三相异步电动机（精选12篇）
三相异步电动机 篇1
摘要：普通电动机变频调速的缺点, 专用电动机变频调速的优点、特点和应用。随着变频调速技术的发展, 变频调速器诞生了, 但是普通的交流电机应用于变频调速, 会出现种种缺陷, 交流电机的调速需要专用的变频调速三相异步电动机。
关键词：普通电动机,变频调速电动机,变频器
一、普通电机变频调速时出现的问题
1. 电机的效率降低、温度升高。
变频器在工作中会不同程度地产生谐波电压和谐波电流，电动机会运行在非正弦波电流和电压下。在高次谐波引起的损耗中，转子铜损耗显著增加，集肤效应导致阻抗增加使铜损耗也显著增加。因此普通电机用于变频调速效率降低。同时由于铜损耗的增加，温升增加10%～20%。
2. 冲击电压破坏电机绝缘。
目前的中小容量变频器，大多采用PWM控制方式，使电机定子绕组承受很大的du/dt值，电机绕组的匝间绝缘承受了极大的电压冲击。再者PWM变频器的矩形斩波冲击电压也会叠加在电机的运行电压上，因此这些冲击电压会使电机的绝缘加速老化，破坏电机的绝缘。
3. 电机低速运行时冷却效果差。
自带风扇冷却的电机，转速降低时，冷却风量以转速的三次方成比例地减少。例如：电机调频到40Hz，转速降到额定值的80%左右，冷却风量降为额定值的一半。变频调速时谐波导致损耗增加而散热却困难了，必然使电机低速时温升急剧增加，电机无法正常工作。
二、三相异步电动机的转动原理
当向三项定子绕组中通入对称的三项交流电时，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。可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组(各相差120度电角度)，通入三项交流电后，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。在三相异步电动机的定子铁心中放置三组结构完全相同的绕组U1U2、V1V2、W1W2，各相绕组在空间互差120°电角度，向这三相绕组中通入对称的三相交流电，则在定子与转子的空气隙中产生一个旋转磁场。以两极电机即2p=2为例说明，对称的三相绕组U1U2、V1V2、W1W2假定为集中绕组，三相绕组接成星形，并通以三相对称电流IA、IB、IC。如动画演示所示。假定电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，末端流出。电流流入端用“×”表示，电流流出端用“.”表示。wt=0时，IA=0;IB为负值，即IB由末端V2流入，首端V1流出;IC为正值，即IC由首端W1流入，末端W2流出。电流流入端用“×”表示，电流流出端用“.”表示。可见合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向一致，上方是北极，下方是南极。
U相、V相、W相绕组的电流分别为IA、IB、IC。三相交流电的相序A—B—C。旋转磁场的旋转方向为U相—V相—W相(顺时针旋转)。若U相、V相、W相绕组的电流分别为IA、IC、IB(即任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序)，则旋转磁场的旋转方向为逆时针旋转。两极三相异步电动机(即2P=2)定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n1=60f1=3000转分。四极三相异步电动机(即2P=4)定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场只旋转了半圈。故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半，即n1=60f1/2=1500转/分。由于普通电机在变频调速上存在以上缺陷，而交流调速又有诸多优点且发展迅速，解决电机的问题势在必行，国外科研机构和厂家已在研制变频调速专用电机，并有产品进入市场。变频调速三相异步电动机的结构原理与普通三相异步电动机基本相同，但由于考虑到电源性质、控制方式和运行方式的不同，所以与普通三相异步电动机存在一定的差异，在变频调速时优点显著。
对于恒频恒压供电的普通异步电动机，电压和频率一定，主要考虑的性能参数是过载能力、启动特性、功率和功率因数。对于变频调速三相异步电动机，由于启动、过载、效率和功率因数等可在控制系统中解决，所以要重点考虑宽频范围驱动和电源的非正弦性。YTSP系列技术参数：功率：0.75～160KW, 56种规格。极数：4、6、8;额定电压：380V;额定频率(拐点频率)：50Hz;恒转矩调速比：U/f控制：1∶16.7;矢量控制：1∶1000以上。
三、变频调速三相异步电动机的应用
变频调速三相异步电动机的选择依据是负载类型。负载类型分为：离心、恒功率和恒转矩负载。如风机和水泵属离心负载，用U/f控制变频起驱动YTSP系列变频调速三相异步电动机。一般环境用有冷却风机的变频调速电动机(如YTSP)。粉尘、水蒸气和高温环境中，选择辊道专用变频调速电动机(如RSG)。
参考文献
[1]何超.交流变频调速技术[M].北京:航空航天大学出版社, 2006.129-135.
[2]张少军.交流调速原理及应用[M].北京:中国电力出版社.2005.189-192.
三相异步电动机 篇2
课题：三相异步电动机的启动方式
一、教学目的：掌握:三相异步电动机全压启动三种控制方式的工作原理。
了解:三种控制方式的组成以及应用。
重点:自锁控制的工作原理以及线路设计。
二、教学重点、难点：要求学生掌握自锁的概念以及作用并会根据题目要求设
计线路。
三、教学方法：1采用讲授法。
2多媒体演示辅助教学。
四、课时安排：1课时
五、教学步骤：1对本堂课涉及的已学过的知识进行回顾，导出新课
2介绍三相异步电动机启动三种典型方式（原理图、工作原理、应用、保护环节）.3通过连续启动控制的原理图引出本节课重点：接触器的自锁控
制
4对启动方式进行仿真，让同学更能对原理有更清晰的认识5总结本堂课讲解的重点、难点内容
6留作业（通过本堂课讲解的内容，经行扩展的作业）
六、板书设计：
黑板最左面黑板中间知识回顾：三相异步电动机启动控制
接触器（KM）三相异步电动机的启动方式分为两种：直接启动和降压启动 熔断器（FU）1点动直接启动：
热继电器（FR）1）原理图
2）工作原理
3）保护环节
4）应用范围
2连续控制直接启动：
※ 接触器的自锁
3混合控制
三相异步电动机节能的技术分析 篇3
关键词：三相异步电动机节能技术
0引言
三相异步电动机是广泛使用的一种动力机械，每年的耗电量占我国总耗电量的50％以上。在满负荷工况条件下，电机的效率一般较高，通常在80％左右：然而，一旦负荷下降，电机的效率便随之显著下降。因为电机选型时是按最大可能负荷和最坏工况所需的功率而定的，多数电机在大部分运行时间的负荷率都在50％60％。所以实际运行时的效率都是比较低的。因此，提高这部分电机的运行效率，有着巨大经济效益和社会效益。
1节能原理
电机的效率是电机输出功率与输入功率的比值的百分数。因此供电机的电能即输入功率并不仅用来驱动电机即输出功率，还有一部分将成为电机固有的损耗。电机的主要损耗为铜耗和铁损，其中銅耗是由于电流流过电机绕组而产生，与电流的平方成正比：铁损是由于定子和转子铁芯中的磁化电流而产生，与供电电压成正比。其它损耗很小，可忽略。调压节电原理是当负荷下降时，可以适当降低电源电压以减少铁损，同时电流随之下降也减少了铜损及无谓的浪费，此时电机的效率将得到改善。电机负荷的检测通常采用功率因数法进行：电机负荷大，则它的功率因数大；电机负荷小，则它的功率因数小。
2技术难点殛解决
2.1功率因数角的检测。通常情况下电流波形是完整的，通过检测电压和电流的过零点获得的相位差即是功率因数角。但本控制器由于采用了可控硅交流调压，当导通角较小时，电流波形出现断续。电流继续使电流过零检测失效。为此，我们采取电流与微电平比较来获取其正半周连续波形的部分，进而取得近似的相位差。
2.2电压和电流有效值的检测。一般按有效值的定义进行检测的电路需要用到模拟乘法器，因而电路比较复杂，成本也高。由于有效值和绝对平均值之间存在一定的对应关系，并且此处对检测精度要求不高，故我们先检测绝对平均值，再转化为有效值。
2.3强干扰下的系统加固。如果本电器工作在工厂的恶劣环境下，强电磁干扰会严重影响微机系统的正常工作，为此我们采取了多种保护措施：将数字电路部分单独安装在金属机壳中，以屏蔽空间电磁干扰：选用优质开关电源和传感器，以减少从线路串入的干扰：在微机外围电路中广泛采用串行接口芯片，以简化电路板布线：采用广泛使用的WDT电路，提高软件抗干扰能力。
2.4可控硅的移相触发电路。在三相交流调压电路中，一个很重要的指标是三相平衡问题。以前的三相交流调压常采用3个单相移相触发芯片设计(如TA785)，要细心调试才能达到三相平衡。我们采用最新推出的三相移相触发芯片AT787，简化了电路设计，使该电路免于繁杂的调试；同时还采用了可控硅的强触发技术，使其触发得更准确。
3硬件设计
本控制器主要由3部分组成：可控硅及移相触发电路部分，接收控制板的控制信号，实施交流电压的调节；信号检测板部分，接收传感器的信号并进行处理，得到标准电压和电流的有效值及功率因数有送控制板；单片机控制板部分，接收信号检测板的信号，通过控制运算发出控制信号到移相触发电路，实施最佳功率因数控制，同时控制板还通过键盘显示面板对控制器参数进行修改，并显示控制器运行状态。
例如：从同步变压器来的三相过零信号经C1、C2、C3电容耦合到6V的直流信号上送入1 8、2、1脚。TC787对其进行过零检测，经积分电容C4、C5、C6形成以过零点为起点的三角波，与由VR引入的触发控制信号比较，再经C7调制成触发脉冲，由12、9、10、7、8、11脚输出，由脉冲变压器驱动可控硅。
