第三章三相异步电动机
第一节电动机
一、电机的分类和结构
应用电磁感应原理实现电能与机械能互相转换的旋转机械，统称为电机。把机械能转换为电能的电机称为发电机；把电能转换为机械能的电机称为电动机。电动机分为交流电动机和直流电动机，交流电动机又分单相的和三相的，同步的和异步的。三相异步电动机应用最为广泛，因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等特点。抽油机的电动机有封闭式、开启式、防爆式，常用封闭式。
三相异步电动机按转子结构的不同还分为鼠笼式和绕线式异步电动机两大类。鼠笼式异步电动机是工业生产上应用最广泛的一种电动机，绕线式异步电动机一般只用在要求调速和起动性能好得场合，如起重机上。异步电动机结构由两个基本部分组成：定子（固定部分）和转子（旋转部分）。
（1）定子：由机座和装在机座中的定子铁心及定子绕组（定子线圈）组成。定子绕组是用绝缘铜线绕制成三相对称的线圈按一定的规则放在定子槽中，按一定规律规定每个线圈一个始端一个末端。三相绕组六个接线端引出至接线盒，三个始端标以U1、V1、W1，末端标以U2、V2、W2。三个末端接在一起，三个始端接三相电源，即为星形（Y）连接。末端、始端两两接在一起接至三相电源，即为三角形（△）连接。
（2）转子：是由转子铁心和转子绕组组成的。
二、异步电动机的铭牌数据
每台异步电动机的机座上都有一块铭牌，标记着该电动机的型号、各种额定值和连接方法等。供我们正确使用，电动机的主要技术规范有以下内容：
（1）型号：指电动机的产品、规格代号。
例如：Y112M—4“Y”产品代号：表示异步电动机；“112M-4”规格代号，表示中心高112mm，四极 1480r/min。
（2）额定功率P e：指电动机在额定运行时，轴上输出的机械功率，单位为kW。
（3）额定电压U e：指电动机在额定运行时，加在定子绕组两端的线电压。单位为V。
（4）接法：指电动机在额定电压下，定子三相绕组采用的连接方法，一般有星形（Y）连接和三角形（△）连接，使用时不能接错。
（5）额定电流I e：指电动机在额定电压下运行，输出功率达到额定值时，流入定子绕组的线电流。单位为A。
（6）额定频率f e：指电动机所接的交流电源的频率，我国电力网的频率为 50Hz。
（7）额定转速n e：指电动机在额定电压和额定频率和额定输出功率的情况下，电动机
的旋转速度。单位为r/min。
三、电动机的工作原理及型号意义
（一）工作原理
当电动机定子线圈输入交流电时，通过定子线圈的电流产生磁场。磁场以一定的速度环绕定子的圆周旋转，叫旋转磁场。转子线圈在旋转磁场的作用下切割磁力线产生感应电流。
由于电流与旋转磁场相互作用，转子追随磁场转动的方向旋转，但总是落后于磁场旋转速度，即不同步。由于转子旋转，带动机械设备，把电能变成机械能。
（二）型号意义
电动机的型号用汉语拼音字母表示，有关的国产电动机型号说明见表 1
表 1— 3— 1 电动机型号表示方法
国产型号
J
型号说明三相异步电动机
JOJ02 JQO JBJBS KB 三相异步封闭式鼠笼型。O表示封闭，2表示改型设计三相异步封闭式鼠笼型高起动转矩， Q表示高起动转矩三相异步防爆型。B表示防爆型，S表示小型
矿用防爆型电动机
JR 三相异步绕线型。R表示绕线型转子
三相异步高速鼠笼型电动机。K表示高速鼠笼型，Z表示座式轴承
JKJKZ
如JO52-4，表示三相异步封闭式鼠笼型电动机。字母后面第一数字5表示5号机座，字母后面第二数字2代表2号铁芯长度，横线后面的数字4表示磁极数。机座号码代表机座大小，是根据电动机外形尺寸进行分类编号的。
油田常用的封闭式和防爆式电动机的特点是：
油田常用的电动机是封闭式（JO型）和防爆式（JB、KB型）。封闭式电动机的外壳是封闭的，有较好的防尘、防潮、防水的性能，适用于露天潮湿的地方，如抽油机和注水站用的电动机。防爆式电动机的外壳封闭严密，能防止易燃气体进入机内而引起爆炸，适用于有易燃液体（气体）的危险场所。
电动机额定电流的意义是：每一台电机都标有额定电流。在工作时工作电流不应超过额定电流，超过额定电流，会损坏电机：工作电流也不应低于额定电流，造成大马拉小车的浪费现象。根据抽油机的工作特点，电机工作电流应在70％～100％额定电流范围内最为合适。
四、电动机防护型式的选择
为了保障电动机的正常运行，应根据工作场所的条件，适应周围环境的需要，正确选择电动机的防护型式。
