电动机培训教材

电动机培训教材第一节异步电动机原理一、三相异步电动机的结构在发电厂中，除了发电机之外，还运行着大量的电动机。 电动机种类很多，本章主要讲述异步电动机，异步电动机由 两个基本部分组成，即定子和转子。定子是由机座、端盖、 铁芯、三相绕组等组成，转子固定在轴上、装在定子膛孔中, 它们不相接触，彼此间保持一定的气隙，定子和转子铁芯都 是硅钢片叠压而成的，定子铁芯内圆周上有均匀分布的槽， 用来安装定子绕组。定子绕组由绝缘铜线或铝线绕成三相对 称绕组，绕组的首末端分别引到电动机出线盒的接线柱上， 使用时从接线盒接入三相电源。三相异步电动机的转子绕组有两种形式：一种是鼠笼 式，另一种是绕线式。鼠笼式转子的结构，它由安放在转子 铁芯槽里的铜条组成，铜条的两端各用一个铜环焊接起来， 形成一个圆柱形笼子。绕线式转子的绕组和定子绕组相似， 也是由绝缘导线做成绕组元件，放在转子铁芯槽内，然后连 接成对称的三相绕组。转子三相绕组通常连接成星形，星形 绕组的三根端线，接到装在转轴上的三个滑环上，通过一组 电刷引出来与外电路变阻器相连接，以便起动电动机。绕线 式转子轴上装有三个滑环，故又叫做滑环式转子，绕线式电 动机的结构复杂，价格较贵，用于起重和需要大起动转矩的 设备上，以及某些对调速要求不高但容量又较大的场合。二、异步机的转动原理异步电动机工作原理：三相交流电通入定子绕组产生旋转磁场，这时静止的转 子内导体被旋转磁场的磁力线所切割，而感应出电动势E， 电动势的方向可用右手定则来确定，如图10T：图10-1电动机的工作原理在感应电势作用下，闭合的转子导体中就有电流，转子 电流与旋转磁场相互作用而产生电磁力F，力的方向由左手 定则决定。电磁力对转轴产生电磁力矩M，使转子转动。电 磁力矩的方向是与旋转磁场的方向一致的。电动机转子的转速（n ）是永远小于旋转磁场的转速（n）2 1 的。如果n二n，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，转2 1子导体就不再切割磁力线，因而转子导体中的感应电势、电 流随即消逝，也就不会产生电磁转矩，不再会转动。而且实 际上，转子上总是要受到一些风阻和摩擦的，转子速度必将 要慢下来，因此总是低于旋转磁场的转速。转子总是紧跟着 旋转磁场以n n的转速旋转的，所以这种电动机又称为异2 1步电动机，这种电动机，因为它的转子电流是由电磁感应产 生的，故又称感应电动机。转子转速n与旋转磁场的转速n2 1 相差的程度，用转差率S表示：S= (n -n )/nX100%；转1 2 1差率通常用百分数表示。转差率是异步电动机的一个重要参 数，在分析异步电动机运行特性时极为重要。异步电动机的工作原理有许多地方与变压器相似。在变 压器中，原、副绕组是与同一主磁通相交链，在异步电动机 中，定子绕组和转子绕组则与同一旋转磁通相交链，定子和 转子绕组分别相当于变压器的原、副绕组，旋转磁通相当于 变压器中的主磁通，在变压器中原边电流的大小是由副边电 流来定的；同样，异步电动机中定子绕组的电流是由转子电 流来决定的。异步电动机与变压器也有其不同之处，变压器是静止 的，而异步电动机是旋转的，在变压器的磁路中的空气隙是 极小的，而在异步电动机的磁路中却有两个较大的空气隙(定子与转子之间)，所以变压器的空载电流极小，而异步电动机在空载时，其定子绕组中通过的电流I较大，约为定0子绕组额定电流I的20%40%。0三、电动机的启动电流1当电动机的转子静止时，定子绕组加上电源以后，其 周围将有旋转磁场转动，因转子静止，旋转磁场将以全速切 割转子导体，所以，定子电流很大，通常为电动机的额定电 流47倍。2.电动机转速上升以后，旋转磁场和转子导体的相对速 度降低，故起动电流随转速升高而逐渐减小，直到转速达额 定值时，电动机定子电流将为额定电流。3因电动机的起动电流很大，所以在起动时，为了避免 扰动电网，必须对起动电流进行限制。