此电路基于基本的绝对值电路，增加了滤波电容C1，将交流信号的绝对值变为平均值；合理设计R5的阻值，将平均值变为有效值。
电压信号VA和电流信号IA经与徼电平信号REF比较，取得电压和电流信号的正半周；经RC滤波后由信号“或”电路，形成含有功率因数角的信号：由单片机去除其中的电压半周期，即得功率因数角。
TLC0834是4路8位A，D转换器，采集1路电压和3路电流信号；TLC5615是10位串行D／A，将控制量变为模拟电压信号，去控制可控硅交流调压；X25045是含wDT和EEPROM的多功能电路，负责单片机系统的安全监视和重要参数的保护：SN75176是RS485接口，实现连网监控。
4软件设计
单片机软件采用C51语言编程，C51与汇编语言相比，有编程效率高、代码易维护等优点。程序主要由键盘与显示监控部分、串行接口芯片驱动部分和信号采集与实时控制部分组成。
串行接口芯片驱动部分，主要是根据芯片厂商时序图，以单片机的I／O口模拟串行口，以实现对串行芯片的读写操作。本课题由于单片机I／O较多，各个芯片采用单独的I／O信号。
信号采集与实时控制部分，以实时时钟为基准，采集电压电流信号对系统的安全进行监视。采集功率因数信号与最优值比较，以PI控制算法进行运算，适时发出控制指令，对电动机进行调压，使其运行于高效率状态。
5系统调试
在系统调试过程中，我们发现并处理了如下几个问题。
5.1电动机可控硅交流调压的稳定性问题。由于电动机是大电感性负载，在按外三角接法时最好采用半控形式。其中的数据管发挥了吸收谐波的作用。要使用全控形式，最好采用内三角形式。该接法中各个绕组单独供电，绕组之间不会产生相互干扰。
5.2三相调压移相触发板的器件选择问题。3个积分电容的值必须相互一致，误差在1％以内，调制电容C7的值不能太大，耦合电容C1、C2、C3亦不能太大，不然会使电路不能长期运行，或出现三相的不平衡。
5.3节电控制器的最佳功率因数设定问题。最佳值一般在0.85附近，风机可以设定在0.9附近，针对不同电机而稍有不同。如果超出了此范围，则属不正常现象。因为电动机从理论上有一个在75％～80％负载率附近的最高效率点，若电动机老化而无此特性，则节能不能成立。应用中必须注意此原则。
三相异步电动机 篇4
1 故障检查及初步结论
1.1 故障检查
第1台风机烧毁后,现场人员根据可能引起电动机烧毁的原因逐一进行了检查。
(1)风机内外部、周围环境及工况分析。
风机内部没有异物,扇叶齐全,外壳无变形,风机的安装稳定牢固,符合要求,风筒与风机相匹配,风机周围环境良好。风机运行工况基本稳定,长期过载可能性较小,风机轴承定期加油,轴承没有问题。
(2)电缆。
该对旋风机采用1台QBZ-120型磁力启动器外加一个BHD2-200/600型分线盒的方式同时给对旋风机的2台电动机提供电源。分别检查磁力启动器至风机的电源电缆的干线及分路电缆,检查电缆三相无断相,外观没有损伤,而且电缆绝缘正常,每相都在10 MΩ以上,200 A分线盒没有接线质量问题,没有烧蚀现象。电动机接线为Y型,符合要求。
(3)磁力启动器。
磁力启动器内部有很多主回路接点,出现问题的可能性最大。检查磁力启动器接线腔,接线正常,无问题;检查磁力启动器内部,发现换向器外观异常,经检查发现换向器触点有轻微烧蚀,其他部件和接线均正常。
1.2 初步结论
从供电系统中磁力启动器换向器上发现的问题来看,认为主要是因为供电系统长时间三相不平衡引起的电动机烧毁,另一侧没有烧毁的电动机因受三相电不平衡的影响,在性能上也应有所下降。
但在处理好磁力启动器问题后,更换的新风机在运行15 h后再次发生一侧电动机烧毁现象。因此需要重新寻找故障真正原因。
2 矿用电动机烧毁的一般原因
煤矿井下工作环境特殊,频繁启动、过负荷运转、电压不平衡及电动机自身结构存在问题可导致电动机损坏。矿用电动机烧毁的原因主要有[1]:
(1)轴承烧结。矿用中型以上的电动机,转子一端多采用滚珠轴承加定位滚珠轴承或双列调心短圆柱轴承,另一端多采用滚珠轴承。在实际生产中,电动机表现最明显的轴承故障就是轴承烧结在一起使转子不能正常转动。
(2)转子断条、脱焊或虚焊。矿用电动机转子一般为鼠笼结构,其常见故障是导条与端环开焊、虚焊或导条断裂,使电动机转矩降低,定子电流产生周期性摆动,并产生电磁噪音,导致电动机烧毁。
(3)转子平衡块或平衡片掉。如果由于焊接不当,转子长时间运转,在离心力的作用下,如平衡块或平衡片掉,就有可能造成电动机转子扫膛,导致电动机损坏。
(4)转轴强度不够。转轴是电动机传动转矩、驱动机械负荷的主要零部件,它应具有足够的强度以传递电动机的功率,并要有足够的刚度,否则会使电动机在运行中发生振动或因产生过大的挠度,使定转子铁心摩擦,导致电动机烧毁。
(5)定子绕组故障。电动机频繁启动,长时间过负荷,也会引起电动机绕组“过力”绝缘下降,致使电动机烧毁。
(6)供电系统三相不平衡。在煤矿环境中,供电线路故障率较高,供电线路的漏电、断相、三相不平衡等都会导致电动机发生故障。如果三相电压不平衡,电动机内就有逆序电流和逆序磁场存在,产生较大的逆序转矩,造成电动机三相电流分配不平衡,使某相绕组电流增大。当三相电压不平衡度达5%时,可使电动机相电流超过正常值的20%以上,继而造成电动机的烧毁。
3 引起故障的关键问题及解决方法
经现场核实,有2个关键现象在明确故障原因前必须得到解释:①为什么新换的风机要运转15 h后才发生问题,而不是在刚换完风机后试运转阶段就出现故障现象;②为什么是同一侧电动机烧毁?
经过分析认为,第1个现象与三相不平衡有关,但可能因为三相不平衡度不大,没有在试运转阶段造成磁力启动器的综合保护器动作。第2个现象则直接把问题指向了同一侧电动机的电源电缆上。但是此前该段电缆已经检查过,相间、相地绝缘正常,三相芯线通断正常,外观无破损变形。
根据经验和现场情况,一个合理的解释是烧坏电动机一侧的电源电缆存在问题,很有可能是电缆内部芯线有损伤,引起三相不平衡烧毁电动机。这可以同时解释上述2个关键现象。通过进一步分析发现,1台QBZ-120型磁力启动器同时给同一风机的2个电动机提供电源时,磁力启动器内的1台综合保护器监视到的三相不平衡度只有一侧电动机不平衡度的一半,保护器监测到的三相不平衡度很有可能没有达到保护器的预设值,所以保护器没有动作,直到引起电动机内部短路、接地等问题时保护器才动作。
随后,对换下的电缆进行了重新检查,发现该电缆外观有一处外皮做过热补处理,拨开绝缘橡套后发现该处一相芯线断股严重,原来为7股,已经断掉3股,并有拉弧、焊珠等,导致整条电缆接触电阻增大,从而导致三相电压不平衡。但是由于电缆芯线没有完全断开,所以用摇表遥测电缆芯线的通断一切正常,电缆绝缘橡套没有破损,所以电缆绝缘正常。这也导致了初步检查中出现电缆正常的假象。
基于以上判断,一方面更换了烧毁侧电动机的电源电缆,另一方面增加了1台磁力启动器以分别控制风机的2台电动机。经过实际运行,没有再出现类似问题。
4 结语
对于煤矿用多电动机机械系统,有条件时应尽量全部采用1台综合保护器为1台电动机提供保护的方式,避免客观造成的综合保护器功效的降低。
在煤矿这种特殊的环境中,供电电缆故障率较高,供电电缆的漏电、断相、三相不平衡经常发生,对煤矿生产制约较大。因此,在安装配电过程中应使用合格的电缆,使用中应加强电缆的日常检查。另外,煤矿井上进行电缆热补处理时,必须首先检查电缆内部芯线合格后方可热补。
摘要：针对一起三相异步电动机烧毁故障,对电动机的使用环境、供电设备和供电电缆等进行现场检查,并根据常见的矿用电动机烧毁原因,对其进行全面分析。认为这是一起由供电系统三相不平衡引起的电动机烧毁故障。根据分析结果,提出了煤矿井下机械设备供电保护和电缆使用及修理建议。
关键词：三相异步电动机,供电电缆,三相不平衡
参考文献
实验：三相异步电动机正反转控制 篇5
一、实验目的1．熟悉常用低压电器元件的功能及使用方法
2．掌握自锁、互锁电路的作用
3．掌握三相异步电动机正反转控制电路的工作原理。
4．熟悉电气电路的接线及检查方法
5．培养学生分析和解决实际问题的能力
6．使学生养成科学研究和团队合作的习惯
二、实验基本原理
画出实验电路图
三、实验所需仪器设备
三相异步电动机1台、接触器2个、热继电器1个、按钮盒1个、380V电源、导线若干
四、实验步骤及内容
1．认识各电器元件的结构。
2．完成三相异步电动机正反转控制实验电路图接线，应先接主电路，再接控制电路。（其中，SB1为停止按钮，SB2为正转起动按钮、SB3为反转起动按钮）接线后，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
注意：
1．要在断电时进行拆接线
2．正反转切换时，要先按下停止按钮SB1，看到电动机输出轴速度降下来后再按另一方向的起动按钮。
五、实验原始数据记录
自己组织语言描述该电路图的工作原理
六、数据处理与分析
1．正反转切换时，确保一方向控制运行的接触器在触点断开后进行另一方向起动，为什么？
三相异步电动机 篇6
【关键词】异步电动机；气隙 槽配合；谐波磁场；电磁噪音
The electromagnetism noise of three electric motor analysis and control
Wu Jian-bing
（Xi'an Tech Full Simo Motor Co.， Ltd Xi'an Shaanxi 710018）
【Abstract】Three-phase AC induction motor electromagnetic noise from the slot with the select air gap harmonic magnetic field analysis to identify major cause electromagnetic noise， and finally put forward the measures to control electromagnetic noise.
