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电动机基础知识（1）
1. 绝缘材料的耐温能力是怎样划分的？ % a8 @9 _/ S/ `& {0 y% T
答：我国现分为六级，即A、E、B、F、H、C。
5 f; Q* O) ?6 p( A+ L! F! ~: [* M. c; s（1） A级绝缘材料最大允许工作温度为105℃ / B5 d2 l- x: O6 P
（2） E级绝缘材料最大允许工作温度为120℃ ! ~( C7 p/ y5 u, L' p* F/ S5 P7 U
（3） B级绝缘材料最大允许工作温度为130℃
$ P& {2 v1 W4 v; n: v（4） F级绝缘材料最大允许工作温度为155℃ + ~7 W* ^1 y( l) ], [' Y: I( l
（5） H级绝缘材料最大允许工作温度为180℃
+ ^4 F' K F) o! ]（6） C级绝缘材料最大允许工作温度为180℃以上。 - p- ?& b' @" A/ J* D3 g; C
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# F- P6 l( W! y+ W. z9 F2. 简述感应电动机的构造和工作原理。
6 ^% }3 b( m6 K T答：感应电动机的工作原理是这样的，当三相定子绕组通过三相对称的交流电电流时，产生一个旋转磁场，这个旋转磁场在定子内膛转动，其磁力线切割转子上的导线，在转子导线中感应起电流。由于定子磁场与转子电流相互作用力产生电磁力矩，于是，定子旋转磁场就拖着具有载流导线的转子转动起来。
$ V/ o: R1 m, J' J( g, ^) ~" b5 h4 [! L: u
( n4 s! T) X o6 l- e# e- d3. 感应电动机启动时为什么电流大？而启动后电流会变小？ % F& @0 H/ p( B, t% Z: M& A/ f
答：当感应电动机处在停止状态时，从电磁的角度看，就象变压器，接到电源去的定子绕组相当于变压器的一次线圈，成闭路的转子绕组相当于变压器被短路的二次线圈；定子绕组和转子绕组间无电的的联系，只有磁的联系，磁通经定子、气隙、转子铁芯成闭路。当合闸瞬间，转子因惯性还未转起来，旋转磁场以最大的切割速度——同步转速切割转子绕组，使转子绕组感应起可能达到的最高的电势，因而，在转子导体中流过很大的电流，这个电流产生抵消定子磁场的磁能，就象变压器二次磁通要抵消一次磁通的作用一样。
' g! E. n7 l7 a- y2 N' }定子方面为了维护与该时电源电压相适应的原有磁通，遂自动增加电流。因为此时转子的电流很大，故定子电流也增得很大，甚至高达额定电流的4~7倍，这就是启动电流大的缘由。
/ R9 ^ ], p' z9 \7 Z+ m% i启动后为什么小：随着电动机转速增高，定子磁场切割转子导体的速度减小，转子导体中感应电势减小，转子导体中的电流也减小，于是定子电流中用来抵消转子电流所产生的磁通的影响的那部分电流也减小，所以定子电流就从大到小，直到正常。
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V5 z+ k9 l; L3 A. N4. 启动电流大有无危险？为什么有的感应电动机需用启动设备？ . K5 E2 s* {" C& ?" U' X8 q
答：一般说来，由于启动过程不长，短时间流过大电流，发热不太厉害，电动机是能承受的，但如果正常启动条件被破坏，例如规定轻载启动的电动机作重载启动，不能正常升速，或电压低时，电动机长时间达不到额定转速，以及电动机连续多次启动，都将有可能使电动机绕组过热而烧毁。 ' u6 ~6 d5 m' c* }* F
电动机启动电流大对并在同一电源母线上的其它用电设备是有影响的。这是因为供给电动机大的启动电流，供电线路电压降很大，致使电动机所接母线的电压大大降低，影响其它用电设备的正常运行，如电灯不亮，其它电动机启动不起来，电磁铁自动释放等。 $ r% b0 F0 a* W8 u z7 v
