浅议三相异步电动机的安装与调试

周俊

（扬州锻压机床有限公司，江苏 扬州 225000）

三相异步电动机由两个基本部件组成，即定子和转子。定子是电机的固定部分。定子有一个定子铁芯和现场绕组。在三相异步电动机的定子中，每3相有一个单独的绕组。转子是电机的旋转部分。三相异步电动机转子的速度低于旋转磁场的速度。转子绕组由于与磁场之间的相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用，产生电磁力矩，实现能量转换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机具有更好的运行性能，可以节省各种材料，其特点是直接在线起动时主电源上的高电流负荷。当全电压应用时，会产生高的启动电流和浪涌电流，造成主电源上麻烦的电压骤降和机械系统的瞬时扭矩效应。根据转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼型和绕组型2种类型。笼型转子异步电动机结构简单，运行可靠，重量轻，价格低，已被广泛使用。它的主要缺点是难以调整速度。绕线式三相异步电动机的转子和定子也有三相翼片，通过滑环和电刷与外部变阻器相连。调整变阻器的电阻可以改善电机的起动性能，调整电机的转速。在滑环式异步电动机的转子中有绕组，在鼠笼式异步电动机的转子中有短路条。一般在工业实施中使用的异步电动机类型是鼠笼式异步电动机。

1 三相异步电动机的安装

本文以水泵三相异步电动机为例，介绍其主要更换及安装工序如下。

（1）获得新的水泵三相异步电动机。其必须与之前的那个功率相同，以正确地与需求功率等级的叶轮相匹配。同时还需要更换机械轴封。也可以单独购买密封圈，当重新更换或安装电机时，我们可能不需要更换所有的垫圈或O型圈，除非垫圈出现腐蚀。如果橡胶O型圈看起来不错，只需使用一些魔力润滑油或其他硅酮类润滑油。

（2）拉出电机。在断路器处关闭电源，关闭进水阀门。通常有一个夹带将密封板（密封圈配合的板）与涡壳或叶轮外壳连接起来。有时，密封板用4或6个螺栓连接到涡壳上。当把电机从外壳或涡壳中拉出时，电机会在连接着密封板的情况下被移除。我们需要用平头螺丝刀轻轻撬动，在卸下夹子或螺栓后，将两半分开。紧紧抓住电机，将其直接拉回。

（3）拆除接线。大多数泵会有3根电线。对于一个220V的电机，黑色和白色（或红色）的电线都是“热”的，所以要确保断路器的电源已经关闭。还有一条绿色的地线连接到绿色螺丝头。拆下所有3根线，并从旧电机上拆下导管连接器，将其拧在新电机的相同位置。

（4）拆除扩散器。有时这些东西可以简单地拉下来，有时则需要用螺丝来拆卸。取下并放在一边，保持扩散器垫圈的标签。

（5）拆下叶轮。这里的诀窍是要固定住电机的轴，这样就可以旋开叶轮。它是有规则的螺纹，逆时针方向拆卸。如果有一个老式的泵，有一个开放的支架，我们可以看到轴，那么可以在这一点上抓住轴，用副把手或通道锁，紧紧抓住它，同时把叶轮旋下来。现在，大多数现代泵都无法接触到轴，所以在大多数情况下，固定轴的最简单方法是打开电机的背面，松开电容器（黑色圆筒），这样就可以把它移开，然后将开口扳手放在轴的末端，轴上有槽，能够与扳手配合。离心开关将在轴的末端，将把扳手插入开关后面，然后简单地把扳手手柄靠在电机体上，使轴固定下来，同时紧紧抓住叶轮，逆时针旋转，将其取出。如果用手取下太困难，可以用大的槽锁轻轻取下。压力太大，可能会使叶轮破裂。皮带扳手是拆卸叶轮的一个有用工具，但关键是要固定轴。少数泵有一个反向螺纹的叶轮螺丝（挑战者，水力）。拉开泵后，查看叶轮的中心。如果看到一个螺丝头，用一把合适的螺丝刀，顺时针取出反向螺纹的螺丝。这些通常是由黄铜制成的，随着时间的推移，黄铜已经软化，所以为了避免损坏螺丝，需要使用适合螺丝头的螺丝刀。

