第三节 三相异步电动机的工作条件与试车
一、三相异步电动机的工作条件
三相异步电动机一般工作条件的规定和要求如下：
1）为了保证电动机的额定出力，电动机出线端电压不得高于额定电压的10%，不得低于额定电压的5%。
2）电动机出线电压低于额定电压的5%时，为了保证额定出力，定子电流允许比额定电流大5%。
3）电动机铭牌上所标注的额定电流值是在环境温度为40℃的条件下的工作电流值。当环境温度变化时，电动机的额定电流允许增减，见表1-26和表1-27。
表1-26 环境温度超过40℃时电动机额定 电流应降低百分率
表1-27 环境温度低于40℃时电动机额定 电流应增加百分率
4）电动机在额定出力状态下运行时，相间电压的不平衡率不得超过5%。
5）为了节约用电，正常使用负载率低于40%的电动机应予以调整或更换；空载率大于50%的中小型电动机应加限制空载装置（所谓电动机的空载率，是指电动机空载运行的时间t0与电动机带负载运行的时间t之比，即β=t0/t×100%）。
6）新加轴承润滑脂的容量不宜超过轴承内容积的70%。
7）低压电动机定子绕组的绝缘电阻在常温下不得低于0.5MΩ；高压电动机则不得低于1MΩ/kV。
如果不能满足电动机一般工作条件的要求，电动机的输出功率将减小，带负载能力差，电动机发热增高，严重时不能起动，甚至烧毁。
另外，农村电网电压一般偏低。根据《农村电网建设与改造技术原则》（国电农[1999]191号），要求用户端电压合格率达到90%及以上，电压允许偏差应达到：220V允许偏差值+7%～-10%；380V允许偏差值+7%～-7%；10kV允许偏差值+7%～-7%。电压偏低时，会对电动机造成影响。
二、电压变动和电压不对称对异步电动机性能的影响
1.电压变动对电动机性能的影响
电动机端电压变化，引起电动机的特性变化见表1-28。当电压降低10%时，起动转矩将降低19%，满负载电流增加11%，满负载效率下降2%，电动机温升增高6～7K。不过在75%负载时，效率几乎没有变化。电压降低，将造成电动机起动转矩和最大转矩减少，负载电流增大，线路损耗增加，电动机温升增高。
表1-28 电压变化对电动机特性的影响
2.电压不对称对异步电动机性能的影响
三相电压不对称时，可利用对称分量法将电压分解成正序、负序和零序分量。对于定子绕组为△联结或为
联结但中点不接地时，零序电压对电动机运行一般影响不大；但负序电压将会使电动机的转矩降低，损耗增大，温升上升，影响电动机的寿命。所以，对三相电源的电压不平衡度有一定限制。
不对称电压的不平衡程度用不平衡率表示，即
不对称电压将造成三相电流不对称，其电流不平衡率（I1-/Ie）约为电压不平衡率的7～10倍（见表1-29）。
表1-29 电压不平衡率对电动机电流不平衡率的影响
据统计，3.5%的不平衡电压使电动机损耗增加约20%。因此，电动机的标准规定，电动机的电源电压的负序分量不应超过正序分量的1%；电动机任意一相的空载电流，与三相空载电流平均值之差，不应超过平均值的10%。
三、电动机基础的预制
为了防止电动机运转时发生振动和位移，通常将它安装在基础上。电动机的基础一般用混凝土或砖砌成。功率较小、短期流动使用的电动机也可固定在木架上。
电动机基础的制作要求如下：
1）浇基础用的混凝土至少应能承受单位荷重400N/cm2。
2）基础尺寸可按电动机底板尺寸每边加宽50～250mm计算。
3）第一次灌浆后的基础表面高度应较最终竣工面低20～40mm，留出安装底板或基础型钢和整垫铁的位置。
4）在直接承受负载的基础区下部不宜开孔或挖沟。
5）如基础中埋置地脚螺栓，孔眼要比螺栓所占的位置大些，以便调整螺栓的位置。
6）如在型钢基础中埋置地脚螺栓，应在预留的螺栓孔内留有足够的调节空隙。地脚螺栓下端要做成L形，以免拧紧螺丝时螺栓跟着转动。
7）浇灌地脚螺栓可用1∶1的水泥砂浆，灌浆前应用水将孔眼灌冲干净，然后再灌浆捣实。
8）混凝土基础要在电动机安装前15天做好，砖砌基础要在安装前7天做好。
固定地脚螺栓的混凝土基础如图1-9a所示，活动地脚螺栓的混凝土基础如图1-9b所示。