（1）开启式电动机：旋转部分和带电部分都没有防止铁屑、尘埃等外物侵入的防护。
因此只适用于清洁、干燥的场所。
（2）防护式电动机：这种电动机的外壳有通气孔。旋转部分与带电部分具有一般保护，能够防止铁屑、砂粒、水滴等其他杂物从上方或沿垂直方向成45*角以内侵入。但不能防尘、防潮。由于它通风良好，又具有一定的防护能力，多用于灰尘不多、比较干燥的场所。
（3）封闭式电动机：这种电动机定子、转子全部封闭。虽然并不严密，可是潮气、尘
埃一般都不能侵入电动机的内部，只适用于尘土飞扬的场所。
（4）密封式电动机：这种电动机整个机体全部严格密封起来，即使把它侵入水中，潮
气也不能侵入机体中。适用于潜水工作，或有导电粉尘的场所。
（5）防爆式电动机：这种电动机的外壳和接线端子全部密封，能防止外部易燃体侵入
机内或机内因火花引起机外易燃气体起火爆炸。适用于石油、化工、重瓦斯煤矿等有易燃或爆炸性气体的场所。
五、电动机的温度与温升极限
电动机的温度是指电动机各部分实际发热温度，它对电动机的绝缘材料影响很大，温度过高会使绝缘老化缩短电动机寿命，甚至导致绝缘破坏。
为使绝缘不至老化和破坏，对电动机绕组等各部分温度作了一定的限制，这个温度限制
就是电动机的允许温度。
电动机各部温度的高低还与外界条件有关，温升就是电动机温度比周围环境温度高出的数值。
Q=T2-T1 （1-3-1）式中Q＝T2-T1式中旷—温升；
T1=实际状态下的绕组温度（即环境温度，室温不允许超过40℃）；
T2=发热状态下的绕组温度。
电动机极限允许温升参阅表1-3-2。
表1-3-2 电动机极限允许温升表
A级绝缘E级绝缘B级绝缘F级绝缘H级绝缘
最高容最大容
许温升最高容
许温度
最大容
许温升
最高容
许温度
最大容
许温升
最高容最大容
许温升
最高容最大容
许升温
许温度许温度许温度电动机的部位
温
电度
阻计
法法温
电
度
阻
计
法
法
温
电
度
阻
计
法
法
温
电
度
阻
计
法
法
温
电
度
阻
计
法
法
温
电
度
阻
计
法
法
温
电
度
阻
计
法
法
温
电
度
阻
计
法
法
温
电
度
阻
计
法
法
温
电
度
阻
计
法
法
定子线圈95
95
95
100
100
80
95 100
100
100
100
100
100
100
55
55
55
50
60
40
55
60
60
105
105
105
105
105
80
95
115
115
115
115
115
115
115
65
65
65
75
75
40
55
75
75
110
110
120
120
120
120
120
100
120
70
70
70
70
70
40
55
80
80
80
80
80
80
80
125
125
125
125
125
80
95
140
140
140
140
140
140
140
85
85
85
85
85
45
55
100
100
100
100
100
100
100
145
145
145
145
145
80
95
165
165
165
165
165
115
165
105
105
105
105
105
40
55
125
125
125
125
125
125
125
绕线式转子线圈
鼠笼式
定子铁芯60
60
60
60 75
75
75
75
110
110
80
95
滑环
滑动轴承
滚动轴承
六、电动机的使用与保养
拖动机械配备的电动机，设计人员已进行了匹配选择，一般电动机的额定功率是机械功率的120％左右。三相异步电动机的铭牌数据对正确和合理使用电动机具有实际意义。设备
安装投用前，专业人员已对电动机进行了保养检查。我们要了解电动机的铭牌数据，转速、接法等等。安装过程中，电气接线要正确，接地接零，转动要灵活。
电动机通电起动，应先空载后负载。空载线电流一般是额定电流的30％左右。运转中要注意电压、电流、温度和声音。电动机不能过载，三相线电流基本相同，不大于额定电流。声音正常，无大的振动。异常情况需断电处理。
测量电动机工作电流和电压的方法：
（1）测量电流：用钳形电流表选择合适的量程开关位置，将被测导线钳人钳中央，从
表盘刻度可读出指针所在位置的上行电流值和下行电流值。
（2）测量电压：将电压表并联在线路中，可读出电压值；将钳形电流表量程开关位置
拨到电压挡上，将二测试棒并联在线路中，读其数值。
第二节低压电器及电动机基本控制原理
在供用电系统中，起着开关、控制和保护等作用的电气设备称为电器。电器的种类繁多，构造各异，功能多样。