（6）拆除密封板。会发现有4个螺栓可以将密封板从电机上拆下来。螺栓卸下后，需要稍微撬一下或用锤子敲一下，以卸下密封板。卸下密封板中心的半边或圆孔部分的轴封。

（7）安装密封板。在新的电机上，用螺栓固定密封板，将轴封部分紧紧压在密封板上，其方向与从密封板上拆下的旧密封圈的方向相同。注意不要用油腻的手触摸陶瓷面，或让密封圈的一半被刮伤。如果用手推入太紧，可以用管子，加上轻质纸板的垫片，将密封圈压入到位。可以使用橡胶润滑剂，也可以用一点唾液来润滑。

（8）安装叶轮。这次要容易得多，只要把它穿上就行了。但首先需要更换有弹簧的那一半密封件。确保它安装正确，一边是软橡胶，一边是硬塑料。塑料面朝向密封圈的陶瓷圆孔部分，橡胶面朝向前面，朝向叶轮。如果叶轮有一个叶轮螺丝，在将叶轮完全旋转到轴上后再更换。如果泵使用所谓的花键轴电机，那么将有一个黄铜的短轴，可以套在键轴上。将叶轮穿到短轴上后，将叶轮对准密封板，然后拧紧固定短轴和键轴的固定螺钉。在将电机重新插入泵中之前，确保更换叶轮上的扩散器。确保扩散器垫圈或O型圈到位，然后再将电机滑回泵壳内。

（9）将电机装入外壳。把它夹在一起，确保密封板四周接触良好。润滑密封板的O型圈将有助于确保良好的配合。当把两半泵放在一起时，润滑也有助于将O型圈固定在其槽内。将螺栓拧紧，但不需要施加太大的扭矩。钳带也是如此。拧紧，但不要过紧。当拧紧时，敲打夹钳带的边缘，可以使其更合适。

（10）更换接线。我们按照电机标签上的接线图进行接线。将电线穿过拧在新电机上的导管连接器，并将接地线连接到绿色螺丝上。然后把两根热线放到两个端子上。确保电机电线没有互相接触，也没有接触到电机的两侧。如果需要的话，剥去新的线头，检查电线是否有裸露的地方或老化的外壳。牢牢地拧紧电线连接，并更换电机端盖，注意不要夹住电线。

2 三相异步电动机的启动与调试

当三相电机与主电源连接时，铭牌上的数据必须与主电压和主频率相对应。连接是通过电机接线盒中的6个螺丝端子（标准版）实现的，并区分了2种电路，即星形连接和三角形连接。例如，主电源电压为3 AC 400V，50Hz.一般来说，三相电机的特性在标准中都有规定（DIN/VDE 0530，IEC/EN 60034）。然而，建设性的设计是制造商的领域。例如，在对价格敏感的小型电机输出额定值（＜4kW）的市场上，特别是那些用于泵和风扇的电机，经常会发现没有接线盒的电机。在这里，电机内部的绕组被连接到一个星形点上，并且只有3根连接电缆可用于指定的额定电压。无论设计配置如何（有/无接线盒），三相电机的连接必须被标明，以便它们的字母顺序（如U1、V1、W1）与电源电压顺序（L1、L2、L3）相对应，使电机顺时针旋转。旋转的方向是通过直接观察驱动端（电机的轴）来指定的。在有两个轴端的电机上，驱动端用D表示，非驱动端用N表示（D=驱动，N=无驱动）。三相电机的逆时针旋转是通过交换两根连接电缆（主相）来实现的。三相异步电动机的工作点（MM）由额定电压范围和相应的频率（如400V/50Hz）描述。转速由主电源的频率决定（n～f）。它与负载有关，只有当电机扭矩（MM）和负载扭矩（ML）的大小相同时才会保持。操作点的电气和机械额定数据必须在电机额定牌上注明。在启动过程（加速过程）中，运行数据是不稳定的。驱动器的稳态运行只允许在工作点（MM）范围内进行。