就感应电动机本身来说，都容许直接启动，即可加额定电压启动。 : p$ R9 n5 t/ H! o O: p, i. M7 K' C
由于电动机的容量和其所接的电源容量大小不相配合，感应电动机有可能在启动时因线端电压降得太低、启动力矩不够而启动不起来。为了解决这个问题和减少对其它同母线用电设备的影响，有的容量较大的电动机必须采用启动设备，以限制启动电流及其影响。 * F# @- f2 h; t* h: x" q+ {
需要不需要启动设备，关键在于电源容量和电动机容量大小的比较。发电厂或电网容量愈大，允许直接启动的电动机容量也越大。所以现在新建的中、大型电厂，除绕线式外的感应电动机几乎全部采用直接启动，只有老的和小的电厂中，还可见到各种启动设备启动的电动机。
8 y$ J4 y- f3 S9 X! v) h1 }7 L. @对于鼠笼电动机，采用启动设备的目的不外乎是为了降低启动电压，从而达到降低启动电流的结果。而根据降压方法不同，启动方法（1）Y/△转换启动法。正常运行时定子绕组接成△形的电动机，在启动时接成Y形，待启动后又改成△形接法。（2）用自耦变压器启动法。（3）用电抗器启动法。
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2 w6 U" w& R# Z3 z& f+ K% K5. 电动机三相绕组一相首尾接反，启动时有什么现象？怎样查找？ - o7 P5 J. ~0 q* V! E. u
答：电动机三相绕组一相绕组首尾接反，则在启动时： 1 O9 ]8 x7 p% C6 f! W3 d+ ~8 ?4 _0 L
(1) 启动困难。
; i4 D# W$ `( r! N, y% l, }/ |# P, p(2) 一相电流大。
4 J# q; ` d2 [1 `2 T(3) 可能产生振动引起声音很大。 ( e9 R1 D" l! D
一般查找的方法是： ; s9 |- m$ s( l* G8 \" g
(1) 仔细检查三相绕组首、尾标志。 / Y& s: f; w" o A
(2) 检查三相绕组的极性次序，如果不是N，S交错分布，即表示有一相绕组反接。
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6. 感应电动机定子绕组一相断线为什么启动不起来？
" H# L& W+ G2 r答：三相星接的定子绕组，一相断线时，电动机就处于只有两相线端接电源的线电压上，组成串联回路，成为单相运行。 2 d* o* `& t3 e( X" M
单相运行时将有以下现象：原来停来着的电动启动不起来，且“唔唔”作响，用手拨一下转子轴，也许能慢慢转动。原来转动着的电动机转速变慢，电流增大，电机发热，甚至于烧毁。 + {" S# s8 W& Z+ c) e) [ }
6 ] O) W2 }$ {( w! Z, E; H, `) m. D
9 Z/ A6 D; N, x4 ^" _* c/ r1 x7. 鼠笼式感应电动机运行中转子断条有什么异常现象？
" M6 ]" o; Y2 y) X m& z答：鼠笼式感应电动机在运行中转子断条，电动机转速将变慢，定子电流忽大忽小呈周期性摆动，机身振动，可能发出有节奏的“嗡嗡”声。 9 g7 `+ t4 g7 C: N
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8. 感应电动机定子绕组运行中单相接地有哪些异常现象？
9 g8 d- |( q7 l, V4 C/ b4 ?答：对于380伏低压电动机，接在中性点接地系统中，发生单相接地时，接地相的电流显著增大，电动机发生振动并发出不正常的响声，电机发热，可能一开始就使该相的熔断器熔断，也可能使绕组因过热而损坏。 ! q2 x) l1 R/ Z# U5 ~, s# K
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( m% |6 n3 B/ h6 H9. 频率变动对感应电动机运行有什么影响？
0 X5 c! H a( Z e5 \答：频率的偏差超过额定电流的±1%时，电动机的运行情况将会恶化，影响电动机的正常运行。
