淺議三相異步電動機的安裝與調試

周俊

（揚州鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州 225000）

三相異步電動機由兩個基本部件組成，即定子和轉子。定子是電機的固定部分。定子有一個定子鐵芯和現場繞組。在三相異步電動機的定子中，每3相有一個單獨的繞組。轉子是電機的旋轉部分。三相異步電動機轉子的速度低于旋轉磁場的速度。轉子繞組由于與磁場之間的相對運動而產生電動勢和電流，并與磁場相互作用，產生電磁力矩，實現能量轉換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機具有更好的運行性能，可以節省各種材料，其特點是直接在線起動時主電源上的高電流負荷。當全電壓應用時，會產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械系統的瞬時扭矩效應。根據轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠型和繞組型2種類型。籠型轉子異步電動機結構簡單，運行可靠，重量輕，價格低，已被廣泛使用。它的主要缺點是難以調整速度。繞線式三相異步電動機的轉子和定子也有三相翼片，通過滑環和電刷與外部變阻器相連。調整變阻器的電阻可以改善電機的起動性能，調整電機的轉速。在滑環式異步電動機的轉子中有繞組，在鼠籠式異步電動機的轉子中有短路條。一般在工業實施中使用的異步電動機類型是鼠籠式異步電動機。

1 三相異步電動機的安裝

本文以水泵三相異步電動機為例，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。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。同時還需要更換機械軸封。也可以單獨購買密封圈，當重新更換或安裝電機時，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。在斷路器處關閉電源，關閉進水閥門。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。當把電機從外殼或渦殼中拉出時，電機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，將其直接拉回。

（3）拆除接線。大多數泵會有3根電線。對于一個220V的電機，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關閉。還有一條綠色的地線連接到綠色螺絲頭。拆下所有3根線，并從舊電機上拆下導管連接器，將其擰在新電機的相同位置。

（4）拆除擴散器。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，保持擴散器墊圈的標簽。

（5）拆下葉輪。這里的訣竅是要固定住電機的軸，這樣就可以旋開葉輪。它是有規則的螺紋，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。現在，大多數現代泵都無法接觸到軸，所以在大多數情況下，固定軸的最簡單方法是打開電機的背面，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。離心開關將在軸的末端，將把扳手插入開關后面，然后簡單地把扳手手柄靠在電機體上，使軸固定下來，同時緊緊抓住葉輪，逆時針旋轉，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，但關鍵是要固定軸。少數泵有一個反向螺紋的葉輪螺絲（挑戰者，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。會發現有4個螺栓可以將密封板從電機上拆下來。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，在將葉輪完全旋轉到軸上后再更換。如果泵使用所謂的花鍵軸電機，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，將葉輪對準密封板，然后擰緊固定短軸和鍵軸的固定螺釘。在將電機重新插入泵中之前，確保更換葉輪上的擴散器。確保擴散器墊圈或O型圈到位，然后再將電機滑回泵殼內。

（9）將電機裝入外殼。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。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。我們按照電機標簽上的接線圖進行接線。將電線穿過擰在新電機上的導管連接器，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。確保電機電線沒有互相接觸，也沒有接觸到電機的兩側。如果需要的話，剝去新的線頭，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，并更換電機端蓋，注意不要夾住電線。

