三相異步電動機(jī)的起動與調(diào)速控制及故障處理

孫浩

摘 要：三相異步電動機(jī)，以其結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，價格低廉，制造方便，極為廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)。根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同，可分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子，它們的運(yùn)行特性和調(diào)速方法有著很大的不同。

關(guān)鍵詞：起動方式；調(diào)速；故障原因；處理方法

1 三相異步電動機(jī)的起動方式

1.1 籠型異步機(jī)直接起動

該方法是，將異步機(jī)直接接到具有定子額定電壓的電源上，優(yōu)點(diǎn)：起動轉(zhuǎn)矩大，起動時間短，操作控制設(shè)備簡單。缺點(diǎn)：起動電流大（一般是電機(jī)額定電流4～7倍）。如果電網(wǎng)的容量不是很大，則會影響同一電網(wǎng)上，其他電氣設(shè)備的工作。另外，過大的起動電流，使電機(jī)和線路上的損耗增加，尤其是起動時間漫長，起動頻繁損耗更大，電機(jī)發(fā)熱更嚴(yán)重。所以當(dāng)啟動電流引起電網(wǎng)的電壓降超過15%時，應(yīng)該采用其他方法限制起動電流。

1.2 籠型機(jī)減壓啟動

該方法是將異步機(jī)定子端電壓降低，由于，起動電流和定子端電壓成正比，故起動電流下降。但是異步機(jī)的轉(zhuǎn)矩和定子端電壓的平方成正比，所以轉(zhuǎn)矩下降很多。故只適用于對啟動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。

1.2.1 △-Y降壓啟動

該方法是，將運(yùn)行時定子繞組三角形聯(lián)接的異步機(jī)，在起動的時候接成星形，待電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，再改為三角形運(yùn)行。起動電流為直接起動的1/3，轉(zhuǎn)矩是直接起動的1/3。本方法只適用于：運(yùn)行時三角形鏈接額定電壓380V的電動機(jī)。

1.2.2 自耦變壓器降壓啟動

起動時將電源接到變壓器的高壓側(cè)，電動機(jī)接到變壓器的低壓側(cè)，根據(jù)所需的啟動轉(zhuǎn)矩和容許的起動電流的大小，選擇變壓器低壓側(cè)的抽頭，起動完畢后，將自耦變壓器切除，電機(jī)全壓運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)：不受電動機(jī)定子繞組接線方式的限制。缺點(diǎn)：啟動設(shè)備比較昂貴。

1.3 繞線轉(zhuǎn)子異步機(jī)的起動

A轉(zhuǎn)子回路串電阻起動 B轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動

起動時在轉(zhuǎn)子回路中串入適當(dāng)?shù)碾娮?，可以使轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)提高，有功電流分量增加，從而提高啟動轉(zhuǎn)矩同時限制起動電流，并且可以讓電機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩起動。

頻敏變阻器的特點(diǎn)是，隨著轉(zhuǎn)子電流頻率的下降變阻器的電阻自動減小，當(dāng)電機(jī)起動完畢后頻敏變阻器阻值變?yōu)樽钚?，從而相?dāng)于自動從轉(zhuǎn)子回路切除。

2 三相異步電動機(jī)的調(diào)速

三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為n=60*f*（1-s）/P，所以可以從（1）改變極對數(shù)P；（2）改變電源頻率f；（3）改變轉(zhuǎn)差率s三方面進(jìn)行。

2.1 變極調(diào)速

在電源頻率為恒定的情況下，改變電動機(jī)的極對數(shù)，就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。一般常用的有雙速，三速和四速電機(jī)，但是它們的尺寸比同容量的異步機(jī)稍大，并且運(yùn)行性能稍差，電機(jī)的出線端子比較多，需要用接觸器進(jìn)行換接。但是在僅需要等級調(diào)速時，此法依然是非常好的方法。

2.2 變頻調(diào)速

現(xiàn)代化的變頻器功能非常強(qiáng)大，所以異步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，既具有優(yōu)良的性能，又能發(fā)揮結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠的優(yōu)越性。具體來說，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）在電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速以下，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性非常硬。（2）在電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速以上，可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速，使調(diào)速的范圍變寬。（3）變頻起動時，電機(jī)可以在最大轉(zhuǎn)矩下起動，且起動電流倍數(shù)，比直接啟動時要小得多，從而減小了定子繞組端部的電磁應(yīng)力，延長了電機(jī)使用壽命。（4）通過對變頻器參數(shù)的合理設(shè)置，可以使異步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，適用于風(fēng)機(jī)泵類，傳送帶等各類負(fù)載。并且獲得近乎于完美的特性補(bǔ)償。而且根據(jù)需要，設(shè)定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。

