三相异步电动机.docx
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三相异步电动机
************大学本科
毕业设计(论文)任务书
题目:
三相异步电动机
院别:
机电工程学院
专业:
机电一体化技术
学生姓名:
*********
指导老师:
*******************
2014年5月
目录
摘要1
关键词:
电动机,定子,绕组,故障,解决方法1
第一章三相异步电动机的基本结构和工作原理2
1.1三相异步电动机的基本结构2
1.1.1定子2
1.1.2转子3
1.1.3三相异步电动机的其他附件3
1.2三相异步电动机的工作原理3
第二章.三相异步电动机的几种启动方式5
2.1直接启动反接制动控制线路5
2.2异步电动机定子串电阻降压启动6
2.3Y-△降压启动6
2.4自耦变压器降压启动7
2.5绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动8
第三章、电动机常见故障及解决方法9
3.1机械故障9
3.2电气故障10
第四章三相异步电动机的日常维护保养13
总结15
设计体会15
参考文献16
三相异步电动机启动电路图
摘要
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。
关键词:
电动机,定子,绕组,故障,解决方法
第一章、三相异步电动机的基本结构和工作原理
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。
1.1三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成,定子是不动的部分,转子是旋转部分,在定子和转子之间有一定的气隙。
如图所示。
1.1.1定子
定子由定子铁心、绕组以及机座组成。
定子铁心是磁路的一部分,它由0.5mm的硅钢片叠压而成,片与片之间是绝缘的,以减少涡流损耗。
定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽,槽中安放线圈(绕组),如图所示。
硅钢片铁心在叠压后成为一个整体,固定于机座上。
定子绕组是电动机的电路部分。
三相电动机的定子绕组分为三个部分对称(互成120度)地分布在定子铁心上,称为三相绕组,分别用AX、BY、CZ表示,其中,A、B、C称为首端,而X、Y、Z称为末端。
三相绕组接入三相交流电源,三相绕组中的电流在定子铁心中产生旋转磁场.
机座主要用于固定与支撑定子铁心。
中小型异步电动机一般采用铸铁机座。
根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。
1.1.2转子
转子铁心也是电动机磁路的一部分,由硅钢片叠压而成。
线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同,但工作原理是一致的。
转子的作用是产生转子电流,即产生电磁转矩。
鼠笼式异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插入铜条,再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成.
线绕式异步电动机转子绕组是由线圈绕组放入转子铁心槽内,并分为三相对称绕组,与定子产生的磁极数相同。
线绕式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻,用以改善启动性能与调节转速.
1.1.3三相异步电动机的其他附件
(1)端盖:
支撑作用
(2)轴承:
连接转动部分和非转动部分
(3)轴承端盖:
保护轴承
(4)风扇:
冷却电动机
1.2三相异步电动机的工作原理
当向三相定子绕组中通入对称的三相交流电时,就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。
由于旋转磁场以n1转速旋转,转子导体开始时是静止的,故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定)。
由于转子导体两端被短路环短接,在感应电动势的作用下,转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。
转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。
电磁力对转子轴产生电磁转矩,驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。