2 三相異步電動機的啟動與調試

當三相電機與主電源連接時，銘牌上的數據必須與主電壓和主頻率相對應。連接是通過電機接線盒中的6個螺絲端子（標準版）實現的，并區分了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，三相電機的特性在標準中都有規定（DIN/VDE 0530，IEC/EN 60034）。然而，建設性的設計是制造商的領域。例如，在對價格敏感的小型電機輸出額定值（＜4kW）的市場上，特別是那些用于泵和風扇的電機，經常會發現沒有接線盒的電機。在這里，電機內部的繞組被連接到一個星形點上，并且只有3根連接電纜可用于指定的額定電壓。無論設計配置如何（有/無接線盒），三相電機的連接必須被標明，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，使電機順時針旋轉。旋轉的方向是通過直接觀察驅動端（電機的軸）來指定的。在有兩個軸端的電機上，驅動端用D表示，非驅動端用N表示（D=驅動，N=無驅動）。三相電機的逆時針旋轉是通過交換兩根連接電纜（主相）來實現的。三相異步電動機的工作點（MM）由額定電壓范圍和相應的頻率（如400V/50Hz）描述。轉速由主電源的頻率決定（n～f）。它與負載有關，只有當電機扭矩（MM）和負載扭矩（ML）的大小相同時才會保持。操作點的電氣和機械額定數據必須在電機額定牌上注明。在啟動過程（加速過程）中，運行數據是不穩定的。驅動器的穩態運行只允許在工作點（MM）范圍內進行。

2.1 三相異步電動機的啟動方式

（1）直接在線式電機啟動。直接在線式電機啟動是啟動三相異步電動機的最簡單方法。定子繞組在一個單一的開關過程中直接連接到電源上。通過施加全部電源電壓會產生較大的啟動電流（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的允許額定功率。這些限制值可能因電網而異。在公共電網中，當偶爾啟動的三相電機的視在功率小于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，這相當于7.5安的額定電流或4kW的電機輸出功率（軸輸出功率）。

對于起動電流偶爾高于60A的電機和起動電流超過30A的電機，如果因重載起動、頻繁切換或不同的電流消耗（電梯、往復鋸）而對公共電源造成反饋干擾，必須采取進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的電機可以采用星三角配置。直接在線起動會使電機繞組受到熱應力的影響，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準電機繞組的壽命（例如，定期的間歇性運行）。

（2）星形三角電動機啟動。通過星三角電動機的啟動，三相異步電動機的啟動是通過繞組的轉換來實現的。電機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（手動操作的開關或自動接觸器電路）連接到電源上。在運行連接期間，電機的繞組是以三角方式連接的。因此，繞組電壓（UW）必須與三相系統的相電壓（ULN）相等。例如，在主電源電壓為3 AC 400V時，電機銘牌上的額定電壓必須規定為400/690V。在星形連接中，單個電機繞組上的電源電壓（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。由于啟動轉矩的降低，星形-三角形配置只適用于具有較小的負載轉矩或隨速度增加的負載轉矩（ML）的驅動器，如泵和風扇（通風器/鼓風機）的例子。它們也適用于驅動裝置只有在加速到一定速度后才承受負載的情況，例如，壓力機和離心機。

（3）軟啟動器。在許多情況下，三相異步電動機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，而扭矩浪涌會使機器或系統的機械部件受到很大的壓力。機器或系統的機械部件受到高水平的壓力。軟啟動器提供了一個補救措施。它能使轉矩持續、無浪涌地增加，也提供了選擇性地減少啟動電流的機會。在可調節的啟動時間內，電機電壓也會從選定的啟動電壓提高到電機額定電壓。軟啟動器還可以通過降低電壓來控制驅動器的運行。三相異步電動機的特性曲線只適用于全部主電壓（ULN）的情況下。如果應用較低的電壓，扭矩就會有一個二次方的減少（M～U2）。例如，當與斯塔德爾塔啟動相比，電機電壓減少到58%（～1/3），扭矩減少到約33%（1/3）。電機的負載特性（ML）和扭矩特性（MM）之間的差異，以及相應的加速力，可以通過調整電機電壓來影響。在所有帶負載啟動的應用中，軟啟動器應優先于星三角配置（啟動后不能連接負載）。出于經濟方面的考慮，也出于節能方面的考慮，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動。