【Key words】Asynchronous motor；Air gap slot with；Harmonic magnetic field；Electromagnetic noise
1.引言
Y、Y2系列三相异步电动机应用于各行各业，其负载噪音指标方面与国外产品相比尚有较大差距。特别是2极高速中小型电动机的电磁噪音已超出国际贸易和国内特殊行业的最低要求。产品出口和国内特殊行业的应用受到严重影响。本文定性加简单的量化分析，阐明2极电机电磁噪音超标的原因及解决方案。
2. 噪音分类
异步电动机的噪音分三类：电磁噪音、空气动力噪音和机械噪音。空气动力噪音源于异步电动机的风扇通风噪音。由于空载和负载的转差非常小，从空载到负载通风噪音几近定值。因此，对于空载噪音达标而负载噪音超标的2极高速电机，通风噪音不是电磁噪音超标的主要原因。
机械噪音主要是由轴承噪音引起的。对于工艺成熟的Y、Y2系列电机，从降低机械噪音方面来使电磁噪音达标也是不明智的。
电磁噪音是由于电机气隙中各次谐波磁场引起的交变电磁力引发铁心及其相联的机械构件中的振动和共振。采取更趋合理的方案是完全可以做到的。
3. 电磁噪音产生原因
Y160-2电机负载运行时，产生让人不易接受的电磁噪音。为解决问题，需从电磁噪音产生机理着手，分析电磁噪音的特点及其控制办法。
3.1 气隙谐波磁场。
气隙谐波磁场由电机绕组的磁势作用于电机气隙而产生的。因此，分析绕组磁势即可阐明气隙谐波磁场的产生原因及对电磁噪音的影响。
电机学理论表明：电机的单相绕组其磁势是脉振磁势，磁势波形为非正弦波，内含丰富的高次谐波磁势。
单线圈磁势 对于单线圈磁势，其磁势可表示为：
研究与不同生态环境相适应的社会经济效益，具有现实意义。经济既是各类措施的物质基础，也是国民经济发展和构建小康社会的必要条件。
5. 结论与建议
（1）水土保持包括多种措施，彼此之间如何组合，如何配置，过去一般多根据各地经验、上级意图和群众要求等拟定，是否符合客观情况，是否达到相对优化，是否取得较好效果，很少考虑，难以适应社会主义建设的规律与原则。治沟与治坡的争论、工程与生物措施的主次长期摇摆不定。经济发展与生态环境的关系历来是前者压后者，在强调农业生产的时候可以毁林种地，毁牧开荒，任意占领河湖水域；在追求经济发展的时候盲目造势引资，圈围良田沃土，凡此种种都曾对国土整治与水土保持造成损失，影响深远。
（2）遵循科学发展观的原则，配合国民经济的可持续发展与和谐社会的构建，合理组合优化配置的原则应当提到水保规划与实施的议事日程上来，以争取主动性，避免盲目性。梯田坝地在不同地形地貌的条件下应当有不同的主次比例，水土保持与水土利用，兴利与除害都应根据不同时空条件研究确定。探索系统科学与环境科学的理论与实践是做好整体规划的基础。优化的最终目标，从经济要求讲，在任务确定后力争最小的代价，在投入明确后祈求最大的效益。从水保要求讲，既可以自动选择最佳的生态环境，也可以选择最佳的水沙配合比例。总的说来水土保持的合理组合优化配置，情况复杂，难度也大。当前似应认真调查测试各类小流域治理情况，找好典型，总结经验教训，摸着石头过河逐步向大范围推广。
【摘 要】对三相交流异步电动机的电磁噪音，从槽配合选择、气隙谐波磁场等方面进行分析，找出引起电磁噪音的主要原因，最后提出控制电磁噪音的相关措施。
【关键词】异步电动机；气隙 槽配合；谐波磁场；电磁噪音
The electromagnetism noise of three electric motor analysis and control
Wu Jian-bing
（Xi'an Tech Full Simo Motor Co.， Ltd Xi'an Shaanxi 710018）
【Abstract】Three-phase AC induction motor electromagnetic noise from the slot with the select air gap harmonic magnetic field analysis to identify major cause electromagnetic noise， and finally put forward the measures to control electromagnetic noise.
【Key words】Asynchronous motor；Air gap slot with；Harmonic magnetic field；Electromagnetic noise
1.引言
Y、Y2系列三相异步电动机应用于各行各业，其负载噪音指标方面与国外产品相比尚有较大差距。特别是2极高速中小型电动机的电磁噪音已超出国际贸易和国内特殊行业的最低要求。产品出口和国内特殊行业的应用受到严重影响。本文定性加简单的量化分析，阐明2极电机电磁噪音超标的原因及解决方案。
2. 噪音分类
异步电动机的噪音分三类：电磁噪音、空气动力噪音和机械噪音。空气动力噪音源于异步电动机的风扇通风噪音。由于空载和负载的转差非常小，从空载到负载通风噪音几近定值。因此，对于空载噪音达标而负载噪音超标的2极高速电机，通风噪音不是电磁噪音超标的主要原因。
机械噪音主要是由轴承噪音引起的。对于工艺成熟的Y、Y2系列电机，从降低机械噪音方面来使电磁噪音达标也是不明智的。
电磁噪音是由于电机气隙中各次谐波磁场引起的交变电磁力引发铁心及其相联的机械构件中的振动和共振。采取更趋合理的方案是完全可以做到的。
3. 电磁噪音产生原因
Y160-2电机负载运行时，产生让人不易接受的电磁噪音。为解决问题，需从电磁噪音产生机理着手，分析电磁噪音的特点及其控制办法。
3.1 气隙谐波磁场。
气隙谐波磁场由电机绕组的磁势作用于电机气隙而产生的。因此，分析绕组磁势即可阐明气隙谐波磁场的产生原因及对电磁噪音的影响。
电机学理论表明：电机的单相绕组其磁势是脉振磁势，磁势波形为非正弦波，内含丰富的高次谐波磁势。
单线圈磁势 对于单线圈磁势，其磁势可表示为：
研究与不同生态环境相适应的社会经济效益，具有现实意义。经济既是各类措施的物质基础，也是国民经济发展和构建小康社会的必要条件。
5. 结论与建议
（1）水土保持包括多种措施，彼此之间如何组合，如何配置，过去一般多根据各地经验、上级意图和群众要求等拟定，是否符合客观情况，是否达到相对优化，是否取得较好效果，很少考虑，难以适应社会主义建设的规律与原则。治沟与治坡的争论、工程与生物措施的主次长期摇摆不定。经济发展与生态环境的关系历来是前者压后者，在强调农业生产的时候可以毁林种地，毁牧开荒，任意占领河湖水域；在追求经济发展的时候盲目造势引资，圈围良田沃土，凡此种种都曾对国土整治与水土保持造成损失，影响深远。
（2）遵循科学发展观的原则，配合国民经济的可持续发展与和谐社会的构建，合理组合优化配置的原则应当提到水保规划与实施的议事日程上来，以争取主动性，避免盲目性。梯田坝地在不同地形地貌的条件下应当有不同的主次比例，水土保持与水土利用，兴利与除害都应根据不同时空条件研究确定。探索系统科学与环境科学的理论与实践是做好整体规划的基础。优化的最终目标，从经济要求讲，在任务确定后力争最小的代价，在投入明确后祈求最大的效益。从水保要求讲，既可以自动选择最佳的生态环境，也可以选择最佳的水沙配合比例。总的说来水土保持的合理组合优化配置，情况复杂，难度也大。当前似应认真调查测试各类小流域治理情况，找好典型，总结经验教训，摸着石头过河逐步向大范围推广。
【摘 要】对三相交流异步电动机的电磁噪音，从槽配合选择、气隙谐波磁场等方面进行分析，找出引起电磁噪音的主要原因，最后提出控制电磁噪音的相关措施。
【关键词】异步电动机；气隙 槽配合；谐波磁场；电磁噪音
The electromagnetism noise of three electric motor analysis and control
Wu Jian-bing
（Xi'an Tech Full Simo Motor Co.， Ltd Xi'an Shaanxi 710018）
【Abstract】Three-phase AC induction motor electromagnetic noise from the slot with the select air gap harmonic magnetic field analysis to identify major cause electromagnetic noise， and finally put forward the measures to control electromagnetic noise.
