异步电机（感应电动机）

异步电机

感应电动机

异步电动机又称感应电动机，由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式(鼠笼式异步电机)、绕线式异步电动机。异步电机的发展迅速，对于相同大小的异步电机，额定功率由1897年的5.5kW发展到1976年的74.6kW。

异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。

简介

异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式(鼠笼式异步电机)、绕线式异步电动机。

作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。各国的以电为动力的机械中，约有90%左右为异步电动机，其中小型异步电动机约占70%以上。

在电力系统的总负荷中，异步电动机的用电量占相当大的比重。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60%多。

异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网频率之比不是恒定值。感应电机（Induction motor）是一种仅有一套绕组联接电源的异步电机。在不致引起误解和混淆情况下，一般可称感应电动机为异步电动机。

IEC标准中指出：“感应电机”一词，在许多国家中实际上是作为“异步电机”的同义词使用，而其他一些国家则只使用“异步电机”一词来表示这两种概念。

由于用途十分广泛，电机的品种、系列和规格很多，结构也有多种形式。但无论哪一类电机，结构上都是由固定、转动和过渡三大部分所组成。

其中固定部分通常称为定子，转动部分称为转子，过渡部分包括电气过渡（如集电环、换向器与电刷机构）和机械过渡（如端盖和轴承）。固定与转动部分中主要是铁心和绕组，其次就是作为机械支撑或固紧用的结构部件。

历史

异步电机在1885年由意大利物理学家和电气工程师费拉里斯发明。

1888年，提出实验报告，对旋转磁场作了严格的科学描述，为以后开发异步电动机、自起动电动机奠定了基础。

费拉里斯相信他所提出的旋转磁场理论以及他所开发的新产品在科学上的价值远远超过物质上的价值，因此他有意不为自己的发明申请专利，而是在实验室向公众演示这些最新成果。他还倡导使用交流电系统。

同年，尼古拉·特斯拉在美国取得了感应电机的专利。一年之后，Mikhail Dolivo-Dobrovolsky发明笼型异步电机。异步电机的发展迅速，对于相同大小的异步电机，额定功率由1897年的5.5kW发展到1976年的74.6kW。鼠笼型异步电机是使用最广泛的异步电机。

概念

电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。它和感应电机基本上是相同的。$ ext{s=(n_s-n)/n_s}$。s为转差率，$n_s$为磁场转速，n为转子转速。

分类

异步电动机的种类繁多，有防爆型三相异步电动机、ys系列三相异步电动机、y、y2系列三相异步电动机、YVP系列变频调速电动机等等.

原理

异步电动机定子上有三相对称的交流绕组；三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；转子绕组的导体处于旋转磁场中；转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向。

转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。

特点

小型轻量化。易实现转速超过10 000r/min 的高速旋转。高速低转矩时运转效率高。低速时有高转矩，以及有宽泛的速度控制范围。高可靠性（坚固）。制造成本低。控制装置的简单化。

异步电动机的基本特点是，转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。

异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。

其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率(见异步电机)，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合(如传动轧机、卷扬机、大型机床等)，不如直流电动机经济、方便。

此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合(如拖动球磨机、压缩机等)不如用同步电动机合理。

由于异步电动机生产量大,使用面广,要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列；

此外还有若干派生系列(在基本系列基础上作部分改变导出的系列)、专用系列(为特殊需要设计的具有特殊结构的系列)。

辨识

辨识的主要参数有:定子电阻、定子漏感、转子电阻、转子漏感、互感以及空载电流。并通过工程实现,对电机参数辨识精度进行确认及误差分析。

应用

异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广，在不引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。

普通异步电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。

异步电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。异步电机运行时，必须从电网吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏。

因此，对驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备，常采用同步电机。由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系，其调速性能较差(交流换向器电动机除外)。对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、轧机、大型机床、印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。

但随着大功率电子器件及交流调速系统的发展，适用于宽调速的异步电机的调速性能及经济性已可与直流电机的相媲美。

异步电机主要用作电动机，其功率范围从几瓦到上万千瓦，是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备和家用电器提供动力。例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等，大都采用三相异步电动机（Asynchronous Motor）拖动；

电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。异步电机也可作为发电机，用于风力发电厂和小型水电站等。