8 ^! |5 b: @' [- k/ Q7 }电动机运行电压不变时，磁通与频率成反比，因此频率的变化将影响电动机的磁通。 ! i8 s8 K4 D) O3 ` D Z
电动机的启动力矩与频率的立方成反比，最大力矩与频率的平方成反比，最大力矩与频率的平方成反比，所以频率的变动对电动机力矩也是有影响的。
' A! W% O8 R$ u4 ?7 P- T& e频率的变化还将影响电动机的转速、出力等。 / ` `$ V5 q2 j' x3 Q% y
频率升高，定子电流通常是增大的，在电压降低的情况下，频率降低，电动机吸取的无功功率要减小。
# p' E! S k4 N! a4 J4 x7 V由于频率的改变，还会影响电动机的正常运行，使其发热。
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) N ]4 ^8 p; y& \3 Q" K10. 感应电动机在什么情况下会过电压？ ' }; l, ]* K5 u6 q |% [
答：运行中的感应电动机，在开关断闸的瞬间，容易发生电感性负荷的操作过电压，有些情况，合闸时也能产生操作过电压。电压超过三千伏的绕线式电动机，如果转子开路，则在启动时合闸瞬间，磁通突变，也会产生过电压。
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11. 电压变动对感应电动机的运行有什么影响？
$ C# I3 @7 R+ Q7 {6 }答：下面分别说明电压偏离额定值时，对电动机运行的影响。为了简单起见，在讨论电压变化时，假定电源的频率不变，电动机的负载力矩也不变。 ) q* V( S+ O* Y, N# {8 k* l0 V, Y
（1） 对磁通的影响 , P4 n- s5 Y! l3 R
电动机铁芯中磁通的大小决定于电势的大小。而在忽略定子绕组漏阻抗压降的前提下，电势就等于电动机的电压。由于电势和磁通成正比地变化，所以，电压升高，磁通成正比地增大；电压降低，磁通成正比地减小。 7 J% e+ ^; K: q& z
（2） 对力矩的影响 ; a: z4 f6 Q7 Z# h/ j5 N9 w
不论是启动力矩、运行时的力矩或最大力矩，都与电压的平方成正比。电压愈低，力矩愈小。由于电压降低，启动力矩减小，会使启动时间增长，如当电压降低20%时，启动时间将增加3.75倍。要注意的是，当电压降得低到某一数值时，电动机的最大力矩小于阻力力矩，于是电动机会停转。而在某些情况下（如负载是水泵，有水压情况下），电动机还会发生倒转。 3 A: S q# b9 g Q. @
（3） 对转速的影响
' U: C* {8 r- @/ O; ?电压的变化对转速的影响较小。但总的趋向是电压降低，转速也降低，因为电压降低使电磁力矩减小。例如，对于具有额定转差为2%而最大力矩为两倍额定力矩的电动机，当电压降低20%时，转速仅减小1.6%。 ' W2 h% b! N7 ^& }5 G* l
（4） 对出力的影响 1 ]9 D' i* G& B r) V( g
出力即机轴输出功率。它与电压的关系与转速对电压的关系相似，电压变化对出力影响不大，但随电压的降低出力也降低。
* v: _; E- b9 i1 v' N（5） 对定子电流的影响
7 G* t5 d+ ]7 n: D' i定子电流为空载电流与负载电流的向量和。其中负载电流实际上是与转子电流相对应的。负载电流的变化趋势与电压的变化相反，即电压升高，负载电流减小，电压降低，负载电流增加。而空载电流（或叫激磁电流）的变化趋势与电压的变化相同，即电压增高，空载电流也增大，这是因为空载电流随磁通的增大而增大。 6 X" A' V3 f, W: c- B
当电压降低时，电磁力矩降低，转差增大，转子电流和定子中负载电流都增大，而空载电流减小。通常前者占优势，故当电压降低时，定子电流通常是增大的。