【Key words】Asynchronous motor；Air gap slot with；Harmonic magnetic field；Electromagnetic noise
1.引言
Y、Y2系列三相异步电动机应用于各行各业，其负载噪音指标方面与国外产品相比尚有较大差距。特别是2极高速中小型电动机的电磁噪音已超出国际贸易和国内特殊行业的最低要求。产品出口和国内特殊行业的应用受到严重影响。本文定性加简单的量化分析，阐明2极电机电磁噪音超标的原因及解决方案。
2. 噪音分类
异步电动机的噪音分三类：电磁噪音、空气动力噪音和机械噪音。空气动力噪音源于异步电动机的风扇通风噪音。由于空载和负载的转差非常小，从空载到负载通风噪音几近定值。因此，对于空载噪音达标而负载噪音超标的2极高速电机，通风噪音不是电磁噪音超标的主要原因。
机械噪音主要是由轴承噪音引起的。对于工艺成熟的Y、Y2系列电机，从降低机械噪音方面来使电磁噪音达标也是不明智的。
电磁噪音是由于电机气隙中各次谐波磁场引起的交变电磁力引发铁心及其相联的机械构件中的振动和共振。采取更趋合理的方案是完全可以做到的。
3. 电磁噪音产生原因
Y160-2电机负载运行时，产生让人不易接受的电磁噪音。为解决问题，需从电磁噪音产生机理着手，分析电磁噪音的特点及其控制办法。
3.1 气隙谐波磁场。
气隙谐波磁场由电机绕组的磁势作用于电机气隙而产生的。因此，分析绕组磁势即可阐明气隙谐波磁场的产生原因及对电磁噪音的影响。
电机学理论表明：电机的单相绕组其磁势是脉振磁势，磁势波形为非正弦波，内含丰富的高次谐波磁势。
单线圈磁势 对于单线圈磁势，其磁势可表示为：
研究与不同生态环境相适应的社会经济效益，具有现实意义。经济既是各类措施的物质基础，也是国民经济发展和构建小康社会的必要条件。
5. 结论与建议
（1）水土保持包括多种措施，彼此之间如何组合，如何配置，过去一般多根据各地经验、上级意图和群众要求等拟定，是否符合客观情况，是否达到相对优化，是否取得较好效果，很少考虑，难以适应社会主义建设的规律与原则。治沟与治坡的争论、工程与生物措施的主次长期摇摆不定。经济发展与生态环境的关系历来是前者压后者，在强调农业生产的时候可以毁林种地，毁牧开荒，任意占领河湖水域；在追求经济发展的时候盲目造势引资，圈围良田沃土，凡此种种都曾对国土整治与水土保持造成损失，影响深远。
三相异步电动机的节能 篇7
关键词：三相异步电动机,电动机效率,有功损耗,无功,节能,功率因数
0 引言
三相异步电动机应用广泛,在整个电能的消耗中电动机的耗能比例最大,据有关资料统计,俄罗斯、日本及我国占60%,美国占64.2%,法国占66.7%,因此,对于三相异步电动机的节能,无论从世界各国的情况,还是从我国的情况来看,都具有极其重要的作用,为此我国在1997年就制定了《三相异步电动机经济运行》标准,并经国家技术监督局批准为强制性国家标准。从近些年贯彻执行的情况来看,有些地方、行业收到了一定的成效,但也还有许多地方及行业存在较多的问题。
本文从长期的实际工作中,总结出在异步电动机节能方面存在的问题,并从减少异步电动机的有功损耗与无功损耗这两个方面,探讨异步电动机节能的方法。
1 目前在电机节能方面存在的主要问题
1.1 老、旧(淘汰)型电机的使用
我国20世纪七八十年代制造,六七十年代技术水平的J2、JO2系列及其相应水平的派生电机,现在约占装机容量的3%～5%,即约2 000万kW,这些电机采用E级绝缘,体积较大,起动性能较差,效率较低。虽经历年改造,但目前我国的少数企业还在使用这类电机,如风机、水泵、车床等使用的主机。另外,早期使用的Y系列电动机,经过1～2次大修,性能变差,效率降低,本应该淘汰,却仍在使用。这类电机占装机容量的15%～20%[1]。
1.2 电机负载率低
由于电动机选择不当,富裕量过大或生产工艺变化,使得电动机的实际工作负荷远低于额定负荷,大约占装机容量30%～40%的电机在30%～50%的额定负载下运行,运行效率过低。如现在我国风机的平均运行效率为60%,水泵的平均运行效率只有51%[1]。
1.3 电机电源电压不对称或电压过低
由于三相四线制低压供电系统单相负荷的不平衡,使得电动机的三相电压不对称,电机产生负序转矩,增大电机运行中的损耗。另外电网电压长期偏低,使得正常工作的电机电流偏大,因而损耗增大。三相电压的不对称度越大,电压越低,则损耗越大。
1.4 负荷调节与转速控制不当
在调节风机的风量与水泵的流量等方面,还有些场合是采用挡板或阀门来调节,使得截流功率损耗大。许多设备还采用机械调速方法,而未采用电气调速。此外,由于调速方法与负载的性质、大小配合不好,转速控制不当,也使得调速过程中的损耗增大。
1.5 维修管理不善
有些单位对电机及设备没有按照要求进行维修保养,任其长期运行,使得损耗不断增大。此外,由于管理不善,工作人员长时间离开工作台后不关机,造成有些电机及设备空转时间较长,或只关电机而不关与电机配套的风机、照明设备等,使得能量损耗增加。
2 减少有功损耗以提高电动机效率
异步电动机的损耗分为有功损耗与无功损耗两种,减少有功损耗,就能提高电动机的效率,从而达到节能的目的,这可以从两个方面进行。
2.1 在电机的设计、制造与改进方面
对电机进行优化设计与制造要做到:
(1)采用较薄的低损耗硅钢片,减少电机的涡流损耗;加长电机铁芯,用较多的硅钢片,达到减少磁密、降低铁损的目的。
(2)采用较大截面的铜导线,缩短绕组端部长度,增大电机的满槽率,达到减小导线电阻与定子电流、降低定子铜损的目的。
(3)采用有较大截面的转子导条和转子端环,提高转子导条与端环的导电率,降低转子绕组的损耗。
(4)改进风扇设计,提高风扇效率,采用优质低摩擦轴承,降低风扇旋转时所产生的风摩耗与轴承损耗。如对2极电机,因大部分的机械损耗为风摩耗,所以减少风摩耗比较重要。为此,在这种型号电机上可采用不可逆的后倾式风扇,它在保持风量不变的情况下,风摩耗降低约20%。
(5)选择适当的绕组型式与节距、槽配合、转子槽斜度及最佳的气隙长度等,在工艺上对转子槽进行绝缘处理,改进转子表面的切削加工方法等,以降低杂散损耗。
我国目前推广使用的Y2系列电动机,基本上达到了优化设计与制造的要求,其效率一般比原系列提高0.4%～1.5%,比德国、法国及日本的某些产品效率都要高。
在电机的改进上,有用磁性槽泥改造电机的情况。磁性槽泥是电机节能改造的专用材料,把它抹在电机槽口上,固化后形成“闭口槽”,可以降低气隙的磁谐波,使气隙磁密分布趋于均匀,降低定子电流,减少杂散损耗(即减少了空载损耗),使电机效率一般提高1%以上[2]。表1列出了4台Y系列电动机用磁性槽泥改造前后的对比情况。
注:年节电量按电机年运行时间T=4 000 h计算。
从表中可以看出,电机经改造后,节电效果好。有关磁性槽泥的性能指标及具体的改造方法可以参阅相关资料。
另外,还可以通过更换节能风扇和风罩对电机进行改造。22 kW以上的电动机,机械损耗大,约占电机总损耗的30%以上,而原系列电机的风扇效率只有40%左右,如果改用节能型的高效风扇,效率可达67%,能使电机的运行效率提高1%以上,这对于单方向运转的电动机是非常有效的。
