感應電動機，又稱“異步電動機”，是將轉子置於旋轉磁場中，在旋轉磁場的作用下，獲得一個轉動力矩，因而轉子轉動的裝置。轉子是可轉動的導體，通常多呈鼠籠狀。由電氣工程師尼古拉·特斯拉於1887年發明。詞條介紹了感應電動機的概念、發明者、工作原理、基本結構、工作方式、制動方式、異步特徵、規格以及故障檢查。
基本介紹
- 中文名：感應電動機
- 外文名：Induction motor
- 別稱：異步電動機
- 轉子形狀：鼠籠狀
- 主要任務：產生一個旋轉磁場
- 發明者：尼古拉·特斯拉
- 領域：能源
- 學科：電力
電動機簡介,發明者,工作原理,基本結構,工作方式,制動方式,異步特徵,一般規格,故障檢查,
電動機簡介
感應電動機的外觀及內部結構轉子是可轉動的導體，通常多呈鼠籠狀。定子是電動機中不轉動的部分，主要任務是產生一個旋轉磁場。旋轉磁場並不是用機械方法來實現。而是以交流電通於數對電磁鐵中，使其磁極性質循環改變，故相當於一個旋轉的磁場。這種電動機並不像直流電動機有電刷或集電環，依據所用交流電的種類有單相電動機和三相電動機，單相電動機用在如洗衣機，電風扇等；三相電動機則作為工廠的動力設備。
發明者
尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856年7月10日~1943年1月7日），塞爾維亞裔美籍發明家、機械工程師、電氣工程師。他被認為是電力商業化的重要推動者之一，並因主持設計了現代交流電系統而最為人知。在麥可·法拉第發現的電磁場理論的基礎上，特斯拉在電磁場領域有著多項革命性的發明。1887年發明感應電動機，他的多項相關專利以及電磁學的理論研究工作是現代的無線通信和無線電的基石。
工作原理
通過定子產生的旋轉磁場（其轉速為同步轉速n1）與轉子繞組的相對運動，轉子繞組切割磁感線產生感應電動勢，從而使轉子繞組中產生感應電流。轉子繞組中的感應電流與磁場作用，產生電磁轉矩，使轉子旋轉。由於當轉子轉速逐漸接近同步轉速時，感應電流逐漸減小，所產生的電磁轉矩也相應減小，當異步電動機工作在電動機狀態時，轉子轉速小於同步轉速。為了描述轉子轉速n與同步轉速n1之間的差別，引入轉差率（slip）。
基本結構
單相異步電機的基本結構
單相異步電動機就是只需單相交流電源供電的電動機。單相異步電動機由定子、轉子、軸承、機殼、端蓋等構成。定子由機座和帶繞組的鐵心組成。鐵心由矽鋼片沖槽疊壓而成，槽內嵌裝兩套空間互隔90°電角度的主繞組（也稱運行繞組）和輔繞組（也稱起動繞組成副繞組）。主繞組接交流電源，輔繞組串接離心開關S或起動電容、運行電容等之後，再接入電源。轉子為籠型鑄鋁轉子，它是將鐵心疊壓後用鋁鑄入鐵心的槽中，並一起鑄出端環，使轉子導條短路成鼠籠型。
單相異步電動機又分為單相電阻起動異步電動機，單相電容起動異步電動機、單相電容運轉異步電動機和單相雙值電容異步電動機。
三相異步電機的基本結構
三相異步電動機主要有由定子和轉子，軸承組成。定子主要由鐵心，三相繞組，機座，端蓋組成。定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有絕緣層的矽鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。三相繞組由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結構完全相同繞組連線而成，這些繞組的各個線圈按一定規律分別嵌放在定子各槽內。其作用是通入三相交流電，產生旋轉磁場。機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機的機座採用鑄鋁件，其作用是固定定子鐵心與前後端蓋以支撐轉子，並起防護、散熱等作用。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內外的空氣可直接對流，以利於散熱。端蓋主要起固定轉子，支撐和防護作用。轉子主要由鐵心和繞組組成。