0 @* f3 o1 j* g+ e5 ]! ^$ X当电压升高时，电磁力矩增大，转差减小，负载电流减小，而空载电流增大。但这里分两种情况：当电压偏离额定值不大，磁通还增大得不多的时候，铁芯未饱和，空载电流的增加是与电压成比例的，此时负载电流减小占优势，定子电流是减小的；当电压偏离额定值较大，磁通增大得很多时，由于铁芯饱和，空载电流上升得很快，以致它的增大占了优势，此时定子电流增加。所以，当电压增大时，定子电流开始略有减小，而后上升，此时，功率因数变坏。 . ~, C; U& Z+ M8 @+ E6 r0 i
（6） 对吸取无功功率的影响 ) @4 t" e* w- y! ~; _0 B/ h
电动机吸取的无功功率，一是漏磁无功功率，二是磁化无功功率，前者建立漏磁场，后者建立定、转子之间实现电磁能量转换用的主磁场。
, @0 X4 v. C" n4 t# {3 }- s, ]漏磁无功功率与电压的平方成反比地变化，而磁化功率与电压的平方成正比地变化。但由于铁芯饱的影响，磁化功率可能不与电压的平方成正比地变化。所以 ，电压降低时，从系统吸取的总的无功功率变化不大，还有可能减小。 ! E1 i7 @" \' j4 j
（7） 对效率的影响
8 E' ]6 F9 g" I/ A% {7 t5 `* ]若电压降低，机械损耗实际上不变，铁耗差不多与电压平方成正比减少；转子绕组的损耗和转子电流平方成正比增加；定子绕组的损耗决定于定子电流的增加还是减少，而定子电流又决定于负载电流和空载电流间的互相关系。总的来说，电动机在负载小时（≤40%），效率增加一些，而然后开始很快地下降。 2 Z7 y; |' P' O" j# @+ F
（8） 对发热的影响
8 a) {% G4 W& y" @0 ` c6 b在电压变化范围不大的情况下，由于电压降低，定子电流升高；电压升高，定子电流降低。在一定的范围内，铁耗和铜耗可以相互补偿，温度保持在容许范围内。因此，当电压在额定值±5%范围内变化时，电动机的容量仍可保持不变。但当电压降低超过额定值的5%时，就要限制电动机的出力，否则定子绕组可能过热，因为此时定子电流可能已升到比较高的数值。当电压升高超过10%时，由于磁通密度增加，铁耗增加，又由于定子电流增加，铜耗也增加，故定子绕组温度将超过允许值。
, f1 J8 H4 S+ D$ g8 t7 N" G* g+ {; }' G* U; [- n6 d4 b7 t* r
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12. 规程规定电动机的运行电压可以偏离额定值－5%或＋10%而不改变其额定出力，为什么电压偏高的允许范围较大？
* H' d& i# u+ T答：关于电压偏离额定值对电动机运行的影响，这里只着重谈谈为什么规定偏高的范围和偏低的范围不一样。概括起来说，原因有以下两点。
" p1 }7 G4 F: `+ w# g（1） 电压偏高运行对电动机来说比电压偏低运行所处条件要好，造成不利的影响少。
4 J) B. b# F* g, ~电压偏低时，定子、转子电流都增加而使损耗增加，同时转速降低又使冷却条件变坏，这样会使电动机温升增高，此外，由于力矩减小，又使启动和自启动条件变坏。
+ C- h! ~! A; F. B2 {- P5 B诚然，电压增高由于磁通增多使铁耗增加，升高一点温度对定子绕组温度是有影响的。可是，由于定子电流降低又使定子绕组温度降一点，据分析，铁芯温度升高对定子绕组温度升高的影响要比定子电流减小引起的温降要小一些，因此，总的趋向是使温度降低一些的。至于铁芯本身温度升高一点，无关紧要，对电动机没有什么危害。电压升高引起力矩的增加，则极大的改善了起动和自启动的条件。至于从绝缘的角度来说，提高10%的电压，不会有什么危险，因绝缘的电气强度都有一定的余度。 ! y" V( v& {, Q1 Q& P" c' v% @; V
（2） 采用电压偏离范围较大的规定，对运行来说，比较易于满足要求，可能因此就可避免采用有载调压的厂用变压器。不然，范围规定得小，即使设计上不采用有载调压厂用变压器，也得要求运行人员频繁地调整发电机电压或主变压器的分接头。
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& x4 }( y* }3 X3 V13. 用摇表测量绝缘电阻时要注意什么？ 2 q: R) O0 S4 b: G1 ?