2.2 在电机的运行方面
2.2.1 尽量采用Y2系列电机
尽量采用Y2系列节能、高效电动机代替J2、JO2系列电机及早期的Y系列电机。运行多年的电机,由于转子铁芯外圆和定子铁芯内圆气隙有变化等原因,使得电机空载电流和空载损耗普遍增大。如果气隙增大到超过原始值的35%,就认为该电机没有修理的价值了。如果换用Y2系列节能型电机,其损耗要减少20%～30%;如换用派生系列YX2高效电动机,则要减少40%～50%。虽然节能电机的价格要贵10%～30%,但通过节电一般1～3年即可回收这部分费用。全国电动机装机容量约4×108kW,其中70%～75%为老系列电动机,如果全部采用Y2系列节能型电动机,则一年可节电约3亿k W·h。
2.2.2 尽量使电机在最高效率下负载运行
我们知道,异步电动机有功损耗中的不变损耗与可变损耗相等时效率最高,然而此时并不是出现在额定负载处,而是小于额定负载,对于用得最多的中小型异步电动机来说,一般出现在约3/4额定负载处。如果我们使电动机在最高效率下运行,能量损耗就最小。
以额定电压下的空载损耗P0作为不变的损耗。额定电流下的短路损耗Pke作为额定负载时的可变损耗,设电机的负载率为β,则可变损耗为β2Pke,令P0=β2Pke,即时电机运行效率最高,而Pke=(1/ηe-1)Pe-P0,则
式中:ηe—电机的额定效率;Pe—电机的额定功率(k W)。
因此,效率最高时的电机功率:P2=βPe。
2.2.3 维持电压平衡,控制电压大小
电动机的三相电压不平衡时,电机内产生负序磁场,形成负序电流与负序转矩,从电机轴上吸收一部分功率并消耗在电机内部,使输出的机械功率降低。同时,负序磁场在转子上还引起额外的损耗,使电机总损耗增加。对于中小型异步电动机,电压不平衡度达3%时,产生的负序电流为额定电流的15%～21%,电机的总损耗增加约20%,效率下降21%,因此国标GB/T 15543—95规定:电动机电源电压的负序分量在长期运行时不超过正序分量的1%,在几分钟的短时运行时不超过正序分量的1.5%,且电压的零序分量不超过正序分量的1%,如果我们尽量平衡电网的三相负荷,使电机电源的三相电压对称,就能克服电机这部分的额外损耗。
电动机运行在空载或轻载情况下,不变损耗大于可变损耗,运行效率下降,如果能及时降低电机运行电压,就可以降低铁损和铜损,达到节能的目的。常用的方法有△/Y变换调压,当电机负载只为额定负载的1/3左右时,把电机△型接法的绕组改为Y型接法运行,这种控制电路不复杂,易于推广。另外还有随负载大小变化而采用无级调压装置,效果更好,只是设备较复杂。
2.2.4 控制电机转速
风机泵类负载如果是通过风门、阀门等调节装置来控制流量的,截流装置及管道的摩擦发热会消耗大量的能量。
我们知道,风机、泵类负载的转矩与转速的平方成正比,那么所需电机轴上的功率就与转速的立方成正比。如果通过控制电机的转速来改变流量,则效率可显著提高。表2列出了在各种流量下调节电机转速的节电效率。
(%)
由表2可知,当流量/额定流量为50%时,调节转速可节电71.5%,我国风机、泵类负载电机的耗电量占全国发电量的30%左右,实现转速控制的节电潜力很大[3]。
目前,调速方法有调压调速、电磁转差离合器调速、串级调速、变极调速与变频调速。从节能的角度考虑,串级调速和变频调速较好,其投资回收期一般不超过2年。
3 减少无功以提高电动机功率因数
3.1 使电机在高功率因数下运行
我们知道,电动机运行时功率因数的最大值大约出现在额定负载处,而效率的最大值大约在3/4的额定负载处,因此在减少有功损耗的同时还要兼顾到减少无功,使电动机在效率与功率因数都较高的情况下运行,此时电机的负载率可按下式计算(推导过程略):
式中:K—无功功率的经济当量,取0.08～0.1;K10=(I0/Ie)·(1/cosφe)—空载电流系数;I0—电机空载电流(A);Ie—电机额定电流(A);cosφe—电机额定功率因数。那么效率与功率因数都较高时的电机的负载功率:P2=β'Pe。
3.2 电动机就地无功补偿
异步电动机为感性负载,运行时要消耗一定的无功,使得电机的功率因数不高。如果我们给电机就地补偿电容,就能大大减少无功,同时由于补偿电容后的总电流减少,使得线路的有功损耗也有所减少。
设补偿前电机的无功为Q1,补偿电容后的无功为Q'1,则电容补偿的无功:
式中:P1、P2—电动机运行时输入、输出的有功功率(kW);η—电动机运行时的效率;φ1、φ'1—电容补偿前后的功率因数角。
补偿前的功率因数可为:1
式中:cosφe—电机额定负载时的功率因数,可由产品目录查得;K1=I1/Ie—电机定子电流负载率;I1—电机实际运行时的定子电流(A),可实测。
补偿后的功率因数cosφ'1一般为0.92～0.96就行了,如果再提高,则所需电容器的投资大,不经济[4]。
确定了所需补偿的无功Qc之后,那么补偿电容量:C=Qc/(2πf Ue2)。
式中:f—电源频率(Hz);Ue—电机额定电压(V)。
补偿的方法一般是把补偿电容直接与电机并联。
如果电机负载经常变化,具有相当一部分时间是空载或轻载运行,可使用功率因数控制器,使电机始终处于较高功率因数下运行。
3.3 异步电动机同步化
我们知道,同步电动机的功率因数高(一般为0.9～1.0),如果在过励的情况下运行,就从电网吸收超前的电流,出现超前的功率因数,还能补偿异步电动机等感性负载的无功,因此在负载转速变化不大的场合,把绕线式异步电动机改为同步电动机运行,既可拖动负载,又能提高功率因数,实现节能[5]。
同理,在负载转速变化不大的场合,还可以把拖动用的其它异步电动机改为同步电动机,实现节能。
4 结论
1)目前,我国在电机节能方面主要存在着老旧电机的仍然使用、电机负载率过低、电压不对称或电压过低、负荷调节或转速控制不当、电机及拖动设备维修管理不够等问题。
2)为了减少有功损耗,提高运行效率,可对电机的设计制造进行改进,或对现有电机进行改造。还可以通过选用高效电机,并使电机运行在高效区,维持电压平衡与控制电压大小,采用变频调速或串级调速来控制电机转速等方法来实现。
3)为了减少无功,提高功率因数,可使电机运行在高功率因数区,对电机进行就地无功补偿,或异步电动机改作同步电动机运行等方法来实现。
4)我们只要结合实际生产中电机选用的具体情况,找出存在的问题,然后针对性地采用本文介绍的有关方法,就能提高电动机运行时的效率和功率因数,实现较大幅度的节能。
参考文献
[1]胡新晚,雷美艳.从节能的观点谈电动机的选用[J].电气时代,2006(3).
[2]周希章.节电技术与方法[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3]梁南丁.风机水泵类负载电动机的高效节能运行方式[J].机电产品开发与创新,2006,19(3).
[4]王益全.电动机原理与实用技术[M].北京:科学出版社,2005.