一、启动开关
常用的启动开关有减压启动补偿器和磁力启动器两种，减压启动补偿器是减压启动，能
减小电流和电网中电压的波动。磁力启动器是全电压直接启动，它的启动转矩较大。
（一）启动器的构造及原理
减压启动补偿器主要由外壳、自耦变压器、触头系统、保护装置和操作品机构等部分组成。自耦变压器有自耦线圈，中间抽头使电源电压分成三种（65％全电压、80％全电压、全电压）。两组触头分为启动触头和运转触头，启动触头用于减压启动，运转触头用于全电压运转。
保护装置有过流保护和欠压保护两种，过流保护就是启动器的电流超过电机额定电流时能自动跳闸停机。欠压保护就是输入电压降低到一定值时自动跳闸停机。
磁力启动器主要由交流接触器和热继电器两部分组成。热继电器是电动机过负荷保护装置，它有两个双金属片和两个发热元件。双金属片在正常位置是，其一端与装在扣板上的螺丝钉保持一定的距离，这样，扣板正好锁住扣钩，触头处于闭合状态。当电动机因过载或短路时产生巨大电流，热元件发出的热量大量增加，使双金属片温度升高。因上层金属的膨胀系数大，下层金属的膨胀系数小，故双层金属片就逐渐向下弯曲，迫使螺钉下压扣板，于是扣钩在弹簧推力的作用下向反时针方向转一角度，使触头打开，切断电源电路，起到保护电动机的作用。如欲重新闭合触头，需待双金属片冷却恢复原状，才可按下复位按钮，则热继电器恢复到正常位置。调节螺钉与金属片的距离可以调正动作电流的大小和动作的时间的长短。
（二）使用补偿器的注意事项
（1）油箱内灌入绝缘油高度要保证触头全部浸没。绝缘油应保持清洁，不能含有杂质
和水分。运行时绝缘油的温度不应超过 40℃。
（2）外壳必须接地，并经常检查是否接触牢固，以防止发生触电事故。
（3）补偿器中的热继电器只能作过载保护，不能作短路保护用。若作为电动机的短路
保护，必须加装熔断器。
（4）在电动机的温度不高的情况下，允许连续启动 2～3次。若再次启动，必须冷却后再启动。由于自耦变压器只允许短时间通过大电流，规定每次从静止到全速启动的时间（或连续几次启动时间的总和），不得超过表 1-3-3中的规定。
（5）负荷太重起动困难时，可将变压器抽头换至80％（一般是接在60％）后再次启动，切勿因起动困难而延长启动时间，以免烧坏变压器。
表1—3—3 每次启动的时间
电动机容量，kW
10～14
20～28
40～75 启动时间，s
15
18～24
30～35
（6）定时检查各触头接触是否良好，触头烧毛可用细锉刀锉光，然后用细砂纸磨平。检查补偿器各部分活动机件是否灵活，有无卡滞现象。
（7）选用补偿器应和电动机容量相配合， QJ3型补偿器所能起动电动机的功率见表1-3-4。
表1—3—4 QJ3型补偿器额定参数表
型号额定电压，V 额定电流，A 所能起动电动机的功率 kW OJ3—40 380 40 10， 14， 20
053—75 O.J3—150 380
380
75 28，
55，
40
75
150
（8）补偿器长期不用，应妥善保管，保持干燥，以免自耦变压器受潮，使用前应测量
线圈对地绝缘电阻，不小于1Mn。
（三）电动机的启动方法
感应电动机的启动方式大体有三种：
（1）直接启动：将电动机直接接人电源在额定电压下启动，用这种方法启动电流较大。一般均为小容量电动机采用。如果变压器容量足够大，较大的电动机也可以直接启动。一般当电动机启动电流不超过变压器额定电流的20％一30％时，可以直接启动。
（2）降压启动：将电动机通过一定专用设备，使加到电动机上的电源电压降低，以减
小电动机的启动电流。待电动机达到或接近额定转速时，再将电动机换接到额定电压下运行。降压启动虽然可以减小启动电流，但同时使启动转矩也减小了。因为电动机的转矩是和电压的平方成正比。所以降压启动的方法多用于鼠笼式异步电动机的空载或轻载启动。
（3）在转子回路中引入附加电阻启动：这种方法只适用于绕线式转子的异步电动机。
（四）常见电气元件
常见电气元件图形符号和文字代号有统一的标准。需要时参考 GB/T7159—1987《电气技术中的文字符号制订通则》及GB/T4728—1998《电气简图用圆形符号》标准，或查阅《电工手册》。
二、常见低压电器
（1）刀开关又称闸刀开关，是结构最简单，应用最广泛的手动电器，有单极、双极和
三极刀开关。使用时注意额定电压和额定电流。
（2）控制按钮也叫按钮开关，简称按钮。用来短时间接通或断开小电流。一般内有一