答：（1） 兆欧表一般有500、1000、2500伏几种，应按设备的电压等级按规定选好哪一种兆欧表。
! ^( Y) U# V9 p4 O/ k! L（2） 测量设备的绝缘电阻时，必须先切断电源，对具有较大电容的设备（如电容器、变压器、电机及电缆线路），必须先进行放电。 + a p5 e4 }# I% B; I. F. S7 l
（3） 兆欧表应放在水平位置，在未接线之前先摇动兆欧表，看指针是否在“∞”处，再将“L”和“E”两个接线柱短接，慢慢地摇动兆欧表，看指针是否指在“零”处，对于半导体型铛欧表不宜用短路校验。 ; j2 X) z/ Q; u/ k: G% C7 f
+ J0 j' g; |0 e, r. u（4） 兆欧表引用线用多股软线，且应有良好的绝缘。
, F2 p8 M% o3 `) w$ ~' u（5） 架空线路及与架空线路相连接的电气设备，在发生雷雨时，或者不能全部停电的双回架空线路和母线，在被测回路的感应电压超过12伏时，禁止进行测量。 8 X, _0 | Q8 s$ U# f; B+ p" ]
（6） 测量电容器、电缆、大容量变压器和电机时，要有一定的充电时间。电容量愈大，充电时间应愈长。一般以兆欧表转动一分钟后的读数为准。 : [+ O' Y& s; d8 n% a- ^
（7） 在摇测绝缘电阻时，应使兆欧表保持额定转速，一般为120转/分。当被测物电容量大时，为了避免指针摆动，可适当提高转速（如130转/分）。
5 }, N: s; X v（8） 被测物表面应擦拭清洁，不得有污物，以免漏电影响测量的准确度。 " A# s7 w7 ]: A4 M6 D
（9） 兆欧表没有停止转动和设备未放电之前，切勿用手触及测量部分和兆欧表的接线柱，以免触电。
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* h9 I$ r$ q9 ?7 ]14. 用兆欧表测量绝缘电阻时为什么规定摇测时间为1分钟？ # T! w" Y; S7 U
答：用兆欧表测量绝缘，一般规定摇测一分钟后的读数为准。因为在绝缘体上加上直流电压后，流过绝缘体的电流（吸收电流）将随时间的增长而逐渐下降。而绝缘体的直流电阻率是根据稳态传导电流确定的，并且不同材料绝缘体其绝缘吸收电流的衰减时间不同，但是试验证明，绝大多数绝缘材料吸收电流经过一分钟已趋于稳定，所以规定以加压一分钟后的绝缘电阻值来确定绝缘性能的好坏。 3 }7 D3 ~' G1 ?" A+ b9 E
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15. 电动机低电压保护起什么作用？ 7 O+ E, n" ~2 O/ A( R$ M z3 W
答：当电动机的供电母线电压短时降低或短时中断又恢复时，为了防止电动机启动时使电源电压严重降低，通常在次要电动机上装设低电压保护，当供电母线电压降到一定值时，低电压保护动作将次要电动机切除，使得母线电压迅速恢复，以保证重要电动机的自启动。
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; c( K; M4 c E6 H7 S16. 感应电动机起动不起来可能是什么原因? : n9 d1 k5 Y2 f
答：(1)电源方面： a.无电：操作回路断线，或电源开关未合上。 b.一相或两相断电。 c.电压过低。
n' q. m% r; c) |# p+ B, c (2)电动机本身： a.转子绕组开路。 b.定子绕组开路。 c.定,转子绕组有短路故障。 d.定、转子相擦。
, w8 l( c6 w$ |" |8 e b) c+ w (3)负载方面： a.负载带得太重。 b.机械部分卡涩。 ! H j: q/ [2 [
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17. 鼠笼式感应电动机运行时转子断条对其有什么影响？ 0 G7 r$ Y/ [. Z) T$ Y/ R: A/ y, v7 N$ f
答：鼠笼式电动机常因铸铝质量较差或铜笼焊接质量不佳发生转子断条故障。断条后，电动机的电磁力矩降低而造成转速下降，定子电流时大时小，因为断条破坏了结构的对称性，同时破坏了电磁的对称性，使与转子有相对运动的定子磁场，从转子的表面不同部位穿入磁通时，转子的反应不一样，因而造成定子电流时大时小。同时断条也会使机身发生振动，这是因为沿整个定子内膛周围的磁拉力不均匀引起的，周期性的嗡嗡声，也因此产生。 % Z& p, ^* ^1 o6 D( z) ?