限制的方法主要是降 低电动机起动时的端电压。4虽然电动机的起动电流很大，但起动功率因数很低， 所以起动转矩并不与起动电流成正比增加，所以电动机起动 转矩并不是很大的，一般为额定转矩的22.5倍。第二节 异步电动机的起动一、磁力起动器起动电动机的原理磁力起动器是由交流接触器和热继电器组成的组合电 器，供远距离直接控制三相异步电动机的起动、停止和正反 转之用。它对电动机具有过载和低电压保护作用，若与熔断 器配合，还能对电动机进行短路保护。用磁力起动器起动三相异步电动机的工作原理，如图 10-2所示。按下起动按钮，电磁铁线圈通电，吸引磁铁。开 关主触点1、2、3将电动机和三相电源接通，电动机开始转 动。辅助触点4实现自锁，即起动按钮恢复时电磁铁线圈仍 然通电。按下停止按钮，断开电磁铁线圈的电源，衔铁释放， 主、辅触点1、2、3都断开，电动机失电停转。当电压降低 时，也会使电磁线圈失去吸持衔铁的能力，可自行断开电动 机的电源，使磁力起动器具有失压保护作用。二、星一三角起动器较大容量的三相异步电动机定子绕组多是三角形连接。当它有六个出线端子时，就可用星一三角起动器作为它的减 压起动设备。在起动时，将定子绕组接成星形，以减小起动 电流正常运行时接成三角形。上 4 詔图10-3星一三角起动器原理接线图自动Y起动器是由三只接触器、一只热继电器和一 只时间继电器组成的，其原理接线见图10-3，当触头1、6、 4、3、7闭合时，电动机定子绕组接为星形；当触头5、1、 2、6、8、4闭合，触头3、7断开时，电动机定子绕组接为 三角形。第三节电动机的运行维护二期工程厂用电动机，其中大容量的电机采用10KV系 统供电，小容量的电机采用400V系统供电，直流电机采用 直流220V系统供电（直流润滑、直流密封油泵）。电动机的 主要技术参数，反映电动机的工作能力及其起动特性，起动 特性的优劣主要表现在起动电流和起动转矩等方面。一、允许温度与允许升温电动机运行过程损坏，大多数是由于过热引起的。因为 电动机在运行过程中，各种能量损耗都要产生热量，主要的 能量损耗可分为可变损耗和不变损耗两部分，可变损耗中包 括定子绕组中有电阻的铜损，因为绕组中有电阻，所以当电 流通过电阻时，便产生I2R的功率损耗，它随负荷的变化而 变化，且随电流的平方正比例地增加。不变损耗中包括机械 损耗和铁芯损耗，机械损耗是由轴承的摩擦和风扇与空气之 间的阻力形成的，其大小由转速决定。而在运行过程中，异 步电动机的转速基本不变，因此机械损耗的大小也基本不 变。铁芯损耗是由铁芯中磁通交变而产生的，其大小决定于 铁芯中的磁通密度及磁通变化的快慢，铁芯损耗与电源电压 的平方成正比，而在运行中由于电源电压几乎不变，因此铁 芯损耗也基本不变。在电动机的运行过程中，上述各种损耗最后都转化为热 能，使电动机的绕组和铁芯发热，为了防止电动机的烧坏， 所以电动机有规定的允许温度和允许温升，以便监视电动机 运行中的各部分温度，保证电动机的正常运行。二、冷却空气温度对电动机出力的影响由于电动机的连续工作容量主要取决与定子绕组、转子 组和定子铁芯的温度，而这些温度受电动机周围的冷却空气 的影响很大，所以应考虑电动机的冷却空气温度与负荷的关 系。当冷却空气为额定温度（一般35C）时，电动机可以在频 率电压正常的情况下带满负荷长期运行。当冷却空气温度高 于额定温度时，电动机的出力就应该降低，而当冷却空气温 度低于额定温度时，其出力可以升高。三、当频率、电压与额定值偏差时异步电动机的运行在电动机运行中，常常发生电压和频率长期与额定值有 偏差的情况，当频率在额定值时，电动机可以在额定电压 -5+5%的范围内运行，其额定出力不变，而当电压在额定 值时，电动机可以在额定频率变动05HZ的范围下运行， 其额定出力不变。1. 