淺議三相異步電動機(jī)的安裝與調(diào)試

周俊

（揚(yáng)州鍛壓機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

三相異步電動機(jī)由兩個基本部件組成，即定子和轉(zhuǎn)子。定子是電機(jī)的固定部分。定子有一個定子鐵芯和現(xiàn)場繞組。在三相異步電動機(jī)的定子中，每3相有一個單獨(dú)的繞組。轉(zhuǎn)子是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分。三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的速度低于旋轉(zhuǎn)磁場的速度。轉(zhuǎn)子繞組由于與磁場之間的相對運(yùn)動而產(chǎn)生電動勢和電流，并與磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力矩，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。與單相異步電動機(jī)相比，三相異步電動機(jī)具有更好的運(yùn)行性能，可以節(jié)省各種材料，其特點(diǎn)是直接在線起動時主電源上的高電流負(fù)荷。當(dāng)全電壓應(yīng)用時，會產(chǎn)生高的啟動電流和浪涌電流，造成主電源上麻煩的電壓驟降和機(jī)械系統(tǒng)的瞬時扭矩效應(yīng)。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機(jī)可分為籠型和繞組型2種類型?；\型轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，重量輕，價格低，已被廣泛使用。它的主要缺點(diǎn)是難以調(diào)整速度。繞線式三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子也有三相翼片，通過滑環(huán)和電刷與外部變阻器相連。調(diào)整變阻器的電阻可以改善電機(jī)的起動性能，調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在滑環(huán)式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中有繞組，在鼠籠式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中有短路條。一般在工業(yè)實施中使用的異步電動機(jī)類型是鼠籠式異步電動機(jī)。

1 三相異步電動機(jī)的安裝

本文以水泵三相異步電動機(jī)為例，介紹其主要更換及安裝工序如下。

（1）獲得新的水泵三相異步電動機(jī)。其必須與之前的那個功率相同，以正確地與需求功率等級的葉輪相匹配。同時還需要更換機(jī)械軸封。也可以單獨(dú)購買密封圈，當(dāng)重新更換或安裝電機(jī)時，我們可能不需要更換所有的墊圈或O型圈，除非墊圈出現(xiàn)腐蝕。如果橡膠O型圈看起來不錯，只需使用一些魔力潤滑油或其他硅酮類潤滑油。

（2）拉出電機(jī)。在斷路器處關(guān)閉電源，關(guān)閉進(jìn)水閥門。通常有一個夾帶將密封板（密封圈配合的板）與渦殼或葉輪外殼連接起來。有時，密封板用4或6個螺栓連接到渦殼上。當(dāng)把電機(jī)從外殼或渦殼中拉出時，電機(jī)會在連接著密封板的情況下被移除。我們需要用平頭螺絲刀輕輕撬動，在卸下夾子或螺栓后，將兩半分開。緊緊抓住電機(jī)，將其直接拉回。

（3）拆除接線。大多數(shù)泵會有3根電線。對于一個220V的電機(jī)，黑色和白色（或紅色）的電線都是“熱”的，所以要確保斷路器的電源已經(jīng)關(guān)閉。還有一條綠色的地線連接到綠色螺絲頭。拆下所有3根線，并從舊電機(jī)上拆下導(dǎo)管連接器，將其擰在新電機(jī)的相同位置。

（4）拆除擴(kuò)散器。有時這些東西可以簡單地拉下來，有時則需要用螺絲來拆卸。取下并放在一邊，保持?jǐn)U散器墊圈的標(biāo)簽。

（5）拆下葉輪。這里的訣竅是要固定住電機(jī)的軸，這樣就可以旋開葉輪。它是有規(guī)則的螺紋，逆時針方向拆卸。如果有一個老式的泵，有一個開放的支架，我們可以看到軸，那么可以在這一點(diǎn)上抓住軸，用副把手或通道鎖，緊緊抓住它，同時把葉輪旋下來。現(xiàn)在，大多數(shù)現(xiàn)代泵都無法接觸到軸，所以在大多數(shù)情況下，固定軸的最簡單方法是打開電機(jī)的背面，松開電容器（黑色圓筒），這樣就可以把它移開，然后將開口扳手放在軸的末端，軸上有槽，能夠與扳手配合。離心開關(guān)將在軸的末端，將把扳手插入開關(guān)后面，然后簡單地把扳手手柄靠在電機(jī)體上，使軸固定下來，同時緊緊抓住葉輪，逆時針旋轉(zhuǎn)，將其取出。如果用手取下太困難，可以用大的槽鎖輕輕取下。壓力太大，可能會使葉輪破裂。皮帶扳手是拆卸葉輪的一個有用工具，但關(guān)鍵是要固定軸。少數(shù)泵有一個反向螺紋的葉輪螺絲（挑戰(zhàn)者，水力）。拉開泵后，查看葉輪的中心。如果看到一個螺絲頭，用一把合適的螺絲刀，順時針取出反向螺紋的螺絲。這些通常是由黃銅制成的，隨著時間的推移，黃銅已經(jīng)軟化，所以為了避免損壞螺絲，需要使用適合螺絲頭的螺絲刀。