三相异步电动机的保护 篇8
关键词：三相异步电动机,短路保护,过载保护,欠电压保护,缺相保护
0 引言
三相异步电动机应用比较广泛。电动机在运行的过程中常因一些外界因素使电动机绕组的电流过大使绕组过热导致线圈绝缘性能降低而使绕组短路烧毁电动机,给我们的企业造成了不同程度的经济损失,因此应在电动机的主回路和控制回路上根据使用情况加装保护装置,以避免电动机的烧毁。电动机最常见的故障是定子绕组的相间短路,将使电网电压下降,影响其它用户正常工作,因此,应尽快地切除这种故障。电动机的不正常状态主要是过负荷,引起过负荷的原因是电动机所带机械负荷过大或机械部分故障、长时间的过负荷运行,将使电动机温升超过允许值,造成绝缘老化,供电网路电压过低及缺相运行等,都将导致电动机烧毁。因此应给电动机加装短路保护、过载保护、欠电压保护、缺相保护。现根据实际使用情况分析三相异步电动机的保护:
1 电动机短路保护
1.1 对于小容量的异步电动机使用熔断器做短路保护装置。
熔断器的选择:按正常工作条件选择:电动机起动电流可达(4~7)IeD,起动持续时间约为5~10s。在此条件下,熔断器既不应老化,也不能熔断。熔件的额定电流可按下式选择,Ie·rj≥Iq/K
式中Iq-电动机起动电流,一般为(4~7)IeD即为电动机额定电流的4~7倍。K-比例系数,一般为1.5~2.5。对不经常起动的电动机,取2.5,对频繁起动的电动机应取1.5。绕线式电动机起动电流较小,所取系数可降低为1.25。
1.2
对于高压电动机及容量在100KW以上的电动机,若生产工艺过程不易过负荷时通常采用电磁式继电器组成的电流速断保护,因为它是供电网络的末端,保护装置可不带时限。电流速断保护装置应满足在电动机正常启动时保护装置不应该动作,异步电动机电流速断保护装置的动作电流按IDZJ=KKKJXIQ/NL,式中KK——电动机起动时,非周期分量影响的可靠系数。采用电磁式DL型和晶体管继电器时取KK=1.4-1.6;T1-1型取KK=2-2.5;采用感应式GL型继电器时取KK=1.8-2.0。KJX——接线系数,根据互感器接线情况选择。IQ——电动机起动电流周期分量有效值。NL——电流互感器变比。
2 电动机过载保护
2.1 热继电器属电动机的过载保护装置。
热继电器是利用负载电流流过经校准的电阻元件,使双金属热元件加热后产生弯曲,从而使继电器的触点在电动机绕组烧毁以前动作。热继电器动作时间准确性一般。通常要求当电动机过载20%运行时,热继电器应在20min内动作,如图所示,RJ为热继电器,当电动机过载时RJ1断开切断控制回路保护电动机。一般热继电器的动作电流整定值应为电动机额定电流的1.2倍。有些热继电器在出厂时是伪劣产品使用时不动作,热继电器的刻度数值不能作为动作值,因此使用时必须对动作电流进行校核。
2.2
对于高压电动机及容量在100KW以上的电动机,通常采用电磁式继电器组成的过电流保护装置,对异步电动机不正常的过电流作保护时,整定电流应按电动机的额定电流来整定IDZJ==KKKJXIED/KFNL式中:KK——可靠系数,取1.05,当作用于跳闸时取KJX=1.1-1.25;IED——电动机的额定电流;KF——返回系数,取0.85;KJF——接线系数,NL——电流互感器变比。电动机起动经历的起动时间一般约为10——15秒,所以继电器动作时限应不小于15秒,用反时限特性继电器保护过负荷时,应按起动电流整定时限。
3 电动机欠电压保护
当电网电压降低时,电动机便在欠压下运行,由于电动机载荷没有改变,所以欠压下电动机转速下降,定子绕组中的电流增加,因为电流增加幅度尚不足以使熔断器和热继电器动作,所以两种电器起不到保护作用,如不采取保护措施,长时间故障运行会造成电动机过热损坏,因此应避免电动机欠压运行,实现欠压保护的电器是接触器和电磁式电压继电器,电磁式电压继电器用在容量较大的电动机中使用.它的动作电压是电动机的额定电压的0.7倍,应用比较广泛的是接触器。因为电网电压降至额定电压的85%以下时,接触器释放,切断电路迫使电动机停止运行。
4 电动机缺相保护
电动机缺相运行也可称为电动机单相运行。当电源缺相,一相熔断器熔断,开关或接触器的一对触点接触不良时,就使三相电动机单相运行。这时电动机仍能旋转,故障难以发觉。但单相运行时由于电动机负载功率没有改变,电动机绕组的电流增加,致使电动机严重过热而损坏。如果停止的电动机缺一相电源合闸时,一般只会发生嗡嗡声而不能启动。缺相运行带来的直接危害就是电机一相或两相绕组过热甚至烧坏。与此同时,由于动力电缆的过流运行加速了绝缘老化。在电机绕组中产生几倍于额定电流的堵转电流。其绕组烧坏的速度比运行中突然缺相更快更严重。为预防缺相事故的发生,我们对控制电路的分析如图所示,即在电动机主电路接入两个中间继电器K1,K2,并将K1,K2的常开触点K1-1,K2-1串接到接触器控制回路辅助常开接点JC1-1上后,并联到启动按钮QA的两端。缺相保护工作原理是:合上开关DK,如果线路正常,按下启动按钮QA,接触器JC线圈获电吸合,同时接触器JC的三对主触点JC1吸合,K1和K2获电吸合,常开触点K1-1和K2-1闭合,接触器JC实现自锁,电动机运转。如果电路中电源缺相,DK接触不良,RD某相熔断或接触器JC的一对主触点接触不良时,必然会导致K1或K2中的一个或两个同时失压或欠压,于是它们中的一个或两个同时释放,切断了接触器JC线圈的电源,接触器JC释放,使电动机脱离了缺相的电源,从而避免了电动机由于缺相运转而损坏。
5 小结
电动机的故障在运行中经常出现,因此我们应采取可靠的保护措施,使用人员应严格遵守电动机操作规程,检修人员工作认真,应保证保护动作的可靠性和灵敏性,以保障电动机正常运行。
参考文献
[1]张普庆.电动机及控制线路[M].化学工业出版社.
三相异步电动机节能技术分析 篇9
交流异步电动机具有价格低、结构简单、坚固耐用等一系列特点, 且其在恶劣环境下依然能够坚持工作, 因此目前交流异步电动机成为电动机市场上最受欢迎的一种电动机。但是这种电动机在工作时能耗大, 工作效率不高, 这是因为当其处在满负荷工作状态下, 电动机的工作效率能达到80%, 但是一旦符合下降, 其工作效率也会随之下降。在选择电动机时一般都应考虑电动机的最大符合和最坏工况所需符合功率来选定, 但即使是这样很多电动机在工作时的负荷率仍然仅在其负荷率的50%到60%。因此提高电动机的工作效率不仅能够减少电动机的耗能量同时也是为社会创造经济效益。
2 电动机的节能原理
电动机的工作效率是电动机工作时的输出功率与其输入功率的比值的百分数, 由此可见, 电动机的输入功率并不全是用来驱动电动机, 还有一部分输入功率转变成了电动机的固有损耗。电动机的固有损耗主要有两种:铁耗和铜耗。铜耗是电流流过电机绕组产生的, 它与电流的平方成正比;铁耗则是因定子和转子铁芯中的磁化电流产生的, 它与供电电压成正比, 相较于这两者损耗的耗能量, 其他损耗都较小, 本文在此忽略不计。若在电动机工作负荷时进行调节电压可以适当降低电动机的能耗, 这是因为当负荷下降, 电压也随之降低, 供电电压的降低可以减少铁耗, 而电流随着供电电压降低后也随之降低, 则与电流成正比的铜耗则也可随之降低。对电动机的负荷量进行检测通常采用功率因数法, 若电动机负荷大, 则其功率因数大, 反之, 负荷小, 功率因数小。
3 节能的技术难题及难点
3.1 功率因数角的检测。
理论上电流波形是完整的, 若想测得功率因数角, 只要检测电压和电流过零点获得的相位差即可。但是有的控制器由于采用可控硅交流调压, 因此当导通角较小时电流会出现断续的波形, 此时就会导致电流过零检测出现实效。为了避免这种情况发生, 技术处理时通常采用将电流与微电平比较获得正半周期连续波形从而取得近似相位差来得到功率因数角。
3.2 电压和电流有效值的检测。
若按有效值进行电路检测一般会用到模拟乘法器, 这种乘法器不仅本身电路复杂同时价格也价高。为了降低电流和电压的检测成本, 在技术处理时通常会先测绝对平均值, 再转化为有效值, 能这样做也是因为有效值和绝对平均值本身就存在一定对应关系且此处对检测精度的要求也较低。
3.3 强干扰下的系统加固。
若机器工作的环境较恶劣, 强电磁干扰会影响到微机系统的正常工作, 为了减少强干扰, 可以对机器的工作系统进行加固。具体加固措施如下: (1) 采用优质的开关电源和传感器来降低线路串入的干扰; (2) 通过在微机外周电路中采用串行接口芯片来简化电路板的布线; (3) 采用WDT电路来提高软件抗干扰能力。
3.4 可控硅的移相触发电路。
三相平衡是三相调压电路中一项很重要的指标。以前的三项交流调压一般都利用3个单相移向触发芯片, 这种设计必须通过细心调试才能达到三项平衡。而最新型三相移相触发芯片AT787不仅简化了电路设计, 略过了繁杂的调试过程, 同时还采用了可控硅移向触发电路, 让触发变得更精确。
4 硬件设计剖析
控制器的硬件部分设计主要包括三个方面: (1) 可控硅及移相触发电路部分, 该部分主要用于接收控制板的控制信号以及调节交流电压; (2) 信号检测板部分, 该部分是用来接收传感器的信号并进行相应处理, 通过信号处理来得到标准的电流、电压值, 从而获得功率因数; (3) 单片机控制板部分, 该部分主要用来接收信号检测板的信号, 它能够通过控制运算发出的控制信号到移相触发电路来调节获得最佳功率因数。另外该部分硬件还可以利用控制板上的键盘显示面板对控制器上的参数进行调整, 并同时显示出控制器的运行状态。例如从三相变压器来的三相过零信号经过C1、C2、C3点电容耦合后送到6V直流信号的18、2、1脚内。利用TC787对信号进行过零检测后在通过C4、C4、C6形成过零点为起点的三角波。将形成的信号波与VR引入的触发信号进行比较, 将比较后的信号通过C7调制成触发脉冲, 在分别从12、9、10、7、8、11脚输出来驱动可硅胶。这一电路原型是基本的绝对值电路, 其在设计中又增加了滤波电容C1, 从而让交流信号的绝对值变成平均值, 在此基础上通过合理调整来将获得的平均值变成有效值。通过将电压信号和电流信号与微电平信号相比较来获得电压和电流信号的正半周, 再经过RC滤波器滤波后形成含有功率因数角的信号。再由单片机去除信号中的电压半周期即可获得功率因数角。
5 软件设计
