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(共60张PPT)
项目二 异步电动机及拖动
任务一 认识三相异步电动机
任务二 三相异步电动机工作原理分析
任务三 三相异步电动机的功率与转矩
任务四 三相异步电动机的机械特性
任务五 三相异步电动机的运行
任务六 三相异步电动机的维护与检修
任务七 直线电机
项目二 异步电动机及拖动
学习目标
1.掌握三相异步电动机的结构及各部分作用 ；
2.掌握三相异步电动机工作原理 ；
3.了解三相异步电动机工作特性和机械特性；
4.掌握三相异步电动机的运行；
5.能正确维护和保养三相异步电动机；
6.了解直线电机的结构、工作原理及应用。
任务一 认识三相异步电动机
三相异步电动机外形结构
三相异步电动机铭牌
三相异步电动机具有结构简单、使用方便、运行可靠、效率高、易于制造和维修、价格低廉等优点，在生产和生活中有着广泛应用，是最常见的一种电动机。它也存在着功率因数低，调速性能差等缺点。
任务一 认识三相异步电动机
一、三相异步电动机基本结构
三相笼型异步电动机主要由两个基本部分组成，即定子（固定部分）和转子（转动部分）。定子和转子彼此由空气隙隔开，为了增强磁场，空气隙尽可能小，一般为 0.3～1.5mm。电动机容量越大，气隙就越大。
任务一 认识三相异步电动机
1.定子
定子主要由定子铁芯、定子绕组和机座等组成。
定子铁心与硅钢片
定子铁芯的主要作用是：电机磁路的一部分；嵌放定子绕组。为了降低定子铁芯中的铁损，定子铁芯用0.5mm厚的硅钢片冲制后叠装而成。硅钢片形成的齿槽均匀分布在铁芯内圆表面，硅钢片的两面一般涂有绝缘漆作为片间绝缘。如图所示。
定子绕组是电动机的电路部分，其主要作用是通入三相交流电产生旋转磁场。定子绕组由在空间相差120 电角度、对称排列的结构完全相同的三相绕组组成，为了产生旋转磁场，每相绕组的各个导体按照一定的规律分散嵌放在定子铁心槽内。
1.定子
任务一 认识三相异步电动机
1.定子
任务一 认识三相异步电动机
每相绕组有两个引出线端，一个为首端，另一个为末端。三相绕组共有六个引出端，分别引到机座接线盒内的接线柱上，以便与交流电源连接。如图2-5所示。通过改变接线柱间连接片的连接关系，根据供电电压不同，三相定子绕组可以接成星形(Y)，也可以接成三角形(△)。如图所示。
1.定子
任务一 认识三相异步电动机
机座通常由铸铁或铸钢制成，是整个电机的支撑部分。为了加强散热能力，其外表面有散热筋。
端盖是用铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。
轴承是用来连接转动部分和不动部分，通常采用滚动轴承以减少摩擦。
任务一 认识三相异步电动机
2.转子
转子的作用是在定子磁场感应下产生电磁转矩，沿着旋转磁场方向转动，并输出动力带动生产机械旋转。转轴一般由碳钢或合金钢制成，转轴用来传递力和机械功率。
转子铁芯是电机磁路的一部分，转子铁芯固定在转轴上，可绕轴转动。与定子铁芯一样，转子铁芯也是由0.5mm厚的硅钢片冲压而成,不过转子铁芯是在冲片的外圆上开槽，用来嵌放转子绕组。如图所示。
转子由转轴和装在转轴上的转子铁芯及转子绕组组成
任务一 认识三相异步电动机
（1）笼型转子
(a)笼型转子绕组外形 (b)笼型转子绕组 (c) 铸铝转子绕组
转子绕组是自成闭路的短路线圈。转子绕组不需外接电源供电，其电流是由电磁感应作用产生的。它有两种结构形式：笼型转子和绕线型转子。
2.转子
构造简单、价格便宜、运行安全可靠，使用方便，成为使用最广泛的一种电动机。
任务一 认识三相异步电动机
（2）绕线式转子
三相异步电动机绕线式转子结构示意图
绕线型转子的结构比较复杂，价格也比较贵。但是它的转子绕组内可以串入电阻或某种电子控制电路，使之具有较好的起动和调速特性。一般用于对起动特性要求较高的场合，如大型机床和某些起重设备上。
