第一章 三相异步电动机的维修
第一节 异步电动机的基础知识
一、异步电动机的型号、铭牌与结构
1.异步电动机的分类
（1）按照转子结构形式分
1）笼型异步电动机。
2）绕线转子异步电动机。
（2）按照机壳防护形式分
1）开启式：转动部分及绕组没有专门的防护设备，与外界空气直接接触，因此散热性能较好。
2）封闭式：能防止水滴、尘土等进入电动机内部，适用于灰尘较多的场所。
3）防护式：能防止水滴、尘土等从电动机上方进入。
（3）按相数分
1）单相电动机。
2）三相电动机。
（4）按电动机尺寸分
1）大型：H＞630mm，D1＞1000mm。
2）中型：H=355～630mm，D1=500～1000mm。
3）小型：H=80～315mm，D1=120～500mm。
H——电动机中心高（mm），D1——定子铁心外径（mm）。
（5）按绝缘形式分
1）E级。
2）B级。
3）F级。
4）H级。
（6）按工作定额分
1）连续。
2）短时。
3）断续。
（7）按安装方式分
1）卧式。
2）立式。
（8）按冷却方式分
1）自冷式。
2）自扇冷式。
3）他扇冷式。
4）管道通风式。
此外，除基本系列分类方式外，派生系列和专用系列一般是按工作环境、拖动特性或特殊性能要求进行分类的。
2.YX3系列三相异步电动机的型号
YX3系列三相异步电动机已取代老型号J2、JO2系列和Y、Y2、Y3系列异步电动机。
YX3系列三相异步电动机的型号含义如下：
YX3系列三相异步电动机的外壳防护结构形式为IP55，为封闭式电动机。外壳防护形式分级的含义为
其中，第一位和第二位数字构成三相异步电动机外壳防护等级特征，其分级规定见表1-1。
表1-1 三相异步电动机外壳的防护等级
（续）
3.电动机的铭牌
电动机上都装有一块铭牌，只有看懂铭牌上所标各数据的意义，才能正确使用好电动机。铭牌也是检修电动机的依据。图1-1是YX3系列电动机的铭牌（Y、Y2等淘汰型号电动机的铭牌与YX3系列的类似），铭牌上各数据的意义如下。
①型号YX3表示（高效系列）三相异步电动机；160表示机座号，数据为电动机中心高；M表示中机座（另外，还有S表示短机座，L表示长机座）；2表示铁心长序号；2表示电动机的极数。
②额定功率（15kW） 电动机的额定功率是指电动机的额定工况下，转轴上所输出的机械功率。
③频率（50Hz） 电动机所接交流电源的频率。我国采用50Hz的频率。
④额定转速（2945r/min） 电动机在额定电压、额定频率和额定功率下，每分钟的转数。三相异步电动机2极为2825～2970r/min，4极为1390～1480r/min，6极为910～980r/min，8极为710～740r/min。电动机的额定功率越大，则转速越高。
图1-1 YX3系列电动机铭牌
⑤额定电压（380V） 是指电动机所用电源电压的额定值，我国低压三相交流电为380V。
⑥额定电流（28A） 是指电动机在额定电压、额定频率和额定负荷下定子绕组的线电流。电动机绕组为三角形接法时，线电流是相电流的3倍；为星形接法时，线电流等于相电流。电动机工作电流受处加电压、负荷等因素的影响较大。
电动机额定电流可由下式计算：
式中 Pe——电动机的额定功率（kW）；
Ue——电动机的额定电压（V）；
cosφ——电动机的功率因素，为0.82～0.91；
η——电动机的效率，为0.8～0.95。
⑦绝缘等级（F级）及温升 绝缘等级是指电动机绕组所用绝缘材料的耐热等级。YX3系列采用F级绝缘，其极限温度为155℃；Y、Y2、Y3系列采用B级绝缘，其极限温度为130℃；J2、JO2系列采用E级绝缘，其极限温度为120℃；J、JO系列采用A级绝缘，其极限温度为105℃。
温升是指所用绝缘材料的最高允许温度（极限温度）与规定的环境温度40℃之差，或称额定温升。温升单位为K。
⑧工作制 是指电动机在额定条件下允许连续使用时间的长短。工作制可分为三类：连续工作、短时工作和断续工作。
⑨防护等级（IP55） YX3系列的防护等级为IP55，IP表示外壳防护符号。
IP55：第一个“5”表示能完全防止触及壳内带电或转动部分；第二个“5”表示任何方向的喷水对电动机无有害的影响。
⑩电动机的接法（△形接法） 三相异步电动机一般采用星形（Y形）接法或三角形（△形）接法。