C51语言编程是单片机软件的主要编程, 与汇编语言相比较, C51语言编程编程效率高、代码维护容易。且编程时程序主要是由键盘与显示控制部分、串行接口芯片驱动部分、信号采集以及实时控制部分组成。其中串行接口芯片驱动部分是根据芯片厂商时序图, 利用单片机I/O口模拟串行口, 从而实现该部分的读写操作。而信号采集和实时控制部分则是以实时时钟为基准, 通过采集电压电流信号来实现对系统的监控。利用PI控制运算法来将采集的功率因数信号来和最优值进行数值比较, 通过适时发出控制指令来对电动机进行调压, 从而达到电动机的高运行状态。
6 系统调试
在对系统进行调试时, 同样也出现了问题, 但通过长久的经验积累和技术分析, 对这类调试问题也作出了措施分析, 下面即是对这些问题的分析和解答。
6.1 电动机可控硅交流调压的稳定性问题。
电动机是感性负载, 利用可控硅交流移相触发电路的稳定性不被保证。因此在按照三角接法时最好能够采用半控形式, 其中的数据管主要发挥吸收谐波的作用。若想采用全控形式则需采用内三角形式, 利用这种接法时其中各个绕组都是单独供电, 因此绕组之间不会有干扰。
6.2 三相调压移相触发版选择器件的问题。
选择器件时, 三个积分电容的电容值必须相同, 即使有差异, 误差也必须控制在1%以内。另外调制电容C7的值需要控制在一定范围内不能太大, 同样的耦合电压C1、C2、C3的值也不能太大, 若取值不当, 电路不能长期运行, 同时也有可能导致三相不平衡。
6.3 节电控制器最佳功率因数的设定问题。
节电控制器的最佳功率因数一般设定为0.85左右, 风机的最佳设定一般在0.9, 不同电动机的最佳功率因数也各有不同。若功率因数超过了这一设定一般都属不正常现象。这是因为电动机在理论上75%到80%的利用率之间有一个最高效率点, 若运行中的电动机因老化而没有这种特性则也就没有节能可言了。
结束语
本文主要论述的是电动机耗能节能问题, 文中笔者在介绍了节能原理的基础上针对节能技术的难点和解决措施, 以及节能技术中硬件、软件和系统调试这几个方面进行了详细的阐述。其实三相电动的节能范围还很广泛, 只有在这一领域不断研究和探索才能为社会节能作出贡献。
参考文献
[1]纪勇.三相异步电动机降压节能技术研究[J].科技创新导报, 2012 (5) .[1]纪勇.三相异步电动机降压节能技术研究[J].科技创新导报, 2012 (5) .
[2]李胜.三相异步电动机节能的技术分析[J].中小企业管理与科技, 2009 (24) .[2]李胜.三相异步电动机节能的技术分析[J].中小企业管理与科技, 2009 (24) .
三相异步电动机的保护探讨 篇10
电动机的保护往往与其控制方式有一定关系, 即保护中有控制, 控制中有保护。如电动机直接起动时, 往往产生4-7倍额定电流的起动电流。若由接触器或断路器来控制, 则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断考核, 即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧, 以致损坏电器;对塑料外壳式断路器, 即使是不频繁操作, 也很难达到要求。因此, 使用中往往与起动器串联在主回路中一起使用, 此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考核, 而其它电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考核, 至于保护功能, 由配套的保护装置来完成。
2、电动机保护装置
电动机的主要故障是定子绕组的相间短路, 其次是单相接地和匝间短路。
相间短路会引起电动机的严重损坏, 并造成供电网络电压的严重降低和破坏其他用电设备的正常工作。因此, 电动机应装设相间短路的保护装置, 以便尽快地断开故障电动机, 单相接地对电动机的危害性, 取决于供电网络中性点的接地方式。在380/220伏三相四线制电网中, 电源变压器的中性点通常是接地的, 这时单相接地故障可有保护相间故障的三相式保护装置来切除, 对3--10千伏供电网络, 一般均为小接地电流系统。因此, 单相接地时, 只有全网络的电容电流流过故障点。当接地电容电流大于5安培时, 在2000千瓦及以上的电动机上应装设接地保护;当接地电容电流大于10安培时, 在高压电动机上应装设接地保护。
电动机的不正常工作状态主要是过负荷运行。引起过负荷的原因是;电动机所带机械部分的过负荷;供电网络的电压或频率降低;熔断器一相熔断造成两相运行;延续时间很长起动和自起动等。
长时间的过负荷运行, 将使电动机温升超过允许值, 从而造成绝缘老化, 甚至将电动机烧损。
通常使用的电动机, 大部分是中小型的, 因此, 它们的保护装置应力求简单、可靠。对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类型。
2.1. 电流检测型保护装置
(1) 热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件, 使双金属热元件加热后产生弯曲, 从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作。其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。热继电器虽则动作时间准确性一般, 但对电动机可以实现有效的过载保护。随着结构设计的不断完善和改进, 除有温度补偿外, 它还具有断相保护及负载不平衡保护功能等。例如从ABB公司引进的T系列双金属片式热过载继电器;从西门子引进的3UA5、3UA6系列双金属片式热过载继电器;JR20型、JR36型热过载继电器, 其中JRl6型为二次开发产品, 可取代淘汰产品JRl6型。
(2) 带有热-磁脱扣的电动机保护用断路器和热继电器作过载保护用, 结构及动作原理同热继电器, 其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置, 有的使触点接通, 最后导致断路器断开。电磁铁的整定值较高, 仅在短路时动作。其结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠, 故日前仍被大量采用.特别是小容量断路器尤为显著。例如从ABB公司引进的M611型电动机保护用断路器, 国产DWl5低压万能断路器 (200-630A) 、S系列塑壳断路器 (100、200、400人) 。
(3) 电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号, 经电子电路处理后执行相应的动作。电子电路变化灵活, 动作功能多样, 能广泛满足各种类型的电动机的保护。
2.2. 温度检测型保护装置
(1) 双金属片温度继电器它直接埋入电动机绕组中。当电动机过载使绕组温度升高至接近极限值时, 带有一触头的双金属片受热产生弯曲, 使触点断开而切断电路。产品如JW2温度继电器。
(2) 热保护器它是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。与温度继电器不同的是带2个触头的碗形双金属片作为触桥串在电动机回路, 既有流过的过载电流使其发热, 又有电动机温度使其升温, 达到一定值时, 双金属片瞬间反跳动作, 触点断开, 分断电动机电流。它可作小型三相电动机的温度、过载和断相保护。产品如SPB、DRB型热保护器。
(3) 检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入1-2个检测线圈, 由自动平衡式温度计来监视绕组温度。
(4) 热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中, 一旦超过规定温度, 其电阻值急剧增大10-1000倍。使用时, 配以电子电路检测, 然后使继电器动作。产品如JW9系列船用电子温度继电器。
3、保护装置与异步电动机的协调配合
(1) 过载保护装置的动作时间应比电动机起动时间略长一点。电动机过载保护装置的特性只有躲开电动机起动电流的特性, 才能确保其正常运转;但其动作时间又不能太长, 其特性只能在电动机热特性之下才能起到过载保护作用。
(2) 过载保护装置瞬时动作电流应比电动机起动冲击电流略大一点。如有的保护装置带过载瞬时动作功能, 则其动作电流应比起动电流的峰值大一些, 才能使电动机正常起动。
(3) 过载保护装置的动作时间应比导线热特性小一点, 才能起到供电线路后备保护的功能。
结语
异步电动机的保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键之一。直接检测电动机绕组的温度来保护过载引起的过热是很有效的保护方式, 但由于需直接埋入电动机绕组里, 价格较贵、维修困难等原因, 仅在部分频繁操作场合使用;从经济性考虑, 采用电流检测型更为有利, 加热继电器仍是一种价廉、简单、可靠的电动机保护形式 (从实际使用情况看, 目前使用量占大多数) ;对动作性能要求较高及功能要求全或价格昂贵的大容量电动机保护, 则可采用电子式或固态继电器;对一般要求, 则采用带热-磁脱扣的电动机保护用断路器更为实用。但不管采用何种保护装置, 必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。
摘要：该文阐述了异步电动机的保护与控制关系, 介绍了异步电动机的各种保护装置。电动机保护主要有两大类:采用电流检测型的有热继电器, 带有热--磁脱扣的电动机保护用断路器, 电子式和固态继电器, 带电子式脱扣的电动机保护用断路器以及软起动器;直接检测电动机绕组温度的温度检测型有双金属片温度继电器、热保护器、检测线圈和热效电阻温度继电器等, 但由于需直接埋入电机绕组, 价格较贵、维修困难等原因, 仅在部分频繁操作场合使用。最后指出不管是采用何种保护装置, 必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。
关键词：异步电动机,保护装置,控制
参考文献
[1]赵承荻.电工技术[J].北京:高等教育出版社, 2001 (12) .
