三相异步电动机启动与故障处理.docx

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三相异步电动机启动与故障处理

河南科技大学

毕业设计论文

三相异步电动机启动与故障处理

专业：

机电一体化技术

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内容摘要

本文主要阐述了三相异步电动机的启动方式及原理并且关于电动机发生故障时，我们该如何处理故障。

随着世界第二次工业革命的兴起,人类社会进入了电气时代。

于是人类进入了一个全新的社会,电气化给人类带来的改变是巨大的,由于电气时代的不断发展和进步,加快了人类进入现代科技信息时代的步伐,在探索和研究人类社会起着重大的作用。

电机的发明,正是推动人类社会进步的一个关键。

关键词电动机启动方式故障解决方法

1引言

电动机（Motors）是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的现象制成，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步）。

电动机主要由定子与转子组成。

通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。

电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。

电机的使用发展到今天,可以说是遍布世界各地。

如果没有电机的发明和使用,世界肯定会落后几十年甚至上百年。

因此可以说,电器时代的来临,让人类社会的发展走向了一个崭新的时代。

看看当今的世界,大到上百吨的工业军事机器,小到手机的振动器,都与电机的使用密不可分。

那么,这么使用密集的电气化产品,在使用过程中三相异步电动机有那些启动方式？

当中会发生什么样的故障呢?

本文从电机的启动故障说起,简要分析形成故障的原因,并提出正确的解决方法。

2三相异步电动机的组成介绍

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起动性能和调节电动机的转速。

下面我们来了解一下三相异步电动机的组成结构。

2.1定子.

2.1.1定子铁心

（1）作用：

电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。

（2）构造：

定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。

定子铁心槽型有以下几种

（1）半闭口型槽：

电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。

一般用于小型低压电机中。

（2）半开口型槽：

可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。

所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。

（3）开口型槽：

用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。

2.1.2定子绕组

（1）作用：

是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。

（2）构造：

由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。

（3）定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：

（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。

对地绝缘：

定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。

相间绝缘：

各相定子绕组间的绝缘。

匝间绝缘：

每相定子绕组各线匝间的绝缘。

电动机接线盒内的接线：

电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（W2）、4（U2）、5（V2），.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。

凡制造和维修时均应按这个序号排列。

2.1.3机座

机座作用：

固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。

构造：

机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。

封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。

2.2、转子

2.2.1三相异步电动机的转子铁心：

作用：

作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。

构造：

所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。

通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。

一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径300~400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。

2.2.2三相异步电动机的转子绕组

作用：

切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。

构造：

分为鼠笼式转子和绕线式转子。

（1）鼠笼式转子：

转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。

若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。

小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。

（2）绕线式转子：

绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。

特点：

结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。

但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。

2.3三相异步电动机的其它附件

（1）、端盖：

支撑作用。

（2）、轴承：

连接转动部分与不动部分。

（3）、轴承端盖：

保护轴承。

（4）、风扇：

冷却电动机。

3异步电机的几种启动方式及原理

3.1直接启动（见附图一）

所谓直接启动，就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，再额定下启动，如图示。

由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下才允许采用直接启动，主要取决于电动机的果农功率与供电变压器的容量之比值。

直接启动因无需附加设备，且操作和控制简单、可靠、所以，在条件允许的情况下应尽量采用，考虑到目前在大中型厂矿企业中，变压器的容量已经足够大，因此，绝大数中，小型鼠笼式异步电动机都采用直接启动。

3.2电阻或电抗器降压启动（见附图二）

异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压启动原理接线图如图示。

启动时，接触器1KM断开，KM闭合，将启动电阻Rst串入定子电路，启动电流减小；待转速上升到一定程度后再将1KM闭合，RST被短接时，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。

这种启动方法的缺点是：

（1）启动转距随定子电压的平方关系下降，故它只适用于空载或轻载启动的场合。

（2）不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，不适用于经常启动的电动机，若采用电抗器代替电阻器所需设备较贵，且体积大。