2.转子
（3）气隙
为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙。中小型电动机的空气隙约在0.2～1.5mm之间。气隙的大小对异步电动机的运行有很大影响。气隙越小，则磁路中磁阻越小，定子与转子之间的相互感应作用就越好，可以降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数。但是气隙过小，会对电机的装配带来困难，对定转子的同心度要求也会很高，并导致运行不可靠。
任务一 认识三相异步电动机
三相异步电动机
型号 Y112M-4 额定频率 50Hz
额定功率 4KW 绝缘等级 E级
接法 △ 温升 60℃
额定电压 380V 定额 连续
额定电流 8.6A 功率因数 0.95
额定转速 1440r/min 防护方式 IP44
年 月 编号 ××电机厂
任务一 认识三相异步电动机
二、三相异步电动机的铭牌
每台异步电动机的机座上都钉有一块铭牌，如图所示，上面标出该电动机的主要技术数据，了解铭牌上数据的意义，才能正确选择、使用和维修电动机。
任务一 认识三相异步电动机
1.型号
三相异步电动机的型号表明了电动机的类型、用途和技术特征。如Y系列的三相异步电动机Y132M-4，其型号组成中各符号表示的意义如图2-11所示。
三相异步电动机型号含义
任务一 认识三相异步电动机
12.功率因数
11.温升
10.定额（工作制）
9.防护方式
8.绝缘等级
7.额定转速nN
6.额定频率fN
5.额定电流IN
4.接法
3.额定电压UN
2.额定功率PN
任务二 三相异步电动机工作原理分析
一、三相异步电动机的工作原理
1.三相旋转磁场的产生
二极三相异步电动机对称绕组 二极三相异步电动机对称电流
任务二 三相异步电动机工作原理分析
三相对称电流的波形图
一对磁极的旋转磁场
任务二 三相异步电动机工作原理分析
四极三相异步电动机的对称绕组和对称电流
两对磁极的旋转磁场及对应波形
任务二 三相异步电动机工作原理分析
2.转子感应电流的产生
4.转子转速与转差率
3.转子电磁力矩的产生
三相异步电动机工作原理
用来表示转子转速与同步转速之差的相对程度的一个物理量是转差率s
三相定子绕组中通入交流电后，便在空间产生旋转磁场，转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势。在转子绕组中将产生感应电流。方向用右手定则判定。
转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用，电磁力对转子的作用形成电磁转矩，方向用左手定则判定。在电磁转矩的作用下，转子就沿着顺时针方向转动起来， 显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。
任务二 三相异步电动机工作原理分析
二、异步电动机的三种运行状态
异步电机的三种工作状态
任务二 三相异步电动机工作原理分析
2.发电机运行状态：所对应的转差率区间为＜0。特点是与同方向且＞，电磁转矩是制动性质的，将机械能变为电能。
1.电动机运行状态：所对应的转差率区间为0＜＜1。特点是与同方向且＜，电磁转矩是驱动性质的，将电能变为机械能。
3.电磁制动运行状态：所对应的转差率区间为＞1。特点是与反方向, ＜0；电磁转矩是制动的，定子从电网吸收的电能和转子的机械能都变成电机内部的损耗而转换为热能 。
任务三 三相异步电动机的功率与转矩
一、三相异步电动机的功率和损耗
三相异步电动机功率流程图
三相异步电动机从电网吸收电功率，从转轴上输出机械功率
电机效率：
·
任务三 三相异步电动机的功率与转矩
二、三相异步电动机的转矩