此外，铭牌上还有电动机质量、出厂日期和标准编号等信息。
4.电动机的安装结构
YX3系列三相异步电动机的安装结构见表1-2。
表1-2 YX3系列三相异步电动机的安装结构特点及安装方式
（续）
5.电动机的冷却方式
比较常用的冷却方式有：IC01，IC06，IC411，IC416，IC81W。
以IC411为例。其完整标记法为IC4A1A1。
“IC”为冷却方式标志代号；
“4”为冷却介质回路布置代号（机壳表面冷却）；
“A”为冷却介质代号（空气）；
第一个“1”为初级冷却介质推动方式代号（自循环）；
第二个“1”为次级冷却介质推动方式代号（自循环）。
● IC411，表示内循环风冷，外循环风冷，自由循环冷却。全封闭外表轴向自扇冷却，即电动机本身自带风扇冷却，冷却不需要外接电源。
● IC416，表示内循环风冷，外循环风冷，强迫风冷。全封闭带单独轴流风机的外表轴向风机冷却，即电动机自带风机冷却，冷却风机需要外接电源。
● IC81W，表示内循环风冷，外循环水冷，即空-水冷却。
● IC01，表示自由循环（自通风），周围介质直接自由吸入，然后直接回到周围介质。冷却不需要外接电源。
● IC06，表示自带鼓风机的外通风。冷却需要外接电源。
YX3系列（IP55）电动机的冷却方式为IC411。
6.电动机的功率、机座号与同步转速的关系
YX3系列电动机的功率、机座号与同步转速的对应关系见表1-3。
表1-3 YX3系列电动机的功率、机座号与同步转速的对应关系
注：带（ ）为不推荐的规格。
7.三相异步电动机的结构
三相异步电动机的结构主要是由定子和转子组成的。定子由定子铁心、定子绕组和机壳（机座、端盖）组成；转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。对于绕线式转子，其绕组和定子绕组一样。转子绕组的三根引线头分别接到轴端的三个集电环上，并通过电刷引出与外电路接通。
三相异步电动机的结构如图1-2所示。
二、异步电动机的工作特性及负载特性
1.异步电动机的工作特性
工作特性一般是指电动机在额定电压和额定频率下运行时，转子转速n、电磁转矩M、功率因数cosφ、效率η和定子电流I等随输出功率P2而变化的关系。图1-3所示为以标幺值表示的普通异步电动机典型的工作特性曲线。
图1-2 三相异步电动机的结构
由图中可见：
1）异步电动机的转速基本上与负载大小无关，在不超出满载范围内运行时，转速基本不变。
2）轻负载时，功率因数和效率很低，而当负载增大到大于50%以上额定值时，功率因数和效率变化很少。
3）电磁转矩M和定子电流I随负载的增大而增大。
2.电源电压或频率变化对电动机工作性能的影响
当电动机的负载转矩不变，而电源电压或频率低于额定值时，电动机的工作性能将发生变化，其变化情况见表1-4。
图1-3 异步电动机工作特性曲线
表1-4 工作性能的变化
（续）
3.电动机的负载特性
电动机的负载一般有恒功率、恒转矩、二次方转矩、递减功率、负转矩五种，见表1-5。对于二次方转矩特性的机械负载（如风机、泵类），电动机轴上输出功率与转速之比有如下关系：
1）转速为额定值的80%时，轴上输出功率为额定值的51.2%。
2）转速为额定值的50%时，轴上输出功率为额定值的12.5%。
异步电动机的工作特性，受所拖动机械的特性影响较大。对于要求起动转矩较小的负载，如风机、压缩机、离心机等，应选用具有普通机械特性的电动机；对于要求起动转矩较大的负载，如往复式压缩机、起重机、冲床等，应选用转差率高的电动机。在选择电动机时，应使其机械特性与负载特性合理匹配，以实现安全可靠和经济运行。
表1-5 负载特性及电动机输出功率与转速的关系
（续）
三、异步电动机的出线端标志
电动机出线端标志是以字母和数字组成。绕组以英文大写字母区别，即A、B、C……共26个字母。
绕组线端，不论是终端或中间各抽头，以数字紧接绕组字母用以区别，如1U、2U、1V、2V、1W、2W。
交流电动机绕组选用字母顺序的后部分。
1）同步、异步电动机定子三相绕组线端应按图1-4所示的标志方法。
2）绕线转子异步电动机转子的三相绕组线端标志根据定子线端标志作如下更换：
U换成K；V换成L；W换成M；N换成Q。
3）国产三相交流电动机绕组出线端标志见表1-6。