（6）拆除密封板。會發(fā)現(xiàn)有4個螺栓可以將密封板從電機(jī)上拆下來。螺栓卸下后，需要稍微撬一下或用錘子敲一下，以卸下密封板。卸下密封板中心的半邊或圓孔部分的軸封。

（7）安裝密封板。在新的電機(jī)上，用螺栓固定密封板，將軸封部分緊緊壓在密封板上，其方向與從密封板上拆下的舊密封圈的方向相同。注意不要用油膩的手觸摸陶瓷面，或讓密封圈的一半被刮傷。如果用手推入太緊，可以用管子，加上輕質(zhì)紙板的墊片，將密封圈壓入到位。可以使用橡膠潤滑劑，也可以用一點(diǎn)唾液來潤滑。

（8）安裝葉輪。這次要容易得多，只要把它穿上就行了。但首先需要更換有彈簧的那一半密封件。確保它安裝正確，一邊是軟橡膠，一邊是硬塑料。塑料面朝向密封圈的陶瓷圓孔部分，橡膠面朝向前面，朝向葉輪。如果葉輪有一個葉輪螺絲，在將葉輪完全旋轉(zhuǎn)到軸上后再更換。如果泵使用所謂的花鍵軸電機(jī)，那么將有一個黃銅的短軸，可以套在鍵軸上。將葉輪穿到短軸上后，將葉輪對準(zhǔn)密封板，然后擰緊固定短軸和鍵軸的固定螺釘。在將電機(jī)重新插入泵中之前，確保更換葉輪上的擴(kuò)散器。確保擴(kuò)散器墊圈或O型圈到位，然后再將電機(jī)滑回泵殼內(nèi)。

（9）將電機(jī)裝入外殼。把它夾在一起，確保密封板四周接觸良好。潤滑密封板的O型圈將有助于確保良好的配合。當(dāng)把兩半泵放在一起時，潤滑也有助于將O型圈固定在其槽內(nèi)。將螺栓擰緊，但不需要施加太大的扭矩。鉗帶也是如此。擰緊，但不要過緊。當(dāng)擰緊時，敲打夾鉗帶的邊緣，可以使其更合適。

（10）更換接線。我們按照電機(jī)標(biāo)簽上的接線圖進(jìn)行接線。將電線穿過擰在新電機(jī)上的導(dǎo)管連接器，并將接地線連接到綠色螺絲上。然后把兩根熱線放到兩個端子上。確保電機(jī)電線沒有互相接觸，也沒有接觸到電機(jī)的兩側(cè)。如果需要的話，剝?nèi)バ碌木€頭，檢查電線是否有裸露的地方或老化的外殼。牢牢地擰緊電線連接，并更換電機(jī)端蓋，注意不要夾住電線。