在三相异步电动机中，输入定子的电能转换为转子上的机械能输出是通过转子上产生电磁力，由电磁力产生电磁转矩使转子旋转而实现的。因此，电磁转矩是电机中能量形态变换的基础。从动力学知道，作用在旋转体上的转矩等于旋转体的机械功率除以它的机械角速度。
·
任务三 三相异步电动机的功率与转矩
二、三相异步电动机的转矩
物理表达式
参数表达式
实用表达式
任务四 三相异步电动机的机械特性
一、三相异步电动机的机械特性
起动工作点A：电动机起动瞬间，n=0，s=1，所对应的电磁转矩Tst称为起动转矩。
临界工作点B：临界工作点对应的电磁转矩即为电机的最大转矩Tm，对应的转差率Sm为临界转差率。
额定工作点C：额定转矩 TN 为电动机带动额定负载时的电磁转矩，其对应的转差率为额定转差率sN。
理想空载转速点D：此时对应的n 为同步转速， s=0 ，电磁转矩为0 。
任务四 三相异步电动机的机械特性
二、三相异步电动机稳定运行分析
机械特性曲线可分为两部分：BD部分(0sm)称为不稳定区。电动机稳定运转只限于曲线的BD段。电动机在0如果电动机在稳定运行中，负载阻转矩增加超过了最大转矩，电动机的运行状态将沿着机械特性曲线的BD部分下降越过B点而进入不稳定区，导致电动机停止运转。
任务四 三相异步电动机的机械特性
三、三相异步电动机人为机械特性
三相异步电动机在改变电源电压、电源频率、定子极对数、或增大定、转子阻抗的情况下，所得到的机械特性称为人为机械特性。
1.降低定子绕组电压的人为机械特性
改变定子绕组电压的人为机械特性
任务四 三相异步电动机的机械特性
2.转子回路串电阻的人为机械特性
(a) 电路图 (b)机械特性曲线
转子回路串电阻的人为机械特性
三、三相异步电动机人为机械特性
任务五 三相异步电动机的运行
一、三相异步电动机的起动
对三相异步电动机起动的一般要求
1.电动机的起动转矩要足够大。因为起动转矩必须大于负载转矩才能起动，起动转矩越大，加速越快，起动时间越短。
2.在保证足够大的起动转矩的情况下，起动电流应尽可能小。起动电流过大，会造成明显的电网电压降落，会影响电网上其他电气设备的正常运行。
(一)概述
任务五 三相异步电动机的运行
3.起动过程中功率损耗越小越好。
4.起动设备应结构简单，经济可靠，操作方便。
对三相异步电动机起动的一般要求
一、三相异步电动机的起动
(一)概述
任务五 三相异步电动机的运行
（二）笼型异步电动机的起动方法
1.直接起动（也称为全压起动）
（1）Y-△降压起动
（2）自耦变压器降压起动
一、三相异步电动机的起动
任务五 三相异步电动机的运行
（二）笼型异步电动机的起动方法
1.直接起动（也称为全压起动）
一、三相异步电动机的起动
直接起动就是将电动机定子绕组直接接到额定电压的电网上。其优点是操作方法简单、设备便宜、起动转矩大、起动快；缺点是起动电流大（一般为额定电流的4～7倍），造成电网电压波动大、影响同一电源其它负载的运行。
直接起动主要适用于小容量异步电动机的起动。一般规定：由公用低压电网供电时，容量在10KW及以下的，可直接起动；由小区配电室供电者，容量在14KW及以下的，可直接起动。
任务五 三相异步电动机的运行
2.降压起动
一、三相异步电动机的起动
降压起动是指电动机在起动时降低加在定子绕组上的电压，起动结束后再加上额定电压运行。降压起动的目的在于减小起动电流。但由于起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩也相应降低。所以只能适用于空载或轻载起动的场合。
常用的降压起动方法有Y-△降压起动、自耦变压器降压起动、定子绕组串电阻或电抗器降压起动和延边三角形降压起动。下面仅介绍前两种降压起动方法。
任务五 三相异步电动机的运行
星三角降压起动原理图 自耦变压器降压起动原理图
2.降压起动
一、三相异步电动机的起动