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

除了平穩啟動外，變頻器還能實現三相異步電動機的無級速度（頻率）控制。而直接連接到主電源的電機只能在穩態運行點達到理想的運行條件（=額定牌規格），通過頻率控制，它們可以在整個速度范圍內得到利用，例如，從0.5Hz的4V到50Hz的400V。電壓與頻率的恒定比率（U/f）保證了額定負載扭矩（MM）的獨立工作點。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。但在最晚的運行期間，除了能源效率和過程優化之外，電機軟啟動也顯示出經濟效益。這對泵和風扇來說尤其如此。通過轉速與生產過程的匹配和對外部干擾的補償，變頻控制驅動裝置保證了更長的使用壽命和功能安全。

2.2 三相異步電動機的變頻調試

電機空載運行時變頻器調試步驟如下：

（1）要設定電機的功率和極數，要考慮變頻器的工作電流。

（2）設置變頻器的最大輸出頻率、基頻和轉矩特性。一般變頻器都配有多種VPf曲線供用戶選擇，用戶應根據負載的性質選擇合適的VPf曲線。如果是風機和水泵負載，變頻器的轉矩運行代碼應設置為變轉矩和減轉矩運行特性。為了改善變頻器啟動時的低速性能，使電機輸出的轉矩能滿足生產負荷的啟動要求，必須調整啟動轉矩。在異步電動機的變頻調速系統中，轉矩控制比較復雜。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，從而降低電機的輸出扭矩。出于這個原因，在低頻段應適當補償電壓，以增加扭矩。一般來說，變頻器是由用戶手動設置和補償的。

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

（4）熟悉變頻器運行故障時的保護代碼，觀察熱保護繼電器的出廠值，觀察過載保護的設定值，必要時修改。變頻器用戶可根據變頻器的使用說明書，對變頻器的電子熱繼電器功能進行設置。當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。電機帶負載運行時調試如下：①手動操作變頻器面板上的運行停止按鈕，觀察電機的運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/停止電機時有過電流保護動作，請重新設定加/減速時間。電機在加減速過程中的加速度取決于加速轉矩，而變頻器在啟動和制動過程中的頻率變化率由用戶設定。如果電動機的慣性矩或電動機的負載發生變化，按照預設的頻率變化率加減速時，加速轉矩可能不足，這可能導致電動機失速。電流或過電壓。因此，必須根據電機的慣性矩和負載合理設置加減速時間，使變頻器的頻率變化率與電機轉速的變化率相協調。檢查這種設置是否合理的方法是：首先根據經驗選擇加減速時間并進行設置。適當延長減速時間。另一方面，加減速時間不宜設置過長，過長會影響生產效率，特別是頻繁啟動和制動時。③如果變頻器在限定時間內仍能保護，則應將啟停運行曲線由直線改為S形、U形線或S形、反向U形線。當電機負載慣性較大時，應采用較長的啟停時間，并根據其負載特性設定運行曲線的類型。④如果變頻器仍有運行故障，應盡量提高最大電流的保護值，但不能取消保護，至少應留有10%～20%的保護裕度。⑤如果變頻器運行故障仍然發生，請更換功率更大的變頻器。

3 三相異步電動機注意事項

在開始對電機進行安裝工作之前，要確保工廠或系統已經以符合相應規格和規定的方式斷開了。除了主電流之外，還要確保基本電路和輔助電路，特別是加熱設備中的電路，也被斷開了。帶變頻器供電的電機即使在靜止狀態下也可能通電。電機的某些部分可能達到50℃以上的溫度。與電機的物理接觸可能會導致燒傷，在接觸電機部件之前，需要檢查部件的溫度。同時需要確保所有東西都是兼容的。三相異步電動機需要舒適地插入并安裝在設備框架內，即需要為發動機留出足夠的空間，還需要考慮一下電機的重量，以及設備框架如何能夠承受這種重量。如果可能的話，將電機裝配在對準板上。在安裝端部防護罩時，避免損壞突出于定子外殼的繞組。注意不要損壞電纜護套。擰緊的扭矩必須適應所使用的電纜護套材料的類型。軸密封應裝配到正確的位置，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）。修復任何損壞的油漆（也包括螺釘/螺栓）。檢查所有螺釘的擰緊力矩，以及那些沒有被擰開的螺釘的擰緊力矩。