轉子鐵心所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的矽鋼片沖制、疊壓而成，矽鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉子繞組。通常用定子鐵心沖落後的矽鋼片內圓來沖制轉子鐵心。一般小型異步電動機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上，大、中型異步電動機（轉子直徑在300~400毫米以上）的轉子鐵心則藉助與轉子支架壓在轉軸上。轉子繞組分為鼠籠式轉子和繞線式轉子。 （1）鼠籠式轉子：轉子繞組由插入轉子槽中的多根導條和兩個環行的端環組成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機採用鑄鋁轉子繞組，對於100KW以上的電動機採用銅條和銅端環焊接而成。鼠籠轉子分為：阻抗型轉子、單鼠籠型轉子、雙鼠籠型轉子、深槽式轉子幾種，起動轉矩等特性各有不同。 （2）繞線式轉子：繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集流環上，再通過電刷與外電路聯接。
工作方式
1 異步電動機起動方式
1.1 軟起動
隨著微型計算機控制技術的迅猛發展，在相關的控制工程領域中先後研製成功了一批電子式軟起動控制器，廣泛套用在電動機的起動過程，降壓啟動器隨之被替代。當前電子式的軟起動設施都使用的是晶閘管的調壓電路，其電路構成如下所描述：晶閘管六隻，兩兩反並聯後串聯至三相電源上，待系統傳送起動信號後，微機控制起動器系統立即進行數據計算，令晶閘管輸送觸發信號，使晶閘管的導通角得到控制，根據給定的輸出，調節輸出電壓，實現電動機的控制。該起動方式適合各種功率值的三相交流異步電動機包括六根和三根連線方式的起動控制。
1.2 直接起動
此種起動方式是電機起動方式中最基礎最簡單的，首先藉助用刀開關使電動機與電網進行連線，此時在額定電壓下電動機起動並運行起來，該方式特點為：投資少，設備簡單、數量少，雖然起動時間短，但起動時的轉矩較小，電流較大，比較適合套用在容量小的電動機起動。
1.3 降壓起動
由於直接起動存在較大的缺點，降壓起動隨之產生。這種起動方式適用的起動環境為空載和輕載這兩種情況，由於降壓起動方式是在同時實現了限制起動轉矩和起動電流的，因此起動工作結束後需要使工作的電路恢復到額定狀態。
制動方式
(1)能耗制動時切斷電動機的三相交流電源，將直流電送入定子繞組。在切斷交流電源的瞬間，由於慣性作用，電動機仍按原來方向轉動，這種方式的特點是制動平穩，但需直流電源、大功率電動機，所需直流設備成本大，低速時制動力小。
(2)反接制動又分負載反接制動和電源反接制動兩種。
1)負載反接制動又稱負載倒拉反接制動。此轉矩使重物以穩定的速度緩慢下降。這種制動的特點是：電源不用反接，不需要專用的制動設備，而且還可以調節制動速度，但只適用於繞線型電動機，其轉子電路需串入大電阻，使轉差率大於1。
2)電源反接制動當電動機需制動時，只要任意對調兩相電源線，使旋轉磁場相反就能很快制動。當電動機轉速等於零時，立即切斷電源。這種制動的特點是：停車快，制動力較強，無需制動設備。但制動時由於電流大，衝擊力也大，易使電動機過熱，或損傷傳動部分的零部件。
(3)再生制動又稱回饋制動，在重物的作用下(當起重機電動機下放重物)，電動機的轉速高於旋轉磁場的同步轉速。這時轉子導體產生感應電流，在旋轉磁場的作用下產生反旋轉方向轉矩，但電動機轉速高，需用變速裝置減速。
感應電動機異步特徵
1、一般來說，小型異步電機指的就是感應運轉型異步電機。這種電機不只在啟動時，在運轉時也使用輔助線圈和電容器。雖然啟動轉矩不是很大，但其結構簡單，信賴度高，效率也高。
2、隨負荷的大小，電機的額定轉速也會改變。
3、可以連續運轉。
4、使用於不需要速度制動的套用場合。
5、用E種絕緣等級，而UL型電機則用A種。
6、有感應運轉型單相異步電機和三相異步電機兩種。
7、單相電機為感應運轉型異步電機，效率高，噪聲低。
8、單相異步電機運轉時，產生和旋轉方向相反的轉矩，因此不可能在短時間內改變方向。應在電機完全停止以後，再轉換其旋轉方向。