2.1 三相异步电动机的启动方式

（1）直接在线式电机启动。直接在线式电机启动是启动三相异步电动机的最简单方法。定子绕组在一个单一的开关过程中直接连接到电源上。通过施加全部电源电压会产生较大的启动电流（浪涌电流），这反过来又会造成电源电压的麻烦变化。出于这个原因，供电公司限制了连接到主电源的电机的允许额定功率。这些限制值可能因电网而异。在公共电网中，当偶尔启动的三相电机的视在功率小于5.2kVA，或者在更高的视在功率下，启动电流不超过60A时，一般都能满足这些限制。在400V的主电压和8倍的启动电流下，这相当于7.5安的额定电流或4kW的电机输出功率（轴输出功率）。

对于起动电流偶尔高于60A的电机和起动电流超过30A的电机，如果因重载起动、频繁切换或不同的电流消耗（电梯、往复锯）而对公共电源造成反馈干扰，必须采取进一步的措施来避免破坏性的电压变化。在这种情况下，功率超过4kW、额定电压为400/690V的电机可以采用星三角配置。直接在线起动会使电机绕组受到热应力的影响，如果只是短暂的，还会受到瞬间的电动力的影响。非常频繁的直接在线起动会减少标准电机绕组的寿命（例如，定期的间歇性运行）。

（2）星形三角电动机启动。通过星三角电动机的启动，三相异步电动机的启动是通过绕组的转换来实现的。电机接线盒中的跳线被省略了，所有6个绕组的连接都通过所谓的星三角开关（手动操作的开关或自动接触器电路）连接到电源上。在运行连接期间，电机的绕组是以三角方式连接的。因此，绕组电压（UW）必须与三相系统的相电压（ULN）相等。例如，在主电源电压为3 AC 400V时，电机铭牌上的额定电压必须规定为400/690V。在星形连接中，单个电机绕组上的电源电压（ULN）会降低1/3（～0.58）。例如。启动扭矩和浪涌电流（在星形连接中）减少到三角连接值的1/3左右。由于启动转矩的降低，星形-三角形配置只适用于具有较小的负载转矩或随速度增加的负载转矩（ML）的驱动器，如泵和风扇（通风器/鼓风机）的例子。它们也适用于驱动装置只有在加速到一定速度后才承受负载的情况，例如，压力机和离心机。

（3）软启动器。在许多情况下，三相异步电动机的直接在线启动和分阶段星三角启动并不是最好的解决方案，因为高的峰值电流会影响电力供应，而扭矩浪涌会使机器或系统的机械部件受到很大的压力。机器或系统的机械部件受到高水平的压力。软启动器提供了一个补救措施。它能使转矩持续、无浪涌地增加，也提供了选择性地减少启动电流的机会。在可调节的启动时间内，电机电压也会从选定的启动电压提高到电机额定电压。软启动器还可以通过降低电压来控制驱动器的运行。三相异步电动机的特性曲线只适用于全部主电压（ULN）的情况下。如果应用较低的电压，扭矩就会有一个二次方的减少（M～U2）。例如，当与斯塔德尔塔启动相比，电机电压减少到58%（～1/3），扭矩减少到约33%（1/3）。电机的负载特性（ML）和扭矩特性（MM）之间的差异，以及相应的加速力，可以通过调整电机电压来影响。在所有带负载启动的应用中，软启动器应优先于星三角配置（启动后不能连接负载）。出于经济方面的考虑，也出于节能方面的考虑，它是星三角配置的一个很好的替代品，特别是对于大功率驱动。

（4）变频器。变频器最终成为三相异步电动机连续和无级启动的最佳解决方案。可调控的电流限制可以防止主电源的高电流峰值和机器和系统的机械部分的突然负载。

除了平稳启动外，变频器还能实现三相异步电动机的无级速度（频率）控制。而直接连接到主电源的电机只能在稳态运行点达到理想的运行条件（=额定牌规格），通过频率控制，它们可以在整个速度范围内得到利用，例如，从0.5Hz的4V到50Hz的400V。电压与频率的恒定比率（U/f）保证了额定负载扭矩（MM）的独立工作点。与之前描述的解决方案相比，变频器乍一看似乎是最昂贵的解决方案。较高的购置成本和必要的额外安装措施（屏蔽电机电缆和用于电磁兼容性的RFI滤波器，EMC）是主要原因。但在最晚的运行期间，除了能源效率和过程优化之外，电机软启动也显示出经济效益。这对泵和风扇来说尤其如此。通过转速与生产过程的匹配和对外部干扰的补偿，变频控制驱动装置保证了更长的使用寿命和功能安全。