固定电动机的地脚螺栓可按表1-30选用。
图1-9 电动机混凝土基础
表1-30 固定电动机的地脚螺栓
四、电动机传动机构的校正
电动机安装在基础上后，要对电动机和所驱动的机械传动机构进行校正。
1）当采用带传动时，如果两个带轮的宽度相等，可按图1-10a所示方法，用一条细线靠近两带轮的侧面工拉直，看细线是否接触A、B、C、D四点。如果接触，表示两带轮轴线平行，否则为不平行，应移动电动机的位置加以调整。
如果两个带轮的宽度不同，可画出两带轮各自的中心线，然后用一条细线拉直，如图1-10b所示。细线的一端紧靠在宽带轮轮缘的A、B两点上，再在C、D两点用钢尺量出长度lC和lD，如果lC+b1=lD+b1=l，则表示两带轮轴线平行。
图1-10 带轮校正法
2）当采用联轴器传动时，可用钢尺校正，如图1-11所示。校正时先取下连接螺栓，用钢尺测量径向水平间隙a和轴向间隙b，然后将联轴器转动180°再测一次。如果两次测得的a和b两值都各自相等，则说明联轴器的平面平行，且轴心也已对准；否则，说明没有装好，需校正。轴向间隙也可以用平薄的铁片在两盘面间的上下左右四个位置塞进去检查，若间隙都相等，则说明两盘面平行了。
图1-11 联轴器校正法
对两轴同心度的要求如下：
①联轴器两盘圆周间隙允许偏差不超过0.3mm，两盘端面平行间隙允许偏差不得超过0.1mm。
②为了防止两轴相碰，12in（30.48cm）以下的水泵两盘间的允许轴向间隙为2～4mm；14～20in（35.56～50.8cm）的水泵两盘间的允许轴向间隙为4～6mm；24in（60.96cm）以上的水泵两盘间的允许轴向间隙为6～8mm。
3）当采用齿轮传动时，必须使电动机的轴与驱动机械的轴保持平行，并使大小齿轮啮合得合适。可用塞尺检查小齿轮与大齿轮的间隙，如果每对齿轮的间隙一致，则说明已调整好。
五、三相异步电动机投入运行前的检查
为了防止电动机起动时发生故障，在投入运行前应认真做好以下检查工作：
1）对于新投入使用或停用3个月以上的电动机，应用500V绝缘电阻表测量其绝缘电阻。低压电动机定子绕组的绝缘电阻在常温下不得低于0.5MΩ，高压电动机则不得低于1MΩ/kV。达不到此要求者，应查出原因并进行处理。如为受潮引起，应进行干燥处理。
2）对于新投入使用的电动机，应检查其铭牌电压、频率是否与电源一致，其他参数（如功率、机座号等）是否满足要求。如果对新投入使用的电动机的情况不甚了解，最好进行一次解体检查，尤其要检查轴承内是否有适量的润滑脂。
3）检查电动机内外有无污垢和杂物，用压缩空气或吸尘器等除尘清扫。电动机通风、冷却系统应良好。
4）检查电动机保护接地（接零）线是否完好，连接是否牢固。
5）检查定子电源线是否完好，引出线连接是否牢固。
6）检查各机械部分、螺栓、地脚螺钉、端盖等是否牢固，电动机安装必须稳固。
7）检查电动机与被带动机械的靠背轮连接是否良好；电动机传动带的张力是否适当。
8）检查绕线转子电动机转子集电环或换向器与电刷接触是否良好，电刷牌号是否符合制造厂说明书的要求，电刷压力是否适宜，电刷在刷架中是否适合，提升是否灵活。
9）检查电动机电源开关、起动设备以及控制装置是否合适、完好，熔丝是否符合要求，热继电器调整是否适当。
10）对不可逆转的机械负载，应检查电动机转向是否和机械设备要求的方向一致。若电动机已就位，不便从联结机械上拆下，则可以按以下方法测定电动机的旋转方向：
①用粉笔在接线端子的三根电源线上分别标上白、红、蓝记号，在带轮侧的端盖上也画上标记，如图1-12所示。
②将直流毫伏表（或万用表的直流毫安挡接线）接在有白色标记的相线与中心线之间。按顺时针方向用手慢慢旋转带轮，如为4极电动机，则每一转中指针会左右摆动4次。当带轮上有两点与端盖上的标记相重合时，指针正由零位开始向正向偏转，将此两处画以白色。
③将毫伏表接在带红色标记的相线与中心线之间，仍按顺时针方向转动带轮，当带轮上另两点与端盖上的标记相重合时，指针正由零位开始向正向偏转，将此两处画以红色。
