異步電機

異步電機

感應電動機
異步電動機又稱感應電動機,由氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用産生電磁轉矩,從而實現機電能量轉換為機械能量的一種交流電機。異步電動機按照轉子結構分為兩種形式:有鼠籠式(鼠籠式異步電機)、繞線式異步電動機。異步電機的發展迅速,對于相同大小的異步電機,額定功率由1897年的5.5kW發展到1976年的74.6kW。異步電機是一種交流電機,其負載時的轉速與所接電網的頻率之比不是恒定關系。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性,從空載到滿載範圍内接近恒速運行,能滿足大多數工農業生産機械的傳動要求。
    中文名:異步電機 外文名: 用途: 又稱:感應電動機 類型:交流電機 能量轉換:機電能量轉換為機械能量

簡介

異步電動機按照轉子結構分為兩種形式: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。因其轉子繞組電流是感應産生的,又稱感應電動機。異步電動機是各類電動機中應用最廣、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。

在電力系統的總負荷中,異步電動機的用電量占相當大的比重。在中國,異步電動機的用電量約占總負荷的60%多。

異步電機是一種交流電機,其負載時的轉速與所接電網頻率之比不是恒定值。感應電機(Induction motor)是一種僅有一套繞組聯接電源的異步電機。在不緻引起誤解和混淆情況下,一般可稱感應電動機為異步電動機。

IEC标準中指出:“感應電機”一詞,在許多國家中實際上是作為“異步電機”的同義詞使用,而其他一些國家則隻使用“異步電機”一詞來表示這兩種概念。

由于用途十分廣泛,電機的品種、系列和規格很多,結構也有多種形式。但無論哪一類電機,結構上都是由固定、轉動和過渡三大部分所組成。

其中固定部分通常稱為定子,轉動部分稱為轉子,過渡部分包括電氣過渡(如集電環、換向器與電刷機構)和機械過渡(如端蓋和軸承)。固定與轉動部分中主要是鐵心和繞組,其次就是作為機械支撐或固緊用的結構部件。

曆史

異步電機在1885年由意大利物理學家和電氣工程師費拉裡斯發明。

1888年,提出實驗報告,對旋轉磁場作了嚴格的科學描述,為以後開發異步電動機、自起動電動機奠定了基礎。

費拉裡斯相信他所提出的旋轉磁場理論以及他所開發的新産品在科學上的價值遠遠超過物質上的價值,因此他有意不為自己的發明申請專利,而是在實驗室向公衆演示這些最新成果。他還倡導使用交流電系統。

同年,尼古拉·特斯拉在美國取得了感應電機的專利。一年之後,Mikhail Dolivo-Dobrovolsky發明籠型異步電機。異步電機的發展迅速,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

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

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系列變頻調速電動機等等.

原理

異步電動機定子上有三相對稱的交流繞組;三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時,将在電機氣隙空間産生旋轉磁場;轉子繞組的導體處于旋轉磁場中;轉子導體切割磁力線,并産生感應電勢,判斷感應電勢方向。

轉子導體通過端環自成閉路,并通過感應電流。感應電流與旋轉磁場相互作用産生電磁力,判斷電磁力的方向。電磁力作用在轉子上将産生電磁轉矩,并驅動轉子旋轉。

特點

小型輕量化。易實現轉速超過10 000r/min 的高速旋轉。高速低轉矩時運轉效率高。低速時有高轉矩,以及有寬泛的速度控制範圍。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;與其他電機相比,異步電動機的結構簡單,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、同轉速的直流電動機相比,前者重量隻及後者的二分之一,成本僅為三分之一。

異步電動機還容易按不同環境條件的要求,派生出各種系列産品。它還具有接近恒速的負載特性,能滿足大多數工農業生産機械拖動的要求。

其局限性是,它的轉速與其旋轉磁場的同步轉速有固定的轉差率(見異步電機),因而調速性能較差,在要求有較寬廣的平滑調速範圍的使用場合(如傳動軋機、卷揚機、大型機床等),不如直流電動機經濟、方便。