2 三相異步電動機(jī)的啟動與調(diào)試

當(dāng)三相電機(jī)與主電源連接時，銘牌上的數(shù)據(jù)必須與主電壓和主頻率相對應(yīng)。連接是通過電機(jī)接線盒中的6個螺絲端子（標(biāo)準(zhǔn)版）實現(xiàn)的，并區(qū)分了2種電路，即星形連接和三角形連接。例如，主電源電壓為3 AC 400V，50Hz.一般來說，三相電機(jī)的特性在標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定（DIN/VDE 0530，IEC/EN 60034）。然而，建設(shè)性的設(shè)計是制造商的領(lǐng)域。例如，在對價格敏感的小型電機(jī)輸出額定值（＜4kW）的市場上，特別是那些用于泵和風(fēng)扇的電機(jī)，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)沒有接線盒的電機(jī)。在這里，電機(jī)內(nèi)部的繞組被連接到一個星形點(diǎn)上，并且只有3根連接電纜可用于指定的額定電壓。無論設(shè)計配置如何（有/無接線盒），三相電機(jī)的連接必須被標(biāo)明，以便它們的字母順序（如U1、V1、W1）與電源電壓順序（L1、L2、L3）相對應(yīng)，使電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的方向是通過直接觀察驅(qū)動端（電機(jī)的軸）來指定的。在有兩個軸端的電機(jī)上，驅(qū)動端用D表示，非驅(qū)動端用N表示（D=驅(qū)動，N=無驅(qū)動）。三相電機(jī)的逆時針旋轉(zhuǎn)是通過交換兩根連接電纜（主相）來實現(xiàn)的。三相異步電動機(jī)的工作點(diǎn)（MM）由額定電壓范圍和相應(yīng)的頻率（如400V/50Hz）描述。轉(zhuǎn)速由主電源的頻率決定（n～f）。它與負(fù)載有關(guān)，只有當(dāng)電機(jī)扭矩（MM）和負(fù)載扭矩（ML）的大小相同時才會保持。操作點(diǎn)的電氣和機(jī)械額定數(shù)據(jù)必須在電機(jī)額定牌上注明。在啟動過程（加速過程）中，運(yùn)行數(shù)據(jù)是不穩(wěn)定的。驅(qū)動器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行只允許在工作點(diǎn)（MM）范圍內(nèi)進(jìn)行。

2.1 三相異步電動機(jī)的啟動方式

（1）直接在線式電機(jī)啟動。直接在線式電機(jī)啟動是啟動三相異步電動機(jī)的最簡單方法。定子繞組在一個單一的開關(guān)過程中直接連接到電源上。通過施加全部電源電壓會產(chǎn)生較大的啟動電流（浪涌電流），這反過來又會造成電源電壓的麻煩變化。出于這個原因，供電公司限制了連接到主電源的電機(jī)的允許額定功率。這些限制值可能因電網(wǎng)而異。在公共電網(wǎng)中，當(dāng)偶爾啟動的三相電機(jī)的視在功率小于5.2kVA，或者在更高的視在功率下，啟動電流不超過60A時，一般都能滿足這些限制。在400V的主電壓和8倍的啟動電流下，這相當(dāng)于7.5安的額定電流或4kW的電機(jī)輸出功率（軸輸出功率）。

對于起動電流偶爾高于60A的電機(jī)和起動電流超過30A的電機(jī)，如果因重載起動、頻繁切換或不同的電流消耗（電梯、往復(fù)鋸）而對公共電源造成反饋干擾，必須采取進(jìn)一步的措施來避免破壞性的電壓變化。在這種情況下，功率超過4kW、額定電壓為400/690V的電機(jī)可以采用星三角配置。直接在線起動會使電機(jī)繞組受到熱應(yīng)力的影響，如果只是短暫的，還會受到瞬間的電動力的影響。非常頻繁的直接在線起動會減少標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)繞組的壽命（例如，定期的間歇性運(yùn)行）。

（2）星形三角電動機(jī)啟動。通過星三角電動機(jī)的啟動，三相異步電動機(jī)的啟動是通過繞組的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)的。電機(jī)接線盒中的跳線被省略了，所有6個繞組的連接都通過所謂的星三角開關(guān)（手動操作的開關(guān)或自動接觸器電路）連接到電源上。在運(yùn)行連接期間，電機(jī)的繞組是以三角方式連接的。因此，繞組電壓（UW）必須與三相系統(tǒng)的相電壓（ULN）相等。例如，在主電源電壓為3 AC 400V時，電機(jī)銘牌上的額定電壓必須規(guī)定為400/690V。在星形連接中，單個電機(jī)繞組上的電源電壓（ULN）會降低1/3（～0.58）。例如。啟動扭矩和浪涌電流（在星形連接中）減少到三角連接值的1/3左右。由于啟動轉(zhuǎn)矩的降低，星形-三角形配置只適用于具有較小的負(fù)載轉(zhuǎn)矩或隨速度增加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ML）的驅(qū)動器，如泵和風(fēng)扇（通風(fēng)器/鼓風(fēng)機(jī)）的例子。它們也適用于驅(qū)動裝置只有在加速到一定速度后才承受負(fù)載的情況，例如，壓力機(jī)和離心機(jī)。