对常开触头和一对常闭触头，按下时常闭触头先分断，之后常开触头才闭合，松开按钮时闭合的常开触头先分断，之后常闭触头再闭合。通常红色为停止按钮，绿色为启动按钮。使用时注意额定电流。
（3）熔断器是一种保护电器，线路或电机设备故障时，能够自动及时地切断电源，达
到保护目的。使用熔断器时，熔体（俗称保险丝）选择要恰当。
（4）热继电器，是用作电机过载保护的自动电器。当通过的电流超过额定值后，利用
电流的热效应，机械结构发生变形，带动触头闭合（或断开），自动切断电源。使用时注意动作电流。
（5）自动空气断路器又称空气开关，它是既有开关作用又能进行自动保护的电器。正
常情况下，接通或断开电路。在电路发生短路、过载、欠压等情况下能自动切断电路。选择空气开关，注意规格型号。
（6）交流接触器是由电磁系统合触头系统组成的一种自动控制电器。电磁系统就是接
触器线圈，线圈得电后，磁力作用带动机械结构使触头闭合，接通主电路，失电后接触器复位。选择或更换交流接触器时应注意，触头容量、规格型号要相同，还要注意线圈工作电压。
三、基本控制原理
简单的电动机控制，由带熔断器的闸刀开关或
自动空气断路器，直接启停小容量电机如图 1-3-1
所示，刀开关引入电源，熔丝保护电机，手动直接
控制。
较大容量电机启动方式有星形—三角形转换
降压启动、定子电路串电阻降压启动等。一般中小
型电机基本都是全压启动，如图 1-3-2所示。
电机控制基本有三部分：电源部分，电源引入由空气开关 QF控制保护；主电路部分，
电动机控制由交流接触器 KM完成通、断，电动机的过载保护由热继电器 FR实现；控制部分，按钮、接触器线圈和辅助触头等组成，实现运转、停止电动机功能。
电源开关OF合上，按下SB2，交流接触器KM线圈得电，KM主触头闭合，电动机M运转，同时KM辅助常开触头闭合短接了SB2，松开SB2后，也保持了KM线圈长期得电。电动机过
载FR动作触头打开，或按下SB l停止按钮，交流接触器KM线圈失电，KM主触头、辅助触头打开，电动机失电停止运转。若要再启动电机，重复以上操作，故障停机要查明原因。
四、电动机的接线方法
电机有两种接线方法：一种为星形接法，符号为Y。另一种为三角形接法，符号为△。
电机接线盒内接线柱旁有各项首端、末端的标志，三个首端分别用 D1、D2、D3表示，三个
末端分别用D4、D5、D6表示。接线柱分上下两排，上排为三个末端，下排为三个首端。三
个线圈可以联成星形或三角形。
（1）星形接法：将三个绕组的三个尾端连接在一起，三个头分别接到三条线上，星形
接法中，线电压等于相电压的3倍，
线电流等于相电流。
（2 ）△形接法：第一相绕组的
末端 D4与第二相绕组的首端 D2相
接，第二相绕组的末端 D6与第三相
绕组的首端 D3相接，第三相绕组的
末端 D5与第一相绕组的首端 D，相
接，三个绕组的头尾依次连接后分别
接到三个相线上。三角形接法中线电
流等于相电流的3倍，线电压等于
相电压。
在 380V线电压下，如果电动机
铭牌标明为 380/220V、Y/△接法，则
电动机必须接成 Y形。如果接成△形，
电动机就会烧坏。因为接成△形，加
给电动机每相线圈的电压不是 220V，而是 380V。
在 380V线电压下，如果电动机铭牌标明为 380V，△形接法，则电动机必须接成△形。
如果接成 Y形，加给电动机每相线圈的电压就低了。电动机在低压下带负荷运行，时间长
了也会烧坏电动机。
第三节安全用电常识
电力广泛应用于各行各业，关键是要安全用电。如果不懂安全常识，违章操作，将要损坏设备，大则出人身事故。
一、安全电压
电流通过人体就会触电，所以人接触有电流通过的导体是很危险的。通过人体电流的大小决定于人体电阻以及所触及的电压高低，人体的电阻一般在 600～100kf~。研究证明，人体触到电压在 36V以下的带电体时没有危险，所以 36V以下的电压叫做安全电压。特别潮
湿的地方，必须采用不高于 12V的电压。
二、保护接地、接零
把电动机、变压器等电气设备的金属外壳用导线和埋在地中的接地装置连接起来，这种接地方式称为保护接地。把电气设备不带电的金属外壳可靠地接到供电系统的零线上，称为保护接零。安全要求必须同时接地、接零。其目的就是防止工作人员发生触电.
三、安全用电常识介绍
（1）安装、检查电气设备，首先切断电源，之后验电检查，确认无电后，方可施工作业。
（2）任何情况下，切勿违章操作、带电操作。
（3）如果有人触电时，应及时切断电源，或及时找绝缘器械，把人员和带电体线分开。