表1-6 国产三相交流电动机绕组出线端标志
（续）
注：括号内是对应的旧标志。
图1-4 定子三相绕组标志方法
四、异步电动机基本计算公式
1.异步电动机的基本计算公式（见表1-7）
表1-7 异步电动机基本计算公式
（续）
（续）
2.电动机效率、功率因数与负载的关系
电动机的效率和功率因数随负载变化而变化，其大致关系见表1-8。
表1-8 异步电动机的效率和功率因数与负载的关系
【例1-1】 有一台YX3 280M-4型90kW异步电动机，额定电流为163.6A，实测线电压为380V，定子电流为140A，空载电流为90A，试求此负载下的功率因数。
解：负载率为
查表1-10，此负载下的效率η约为0.95，则电动机的功率因数为
【例1-2】 有一台YX3 160M-4型11kW异步电动机，已知额定电流Ie为21.6A，额定效率ηe为0.91，额定功率因数cosφe为0.85。试求该电动机的最佳负载率和效率最高时的负载功率。
解：由计算或实测可得电动机的空载损耗，设实测得P0=0.55kW。
（1）最佳负载率为
（2）效率最高时的负载率为
P2=βzjPe=0.63×11=6.93kW
五、Y、Y2、Y3、YX3、YE2、YE3系列电动机的区别
Y、Y2、Y3系列电动机中的2或3表示第二次或第三次改型设计。它们都是一般用途的全封闭自风冷笼型三相异步电动机。
Y系列电动机是我国20世纪80年代生产的电动机，该系列电动机的基本防护等级为IP44，绝缘等级是B级；Y2系列电动机是1996年推出（定型）的电动机，该系列电动机的基本防护等级为IP54，绝缘等级是F级，电动机温升按B级考核；Y3系列电动机是2003年推出的电动机，其基本防护等级为IP55，绝缘等级是F级，电动机温升按B级考核。
Y系列电动机使用历史最为悠远，制造工艺成熟，性能稳定，但能效较低，属淘汰产品。
Y2系列电动机较Y系列电动机的效率高、起动转矩大、噪声低，电动机外形新颖美观，结构更加合理。Y2系列电动机的功率等级及安装尺寸与Y系列电动机相同，但Y2系列电动机的用铜用铁量都低于Y系列电动机。
Y3系列电动机采用冷轧硅钢片，其用铜用铁量都略低于Y2系列电动机；其铁心槽形与Y、Y2系列电动机不同，铁心长大多不同；在机座外形方面做了改进，散热筋的数量加多加高，对铸件质量也有一定要求；Y3系列电动机噪声限值比Y2系列低；Y3系列电动机的冷却风扇无论尺寸和形状均与Y、Y2系列电动机不同；Y3系列电动机的能效等级为2级（Y、Y2系列则为3级）。
现阶段Y系列电动机的应用仍十分广泛，在国家越来越重视节能环保、提倡高能效的今天，Y系列三相异步电动机即将被能效等级为2的YX3、YE2、YE3系列高效节能电动机所取代，这也是电机行业的发展趋势。
我国2005年推出的YX3系列电动机是能效等级为3级的高效电动机。它从导磁材料选择、冲片研究、通风改善等方面做了改进，效率平均提高2.76%，功率因数也提高，长期连续负载可以节约大量电能。
YX3系列电动机座号范围为80～355。其功率等级和安装尺寸与Y、Y2、Y3系列电动机的功率等级和安装尺寸相同。
YE2系列电动机也是能效等级为3级的高效电动机，其指标数值比YX3系列电动机稍低一点，但实际上在很多规格上与YX3系列电动机性能也差不多。
YE2系列电动机的铭牌数据与Y系列电动机基本相同，其他数据如基础、轴径、中心高等也都相同，只是效率比Y系列电动机高。
2010年推出的YE3系列电动机属于能耗等级为2级的超高效电动机。该电动机损耗值比YX3、YE2系列高效电动机降低20%。对于年运行时间超过3000h的电动机，负载率超过60%，电费从0.7元/kWh计算，1.5年左右可收回标准电动机额外增加的成本。
六、淘汰Y系列电动机及替代电动机对照表
淘汰的Y系列电动机及替代电动机对照表见表1-9。
表1-9 淘汰的Y系列电动机及替代电动机对照表
（续）
注：无锡华达电机有限公司生产YlC2系列和上海方力电机有限公司生产的Y X3系列电动机均与表中YX3系列相同。
七、YX3系列电动机的技术数据
YX3系列电动机的技术数据见表1-10。
表1-10 YX3系列电动机主要技术数据
（续）
注：为上海方力电机有限公司产品。
八、YR系列绕线转子异步电动机的技术数据