维修

通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟

1．故障原因

①电源未通（至少两相未通） ；

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．故障排除

①检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；

②检查熔丝型号、熔断原因，换新熔丝；

③调节继电器整定值与电动机配合；

④改正接线。

二、通电后电动机不转，然后熔丝烧断

1．故障原因

①缺一相电源，或定干线圈一相反接；

②定子绕组相间短路；

③定子绕组接地；

④定子绕组接线错误；

⑤熔丝截面过小；

⑥电源线短路或接地。

⑦转子轴承磨损

2．故障排除

①检查刀闸是否有一相未合好，可电源回路有一相断线；消除反接故障；

②查出短路点，予以修复；

③消除接地；

④查出误接，予以更正；

⑤更换熔丝；

⑥消除接地点。

三、通电后电动机不转有嗡嗡声

l．故障原因

①定、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；

②绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；

③电源回路接点松动，接触电阻大；

④电动机负载过大或转子卡住；

⑤电源电压过低；

⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬；

⑦轴承卡住。

2．故障排除

①查明断点予以修复；

②检查绕组极性；判断绕组末端是否正确；

③紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；

④减载或查出并消除机械故障，

⑤检查是还把规定的 ? 接法误接为 Y；是否由于电源导线过细使压降过大,予以纠正；

⑥重新装配使之灵活；更换合格油脂；

⑦修复轴承。

四、电动机起动困难，额定负载时，电动机转速低于额定转速较多

1．故障原因

①电源电压过低；

②? 接法电机误接为 Y；

③笼型转子开焊或断裂；

④定转子局部线圈错接、接反；

③修复电机绕组时增加匝数过多；

⑤电机过载。

2．故障排除

①测量电源电压，设法改善；

②纠正接法；

③检查开焊和断点并修复；

④查出误接处，予以改正；

⑤恢复正确匝数；

⑥减载。

五、电动机空载电流不平衡，三相相差大

1．故障原因

①重绕时，定子三相绕组匝数不相等；

②绕组首尾端接错；

③电源电压不平衡；

④绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。

2．故障排除

①重新绕制定子绕组；

②检查并纠正；

③测量电源电压，设法消除不平衡；

④峭除绕组故障。

六、电动机空载，过负载时，电流表指针不稳，摆动

1．故障原因

①笼型转子导条开焊或断条；

②绕线型转子故障（一相断路）或电刷、集电环短路装置接触不良。

2．故障排除

①查出断条予以修复或更换转子；

②检查绕转子回路并加以修复。

七、电动机空载电流平衡,但数值大

1．故障原因

①修复时，定子绕组匝数减少过多；

②电源电压过高；

③Y 接电动机误接为 ?；

④电机装配中，转子装反，使定子铁芯未对齐，有效长度减短；

⑤气隙过大或不均匀；

⑥大修拆除旧绕组时，使用热拆法不当，使铁芯烧损。

2．故障排除

①重绕定子绕组，恢复正确匝数；

②设法恢复额定电压；

③改接为 Y；

④重新装配；

③更换新转子或调整气隙；

⑤检修铁芯或重新计算绕组，适当增加匝数。

八、电动机运行时响声不正常,有异响

1．故障原因

①转子与定子绝缘纸或槽楔相擦；

②轴承磨损或油内有砂粒等异物；

③定转子铁芯松动；

④轴承缺油；

⑤风道填塞或风扇擦风罩，

⑥定转子铁芯相擦；

⑦电源电压过高或不平衡；

⑧定子绕组错接或短路。

2．故障排除

①修剪绝缘，削低槽楔；

②更换轴承或清洗轴承；

③检修定、转子铁芯；

④加油；

⑤清理风道；重新安装置；

⑥消除擦痕，必要时车内小转子；

⑦检查并调整电源电压；

⑧消除定子绕组故障。

九、运行中电动机振动较大

1．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。

2．故障排除

①检修轴承，必要时更换；

②调整气隙，使之均匀；

③校正转子动平衡；

④校直转轴；

⑤校正重叠铁芯，

⑥重新校正，使之符合规定；

⑦检修风扇，校正平衡，纠正其几何形状；

⑧进行加固；

⑨紧固地脚螺丝；

⑩修复转子绕组；修复定子绕组。

异步电机、同步电机在工频电源上工作的差别

1、异步电机在工频电源上可以直接启动；

2、同步电机不能在工频电源上直接启动，需要异步启动后，投入同步运行；

3、1、2说明这不是电源的差别，而是异步电机和同步电机的工作原理不同而已：

1）异步电机靠“异步”产生电磁转矩；

2）同步电机靠异性磁极间的磁力拖动；

3）上电后，旋转磁场高速旋转，异步电机的转子铜条上的感应电流在磁场中受到电磁力可以自己转起来；

4）上电后，旋转磁场高速旋转，同步电机的转子磁极是静止的，无法与高速旋转的定子磁极相互作用拉起来，例如转子的某一个N极看到高速旋转的N、S、N、S、N、S、……从自己面前闪过，而不能有单一方向的持续力矩将其拉起！

5）上电后，旋转磁场高速旋转，同步电机的转子磁极是静止的，无法与高速旋转的定子磁极相互作用拉起来，这时候我们将转子用外力拖动，让转子转起来，当转子的速度接近旋转磁场的速度时，转子的异性磁极就有机会和旋转磁场的异性磁极间相互作用，而转动起来；

6）所以同步电机只有在转子磁场的转速十分接近旋转磁场的转速时，N、S极间可靠作用后启动而进入正常工作！

参考资料

1.异步电机、同步电机在工频电源上工作的差别·立新