一、三相異步電動機及其控制線路
1、三相異步電動機
實現電能與機械能相互轉換的電工設備總稱為電機。電機是利用電磁感應原理實現電能與機械能的相互轉換。把機械能轉換成電能的設備稱為發電機，而把電能轉換成機械能的設備叫做電動機。
在生產上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結構簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優點。它被廣泛地用來驅動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等。
對於各種電動機我們應該瞭解下列幾個方面的問題：
（1）基本構造；
（2）工作原理；
（3）表示轉速與轉矩之間關係的機械特性；
（4）起動、調速及制動的基本原理和基本方法；
（5）應用場合和如何正確使用。
2、三相異步電動機的結構與工作原理
（1）、三相異步電動機的構造
三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）。此外還有端蓋、風扇等附屬部分，如圖5-1所示。
a）、定子
三相異步電動機的定子由三部分組成：
b）、轉子
三相異步電動機的轉子由三部分組成：
鼠籠式電動機由於構造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產上應用得最廣泛的一種電動機。
為了保證轉子能夠自由旋轉，在定子與轉子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0.2~1.0mm之間。
二、三相異步電動機的轉動原理
1、基本原理
為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖5-2所示。
(1)、演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導體，當轉動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉時，將發現導體也跟著旋；若改變磁鐵的轉向，則導體的轉向也跟著改變。
(2)、現象解釋：當磁鐵旋轉時，磁鐵與閉合的導體發生相對運動，鼠籠式導體切割磁力線而在其內部產生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，於是導體就沿磁鐵的旋轉方向轉動起來，這就是異步電動機的基本原理。 轉子轉動的方向和磁極旋轉的方向相同。
(3)、結論：欲使異步電動機旋轉，必須有旋轉的磁場和閉合的轉子繞組。
2、旋轉磁場
（1）、產生
圖5-3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規律對稱排列。並接成星形與三相電源U、V、W相聯。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產生旋轉磁場(圖5-4)。
可見，當定子繞組中的電流變化一個週期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一週。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作週期性變化，產生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉磁場
（2）、旋轉磁場的方向
旋轉磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調即可。這時，轉子的旋轉方向也跟著改變。
三、三相異步電動機的銘牌參數及選擇
1、三相異步電動機技術數據
每臺電動機的機座上都裝有一塊銘牌。銘牌上標註有該電動機的主要性能和技術數據。
1）、型號 為不同用途和不同工作環境的需要，電機制造廠把電動機制成各種系列，每個系列的不同電動機用不同的型號表示。如
2）、接法 接法指電動機三相定子繞組的聯接方式。
一般鼠籠式電動機的接線盒中有六根引出線，標有U1、V1、W1、U2、V2、W2，其中：
U1、V1、 W1是每一相繞組的始端
U2、V2、 W2是每一相繞組的末端
三相異步電動機的聯接方法有兩種：
星形（Y）聯接和三角形（△）聯接。通常三相異步電動機功率在4kW以下者接成星形；在4kW（不含）以上者，接成三角形。
3）、電壓
銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。一般規定電動機的電壓不應高於或低於額定值的5%。
必須注意：在低於額定電壓下運行時，最大轉矩Tmax和啟動轉矩Tst會顯著地降低，這對電動機的運行是不利的。
三相異步電動機的額定電壓有380V、3000V及6000V等多種。
4）、電流
銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的最大線電流允許值。 當電動機空載時，轉子轉速接近於旋轉磁場的轉速，兩者之間相對轉速很小，所以轉子電流近似為零，這時定子電流幾乎全為建立旋轉磁場的勵磁電流。當輸出功率增大時，轉子電流和定子電流都隨著相應增大。
5）、功率與效率
銘牌上所標的功率值是指電動機在規定的環境溫度下，在額定運行時電極軸上輸出的機械功率值。輸出功率與輸入功率不等，其差值等於電動機本身的損耗功率，包括銅損、鐵損及機械損耗等。
所謂效率η就是輸出功率與輸入功率的比值。一般鼠籠式電動機在額定運行時的效率約為72%—93%。
6）、功率因數