通过上述分析可以总结出电动机工作原理为:
当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
第二章.三相异步电动机的几种启动方式
2.1直接启动反接制动控制线路见附图一
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。
而反接制动控制则是电机启动时,按下启动按钮SB1,接触器KM1线圈得电,KM1吸合,KM1的常开接点闭合自保持,电机运转;KM1和KM2的常闭接点互锁,使KM1和KM2不能同时运行。
电机停止时,按下SB2停止按钮,KM1线圈失电,同时连锁接通KM2线圈,改变电机的相序,电机进入反接制动过程,当电机的转速接近于零时,速度继电器SR,接点打开,断开KM2线圈回路,使电机停止。
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。
2.1.1控制电路的保护环节
1短路保护当控制电路发生故障短路时,控制电路能迅速断开电源,熔断器FU1是作为主电路短路保护。
熔断器FU2是作为控制电路的短路保护,熔断器仅作为短路保护不能作为过载保护。
这是因为,一方面熔断器的规格必须根据电动机的启动电流大小做适当的选择,另一方面还要考虑熔断器保护特性的反时限保护特性。
2过载保护热继电器FR做电动机的过载保护之用。
当电动机过载,堵转或断相等都会引起定子绕组电流多大,热继电器根据电流的热效应,而是热继电器FR动作,即FR的常闭触点断开,从而使KM线圈断电从而使主电路上的KM主触点断开,切断电动机的电源。
由于热惯性,热继电器不会受电动机短时过载,冲击电流或者短路电流的影响而瞬时动作。
所以在使用热继电器做过载保护的同时还需要设短路保护,并且选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。
3欠压和失压保护欠压和失压保护是依靠启动按钮复位功能和接触器本身的电磁机构来实现的。
当电动机正在运行时,如果电源电压因为某种原因而过分地降低或消失时,接触器KM衔铁自动释放,电动机停止,同时KM自锁触点断开。
当电源电压恢复正常时接触器KM线圈不可能自动通电,即电动机不会自动启动,要是电动机启动,操作者必须再次按下启动按钮。
控制电路具有欠压和失压保护功能以后有如下三方面好处:
·防止电压严重下降时电动机低压运行
·避免电动机同时启动造成电压严重下降
·防止电源恢复正常时,电动机突然启动造成设备和人身伤害
2.2异步电动机定子串电阻降压启动(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KM2断开,KM1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KM2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。
2.3Y-△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KM1和KM3线圈同时获电吸合,KM1和KM3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 2.4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。 2.5绕线式异步电动机转子绕组串电阻启动(见附图五) 绕线式三相异步电动机转子回路串接电阻,一方面可以减小起动电流,另一方面可以增加最初起动转矩,当串入某一合适电阻时,还能使电动机以它的最大转矩T起动。 当然,所串联的电阻超过一定数值后,最初起动转矩反而会减小。 由于绕线异步电动机的转子串联合适的电阻,不但可以减少起动电流,而且可以增大起动转矩,因而,要求起动的转矩大或起动频繁的生产机械常用绕线型异步电动机。 通常,为了使整个起动尽量保持较大的起动转矩,在转子回路接入可以逐级切除的三相启动变阻器,启动变阻器切换使起动转矩保持在所设定的起动转矩最大和最小值之间。 起动转矩一般取0.85T左右。 总之,转子回路串三相对称可变电阻起动,这种方法既可限制起动电流,又可增大起动转矩,串接电阻值取得适当,还可使起动转矩接近最大转矩起动,适当增大串接电阻的功率,使起动电阻兼作调速电阻,一物两用,适用于要求起动转矩大,并有调速要求的负载。 缺点: 多级调速控制电路较复杂 第三章、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产中最常见的电气设备,其作用是把电能转换为机械能。 