[2]陈小虎.工厂供电技术[J].北京:高等教育出版社, 2001 (12) .
三相异步电动机 篇11
【关键词】三相异步电动机 常见故障 判断 排除
三相异步电动机应用广泛,但通过长期运行后,会发生各种故障,及时判断故障原因,进行相应处理,是防止故障扩大,保证设备正常运行的一项重要的工作。对于电动机的故障处理,各种资料介绍的方法多种多样,有些是从原理分析,有些是经验谈。笔者通过十几年的电工实习的教学工作经验,从理论与实际结合的角度,对电动机的常见故障现象、可能原因及检查方法作如下具体分析归纳。
一、电动机常见故障
1. 电动机不能启动;2. 启动时熔断器熔断或热继电器断开;3. 启动后工作不正常:(1)低于额定转速,(2)异常振动,(3)运转时有杂音,(4)机体温升过高或绕组烧毁等。
二、电动机常见故障判断与排除
对于电动机发生上述故障,要进行排除,首先应仔细观察伴随故障发生时的一些现象,其次针对各种不同的现象进行原因分析检查,实施判断与排除,最后作出处理。
(一)电动机不能启动
日常电动机不能启动,原因很多,当我们仔细观察伴随电动机不能启动的现象时会发现,不同的现象造成故障的原因不一样,处理的方法也不一样。
1.通电后电动机不能转动,但无异响,也无异味和冒烟。
对这一现象,可能的故障原因①电源未通(电动机电源或绕组有两相或三相断路);②熔丝熔断(至少两相熔断);③过流继电器调得过小;④控制设备接线错误。
2.通电后电动机不转,然后熔丝烧断。
对这一现象,可能的故障原因①缺一相电源,或定子线组一相反接;②定子绕组相间短路;③定子绕组接地;④接线错误(将Y接成Δ);⑤熔丝截面过小;⑥电源线短路或接地。
3.通电后电动机不转或转速很慢,并有“嗡嗡”的响声。
对这一现象,可能的故障原因①电动机负载过大或转子卡住;②小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬;③定、转子绕组有断路(一相断线)或电源一相失电;④绕组引出线始末端接错或绕组内部接反;⑤电源回路接点松动,接触电阻大;⑥电源电压过低;⑦轴承卡住。
(二)启动时熔断器熔断或热继电器断开
1.故障检查与排除步骤。
①检查熔丝容量是否合适,如太小可换装合适后再试。如熔丝继续熔断,需更换大一级熔丝;②检查传动皮带是否太紧或所带负载是否过大,若太紧则重新调整;若负载过大,则减小负载或更换容量大的电动机;③电路中有无短路处,以及电动机本身是否短路或接地,需要进一步检查。
2.接地故障检查与排除方法。用兆欧表测量电动机绕组对地的绝缘电阻。当绝缘电阻低于0.5MΩ时,说明绕组严重受潮,应进行烘干处理。
3.绕组短路故障的检查与排除方法。利用兆欧表或万用表在分开连接线处,测量任意两相间的绝缘电阻。处理方法是更换部分线圈,修复定子绕组。
4.定子绕组头尾的判断方法。在修理和检查电动机时,将出线头拆开忘记作标号或原标号丢失时需重新判断电动机定子绕组的头尾。一般可用切割剩磁检查法、感应检查法、二极管指示法和变换线头直接验证法。这种方法简单,但只宜在允许直接起动的中小型电动机上使用。容量较大不允许直接起动的电动机不可采用此法。
(三)启动后工作不正常
电动机启动后不能正常工作,伴随这一故障的现象比较多,主要有(1)低于额定转速,(2)异常振动,(3)运转时有杂音,(4)机体温升过高或绕组烧毁等。
1.电动机起动困难,电动机转速低于额定转速较多
对这一现象,可能的故障原因①电源电压过低;②Y接法电机误接为Δ;③笼型转子开焊或断裂;④定转子局部线圈错接、接反;⑤修复电机绕组时增加匝数过多;⑥电机过载。
2.运行中电动机振动较大
对这一现象,可能的故障原因①由于磨损轴承间隙过大;②气隙不均匀;③转子不平衡;④转轴弯曲;⑤铁芯变形或松动;⑥联轴器(皮带轮)中心未校正;⑦风扇不平衡;⑧机壳或基础强度不够;⑨电动机地脚螺丝松动;⑩笼型转子开焊断路;绕线转子断路;加定子绕组故障。
3.电动机运转时有噪声,故障发生在电动机的机械部分和电磁部分
区分的方法是,先运行电动机,仔细听运转时的声音,然后停电或将电动机和机械传动部分脱开,再起动电动机。如振动消除,说明是机械故障,否则是电动机电磁部分故障。
(1)机械噪声。轴承发出的噪声。可能是轴承钢珠破碎,润滑油太少。若无以上问题,可能是定子槽內绝缘纸或竹楔突出槽口外,致使转子与某处摩擦。其声音既尖又高。
(2)电磁噪声。转子和定子配合不好(一般发生在新电动机,或同型号电动机互换转子时产生)。正常情况下,定子长度应比转子长度略长一点,噪声为低沉的嗡声(或称空声)。
(3)转子轴向移位。造成电磁噪声而且空载电流增大,电动机电磁性能降低。
4.电动机温升过高或绕组烧毁
对这一现象,可能的故障原因①电源电压过高,使铁芯发热大大增加;②电源电压过低,电动机又带额定负载运行,电流过大使绕组发热;③修理拆除绕组时,采用热拆法不当,烧伤铁芯;④定转子铁芯相擦;⑤电动机过载或频繁起动;⑥笼型转子断条;⑦电动机缺相,两相运行;⑧重绕后定于绕组浸漆不充分;⑨环境温度高电动机表面污垢多,或通风道堵塞;⑩电动机风扇故障,通风不良;定子绕组故障(相间、匝间短路;定子绕组内部连接错误)。
三相异步电动机故障是多种多样的,产生的原因也比较复杂,检查电动机时,一般按先里后外、先机后电、先听后检电动机的外部是否有故障,后检查电动机内部;先检查机械方面,再检查电气方面;先听使用者介绍使用情况和故障情况,再动手检查。这样才能正确迅速地找出故障原因。
【参考文献】
[1]劳动部培训司组织编写. 电机与变压器. 中国劳动出版社出版,1988.
三相异步电动机电流异常运行分析 篇12
一、异常现象分析
根据资料, 缺相运行是常见故障之一, 三相电源中只要有一相断路就会造成电动机缺相运行。缺相运行可能由于线路上熔断器熔体熔断, 开关触点或导线接头接触不良等原因造成。三相电动机缺一相电源后如在停止状态, 由于合成转矩为零因而堵转 (无法启动) 。电动机的堵转电流比正常工作的电流大很多, 因此在这种情况下, 接通电源时间过长或多次频繁地接通电源启动将导致电动机烧毁。运行中的电动机缺一相时, 如负载转矩很小, 还可维持运转, 仅转速略有下降, 并发出异常响声, 负载重时, 运行时间过长, 将会使电动机绕组烧毁。电机三相电源线接错也会产生这种现象。现场电机实际电源错误接线如图1。
利用叠加原理对三相电压、电流进行分析。叠加原理即在线性电路中, 任一点的电压等于各个电源单独作用时在该点电压的叠加, 任一支路电流等于各个电源单独作用时在该支路产生电流的叠加。
A、B相单独作用的电压计算如下:
通过上述理论计算得电机星形点端电压为电源相电压的1/3, 即73.33V。
接火线相绕组的电压为接零 (N) 相绕组的电压的2.647倍。A、B相单独作用原理和电流矢量图如图2。
由图2可知:A相电流IA=IA1-IA2
B相电流IB=IB2-IB1,
N相电流IN=-IN1-IN2。
同理, 接火线相绕组的电流为接零 (N) 相绕组的电流的2.647倍。
由上述分析可知, 在该错误接线方式时, 加在电机上的电源为三相不对称电压 (含正序、负序和零序分量) , 电机仍能产生启动转矩, 在轻载情况下, 可以启动运转。但是, 接火 (A、B) 线两相电流较大, 为接零 (N) 线相电流的2.647倍, 与负载大小无关, 近似于电机单相运行状态。
二、预防措施
关于电动机两相运行的保护问题, 近年来各地提出很多方案, 基本上可以归纳为两大类:一类是安装电动机一相熔断的信号指示, 另一类是利用晶体管构成的负序保护。采用这些方法, 也有一定效果, 但仍不够完善, 因此推广应用还不普遍。为此可以采用双组熔断器, 构成比较简单而又可靠的电动机两相保护。