" X4 }5 p4 H& M
( u" X, |# k3 ~( |% G0 s18. 运行中的电动机遇到哪些情况时应立即停止运行？ 2 A: P7 e6 i- i
答：电动机在运行中发生下列情况之一者，应立即停止运行： " X+ M$ q+ i( C2 W; m) c% P
⑴ 人身事故。 & V2 @ k4 Y& r- B7 x
⑵ 电动机冒烟起火，或一相断线运行。 4 }4 |* `2 T( ^+ q: s
⑶ 电动机内部有强烈的摩擦声。 ! i# A& H8 ~6 l
⑷ 直流电动机整流子发生严重环火。 & n- d% f4 e$ {$ X0 I5 W! G
⑸ 电动机强烈振动及轴承温度迅速升高或超过允许值。 . m- H+ q, v9 V2 H, [. w0 E, o, A
⑹ 电动机受水淹。
4 I8 m4 j! R7 Q' m& p$ S; W, ]: x) I; S4 E: k
: k' b+ b; t- I19. 运行中的电动机，声音发生突然变化，电流表所指示的电流值上升或低至零，其可能原因有哪些？
: I5 u; ?- b( I+ k6 P1 U+ O+ a答：可能原因如下：
& x6 ~2 x7 A6 z( K2 O8 \4 l⑴ 定子回路中一相断线。 # |2 V. N3 t1 o- X- l" R9 P/ r
⑵ 系统电压下降。 7 |* c, [" ^& z7 t
⑶ 绕组匝间短路。
; A" V' ~: G; p7 B⑷ 鼠笼式转子绕组端环有裂纹或与铜（铝）条接触不良。 ' ~# E' i# F7 b' } }
⑸ 电动机转子铁芯损坏或松动，转轴弯曲或开裂。
' {+ R0 Y! U3 a⑹ 电动机某些零件（如轴承端盖等）松弛或电动机底座和基础的联接不紧固。
3 l7 o- ^' @2 |$ x7 C! a⑺ 电动机定、转子空气间隙不均匀超过规定值。 6 Q1 Z/ u% L: L0 M3 q" Z
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) F1 `; F' S4 ?. i20. 电动机启动时，合闸后发生什么情况时必须停止其运行？ ! v! s% ^6 V' N$ A" }# F
答：⑴ 电动机电流表指向最大超过返回时间而未返回时；
8 J6 ], r0 W2 g0 a⑵ 电动机未转而发生嗡嗡响声或达不到正常转速； * A8 [! k$ M! t8 w+ O
⑶ 电动机所带机械严重损坏；
' h7 C/ O+ z: o8 N⑷ 电动机发生强烈振动超过允许值。 " a A3 u& H2 b9 d- z; x0 }) m
⑸ 电动机启动装置起火、冒烟；
& I& Z& R; N1 w$ X. s⑹ 电动机回路发生人身事故。
: Q6 B( _" n \/ z; `) V) o' t; m⑺ 启动时，电机内部冒烟或出现火花时。 ! V% t1 w2 H( P- C
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发表于 2012-5-18 12:00:15