具有机械效率高,结构简单,起步方便,起动转矩大,噪声低,振动小,体积小,工作可靠,坚固耐用,便于维护和检修的特点。 为了保证异步电动机的安全运行,电气工作人员必须掌握有关三相异步电动机的安全运行的基本知识,了解对异步电动机的安全评估,做到尽可能地及时发现和消除电动机的事故隐患,保证电动机安全运行。 电动机在运行中由于种种原因,会出现故障,故障分机械与电气两方面。 3.1机械故障 机械方面常见的故障有定、转子铁芯故障,轴承过热、损坏等故障 (1)故障现象: 机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热,致使电动机无法正常运行。 (2)产生原因: 绕组受潮使绝缘电阻下降;电动机长期过载运行;有害气体腐蚀;属异物侵入绕组内部损坏绝缘;重绕定子绕组时绝缘损坏碰铁心;绕组端部碰端盖机座;定、转子磨擦引起绝缘灼伤;引出线绝缘损坏与壳体相碰;过电压(如雷击)使绝缘击穿。 (3)检查方法: 观察法: 通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕迹,如有就是接地点。 万用表检查法: 用万用表低阻档检查,读书很小,则为接地。 兆欧表法: 根据不同的等级选用不同的兆欧表测量每组电阻的绝缘电阻,若读数为零,则表示该项绕组接地,但对电机绝缘受潮或因事故而击穿,需依据经验判定,一般说来指针在“0”处摇摆不定时,可认为其具有一定的电阻值。 试灯法: 如果试灯亮,说明绕组接地,若发现某处伴有火花或冒烟,则该处为绕组接地故障点。 若灯微亮则绝缘有接地击穿。 若灯不亮,但测试棒接地时也出现火花,说明绕组尚未击穿,只是严重受潮。 也可用硬木在外壳的止口边缘轻敲,敲到某一处等一灭一亮时,说明电流时通时断,则该处就是接地点。 电流穿烧法: 用一台调压变压器,接上电源后,接地点很快发热,绝缘物冒烟处即为接地点。 应特别注意小型电机不得超过额定电流的两倍,时间不超过半分钟;大电机为额定电流的20%-50%或逐步增大电流,到接地点刚冒烟时立即断电。 分组淘汰法: 对于接地点在铁芯心里面且烧灼比较厉害,烧损的铜线与铁芯熔在一起。 采用的方法是把接地的一相绕组分成两半,依此类推,最后找出接地点。 此外,还有高压试验法、磁针探索法、工频振动法等,此处不一一介绍。 3.2电气故障 1、电源接通后,电动机不能起动,但有嗡嗡声。 可能原因: (1)电源没有全部接通或缺相起动; (2)电动机过载; (3)被拖动机械卡住; (4)绕线式电动机转子回路开路或断线; (5)定子内部首端位置接错,或有断线、短路。 处理方法: (1)检查电源线、电动机引出线、熔断器、空开、接触器的各对触点,找出断路位置,予以排除; (2)卸载后空载或半载起动; (3)检查被拖动机械,排除故障; (4)检查电刷,滑环和起动电阻各个接触器的接合情况; (5)重新判定三相的首尾端,并检查三相绕组是否有断线和短路。 2、电动机起动困难,加额定负载后,转速较低。 可能原因: (1)电源电压较低; (2)原为三角形接法误接成星形接法; (3)鼠笼型转子的笼条端脱焊,松动或断裂。 处理方法: (1)提高电压; (2)检查铭牌接线方法,改正定子绕组接线方式; (3)进行检查后并对症处理。 3、电动机起动后发热超过温升标准或冒烟 可能原因: (1)电源电压过低,电动机在额定负载下造成温升过高; (2)电动机通风不良或环境湿度过高; (3)电动机过载或缺相运行; (4)电动机起动频繁或正反转次数过多; (5)定子和转子相摩擦。 处理方法: (1)测量空载和负载电压; (2)检查电动机风扇及清理通风道,加强通风降低环温; (3)用钳型电流表检查各相电流后,对症处理; (4)减少电动机正反转次数,或更换适应于频繁起动及正反转的电动机; (5)检查后对症处理。 4、绝缘电阻低 可能原因: (1)绕组受潮或淋水滴入电动机内部; (2)绕组上有粉尘,油圬; (3)定子绕组绝缘老化。 处理方法: (1)将定子,转子绕组加热烘干处理; (2)用汽油擦洗绕组端部烘干; (3)检查并恢复引出线绝缘或更换接线盒绝缘线板; (4)一般情况下需要更换全部绕组。 5、电动机外壳带电: 可能原因: (1)电动机引出线的绝缘或接线盒绝缘线板; (2)绕组端部碰机壳; (3)电动机外壳没有可靠接地。 处理方法: (1)恢复电动机引出线的绝缘或更换接线盒绝缘板; (2)如卸下端盖后接地现象即消失,可在绕组端部加绝缘后再装端盖; (3)按接地要求将电动机外壳进行可靠接地。 6、电动机运行时声音不正常 可能原因: (1)定子绕组连接错误,局部短路或接地,造成三相电流不平衡而引起噪音; (2)轴承内部有异物或严重缺润滑油。 