④按同样方法，将毫伏表接在带蓝色标记的相线与中性线之间，并在带轮上相应位置画以蓝色。结果带轮上画有颜色的点有6个（见图1-12）。如果在带轮上获得的粉笔标记顺序如图1-12所示，则依次在白、红、蓝相上通以U、V、W相序的电源，电动机会在带轮侧看来是沿顺时针方向旋转。
图1-12 确定电动机旋转 方向的方法
电源相序可按以下方法测定：
1）相序表法。用相序表测定电源的相序，方便而快捷，它适用于工频100～500V的三相交流电源。使用时，将表面上的3个接线端钮U、V、W上的引线（分别为黄色、绿色和红色）分别接到待测的3根电源线上。按动一按钮（数秒即可），如果铅盘沿顺时针方向转动，则所接的3根电源线为正相序；如果铅盘沿逆时针方向转动，则为逆相序。
2）灯泡法。如图1-13所示，将两个功率相同的220V灯泡（15～40W）H1、H2及一个电容C（0.22～0.47μF，400V）接成星形，1、2、3三根引出线分别接至被测三相电源上，此时两个灯泡的发光程度将不相同，一个较亮，另一个较暗。若令接电容的一相作为U相，则发光较亮的那一相应是V相，剩下的一相为W相。
图1-13 相序测定器
六、三相异步电动机的试车
电动机通电运转前，有条件时应将其与负载机械分开，不能分开时应不带负载试车。具体试车如下：
1）经检查确实具备试车条件了，即可起动电动机。一方面要观察电动机起动电流及进入正常运行状态时的电流，另一方面要观察电动机有无打火、冒烟及异常振动和声响。人站在电源开关旁，一旦发现有异常情况，应立即拉断电源。
2）运行正常后，让电动机空载运转一段时间，检查空载电流是否正常（2～100kW电动机的空载电流为额定电流的20%～50%，电动机容量越小，极数越多，则空载电流与额定电流的比值越大），电动机是否发热，轴承部位是否发热；用试听棒听轴承运转声是否正常；检查传动装置是否良好，传动带是否有打滑现象等。
3）如一切正常，30min后便可逐渐增加负载，并观察带负载后的电流情况。
电动机空转30min的目的，除检查电动机是否正常外，还有借助电动机内部发热自行除潮干燥的作用，以提高绝缘强度。
新购或放置时间较长的电动机在试车时最容易冒白色烟雾。这容易让人误认为电动机绕组烧坏了。其实，这种烟雾没有焦臭味，用手触摸电动机外壳也不烫。产生这种现象的原因是电动机内部有些潮气，经绕组通电发热后，油污、潮气蒸发出来了。只要让它运行一段时间，烟雾就会自行消失。
在试车中，若电动机出现异常情况（如声音异常、基础振动、电流异常、三相电流或电压不平衡、外壳发烫、焦臭味、冒烟、打火等）或发生短路（熔丝熔断、打火、“啪啪”声响）、漏电等故障，应立即停机检查。查明原因并处理后，再继续试车。熔丝熔断后，要检查熔体的额定电流是否正确，有无压伤情况；根据熔丝熔断状况，分析熔断的可能原因（过载、短路还是压伤熔丝等），切不可用粗铜丝代替进行试车，以免造成更大的事故及烧坏电动机。
七、普通三相异步电动机改装成变频电动机
（1）变频电动机的特点
1）散热风扇由一个独立的恒速电动机带动，风量为恒定，与变频电动机的转速无关。
2）设计机械强度能确保最高速使用时安全可靠。
3）磁路设计既能适合最高使用频率的要求，也能适合最低使用频率。
4）设计绝缘结构比普通电动机更能经受高温和较高冲击电压。
5）高速运行时，产生的噪声、振动、损耗等都不高于同规格的普通电动机。
（2）将三相异步电动机改装成变频电动机
变频专用电动机价格较贵，在电动机的变频调速改造时，为了节约投资，异步电动机尽量利用原有的。但当变频调速运行频率范围为10～60Hz时，若采用普通电动机，则在长期低速（低频）运行中会严重发热，缩短电动机的寿命。为了充分利用原有设备，或者当购不到合适的变频专用电动机时，则可将普通三相异步电动机改装成变频电动机。
改装的方法是：在普通电动机上加装一台强风冷电动机，以加强冷却效果，降低电动机在低速运行时的温升。强风冷电动机与被改装电动机同轴，风叶仍为原电动机的冷却风叶。强风冷电动机的功率和极数按以下要求选择：
1）对于2极和4极的被改装电动机，取被改装电动机功率的3%，极数和被改装电动机的极数相同。
2）对于6极及以上的被改装电动机，取被改装电动机功率的5%，极数选择4极。