2.2 三相异步电动机的变频调试

电机空载运行时变频器调试步骤如下：

（1）要设定电机的功率和极数，要考虑变频器的工作电流。

（2）设置变频器的最大输出频率、基频和转矩特性。一般变频器都配有多种VPf曲线供用户选择，用户应根据负载的性质选择合适的VPf曲线。如果是风机和水泵负载，变频器的转矩运行代码应设置为变转矩和减转矩运行特性。为了改善变频器启动时的低速性能，使电机输出的转矩能满足生产负荷的启动要求，必须调整启动转矩。在异步电动机的变频调速系统中，转矩控制比较复杂。在低频段，电阻和漏电抗的影响是不能忽视的。如果VPf保持不变，磁通将减少，从而降低电机的输出扭矩。出于这个原因，在低频段应适当补偿电压，以增加扭矩。一般来说，变频器是由用户手动设置和补偿的。

（3）将变频器设置为自己的键盘操作模式，按下运行键和停止键，观察电机是否能正常启动和停止。

（4）熟悉变频器运行故障时的保护代码，观察热保护继电器的出厂值，观察过载保护的设定值，必要时修改。变频器用户可根据变频器的使用说明书，对变频器的电子热继电器功能进行设置。当变频器的输出电流超过其允许的电流时，变频器的过电流保护将切断变频器的输出。因此，变频器的电子热继电器的最大阈值不超过变频器的最大允许输出电流。电机带负载运行时调试如下：①手动操作变频器面板上的运行停止按钮，观察电机的运行和停止过程以及变频器的显示窗口，看是否有异常。②如果变频器在启动/停止电机时有过电流保护动作，请重新设定加/减速时间。电机在加减速过程中的加速度取决于加速转矩，而变频器在启动和制动过程中的频率变化率由用户设定。如果电动机的惯性矩或电动机的负载发生变化，按照预设的频率变化率加减速时，加速转矩可能不足，这可能导致电动机失速。电流或过电压。因此，必须根据电机的惯性矩和负载合理设置加减速时间，使变频器的频率变化率与电机转速的变化率相协调。检查这种设置是否合理的方法是：首先根据经验选择加减速时间并进行设置。适当延长减速时间。另一方面，加减速时间不宜设置过长，过长会影响生产效率，特别是频繁启动和制动时。③如果变频器在限定时间内仍能保护，则应将启停运行曲线由直线改为S形、U形线或S形、反向U形线。当电机负载惯性较大时，应采用较长的启停时间，并根据其负载特性设定运行曲线的类型。④如果变频器仍有运行故障，应尽量提高最大电流的保护值，但不能取消保护，至少应留有10%～20%的保护裕度。⑤如果变频器运行故障仍然发生，请更换功率更大的变频器。

3 三相异步电动机注意事项

在开始对电机进行安装工作之前，要确保工厂或系统已经以符合相应规格和规定的方式断开了。除了主电流之外，还要确保基本电路和辅助电路，特别是加热设备中的电路，也被断开了。带变频器供电的电机即使在静止状态下也可能通电。电机的某些部分可能达到50℃以上的温度。与电机的物理接触可能会导致烧伤，在接触电机部件之前，需要检查部件的温度。同时需要确保所有东西都是兼容的。三相异步电动机需要舒适地插入并安装在设备框架内，即需要为发动机留出足够的空间，还需要考虑一下电机的重量，以及设备框架如何能够承受这种重量。如果可能的话，将电机装配在对准板上。在安装端部防护罩时，避免损坏突出于定子外壳的绕组。注意不要损坏电缆护套。拧紧的扭矩必须适应所使用的电缆护套材料的类型。轴密封应装配到正确的位置，不能有任何损坏。检查接线盒的密封，如果需要，请更换。不要忘记电缆入口处的泡沫罩（完全密封所有的孔，并防止电缆接触到任何尖锐的边缘）。修复任何损坏的油漆（也包括螺钉/螺栓）。检查所有螺钉的拧紧力矩，以及那些没有被拧开的螺钉的拧紧力矩。