此外,異步電動機運行時,從電力系統吸取無功功率以勵磁,這會導緻電力系統的功率因數變壞。因此,在大功率、低轉速場合(如拖動球磨機、壓縮機等)不如用同步電動機合理。

由于異步電動機生産量大,使用面廣,要求其必須有繁多的品種、規格與各種機械配套。因此,異步電動機的設計、生産特别要注意标準化、系列化、通用化。在各類系列産品中,以産量最大、使用最廣的三相異步電動機系列為基本系列;

此外還有若幹派生系列(在基本系列基礎上作部分改變導出的系列)、專用系列(為特殊需要設計的具有特殊結構的系列)。

辨識

辨識的主要參數有:定子電阻、定子漏感、轉子電阻、轉子漏感、互感以及空載電流。并通過工程實現,對電機參數辨識精度進行确認及誤差分析。

應用

異步電機是一種交流電機,其負載時的轉速與所接電網的頻率之比不是恒定關系。還随着負載的大小發生變化。負載轉矩越大,轉子的轉速越低。異步電機包括感應電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。感應電機應用最廣,在不引起誤解或混淆的情況下,一般可稱感應電機為異步電機。

普通異步電機的定子繞組接交流電網,轉子繞組不需與其他電源連接。因此,它具有結構簡單,制造、使用和維護方便,運行可靠以及質量較小,成本較低等優點。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性,從空載到滿載範圍内接近恒速運行,能滿足大多數工農業生産機械的傳動要求。

異步電機還便于派生成各種防護型式,以适應不同環境條件的需要。異步電機運行時,必須從電網吸取無功勵磁功率,使電網的功率因數變壞。

因此,對驅動球磨機、壓縮機等大功率、低轉速的機械設備,常采用同步電機。由于異步電機的轉速與其旋轉磁場轉速有一定的轉差關系,其調速性能較差(交流換向器電動機除外)。對要求較寬廣和平滑調速範圍的交通運輸機械、軋機、大型機床、印染及造紙機械等,采用直流電機較經濟、方便。

但随着大功率電子器件及交流調速系統的發展,适用于寬調速的異步電機的調速性能及經濟性已可與直流電機的相媲美。

異步電機主要用作電動機,其功率範圍從幾瓦到上萬千瓦,是國民經濟各行業和人們日常生活中應用最廣泛的電動機,為多種機械設備和家用電器提供動力。例如機床、中小型軋鋼設備、風機、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;

電風扇、洗衣機、電冰箱、空調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電機,用于風力發電廠和小型水電站等。

維修

通電後電動機不能轉動,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過流繼電器調得過小;

④控制設備接線錯誤。

2.故障排除

①檢查電源回路開關,熔絲、接線盒處是否有斷點,修複;

②檢查熔絲型号、熔斷原因,換新熔絲;

③調節繼電器整定值與電動機配合;

④改正接線。

二、通電後電動機不轉,然後熔絲燒斷

1.故障原因

①缺一相電源,或定幹線圈一相反接;

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,予以修複;

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、通電後電動機不轉有嗡嗡聲

l.故障原因

①定、轉子繞組有斷路(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内部接反;

③電源回路接點松動,接觸電阻大;

④電動機負載過大或轉子卡住;

⑤電源電壓過低;

⑥小型電動機裝配太緊或軸承内油脂過硬;

⑦軸承卡住。

2.故障排除

①查明斷點予以修複;

②檢查繞組極性;判斷繞組末端是否正确;

③緊固松動的接線螺絲,用萬用表判斷各接頭是否假接,予以修複;

④減載或查出并消除機械故障,

⑤檢查是還把規定的 ? 接法誤接為 Y;是否由于電源導線過細使壓降過大,予以糾正;

⑥重新裝配使之靈活;更換合格油脂;