处理方法: (1)分别检查,对症下药; (2)清洗轴承后更换新润滑油,一般加到轴承室的1/2-2/3。 7、电动机振动 可能原因: (1)电动机安装基础不平; (2)电动机转子不平衡; (3)皮带轮或联轴器不平衡; (4)电动机轴弯曲或皮带轮偏心; (5)电动机风扇不平衡。 处理方法: (1)将电动机底座垫平,找水平后紧固; (2)转子校静平衡或动平衡; (3)进行皮带轮或联轴器校平衡; (4)校直转轴,将皮带轮找正后镶套重车; (5)对风扇校平衡或换新件。 第四章三相异步电动机的日常维护保养 正所谓最好的维修就是保证设备一直处于一个良好的状态,必要的维护是确保设备不是因为一些小问题,平常没注意到的细节而出现的故障。 在维护和保养电动机的时候应该对下面的几点加以注意: 应该保证电动机的使用环境是干燥的,并维持电动机表面的清洁,不要让尘土、纤维对进风口造成阻碍。 在电动机连续进行热保护的时候,应该对故障的来源进行检查,明确是电动机自身的原因还是保护装置的整定值过低还是承载超负荷,在故障被排除后才能让电动机工作。 假如轴承已经到了寿命结束的时候,在电动机运行的时候会发现噪声及振动会明显的变大,检查轴承的径向游隙一定数值时,就将轴承更换。 对电动机进行拆卸的时候,应该将端盖同机座接洽的位置进行标记,在将转子抽出来的时候,应该要将动作放慢,小心翼翼的进行,切记不要倾斜,避免定子绕组受伤。 应该对那些长时间不被使用的电动机做好保养工作,对电动机进行定期的通电空载运行。 在对电动机进行接线的时候,一定不要接错,应该进行仔细的检查,再通电试验运行。 对于电动机的维护具体有如下几方面: (1)应该对电动机接线板的螺丝经常进行检查,查看其是否松动,如果螺丝松动了,应该再将其加以紧固,并用同等绝缘包垫进行修复。 对启动控制设备应该进行定期的检查,查看触头是否有烧伤和氧化的现象,并查看接触是否良好等,如果有就应该及时的进行维修保养。 (2)应该对轴承发热、漏油等问题经常地进行检查,对润滑脂进行定期的更换。 应该用煤油清洗轴承,然后更换润滑脂,最后用汽油清洗干净。 润滑脂可以选择HSY103二硫化铝复合钙基脂(干或湿热带电动机用)或者钙钠基一号润滑脂,亦或中小型电动机用轴承润滑脂(二号或三号)。 新润滑脂加入数量大约为充满轴承室空间的1/2至1/3。 (3)对电动机的绝缘电阻要定期的进行检查。 由于干燥程度影响着绝缘材料的绝缘水平,因此使电动机的绕组保持干燥是极其重要的。 假如电动机是在潮湿或者有腐蚀性气体的环境当中工作,那么电动机的绝缘性很可能会受到破坏。 因此应该对电动机的绝缘电阻经常进行检查,同时还应检查电动机的外壳接地的可靠性。 (4)对电动机进行大修的目的如下: 彻底全面的检查、维护、保养电动机;对电动机中缺少或者损坏的零部件进行及时的增补及替换;将电动机内部和外部的灰尘、杂物清除;对绕组的绝缘状态进行检查;对轴承进行清洗、对磨损情况进行检查,尽快的发现问题并针对问题加以处理,延长电动机的使用寿命。 总结 电动机在现代生活中无处不在,所以我们首先要了解它,才能更好的运用它。 本文从三相异步电动机的机构原理讲起,然后介绍一些常见的启动方式,了解了三相异步电动机是怎么工作的,让我们大脑中有了一个三相异步电动机的大致轮廓。 只要了解了设备,对于之后出现的故障才会有入手解决的方向。 然后叙述在平常运行过程中可能出现的一些问题,根据望闻问切的原则,查找问题的原因。 电动机除了做好运行中的维护监视外,经过一定时间运行后,还应进行定期检查和维护保养,这样才能保证电动机的安全运行并延长使用寿命。 设计体会 本文在各位老师的悉心指导和严格要求下完成。 在学习和生活期间,也始终感受着各位导师的精心指导和无私的关怀,在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 本文能顺利的完成,也归功于各位老师的认真负责,使我很好的运用专业知识,并在论文中得以体现。 同时在其它书刊上也找到了不少资料,才使我的毕业论文顺利完成。 整个过程我受益匪浅,重新学习了三相异步电动机的结构,相比于以前一味的死记硬背的学习,有更好的领悟。 再次感谢给了这次学习的机会。 参考文献 1.李发海朱东起编电机学科学出版社2007 2.任振辉邵利敏编现代控制技术机械工业出版社2012 3.才家刚编电动机使用与修理技术水利水电出版社1998 4.巫莉编电气控制与PLC应用中国电力出版社有限公司 5.邓建国编三相异步电动机的故障运行过程仿真 6.田淑芬编电机和电气控制技术
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