（3）軟啟動器。在許多情況下，三相異步電動機(jī)的直接在線啟動和分階段星三角啟動并不是最好的解決方案，因為高的峰值電流會影響電力供應(yīng)，而扭矩浪涌會使機(jī)器或系統(tǒng)的機(jī)械部件受到很大的壓力。機(jī)器或系統(tǒng)的機(jī)械部件受到高水平的壓力。軟啟動器提供了一個補(bǔ)救措施。它能使轉(zhuǎn)矩持續(xù)、無浪涌地增加，也提供了選擇性地減少啟動電流的機(jī)會。在可調(diào)節(jié)的啟動時間內(nèi)，電機(jī)電壓也會從選定的啟動電壓提高到電機(jī)額定電壓。軟啟動器還可以通過降低電壓來控制驅(qū)動器的運(yùn)行。三相異步電動機(jī)的特性曲線只適用于全部主電壓（ULN）的情況下。如果應(yīng)用較低的電壓，扭矩就會有一個二次方的減少（M～U2）。例如，當(dāng)與斯塔德爾塔啟動相比，電機(jī)電壓減少到58%（～1/3），扭矩減少到約33%（1/3）。電機(jī)的負(fù)載特性（ML）和扭矩特性（MM）之間的差異，以及相應(yīng)的加速力，可以通過調(diào)整電機(jī)電壓來影響。在所有帶負(fù)載啟動的應(yīng)用中，軟啟動器應(yīng)優(yōu)先于星三角配置（啟動后不能連接負(fù)載）。出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，也出于節(jié)能方面的考慮，它是星三角配置的一個很好的替代品，特別是對于大功率驅(qū)動。

（4）變頻器。變頻器最終成為三相異步電動機(jī)連續(xù)和無級啟動的最佳解決方案。可調(diào)控的電流限制可以防止主電源的高電流峰值和機(jī)器和系統(tǒng)的機(jī)械部分的突然負(fù)載。

除了平穩(wěn)啟動外，變頻器還能實現(xiàn)三相異步電動機(jī)的無級速度（頻率）控制。而直接連接到主電源的電機(jī)只能在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)達(dá)到理想的運(yùn)行條件（=額定牌規(guī)格），通過頻率控制，它們可以在整個速度范圍內(nèi)得到利用，例如，從0.5Hz的4V到50Hz的400V。電壓與頻率的恒定比率（U/f）保證了額定負(fù)載扭矩（MM）的獨(dú)立工作點(diǎn)。與之前描述的解決方案相比，變頻器乍一看似乎是最昂貴的解決方案。較高的購置成本和必要的額外安裝措施（屏蔽電機(jī)電纜和用于電磁兼容性的RFI濾波器，EMC）是主要原因。但在最晚的運(yùn)行期間，除了能源效率和過程優(yōu)化之外，電機(jī)軟啟動也顯示出經(jīng)濟(jì)效益。這對泵和風(fēng)扇來說尤其如此。通過轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)過程的匹配和對外部干擾的補(bǔ)償，變頻控制驅(qū)動裝置保證了更長的使用壽命和功能安全。

2.2 三相異步電動機(jī)的變頻調(diào)試

電機(jī)空載運(yùn)行時變頻器調(diào)試步驟如下：

（1）要設(shè)定電機(jī)的功率和極數(shù)，要考慮變頻器的工作電流。

（2）設(shè)置變頻器的最大輸出頻率、基頻和轉(zhuǎn)矩特性。一般變頻器都配有多種VPf曲線供用戶選擇，用戶應(yīng)根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)選擇合適的VPf曲線。如果是風(fēng)機(jī)和水泵負(fù)載，變頻器的轉(zhuǎn)矩運(yùn)行代碼應(yīng)設(shè)置為變轉(zhuǎn)矩和減轉(zhuǎn)矩運(yùn)行特性。為了改善變頻器啟動時的低速性能，使電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩能滿足生產(chǎn)負(fù)荷的啟動要求，必須調(diào)整啟動轉(zhuǎn)矩。在異步電動機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩控制比較復(fù)雜。在低頻段，電阻和漏電抗的影響是不能忽視的。如果VPf保持不變，磁通將減少，從而降低電機(jī)的輸出扭矩。出于這個原因，在低頻段應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)償電壓，以增加扭矩。一般來說，變頻器是由用戶手動設(shè)置和補(bǔ)償?shù)摹?/p>