在额定频率下电压变化时电动机的运行(1) 在恒定负荷下，当加在电动机定子绕组上的电压 降低很多时，由于转子电流的增加，必然使定子电流增大， 以抵消因转子电流所产生的磁通对定子旋转磁通的影响，这 样便会使电动机的发热增大，严重时甚至会将电动机烧坏。 所以我们在使用电动机时，为了保证电动机的正常运行而不 损坏，必须尽可能使电压保持为额定值。(2) 在恒定负荷下，当电动机的外加电压增加时，与 上述的情况相反，此时转子导体内感应的电流减少，定子的 电流也相应地减少。这样，由于定子的铁芯损耗与电源电压 的平方成正比，使定子的铁损增加，铁芯发热也增大而造成 温度升高。但由于绕组的电流减小，绕组的温度降低，因此 铁芯温度的升高对绕组发热的影响甚微。2. 在额定电压下频率变化时电动机的运行额定电压下频率变化时，铁芯中的磁通密度将与频率成 反比变化，而空载电流也将相应地变化。当频率小于额定频 率05HZ时，频率的减少将引起磁通的增加，电磁转矩的增 大。此时，若不增加外面的负荷，使电动机转矩与制动转矩 的平衡，势必使转子的转速升高，转差减少，于是使转子导 体内的感应电势和电流随着减少，它与定子磁通间的相互作 用也跟着降低，从而使电磁转矩减小，直到与制动转矩达到 新的平衡为止。此时，由于转子电流的减少，必然使定子的 电流也减少，以抵消转子磁通对定子旋转磁通的影响。这样, 由于绕组电流的减少，使电动机绕组的温度降低，但由于磁 通的增加，空载电流随之增加，使铁芯中的温度升高，但它 对电动机运行的影响不大。所以，电动机频率较额定值降低 0. 5HZ时，对电动机的绝缘没有很大影响，但电动机作功少 了，实际上相当于减负荷。在恒定负荷下，若电压不变而频 率大于额定值0.5HZ时，情况与上述相反。四、电动机绕组绝缘电阻的允许值电动机起动前，应用500伏或者1000及2500伏摇表测 量绕组的绝缘电阻，合格后，才能起动。若绝缘电阻不合格, 则需检查处理，直到绝缘电阻合格为止。电动机绝缘电阻的 标准，一般高压电动机每千伏工作电压不低于1兆欧，400 伏电动机一般不低于05兆欧时，则认为合格。另外，运行 中的电动机，绕组绝缘电阻的合格与否应与原始记录的数值 相比较，当电动机绕组的绝缘电阻值较以前同样情况下（温 度、电压、使用的摇表等级均相同）降低50%以上时，则认 为不合格。五、厂用电动机的的运行维护异步电动机在发电厂的厂用电气设备中占重要地位， 它能否正常运行对安全发供电具有直接影响。为此，对于运 行中的异步电动机和其它设备一样，要认真进行检查和维 护。对异常状态要做到及时发现，并认真分析和正确处理。 这里仅就异步电动机运行中应注意的几个主要问题说明如 下。1. 对电动机负载电流和温度的监视异步电动机的大部分故障都会引起定子电流增大和电 动机温度升高，所以电流和温度的变化基本上可以反映出电 动机运行是否正常。因此，应随时监视和检查电动机的定子 电流和电动机的温度是否超过其额定值。2. 电压的许可变动范围电动机的电磁转矩与主磁通和成正比，而与外加电压成 正比，即电动机的电磁转矩与外加电压的平方成正比。因此, 电动机外加电压的变动直接影响电动机的转矩。若电源电压 降低，则电动机转矩减小，转速下降，使定子电流增大；同 时，转速下降又引起冷却条件变坏，这样，会引起电动机温 度升高。若电源电压稍高时，可使磁通增大，使电动机转速 提高，导致转子和定子电流减小；同时冷却条件改善，结果 电动机温度略有下降。倘若电源电压过高，由于磁路高度饱 和，激磁电流将急剧上升，发热情况反而恶化；而且过高的 电压将影响电机绝缘，电动机外加电压的变动范围不得超过 其额定电压的-5%+10%。另外还需注意三相电压是否平 衡。3. 防止三相电动机的缺相运行三相异步电动机如果电源断线或保险丝熔断，则造成电 动机缺相运行，假若电动机的负载未变，即两相绕组要担负 原三相绕组所担负的工作，则这两相绕组电流必然增大。电 动机所用保险丝的额定电流是按电动机额定电流的1. 