⑦修複軸承。

四、電動機起動困難,額定負載時,電動機轉速低于額定轉速較多

1.故障原因

①電源電壓過低;

②? 接法電機誤接為 Y;

③籠型轉子開焊或斷裂;

④定轉子局部線圈錯接、接反;

③修複電機繞組時增加匝數過多;

⑤電機過載。

2.故障排除

①測量電源電壓,設法改善;

②糾正接法;

③檢查開焊和斷點并修複;

④查出誤接處,予以改正;

⑤恢複正确匝數;

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,設法消除不平衡;

④峭除繞組故障。

六、電動機空載,過負載時,電流表指針不穩,擺動

1.故障原因

①籠型轉子導條開焊或斷條;

②繞線型轉子故障(一相斷路)或電刷、集電環短路裝置接觸不良。

2.故障排除

①查出斷條予以修複或更換轉子;

②檢查繞轉子回路并加以修複。

七、電動機空載電流平衡,但數值大

1.故障原因

①修複時,定子繞組匝數減少過多;

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,使鐵芯燒損。

2.故障排除

①重繞定子繞組,恢複正确匝數;

②設法恢複額定電壓;

③改接為 Y;

④重新裝配;

③更換新轉子或調整氣隙;

⑤檢修鐵芯或重新計算繞組,适當增加匝數。

八、電動機運行時響聲不正常,有異響

1.故障原因

①轉子與定子絕緣紙或槽楔相擦;

②軸承磨損或油内有砂粒等異物;

③定轉子鐵芯松動;

④軸承缺油;

⑤風道填塞或風扇擦風罩,

⑥定轉子鐵芯相擦;

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、轉子鐵芯;

④加油;

⑤清理風道;重新安裝置;

⑥消除擦痕,必要時車内小轉子;

⑦檢查并調整電源電壓;

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轉子不平衡;

④轉軸彎曲;

⑤鐵芯變形或松動;

⑥聯軸器(皮帶輪)中心未校正;

⑦風扇不平衡;

⑧機殼或基礎強度不夠;

⑨電動機地腳螺絲松動;

⑩籠型轉子開焊斷路;繞線轉子斷路;加定子繞組故障。

2.故障排除

①檢修軸承,必要時更換;

②調整氣隙,使之均勻;

③校正轉子動平衡;

④校直轉軸;

⑤校正重疊鐵芯,

⑥重新校正,使之符合規定;

⑦檢修風扇,校正平衡,糾正其幾何形狀;

⑧進行加固;

⑨緊固地腳螺絲;

⑩修複轉子繞組;修複定子繞組。

異步電機、同步電機在工頻電源上工作的差别

1、異步電機在工頻電源上可以直接啟動;n

2、同步電機不能在工頻電源上直接啟動,需要異步啟動後,投入同步運行;n

3、1、2說明這不是電源的差别,而是異步電機和同步電機的工作原理不同而已:n

1)異步電機靠“異步”産生電磁轉矩;n

2)同步電機靠異性磁極間的磁力拖動;n

3)上電後,旋轉磁場高速旋轉,異步電機的轉子銅條上的感應電流在磁場中受到電磁力可以自己轉起來;n

4)上電後,旋轉磁場高速旋轉,同步電機的轉子磁極是靜止的,無法與高速旋轉的定子磁極相互作用拉起來,例如轉子的某一個N極看到高速旋轉的N、S、N、S、N、S、……從自己面前閃過,而不能有單一方向的持續力矩将其拉起!n

5)上電後,旋轉磁場高速旋轉,同步電機的轉子磁極是靜止的,無法與高速旋轉的定子磁極相互作用拉起來,這時候我們将轉子用外力拖動,讓轉子轉起來,當轉子的速度接近旋轉磁場的速度時,轉子的異性磁極就有機會和旋轉磁場的異性磁極間相互作用,而轉動起來;

6)所以同步電機隻有在轉子磁場的轉速十分接近旋轉磁場的轉速時,N、S極間可靠作用後啟動而進入正常工作!

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