（3）將變頻器設(shè)置為自己的鍵盤操作模式，按下運(yùn)行鍵和停止鍵，觀察電機(jī)是否能正常啟動和停止。

（4）熟悉變頻器運(yùn)行故障時的保護(hù)代碼，觀察熱保護(hù)繼電器的出廠值，觀察過載保護(hù)的設(shè)定值，必要時修改。變頻器用戶可根據(jù)變頻器的使用說明書，對變頻器的電子熱繼電器功能進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)變頻器的輸出電流超過其允許的電流時，變頻器的過電流保護(hù)將切斷變頻器的輸出。因此，變頻器的電子熱繼電器的最大閾值不超過變頻器的最大允許輸出電流。電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時調(diào)試如下：①手動操作變頻器面板上的運(yùn)行停止按鈕，觀察電機(jī)的運(yùn)行和停止過程以及變頻器的顯示窗口，看是否有異常。②如果變頻器在啟動/停止電機(jī)時有過電流保護(hù)動作，請重新設(shè)定加/減速時間。電機(jī)在加減速過程中的加速度取決于加速轉(zhuǎn)矩，而變頻器在啟動和制動過程中的頻率變化率由用戶設(shè)定。如果電動機(jī)的慣性矩或電動機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化，按照預(yù)設(shè)的頻率變化率加減速時，加速轉(zhuǎn)矩可能不足，這可能導(dǎo)致電動機(jī)失速。電流或過電壓。因此，必須根據(jù)電機(jī)的慣性矩和負(fù)載合理設(shè)置加減速時間，使變頻器的頻率變化率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率相協(xié)調(diào)。檢查這種設(shè)置是否合理的方法是：首先根據(jù)經(jīng)驗選擇加減速時間并進(jìn)行設(shè)置。適當(dāng)延長減速時間。另一方面，加減速時間不宜設(shè)置過長，過長會影響生產(chǎn)效率，特別是頻繁啟動和制動時。③如果變頻器在限定時間內(nèi)仍能保護(hù)，則應(yīng)將啟停運(yùn)行曲線由直線改為S形、U形線或S形、反向U形線。當(dāng)電機(jī)負(fù)載慣性較大時，應(yīng)采用較長的啟停時間，并根據(jù)其負(fù)載特性設(shè)定運(yùn)行曲線的類型。④如果變頻器仍有運(yùn)行故障，應(yīng)盡量提高最大電流的保護(hù)值，但不能取消保護(hù)，至少應(yīng)留有10%～20%的保護(hù)裕度。⑤如果變頻器運(yùn)行故障仍然發(fā)生，請更換功率更大的變頻器。

3 三相異步電動機(jī)注意事項

在開始對電機(jī)進(jìn)行安裝工作之前，要確保工廠或系統(tǒng)已經(jīng)以符合相應(yīng)規(guī)格和規(guī)定的方式斷開了。除了主電流之外，還要確?；倦娐泛洼o助電路，特別是加熱設(shè)備中的電路，也被斷開了。帶變頻器供電的電機(jī)即使在靜止?fàn)顟B(tài)下也可能通電。電機(jī)的某些部分可能達(dá)到50℃以上的溫度。與電機(jī)的物理接觸可能會導(dǎo)致燒傷，在接觸電機(jī)部件之前，需要檢查部件的溫度。同時需要確保所有東西都是兼容的。三相異步電動機(jī)需要舒適地插入并安裝在設(shè)備框架內(nèi)，即需要為發(fā)動機(jī)留出足夠的空間，還需要考慮一下電機(jī)的重量，以及設(shè)備框架如何能夠承受這種重量。如果可能的話，將電機(jī)裝配在對準(zhǔn)板上。在安裝端部防護(hù)罩時，避免損壞突出于定子外殼的繞組。注意不要損壞電纜護(hù)套。擰緊的扭矩必須適應(yīng)所使用的電纜護(hù)套材料的類型。軸密封應(yīng)裝配到正確的位置，不能有任何損壞。檢查接線盒的密封，如果需要，請更換。不要忘記電纜入口處的泡沫罩（完全密封所有的孔，并防止電纜接觸到任何尖銳的邊緣）。修復(fù)任何損壞的油漆（也包括螺釘/螺栓）。檢查所有螺釘?shù)臄Q緊力矩，以及那些沒有被擰開的螺釘?shù)臄Q緊力矩。