2.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

此法是只適用于繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是方法簡單，調(diào)速范圍廣，缺點(diǎn)是在工作的時候，要在調(diào)速電阻中，消耗一定的電功率。所以主要用于中小功率的異步機(jī)中，例如：橋式起重機(jī)的主副起升電動機(jī)。

3 三相異步電動機(jī)的常見故障及處理方法

3.1 起動困難或者根本無法起動的原因

電源方面：三相電源缺相或者電源電壓過低。電動機(jī)方面：定子繞組有斷線，接地或者短路?；\型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂，繞線轉(zhuǎn)子有斷線，接地或者短路，由于集電環(huán)過度磨損，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組缺相。軸承損壞嚴(yán)重導(dǎo)致“悶車”。當(dāng)軸承損壞不太嚴(yán)重時，有可能導(dǎo)致啟動或者運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子發(fā)生相對運(yùn)動致使電機(jī)氣隙增加，使電機(jī)“無力”。定子繞組接線錯誤：三相繞組首末端接反，三角運(yùn)行的繞組接成了星形。電動機(jī)軸承或者端蓋組裝不當(dāng)。負(fù)載方面：機(jī)械負(fù)載過載嚴(yán)重，生產(chǎn)機(jī)械的制動未放松，導(dǎo)致電機(jī)“悶車”。

3.2 電動機(jī)溫升過高的原因

電源方面：三相電源缺相。電源電壓過低，在負(fù)載不變的前提下，導(dǎo)致電機(jī)過載運(yùn)行。電動機(jī)方面：電機(jī)使用環(huán)境溫度過高，進(jìn)風(fēng)口被雜物堵塞，風(fēng)扇葉損壞，或者冷卻風(fēng)機(jī)故障停機(jī)。定子繞組局部短路，接地，星角接線錯誤。電動機(jī)欠壓滿載。電源電壓過高。定子轉(zhuǎn)子在電機(jī)工作時相互摩擦“掃膛”。

3.3 運(yùn)行的時候劇烈震動的原因

電機(jī)基礎(chǔ)不平或者緊固不牢靠。電機(jī)和被拖動的負(fù)載的機(jī)械軸，不在同一條水平線上。軸承嚴(yán)重磨損。轉(zhuǎn)子或帶輪不平衡。轉(zhuǎn)軸彎曲。造成電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心。

3.4 電動機(jī)運(yùn)行時，始終達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速的原因

電源電壓過低。電動機(jī)缺相運(yùn)行。運(yùn)行時定子繞組，本應(yīng)該接成三角形，卻誤接成星形。電動機(jī)嚴(yán)重過載。軸承損壞?；\型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂，定子繞組匝間短路或者接地。

3.5 故障處理實(shí)例

3.5.1 某天機(jī)床報警：主油泵電動機(jī)過載。該油泵電動機(jī)為15kW 4極電動機(jī)，采用星-角起動運(yùn)行方式，起動時正常，轉(zhuǎn)到角運(yùn)行時，該電機(jī)保護(hù)器就“跳閘”。對電動機(jī)本身和其動力電纜，以及保護(hù)器和三相電源檢查，未發(fā)現(xiàn)問題。檢查接觸器的時候，發(fā)現(xiàn)角運(yùn)行接觸器，有一相主觸點(diǎn)燒損，更換同型號接觸器后，機(jī)床正常運(yùn)行。

3.5.2 某天公司100噸天車，在開主起升的時候，其繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)發(fā)出高聲的“吼叫”。不過對相關(guān)的接觸器，三相電源，空氣開關(guān)等檢查，未發(fā)現(xiàn)問題。該主起升，有一個液壓的機(jī)械抱閘，當(dāng)起動時，抱閘必須先放松，但是在試車的時候，抱閘并未動作，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)抱閘電機(jī)熔斷器損壞了兩個，更換后，天車正常工作。