任务五 三相异步电动机的运行
（三）绕线转子异步电动机的起动方法
线绕转子异步电动机常用转子回路串接电阻或串接频敏变阻器的方法来起动电机。绕线转子异步电动机转子回路串接电阻，起动时，将电阻调到最大，然后逐步切除电阻来增加电动机的转速，起动完毕，将电阻全部切除。
线绕转子异步电动机转子回路串接电阻起动的优点是起动转矩大，起动电流小；缺点是转子回路较复杂，维护工作量大。常用于中、大容量电动机重载起动。
一、三相异步电动机的起动
任务五 三相异步电动机的运行
二、三相异步电动机的反转
三相异步电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。而定子旋转磁场的旋转方向又决定于通入三相定子绕组的三相电源的相序。所以要使三相异步电动机反转，只要改变通入电动机的三相电源的相序，即将三相电源三条导线中的任意两条对调就可以了。
任务五 三相异步电动机的运行
三、三相异步电动机的调速
在实际应用中，往往要改变三相异步电动机的转速，即调速。由异步电动机转速公式
可知：可以通过改变公式中的p、f、s任一参数来实现调速，即改变定子绕组极对数p调速、改变转差率s调速、改变供给电动机电源的频率 f调速。
任务五 三相异步电动机的运行
三、三相异步电动机的调速
1.变极调速
2.变转差率调速
（1）笼型电动机改变定子电压调速
（2）线绕式电机转子串电阻调速
3.变频调速
变极调速只适用于笼型异步电动机且调速要求不高的场合。
优点是所需设备简单；缺点是电动机绕组结构复杂笨重，调速只能有级调速，级数少。
变频调速就是通过改变供给三相异步电动机电源的频率f来调速。 优点是调速范围宽、可以实现平滑调速；缺点是需要增加一套专门的变频装置，投资增大。
四、三相异步电动机的制动
任务五 三相异步电动机的运行
三相异步电动机的制动是指通过机械或者电气的方法使电动机迅速停转或限制电动机的转速。
三相异步电动机的制动方法有两类：机械制动和电气制动
机械制动是利用机械装置（如电磁抱闸机构）来使电动机迅速停止转动。
电气制动是使异步电动机所产生的电磁转矩的方向和转子的旋转方向相反，来实现制动。电气制动包括反接制动、回馈制动和能耗制动。
四、三相异步电动机的制动
任务五 三相异步电动机的运行
1.反接制动
反接制动接线图和原理图
反接制动是指制动时，改变定子绕组任意两相的相序，使得电动机的旋转磁场反向，反向磁场与原来惯性旋转的转子之间相互作用，产生一个与转子转向相反的电磁转矩，迫使电动机的转速迅速下降，当转速接近零时，切断电机的电源。
四、三相异步电动机的制动
任务五 三相异步电动机的运行
2. 回馈制动
回馈制动又称为再生发电制动，是指电动机转向不变的情况下，由于某种原因，使得电动机的转速大于同步转速，比如在起重机械下放重物、电动机车下坡时，都会出现这种情况，这时重物拖动转子，转速大于同步转速，则异步电机进入到回馈制动状态，转子受到制动力矩，使得重物匀速下降。此过程中电动机将势能转换为电能回馈给电网，所以称为回馈发电制动。
回馈制动的优点是经济性能好，将负载的机械能变为电能反送给电网。缺点是应用范围窄，只有在电动机转速大于同步转速时才能实现。
任务五 三相异步电动机的运行
四、三相异步电动机的制动
3.能耗制动
能耗制动接线图和原理图
具体方法是电动机在切除三相交流电源后接到一个直流电源上，由直流电流励磁在气隙中建立一个静止磁场，而转子由于惯性在磁场内旋转，使转子导体切割静止磁场而产生感应电势并有感应电流流过，从而产生制动转矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。
任务六 三相异步电动机的维护与检修
一、三相异步电动机在投入运行前的检查
对新安装或长时间未使用的电动机，在通电使用之前必须进行认真的检查，以验证电动机能否安全的通电运行。检查的项目如下：