因為電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯後一個φ角，cosφ就是電動機的功率因數。 三相異步電動機的功率因數較低，在額定負載時約為0.7~0.9，而在輕載和空載時更低，空載時只有0.2~0.3。 選擇電動機時應注意其容量，防止“大馬拉小車”，併力求縮短空載時間。
7）、轉速
電動機額定運行時的轉子轉速，單位為轉/分。
不同的磁極數對應有不同的轉速等級。最常用的是四個級的（n0=1500r/min）。
8）、絕緣等級
絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。 所謂極限溫度是指電機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度
2、三相異步電動機的選擇
正確選擇電動機的功率、種類、型式是極為重要的。
1）、功率的選擇
電動機的功率根據負載的情況選擇合適的功率，選大了雖然能保證正常運行，但是不經濟，電動機的效率和功率因數都不高；選小了就不能保證電動機和生產機械的正常運行，不能充分發揮生產機械的效能，並使電動機由於過載而過早地損壞
（1）、連續運行電動機功率的選擇
對連續運行的電動機，先算出生產機械的功率，所選電動機的額定功率等於或稍大於生產機械的功率即可。
（2）、短時運行電動機功率的選擇
如果沒有合適的專為短時運行設計的電動機，可選用連續運行的電動機。由於發熱慣性，在短時運行時可以容許過載。工作時間愈短，則過載可以愈大。但電動機的過載是受到限制的。通常是根據過載係數λ來選擇短時運行電動機的功率。電動機的額定功率可以是生產機械所要求的功率的1/λ。
2）、種類和型式的選擇
（1）、種類的選擇 選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、調速與起動性能、維護及價格等方面來考慮的。
① 交、直流電動機的選擇
如沒有特殊要求，一般都應採用交流電動機。
② 鼠籠式與繞線式的選擇
三相鼠籠式異步電動機結構簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便，但調速困難，功率因數較低，起動性能較差。因此在要求機械特性較硬而無特殊調速要求的一般生產機械的拖動應儘可能採用鼠籠式電動機。
因此只有在不方便採用鼠籠式異步電動機時才採用繞線式電動機。
（2）、結構型式的選擇 電動機常製成以下幾種結構型式：
① 開啟式 在構造上無特殊防護裝置，用於乾燥無灰塵的場所。通風非常良好。
② 防護式 在機殼或端蓋下面有通風罩，以防止鐵屑等雜物掉入。也有將外殼做成擋板狀，以防止在一定角度內有雨水滴濺入其中。
③ 封閉式 它的外殼嚴密封閉，靠自身風扇或外部風扇冷卻，並在外殼帶有散熱片。在灰塵多、潮溼或含有酸性氣體的場所，可採用它。
④ 防爆式 整個電機嚴密封閉，用於有爆炸性氣體的場所。
（3）、安裝結構型式的選擇
① 機座帶底腳，端蓋無凸緣（B3）
② 機座不帶底腳，端蓋有凸緣（B5）
③ 機座帶底腳，端蓋有凸緣（B35）
（4）、電壓和轉速的選擇
① 電壓的選擇
電動機電壓等級的選擇，要根據電動機類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。Y系列鼠籠式電動機的額定電壓只有380V一個等級。只有大功率異步電動機才採用3000V和6000V。
② 轉速的選擇
電動機的額定轉速是根據生產機械的要求而選定的。但通常轉速不低於500r/min。因為當功率一定時，電動機的轉速愈低，則其尺寸愈大，價格愈貴，且效率也較低。因此就不如購買一臺高速電動機再另配減速器來得合算。 異步電動機通常採用4個極的，即同步轉速n0=1500r/min。
例：有一Y225M-4型三相鼠籠式異步電動機，額定數據如下：
試求
（1）額定電流；
（2）額定轉差率SN；
（3）額定轉矩TN、最大轉矩Tmax 、起動轉矩Tst
總結：
1、控制電器是指在電路中起通斷、保護、控制或調節作用的器件。繼電器—接觸器控制系統通常使用500V以下的低壓控制電器。
2、電動機的銘牌數據用來標明電動機的額定值和主要技術規範，在使用中應遵守銘牌的規定。
3、選擇電動機時，應根據負載和使用環境的實際情況進行選擇，選擇時應注意電動機的功率應儘可能與負載相匹配，既不宜“大”，更不宜“小馬拉大車”。
四、三相異步電機的調整方法
三相異步電動機轉速公式為： n=60f/p(1-s) 從上式可見，改變供電頻率f、電動機的極對數p及轉差率s均可太到改變轉速的目的。以後是三相異步電動機的七種調速方式及其特點，指明其適用的場合、情況。
分類：
1、從調速的本質來看，不同的調速方式無非是改變交流電動機的同步轉速或不改變同步轉兩種。不改變同步轉速的調速方法有：
1)、繞線式電動機的轉子串電阻調速
2)、斬波調速
3)、串級調速以及應用電磁轉差離合器
4)、液力偶合器
5)、油膜離合器等調速
不改變同步轉速的調速方法在生產機械中廣泛使用。
2、改變同步轉速的有改變定子極對數的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調速有能無換向電動機調速等。
3、從調速時的能耗觀點來看，有1)高效調速方法與2)低效調速方法兩種：高效調速指時轉差率不變，因此無轉差損耗，如多速電動機、變頻調速以及能將轉差損耗回收的調速方法(如串級調速等)。
有轉差損耗的調速方法屬低效調速，如轉子串電阻調速方法，能量就損耗在轉子迴路中;電磁離合器的調速方法，能量損耗在離合器線圈中;液力偶合器調速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉差損耗隨調速範圍擴大而增加，如果調速範圍不大，能量損耗是很小的。
變極對數調速方法一：