525倍来选择的，而保险丝的熔断电流又是它自己额定 电流的132.1倍，因此电动机所用保险丝的最小熔断电 流是电动机额定电流的1.3X1. 5=1.95倍。显然，缺相运行 时电流小于保险丝的最小熔断电流，所以电动机的保险丝不 会因缺相运行而熔断，长期缺相运行必使电动机过热而烧 毁。三相电动机发生缺相运行时，不仅电流发生变化，而且 也会产生异常的声音。发现上述异常状态时，应及时断开电 源。4. 异步电动机起动时应注意的事项(1) 新装、新修或停机时间较长的电动机，在起动前应 进行绝缘电阻检查。对500V以下的电动机用500V摇表测定, 其绝缘电阻值不应小于0.5M欧姆。对10KV及以上的电动机 用10002500V摇表测定，其绝缘电阻值每lkV工作电压不 应小于1M欧姆。异步电动机起动前，还应对电源电压、起动设备、电动 机所带动的机械、电动机接线以及周围是否有障碍物等方面 进行认真检查，经检查一切正常方能起动。(2) 起动时应先试起动一下，观察电动机能否起动和转 动方向。如发现不能起动，应检查电路和机械部分；如转动 方向不对，可把三相电源引线中的任意两根的接头互相调换 一下位置。(3) 合闸后，如无故障，电动机应能很快地进入正常运 行状态。如果发现转速不正常或声音不正常，应立即断开电 源进行检查。若电动机起动后立即跳闸或保险丝熔断，此时 电动机不应再起动，应进行详细检查。(4) 电动机在冷状态下，连续起动次数不应超过35 次，在热状态下，连续起动次数不应超过23次。六、异步电动机故障的检查步骤异步电动机故障的形成也有一个从发生、发展到损坏电 机的过程，在这个过程中必然会出现一些异常现象，因此， 应加强对运行中的电动机的监视和检查，温度有无变化，声 音是否正常，发现问题，认真分析，及时处理，是非常重要 的。当电动机发生故障原因不明时，可按下列步骤进行检查:1.检查电动机的电源电压是否正常。2如电源电压正常，应检查开关和起动设备是否正常。3如果开关和起动设备都完好，应检查电动机所带动的 负载是否正常，必要时可卸下联轴器，让电动机空载运转， 来确定是否正常。如电动机本身发生故障，可卸下接线盒检 查接线有无断裂或焦痕。4如果接线良好，应检查轴承是否损坏，润滑油是否干 涸、变质或缺油。5如果轴承和润滑油都正常，这时需要打开电机检查定 子绕组有无焦痕和匝间短路。第四节电动机的事故处理发电厂的厂用设备如辅机冷却水泵、凝结水泵、引风机, 送风机，磨煤机等，都用电动机来拖动。这些机械即使短时 停止运行，也足以引起发电机负荷的降低，甚至停机并有可 能造成严重的事故。所以，当电动机运行中发生事故及异常 现象时，应根据事故现象，迅速正确地判断故障性质及其原 因，采取有效措施，及时处理，否则事故扩大，就会使发电 厂降低负荷，甚至会使整个机组停止运行。一、电机起动时的故障电动机起动时，当合上断路器或自动开关后，电动机不 转，只听到嗡嗡的响声或者不能转到全速，这时故障的原因 可能是：1定子回路中一相断线，如低压电动机熔断器一相熔 断，或高压电动机断路器一相接触不良，不能形成三相旋转 磁场，电动机就不转。2转子回路断线或接触不良，使转子绕组内无电流或 电流减小，因而电动机就不转或转得很慢。3在电动机中或传动机械中，有机械上的卡住现象， 严重时电动机就不转，且嗡嗡声较大。4. 电压过低。电压过低时电动机转矩小，起动困难或 不能起动。5. 电动机转子与定子铁芯相摩擦，等于增加了负载， 使起动较难，发现上述故障时，对高压电动机来讲，应立即 分开该电动机的断路器，起动备用设备，并用摇表检查故障 电动机的定子和转子回路。若为400伏电动机，可以先检查 熔断器，如良好，则切断电源，起动备用设备，然后进行检 查。二、电动机定子绕组单相接地故障发电厂的厂用电动机分布在锅炉、汽机、化学及输煤等 车间，而这些地方容易受到蒸汽、水、化学药品、煤灰、尘 土等的侵蚀，使得电动机绕组的绝缘水平降低。此外，电动 机长期过负荷，会使绕组的绝缘因长期过热而变得焦脆或脱 落，这都会造成电动机定子绕组的单相接地。