3.3Y－△降压启动（见附图三）

Y-△降压启动适用于正常工作时定子绕组作三角形连接的电动机。

由于方法简便且经济，所以使用较普遍，但启动转矩只有全压启动的三分之一，故只适用于空载或轻载启动。

Y-△启动器有OX3-13、Qx3—30、、Qx3—55、QX3—125型等。

OX3后的数字系指额定电压为380V时，启动器可控制电动机的最大功率值（以kW计）。

合上电源开关Qs后，按下启动按钮SB2，接触器KM和KMl线圈同时获电吸合，KM和KMl主触头闭合，电动机接成Y降压启动，与此同时，时间继电器KT的线圈同时获电，I

3.4自耦变压器降压启动（见附图四）

此图为交流电动机自耦降压启动自动切换控制电路，自动切换靠时间继电器完成，用时间继电器切换能可靠地完成由启动到运行的转换过程，不会造成启动时间的长短不一的情况，也不会因启动时间长造成烧毁自耦变压器事故。

控制过程如下：

（1）合上空气开关QF接通三相电源。

（2）按启动按钮SB2交流接触器KM1线圈通电吸合并自锁，其主触头闭合，将自耦变压器线圈接成星形，与此同时由于KM1辅助常开触点闭合，使得接触器KM2线圈通电吸合，KM2的主触头闭合由自耦变压器的低压抽头（例如65％）将三相电压的65％接入电动。

（3）KM1辅助常开触点闭合，使时间继电器KT线圈通电，并按已整定好的时间开始计时，当时间到达后，KT的延时常开触点闭合，使中间继电器KA线圈通电吸合并自锁。

（4）由于KA线圈通电，其常闭触点断开使KM1线圈断电，KM1常开触点全部释放，主触头断开，使自耦变压器线圈封星端打开；同时KM2线圈断电，其主触头断开，切断自耦变压器电源。

KA的常闭触点闭合，通过KM1已经复位的常闭触点，使KM3线圈得电吸合，KM3主触头接通电动机在全压下运行。

（5）KM1的常开触点断开也使时间继电器KT线圈断电，其延时闭合触点释放，也保证了在电动机启动任务完成后，使时间继电器KT可处于断电状态。

（6）欲停车时，可按SB1则控制回路全部断电，电动机切除电源而停转。

（7）电动机的过载保护由热继电器FR完成。

自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。

待电动机启动后，再使电动机与自耦变压器脱离，从而在全压下正常运动。

接线：

自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不同电压比的分接头供选择。

自耦变压器副边有2～3组抽头，如二次电压分别为原边电压的80%、60%、40%。

自耦变压器降压启动，比起定子串接电抗器启动，当限定的起动电流相同时，启动转矩损失的较少;比起Y-△起动，有几种抽头供选用比较灵活。

但是自耦变压器体积大，价格高，也不能拖动重负载起动。

3.5延边三角形启动（见附图五）

按下启动按钮ST，1KM线圈获电动作并自保。

与此同时，3KM、时间继电器KT线圈获电，电动机绕组接成延边三角形降压启动。

Kt的整定时间到达之后，延时断开的常闭触点断开，使3KM线圈失电释放，其常辅助闭触点闭合。

同时，KT的延时闭合常开触点闭合，2KM线圈获电吸合并自锁。

3KM主触头释放，2KM主触头闭合，电动机绕组由延边三角形转换为三角形接法，启动结束，运转开始。

该电路适用于要求启动转矩较大的场合。

采用延边三角形起动鼠笼式异步电动机，除了简单的绕组接线切换装置之外，不需要其他专用起动设备。

但是，电动机的定子绕组不但为△接，有抽头，而且需要专门设计，制成后抽头又不能随意变动。

3.6晶闸管软启动器

软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。

这种电路如三相全控桥式整流电路。

使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。

待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。

软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

4电动机常见故障及解决方法

三相异步电动机是机械工业生