1.检查电动机绕组间和绕组对地的绝缘电阻。对绕线式转子异步电动机，除了检查定子绝缘电阻外，同时还应检查转子绕组和滑环之间的绝缘电阻。
2.检查铭牌所示电压、频率、接法等与电路电压是否相符，接线是否正确。
3.检查电动机内部有无杂物。用干燥的压缩空气吹净内部，也可使用电吹风等来吹，但不能碰坏绕组。
4.检查电动机的转轴是否正常。用手转动电动机转轴，看转动是否灵活，有无异声。对于滑动轴承，转子的轴向游动量每边约2～3mm。
5.检查轴承是否有油。
6.检查电动机的安装是否可靠，接地装置是否良好。
7.检查电动机的传动装置是否良好。联轴器是否紧固，皮带连接是否牢固，皮带松紧是否合适。
8.检查电动机的保护装置是否完善和正常。
任务六 三相异步电动机的维护与检修
一、三相异步电动机在投入运行前的检查
任务六 三相异步电动机的维护与检修
二、三相异步电动机运行中的巡检
1.运行监视
（1）监视电源电压的变动情况
（2）监视电动机的运行电流
（3）监视电动机的温升
（4）监视电动机运行中的声音、振动和气味
（5）监视电动机轴承工作情况
（6）监视传动装置工作情况
任务六 三相异步电动机的维护与检修
二、三相异步电动机运行中的巡检
2.运行处置
（1）人身触电事故；
（2）电动机冒烟；
（3）电动机剧烈振动；
（4）电动机轴承剧烈发热；
（5）电动机转速迅速下降，温升迅速升高。
任务六 三相异步电动机的维护与检修
三、三相异步电动机的定期维护
1.定期小修
（1）对电动机外壳、风扇罩处的灰尘、油污及其他杂物等进行清除。检查、清扫电动机的通风及冷却装置，以保证良好的通风散热，避免对电动机部件的腐蚀。
（2）检查电动机的绕组绝缘情况，检查接地线是否可靠。
（3）检查电动机与基础架构及配套设备之间的安装连接部位，检查电动机与负载传动装置是否良好。
（4）检查电动机端盖、底脚紧固螺钉和带轮顶丝是否紧固，发现有松动的应及时拧紧。
（5）拆下轴承盖，检查润滑脂是否干涸、变质，并及时加油或更换洁净的润滑脂，处理完毕后，应注意上好轴承盖及紧固螺栓。
（6）检查电动机的启动和保护装置是否完好。
任务六 三相异步电动机的维护与检修
三、三相异步电动机的定期维护
2.定期大修
（1）定子的清扫及检修
（2）转子的清扫及检修
（3）轴承的清扫及检修
任务六 三相异步电动机的维护与检修
四、三相异步电动机的常见故障及处理
1.调查
首先了解电机的型号、规格、使用条件及使用年限，以及电机在发生故障前的运行情况，如所带负荷的大小、温升高低、有无不正常的声音、操作使用情况等，并认真听取操作人员的反映。
任务六 三相异步电动机的维护与检修
四、三相异步电动机的常见故障及处理
2.外观检查
查看熔断器内的熔体是否熔断，其他电器元件是否烧坏、发热、断线，导线连接螺钉是否松动；查看电动机的机壳、端盖、机座等是否损伤、破裂，起动设备是否完好；然后用手转动转子，检查电动机转动是否灵活，有无卡滞现象。
3.绝缘检查
用绝缘电阻表测量绕组的绝缘电阻，检查绕组是否接地，有无相间短路现象。
任务六 三相异步电动机的维护与检修
四、三相异步电动机的常见故障及处理
4.试车鉴别
通过以上检查，如果未发现电动机的严重缺陷，可进行空载试车，仔细观察其运行情况，如有无严重振动、异常声音和焦臭味，以及温升、电流、电压和转速等的变化情况。据此作出进一步的判断。此外，对于某些故障，还可以在试车过程中切断电源迅速进行检查。如断电后立即打开电动机端盖，用手触摸有无严重发热部位。同时，断电后还可大致判断电动机的故障性质。如：切断故障后，若故障现象立即消失，则可判定是电磁方面的故障；若故障仍存在，则可判定是机械方面的故障。查明故障后，断电维修。
任务六 三相异步电动机的维护与检修
四、三相异步电动机的常见故障及处理
5.分析故障原因
故障现象 造成故障的可能原因 故障排除