這種調速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數達到調速目的。本方法適用於不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。
特點如下：
1、具有較硬的機械特性，穩定性良好;
2、無轉差損耗，效率高;
3、接線簡單、控制方便、價格低;
4、有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速;
5、可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調速特性。
變頻調速方法二：
變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交-直-交變頻器。本方法適用於要求精度高、調速性能較好場合。
其特點：
1、效率高，調速過程中沒有附加損耗;
2、應用範圍廣，可用於籠型異步電動機;
3、 調速範圍大，特性硬，精度高;
4、 技術複雜，造價高，維護檢修困難。
串級調速方法三 ：
串級調速是指繞線式電動機轉子迴路中串入可調節的附加電勢來改變電動機的轉差，達到調速的目的。大部分轉差功率被串入的附加電勢所吸收，再利用產生附加的裝置，把吸收的轉差功率返回電網或轉換能量加以利用。根據轉差功率吸收利用方式，串級調速可分為電機串級調速、機械串級調速及晶閘管串級調速形式，多采用晶閘管串級調速。
本方法適合於風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。其特點為：
1、可將調速過程中的轉差損耗回饋到電網或生產機械上，效率較高
2、裝置容量與調速範圍成正比，投資省，適用於調速範圍在額定轉速70%-90%的生產機械上
3、調速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產
4、晶閘管串級調速功率因數偏低，諧波影響較大
繞線式電動機轉子串電阻調速方法四：
繞線式異步電動機轉子串入附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉差功率以發熱的形式消耗在電阻上。屬有級調速，機械特性較軟。
定子調壓調速方法五 ：
改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉速。由於電動機的轉矩與電壓平方成正比，因此最大轉矩下降很多，其調速範圍較小，使一般籠型電動機難以應用。
為了擴大調速範圍，調壓調速應採用轉子電阻值大的籠型電動機，如專供調壓調速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。為了擴大穩定運行範圍，當調速在2：1以上的場合應採用反饋控制以達到自動調節轉速目的。
調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調壓方式有串聯飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為最佳。
調壓調速一般適用於100KW以下的生產機械。調壓調速的特點：
1、調壓調速線路簡單，易實現自動控制
2、調壓過程中轉差功率以發熱形式消耗在轉子電阻中，效率較低。
五、三相異步電動機的故障處理
（1）電動機不起動
1、電源未接通：檢查開關、溶絲，各對觸點及電動機引出線頭。
2、繞組斷路：將斷路部位加熱到絕緣等級所允許的溫度。使漆軟化，然後將斷線挑起，用同規格線將斷掉部分補焊後，包好絕緣，再經塗漆，烘乾處理。
3、繞組接線錯誤：核對接線圖，將端部加熱後重新按正確接法接好（包括綁紮、絕緣處理及塗漆）
4、熔體燒斷：查出原因，排除故障、按電動機規格配新熔體。
5、過電流繼電器整定值太小：適當調高。
6、控制設備接線錯誤：校正接線。
（2）電動機接入電源後溶絲被燒斷
1、單相啟動：檢查電源線，電動機引出線，熔斷器，開關觸點，找出斷線或假接故障後進行修復。
2、定、轉子繞組接地或短路：糾正錯誤。
3、電機負載過大或被卡住：將負載調至額定值，並排除被拖動機構故障。
4、溶體截面積過小：熔體對電動機過載不起保護作用，一般應按下式選擇熔體，熔體額定電流＝堵轉電流/2～3即可。
5、繞線轉子電動機所接的起動電阻太小或被短路：消除短路故障或增大起動電阻。
6、電源到電機之間的連接線短路：檢查短路點後進行修復。
（3）電動機通電後，電機不起動，嗡嗡響
1、定、轉子繞組斷路：查明斷路點進行修復；檢查繞線轉子電刷與集電環接觸狀態，檢查啟動電阻是否斷路或電阻過大。
2、繞組引出線始末短接錯或繞組內部接反：在定子繞組中通入直流，檢查繞組極性判定繞組首末端是否正確。
3、電動機負載過大或被卡住：檢查設備，排除故障。
4、電源未能全部接通：更換熔斷的熔體；緊固接線柱鬆動的螺釘；用萬用表檢查電源線斷線或假接故障，然後修復。
5、電壓過低：如果△聯接電動機誤接成Y連接，應改回△連接；電源電壓太低時應與供。
（4）、電動機運行時有雜音不正常
1、改極重繞時，槽配合不當：要校驗定、轉子槽配合。
2、軸承磨損、有故障：檢修或更換新軸承 。
3、定、轉子鐵心鬆動：檢查振動原因，重新壓鐵心進行處理。
4、電壓太高或三相電壓不平衡：測量電源電壓，檢查電壓過高和不平衡原因進行處理。
5、軸承缺少潤滑脂：清洗軸承，填加潤滑脂，使其充滿軸承室淨容積的1/2～1/3。
6、風扇碰風罩或風道堵塞：修理風扇和風罩，使其幾何尺寸正確，清理通風道。
（5）電動機空載運行時空載電流不平衡，且相差很大
1、重繞時，三相繞組匝數不均：繞組重繞改正。
2、繞組首尾端接錯：查明首尾端，改正後再起動電機試驗。
3、電源電壓不平衡：測量電源電壓，找出原因，予以消除。
4、繞組有故障，如匝間短路，某組線圈接反等等：拆開電機檢查繞組極性和故障，然後改正或消除故障。
往期優秀文章：