3.5.3 某天對公司內(nèi)的機(jī)床，進(jìn)行例行檢查時發(fā)現(xiàn)，某數(shù)控龍門銑，主軸異步離心冷卻風(fēng)機(jī)，工作時振動嚴(yán)重，并且過不多時，其保護(hù)空開就“跳閘”。將其拆下后，接線試車發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)不僅振動嚴(yán)重，而且轉(zhuǎn)速也時高時低。于是斷定是軸承損壞，更換軸承后，風(fēng)機(jī)正常工作。

3.6 三相異步電動機(jī)的保護(hù)措施

3.6.1 短路保護(hù)

當(dāng)電動機(jī)發(fā)生短路故障時，必須及時可靠地切斷電源。否則過大的短路電流將會很快燒毀電機(jī)，動力線路或者其他設(shè)備。對于500V以下的低壓電動機(jī)一般采用斷路器的瞬動電磁脫扣器進(jìn)行保護(hù)。

3.6.2 過載保護(hù)

通常采用熱繼電器或者斷路器的熱脫扣器，進(jìn)行過載保護(hù)，亦稱為過負(fù)荷保護(hù)。熱繼電器常和中間繼電器接觸器等，組成過負(fù)荷保護(hù)裝置。

3.6.3 缺相保護(hù)

三相異步電動機(jī)運(yùn)行時，因?yàn)槟撤N原因一相電壓突然丟失，造成電動機(jī)兩相運(yùn)行的“單相”運(yùn)行狀態(tài)，叫缺相。常用的缺相保護(hù)方法有下列4種：

（1）采用帶缺相保護(hù)裝置的熱繼電器進(jìn)行保護(hù)。（2）欠電流繼電器保護(hù)。（3）專用的電動機(jī)保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)。（4）零序電壓繼電器進(jìn)行保護(hù)。

3.6.4 失電壓和欠電壓保護(hù)

失壓和欠壓保護(hù)，是為了防止電動機(jī)，在過低電壓下繼續(xù)運(yùn)行，而燒毀的裝置。它可以在電壓消失或者過低時，斷開電動機(jī)的電源，同時可以防止，在電源電壓突然恢復(fù)時，電動機(jī)自啟動。其常用的是，交流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)，減壓啟動器，或者斷路器上的失壓和欠壓脫扣器，及電壓繼電器保護(hù)。

3.7 維修心得

只有做到，知己知彼，才能百戰(zhàn)不敗，所以基礎(chǔ)理論知識是非常重要的。比如：電機(jī)廠，為了充分利用鐵磁材料，一般將異步電機(jī)的額定電壓，定在磁路的磁化曲線膝點(diǎn)附近。電源電壓升高，將會導(dǎo)致主磁路飽和，而且升高的程度越大，主磁路的磁飽和現(xiàn)象就越嚴(yán)重。這樣將導(dǎo)致，鐵損的增加和激磁電流波形，嚴(yán)重畸變，并且幅值大幅增加。過大的激磁電流疊加，在正常的負(fù)荷電流上，使電動機(jī)銅損快速增加，最后導(dǎo)致溫度大幅升高。異步電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩，是和加載其端子上的電壓平方成正比。如果電源電壓過低的話，為了平衡轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)將會從電源吸取更大的電流來完成，這樣電機(jī)很快就過載。異步電機(jī)運(yùn)行時，對電源電壓的平衡度要求比較高，一般規(guī)定相電壓的不對稱值，不得超過額定值的5%。并且對線電流進(jìn)行監(jiān)視，其不平衡度，不能超過其額定電流的10%。當(dāng)電源平衡時，定子三相繞組由正序或者負(fù)序磁動勢，產(chǎn)生正向或者反向，推移的三相合成磁動勢，當(dāng)電源不平衡時，正序和負(fù)序磁動勢同時存在，并且合成的磁動勢，將是一個橢圓形。伴隨著不平衡度的增加，橢圓形磁動勢的長軸更長，短軸更短，這樣將會破壞異步機(jī)，原有的運(yùn)行模式，造成電動機(jī)的損壞。同樣，實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，也非常重要，某天某機(jī)床的某個油泵電機(jī)，因缺相“跳閘”。但是檢查相關(guān)部件和電源時，未發(fā)現(xiàn)問題，只要一送電，斷路器就跳，后來發(fā)現(xiàn)，位于床身上的某個航空插座，內(nèi)部的引腳被燒損，改接到其他備用引腳后，故障消除。

4 結(jié)束語

只有理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，才能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

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