9、單相電機的電源有A（110V 60Hz）、B（22V 60Hz）、C（100V 50/60Hz）、D（200V 50/60Hz）、E（115V 60Hz）、X（200-240V50Hz）等。
10、三相電機時使用U（200V 50/60Hz）、T（220V 50/60Hz）、S（380-440V 50/60Hz）電源的異步電機。
一般規格
項目 | 事項 |
絕緣阻抗 | 在常溫金屬阻和電動機外殼之間的絕緣電阻超過100MΏ |
絕緣內壓 | 在常溫金屬繞組和電動機箱之間的電壓 |
溫度上升 | 以1500V、50/60Hz輸入1min時沒有任何問題。 |
絕緣等級 | E種（120℃） |
過熱保護裝置 | 開放（120±5℃）；復歸（77±5℃） |
使用溫度 | -10~50℃（UL CE規格電動機使用溫度為-10~40℃） |
感應電動機
感應電動機中的旋轉磁場故障檢查
（1）電動機投入電源後不轉的原因檢查及修理
感應發動機
感應發動機電動機投入電源後不轉，一般有下列原因：
1）控制設備的接線錯誤；
2）過電流繼電器調整的整定值偏小；
3）電源未接通，如熔絲燒斷、開關有故障或觸頭接觸不良、引線斷路等；
4）電源至電動機之間的連線有故障；
5）電動機繞組有故障，如相間短路、接地、接錯線、斷路等；
6）繞線式轉子異步電動機起動誤操作或起動電阻過小；
7）電動機軸承有故障，被卡住；
8）定、轉子鐵芯相擦（掃膛），等於增加過大的負載；
9）電動機負載過大或機械轉動部分被卡住等。
2）電動機過熱檢查及修理
發現正常運行的電動機過熱，一般有下列原因：
1）電源電壓突然變高，並於電動機銘牌額定電壓不相符，或者三相電源電壓嚴重不平衡；
2）電動機所拖動的負載變動較大，電機暫時處於過載狀態；
3）由於軸承產生故障或間隙磨損超限、轉軸發生彎曲、鐵芯局部過熱變形、轉子軸向串動等原因，使定、轉子鐵芯掃膛；
4）環境粉塵進入電動機內部粘附在絕緣表面上和堵塞冷卻風道、冷卻風管等，使電動機通風不良，冷卻效果大大降低，造成電機過熱；
5）電動機冷卻裝置失效，調節風溫裝置有故障，造成電機過熱；
6）三相電動機單相運行；
7）繞組有故障，如短路、斷路、接地、接錯等；
8）氣隙不均勻。
經重繞後的電動機發生過熱，其原因是：
1）接線錯誤；
2）線圈匝數過多或過少；
3）線圈導線過細，線圈節距過小或過大；
4）電動機裝配質量不好，鐵芯未對齊，定轉子鐵芯軸向有差距引起軸向磁拉力，氣隙裝配和調整不均勻。由於電動機絕緣水平不斷提高，允許溫升限度也提高，所以電機外殼溫升較高可能屬正常。但要用酒精溫度計測試部門的外殼溫升和軸承溫升，並和電動機的絕緣等級所允許的溫升相對照比較後，確認電動機是過熱，那么可按以下步驟進行檢查。
1）首先檢查三相電源的電壓是否平衡，電壓波動的程度是否大於製造場廠的保證值（±10[%]）。由於電壓不平衡，產生三相不平衡電流，引起電機損耗增大和電機發熱，所以要及時糾正。電源頻率變動對（±5[%]）電機發熱也有影響，但實際變化不大，所以在分析時一般可不考慮。
2）檢查電機是否單相運轉，三相接觸器的觸頭是否接觸好，開關的熔絲是否有一相燒斷，接線有否（單相）斷開。故障檢查出後進行處理。
3）檢查三相電流是否超過額定值。若超過額定值時，要檢查其原因。處理這類故障時，要查清造成掃膛的原因：①轉軸彎曲；②軸承故障。輕微的鐵芯掃膛不影響電機正常運行，掃膛嚴重時，可用車刀將轉子表面輕輕切削一層（一般車削直徑為0.2mm左右為宜）。
4）粉塵敷滿絕緣影響電機散熱，過濾網堵塞，通風道和通風管堵塞等，都會引起電機過熱。因此可採取吹風清掃措施了消除粉塵，必要時電機要解體進行清洗處理。
5）如認為繞組有故障時，可進行繞組短路和接地試驗檢查。根據進行經驗表明，電機繞組如有匝間短路，電機則會振動，動轉時間不少就會時間不長就會冒煙。但是匝間短路引起電機發熱，並且持續長時期的機會，是很少的。
重繞大修後的電機溫升超限，可能是絕緣處理工藝不好，線圈數據不對，接線錯誤以及裝配質量等問題引起。這時電機應解體對照原始記錄檢查，以及查明繞組數據的正確性。