接通电源后，电动机不转 1.熔断器熔断
2.定子绕组接线错误
3.定子绕组短路、断路或接地，绕线转子异步电动机转子绕组断路
4.负载过重或传动机构卡住
5.绕线转子异步电动机转子回路断开
6.电源电压过低或缺相 1.更换新熔体
2.按正确接法改正接线
3.找出故障点，加以修复
4.检查传动机构和负载。选择较大容量的电动机或减少负载
5.找出故障点，加以修复
6.检查并调整电源电压
电动机温升过高或冒烟 1.负载过重或启动过于频繁
2.电源电压过高或过低或缺相运行
3.定子绕组接线错误
4.定子绕组接地或匝间、相间短路
5.笼型异步电动机转子断条
6.绕线转子异步电动机转子绕组断相运行
7.定子、转子相擦
8.通风不良
1.减轻负载或更换容量较大的电动机；或减少起动次数
2.检查电源、熔断器以及接线等是否断相，排除故障
3.检查定子绕组接线，加以纠正
4.找出故障点，加以修复
5.铸铝转子必须更换，铜条转子可修理或更换
6.找出故障点，加以修复
7.检查轴承、转子是否变形，进行修理或更换
8.清除积灰，采取降温措施
任务六 三相异步电动机的维护与检修
四、三相异步电动机的常见故障及处理
5.分析故障原因
电动机振动 1.电动机安装不良
2.皮带轮不平衡或联轴器装配不正
3.电动机或负载轴线不对
4.轴弯曲、转子不直
5.负载突然过重 1.检查安装情况
2.校正平衡或重新装配
3.检查、调整机组的轴线
4.加工调直
5.减轻负载
运行时有异声 1.定子转子相擦
2.轴承损坏或润滑不良
3.电动机两相运行
4.风叶碰机壳等 1.检查气隙并调整
2.更换轴承或清洗轴承
3.检查电源，排除故障
4.检查并排除故障
电动机带负载时转速过低 1.电源电压过低
2.负载过大
3.笼型异步电动机转子断条
4.绕线转子异步电动机转子绕组一相接触不良或断开 1.检查并调整电源
2.减轻负载
3.铸铝转子必须更换，铜条转子可修理或更换
4.检查转子绕组及电刷与滑环接触情况
电动机外壳带电 1.接地不良或接地电阻太大
2.绕组受潮
3.绕组绝缘有损坏、有赃物
4.引出线和接线盒内绝缘不良 1.按规定接好地线，消除接地不良处
2.绕组进行烘干处理
3.修理和更换绕组，清除赃物
4.应重新处理包扎或更换
任务七 直线电机
一、直线异步电动机的分类和结构
1.按工作原理分类及结构
直流
同步和步进 等
异步
任务七 直线电机
2.按结构形式分类及结构
一、直线异步电动机的分类和结构
（1）扁平型直线异步电机
(a)沿径向剖开 ( b)把圆周展成直线
由感应式旋转电机演变为扁平型直线异步电动机的过程
任务七 直线电机
一、直线异步电动机的分类和结构
(a) 短初级 (b) 短次级
单边型直线异步电机
(a) 短初级 (b) 短次级
双边型直线异步电机
任务七 直线电机
一、直线异步电动机的分类和结构
(2）圆筒型直线异步电机
(a) 旋转电机 (b)扁平型单边直线电机 (c) 圆筒型(管型)直线电机
圆筒型直线异步电机的演变过程
任务七 直线电机
(3）圆弧型直线异步电机
一、直线异步电动机的分类和结构
(4）圆盘型直线异步电机
任务七 直线电机
二、直线异步电动机的工作原理
直线电动机基本工作原理
旋转电机通过对换任意两相的电源线，可以实现反向旋转。直线电机也可以通过同样的方法实现反向运动。根据这一原理，可使直线电机做往复直线运动。
任务七 直线电机
三、直线异步电动机特点及应用
直线异步电动机主要用于功率较大场合的直线运动机构，如门的自动开闭装置，起吊、传递和升降的机械设备，驱动车辆，尤其是用于高速和超速运输等。由于直线电动机牵引力或推动力可直接产生，不需要中间连动部分，没有摩擦，无噪声，无转子发热，不受离心力影响等问题。因此，其应用将越来越广。

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