǎn)子鐵芯相擦；

⑦電源電壓過高或不平衡；

⑧定子繞組錯接或短路。

2．故障排除

①修剪絕緣，削低槽楔；

②更換軸承或清洗軸承；

③檢修定、轉(zhuǎn)子鐵芯；

④加油；

⑤清理風(fēng)道；重新安裝置；

⑥消除擦痕，必要時車內(nèi)小轉(zhuǎn)子；

⑦檢查并調(diào)整電源電壓；

⑧消除定子繞組故障。

九、運行中電動機振動較大

1．故障原因

①由于磨損軸承間隙過大；

②氣隙不均勻；

③轉(zhuǎn)子不平衡；

④轉(zhuǎn)軸彎曲；

⑤鐵芯變形或松動；

⑥聯(lián)軸器（皮帶輪）中心未校正；

⑦風(fēng)扇不平衡；

⑧機殼或基礎(chǔ)強度不夠；

⑨電動機地腳螺絲松動；

⑩籠型轉(zhuǎn)子開焊斷路；繞線轉(zhuǎn)子斷路；加定子繞組故障。

2．故障排除

①檢修軸承，必要時更換；

②調(diào)整氣隙，使之均勻；

③校正轉(zhuǎn)子動平衡；

④校直轉(zhuǎn)軸；

⑤校正重疊鐵芯，

⑥重新校正，使之符合規(guī)定；

⑦檢修風(fēng)扇，校正平衡，糾正其幾何形狀；

⑧進行加固；

⑨緊固地腳螺絲；

⑩修復(fù)轉(zhuǎn)子繞組；修復(fù)定子繞組。