当电动机发生单相接地保护动作后，应切断电源，用500 或2500伏摇表进行检查。检查时，如测得相对地（外壳）的 绝缘电阻值很低时，说明绝缘已经受潮。若绝缘电阻为零， 则可能是绕组与外壳相碰，已经接地，不能再继续运行，应 进行检查及清理工作。三、电动机的自动跳闸和故障停机1. 电动机的自动跳闸当运行中的电动机发生定子回路一相断线，绕组层间短 路，绕组相问短路等故障以及电力系统电压下降时，在继电 保护的作用下，该电动机的断路器便自动跳闸。电动机跳闸 后，应立即起动备用设备，断开故障机组的电源，以保证整 个系统的正常运行。待备用机组起动正常后，应对故障电动 机进行检查。检查的项目包括拖动的机械有无卡住；电动机 定、转子绕组、电缆、断路器、熔断器等有无短路的痕迹； 保护装置是否误动作等，必要时需对电动机进行绝缘电阻的 测量。有些电动机没有备用机组，因此对于重要的厂用电动 机，若跳闸后没有明显的短路象征，为了保证供电，允许将 已跳闸的电动机进行强送电一次。2. 电动机的故障停机（1）运行中的电动机有下列情况之一者，应先起动备用 设备，然后再将故障的电动机停止运行。1）定子电流超过正常运行的数值；2）电动机发生严重的振动；3）轴承温度剧烈上升，并超过规定值；4）铁芯温度及出风温度超过正常值；5）电动机内部有火花或绝缘有焦臭味。（2）电动机运行中遇有下列情况之一者，应立即停机， 然后起动备用设备。1）电动机所属回路发生人身事故；2）电动机及其所属电器设备起火或冒烟；3）电动机所带动的机械损坏至危险程度；4）发生异响和迅速发热的同时，电动机转速急剧下降。（3）故障电动机停止运行后，有下列情况之一者禁止强 送电。1）电动机及其起动装置或电源电缆上有明显短路烧坏 现象；2）电动机及所属回路发生人身事故；3）电动机所带动的机械损坏至危险程度；4）电动机冒烟；5）电动机开关由差动或速断保护动作而跳闸者。四、其他事故处理1.下列情况下，对于重要的厂用电动机可以先起动备用电 动机，然后停故障电动机。(1) 发现电动机有不正常的声音或绝缘烧焦味时；(2) 电动机内发现火花及冒烟；(3) 电动机电流超过正常运行值；(4) 电动机出现不正常的振动(超过振动许可标准)；(5) 电动机轴承的温度及温升超过规定值；(6) 电动机的冷却水系统发生故障。2. 运行中的电动机，在继电保护装置动作或由于电气 方面原因跳闸后，一般应经电气值班人员检查后再行起动。 如是重要厂用电动机，又无备用电机时，允许在作以下几项 检查而情况正常时，将已跳闸的电动机试起动一次：(1) 检查电源正常；(2) 电机控制信号回路核查无异常；(3) 电机外观无异常异味；(4) 测绝缘正常。3下列情况之一时，应立即停用电动机，并通知有关部门进行检查:(1) 开关合闸后电动机不旋转或不能转到正常转速；(2) 电动机起动或运行时空气间隙中冒出火花和烟气；4.电动机起动或运行中，当保护装置动作使开关跳闸 时运行人员一般应检查下列项目，必要时通知电气检修检 查：(1) 是否由于联锁跳闸；(2) 熔丝是否完好，开关触头是否接触良好；(3) 被带动的机械有无故障；(4) 测定电动机与电缆的绝缘电阻是否正常；(5) 保护装置定值是否太小，起动时过流闭锁装置是否 正常；(6) 电动机本体有无烟火或绝缘烧焦气味。经上述检查均未发生问题时可试开一次，试开成功可投 入运行，否则应查明原因，消除故障后方准使用。5. 电动机在运行中声音异常，电流表指示上升或降至零，般应检查下列项目:(1) 是否由于系统电压降低；(2) 判明电动机是否单相运行；(3) 绕组是否有匝间短路现象；(4) 机械负荷是否增大。应查明原因作出相应处理，消除故障后方准运行。6电动机过热，电流表指示正常：检查冷却系统是否正常，若不正常应消除故障，并设法 加强冷却。7.电动机起火：必须先将电动机的电源切断，才可使用电气 设备专用灭火器进行灭火。