YR系列绕线转子异步电动机定子绕组为△联结。采用B级绝缘。外壳防护等级有IP23和IP44两种。电动机额定电压为380V，额定频率为50Hz。
1.YR系列（IP23）绕线转子异步电动机的功率、转速与机座号的对应关系（见表1-11）。
表1-11 YR系列（IP23）绕线转子异步电动机的功率、转速与机座号的对应关系
2.YR系列（IP44）绕线转子异步电动机的功率、转速与机座号的对应关系（见表1-12）。
表1-12 YR系列（IP44）绕线转子异步电动机的功率、转速与机座号的对应关系
3.YR系列绕线转子异步电动机的技术数据
YR系列（IP23）绕线转子异步电动机的技术数据见表1-13；YR系列（IP44）绕线转子异步电动机的技术数据见表1-14。
表1-13 YR系列（IP23）绕线转子异步电动机的技术数据
（续）
表1-14 YR系列（IP44）绕线转子异步电动机的技术数据
（续）
4.YR系列绕线转子异步电动机转子的技术数据
YR系列（IP23）绕线转子异步电动机转子的技术数据见表1-15；YR系列（IP44）绕线转子异步电动机转子的技术数据见表1-16。
表1-15 YR系列（IP23）绕线转子异步电动机转子的技术数据
① 转动惯量J=mr2，工程上常用飞轮力矩GD2计算，其中G为重力（N），D为直径（m），GD2=4×9.81J（N·m2）。
表1-16 YR系列（IP44）绕线转子异步电动机转子的技术数据
九、Y系列中型高压6、10kV三相异步电动机的技术数据
Y系列中型高压6、10kV三相异步电动机，用于驱动各种通风机械，如通风机、压缩机、水泵等设备。6kV电动机可以取代JS、JSQ系列老产品。10kV电动机因可直接接于10kV电网，故具有简化设备、节省投资、降低损耗等优点。
Y系列高压6kV电动机（IP23）的技术数据见表1-17。
表1-17 Y系列高压6kV电动机（IP23）技术数据
注：定子电流按重庆电机厂样本编写，质量按湘潭电机厂样本编写。
Y系列高压10kV电动机（IP23）的技术数据见表1-18。
表1-18 Y系列高压10kV电动机（IP23）技术数据（设计值）
注：1.本表为兰州电机厂的数据，质量为估算数，误差±10%。数据供选型参考，以生产厂提供的资料及外形图为准。
2.表中Y450—□型对湘潭电机厂的型号应为Y500—□型。兰州、湘潭两电机厂的本系列电动机功率等级是相同的，其他数据则不尽相同。
十、YR系列中型高压6、10kV绕线转子异步电动机的技术数据
YR系列中压高压6、10kV绕线转子异步电动机，用于驱动起动转矩较高的机械设备，不适用于卷扬机等频繁起动及经常逆转的使用场合。6kV电动机可以取代JR、JRQ系列老产品。
电动机可以采用全电压起动，起动时转子回路应接入起动变阻器或频敏变阻器等起动装置。
YR系列高压6kV绕线转子异步电动机的技术数据见表1-19。
表1-19 YR系列高压6kV绕线转子异步电动机（IP23）技术数据
注：定子电流按重庆电机厂样本编写，质量按兰州电机厂样本编写。
YR系列高压10kV绕线转子异步电动机的技术数据见表1-20。
表1-20 YR系列高压10kV绕线转子异步电动机（IP23）技术数据（设计值）
注：1.本表为兰州电机厂数据，质量为估算数，误差为10%，本表数据供选型参考，以生产厂提供的数据和外形图为准。
2.表中YR—450—□型对湘潭电机厂的型号为YR500—□型。
十一、YD系列变极多速异步电动机的型号及技术数据
YD系列电动机，利用改变定子绕组的接线方法以改变其极数的方法来实现变速，具有随负载的不同要求而有级地变化功率和转速的特性，从而达到功率的合理匹配和简化变速系统。主要用于要求多种转速的机械设备装置。
YD系列变极多速异步电动机的型号含义如下：
1.YD系列变极多速异步电动机的机座号、转速比与功率等级间的关系（见表1-21）。
表1-21 YD系列变极多速异步电动机的机座号、转速比与功率等级间的关系
2.YD系列变极多速异步电动机引出线的接法（见表1-22）。
表1-22 YD系列变极多速异步电动机引出线的接法
3.YD系列多速电动机的技术数据（见表1-23）。
表1-23 YD系列多速电动机技术数据
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