毕业设计（论文）-电动机的认识、应用和维护.doc

电动机的认识、应用的维护摘 要：近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。由于电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。本文主要介绍了三相异步电动机、直流电动机、单相异步电动机、同步电动机以及特殊电机的结构、分类、特点和应用的知识，还介绍了电动机使用中的注意事项及电动机维的措施。关键字：电动机 种类 应用 维护第一章 概述电机是一种用来将电能与机械能相互转换的电磁装置。其运行原理基于电磁感应定律。电机的种类与规格很多，按其电流类型分类，可分为直流电机和交流电机两大类。按其功能的不同交流电机可分为交流发电机和交流电动机两大类。目前广泛采用的交流发电机是同步发电机，这是一种由原动机拖动旋转（例如火力发电厂的汽轮机、水电站的水轮机）产生交流电能的装置。当前世界各国的电能几乎均由同步发电机产生。交流电动机则是由交流电源供电将交流电能转变为机械能的装置。根据电动机转速的变化情况，可分为同步电动机和异步电动机两类。同步电动机是指电动机的转速始终保持与交流电源的频率同步不随所拖动的负载变化而变化的电动机，它主要用于功率较大，转速不要求调节的机械生产，如大型水泵、空气压缩机、矿井通风机等上面。而交流异步电动机是指由交流电源供电，电动机的转速随负载变化而稍有变化的旋转电机，这是目前使用最多的一类电动机。按供电电源的不同，异步电动机又可分为三相异步电动机和单相异步电动机两大类。三相异步电动机由三项交流电源供电，由于其结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便，因此在工业、农业及其他各个领域中都获得了广泛采用。根据我国及世界上一些发达国家的统计表明，在整个电能消耗中，电动机的耗能约占60%67%，而在整个电动机的耗能中，三相异步电动机又居首位。单相异步电动机取用单相交流电源，电动机功率一般都比较小，主要用于家庭、办公场所等只有单相交流电源的场所，用于电风扇、空调、电冰箱、洗衣机等电器设备中。除上述电动机外，还有一些特殊电机。特殊电机是相对与普通的直流和交流电机而言，就电磁过程及所遵循的基本规律而言，它们和普通的电机没有本质的区别，只是所起的作用不同。传动生产机械用的传动电机主要用来完成能量的变换，要求具有较高的性能指标（如效率和功率因数等）；而特殊电机则主要用来完成控制信号的传递和变换，要求他们的技术性能稳定可靠、动作灵敏、精度高、体积小、耗电少等。当然特殊电机和普通传动电机相比，并没有一个严格的分界线，有些特殊电机在控制系统中也起着传动作用。第二章 三相异步电动机2.1三相异步电动机的工作原理2.1.1作原理1、电生磁：在三相对称定子绕组中通入三相对称交流电，产生旋转磁场；2、磁生电：在旋转磁场中（假设笼型转子不动），转子切割磁场，产生感应电流；3、电生力：通电导体在磁场的作用下产生转矩（与磁场旋转方向一致），转子转动。2.1.2旋转磁场的旋转方向正序：uvw，此时电动机正转；逆序：任意两相对调，此时电动机反转。即只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场反转，电动机反转。2.1.3旋转磁场的旋转速度（一）、p（磁极对数）=1 在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n（转速）=60f（频率）=3000r/min。（二）、p=2 两套三相绕组，在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半，故当磁极对数增加一倍，旋转磁场的转速减少一半。1、p对磁极 旋转磁场的转速为 （2-1）为交流电的频率，hz；为电动机的磁极对数；为旋转磁场的转速，又称同步转速，r/min。2.1.4转差率同步转速与电动机转速只差称为转速差，转速差与旋转磁场转速之比称为异步电动机的转差率， （2-2） （2-3）2.1.5异步电动机的三中运行状态1、电动机运行状态（0s1）（1）当异步电动机刚开始启动的一瞬间，s=1；（2）如转子转速则转差率s=0；（3）异步电动机在正常状态下运行时，0s1。2、发电机状态（-s0）3、电磁制动状态（1s 系统处于加速状态；3、t 系统处于减速状态。3.1.2负载的机械特性1、恒转矩负载的机械特性a、反抗性恒转矩负载：负载转矩大小不变但方向始终与工作机械运动的方向相反。总是阻碍电动机的转动。b、位能性恒转矩负载：负载转矩大小和方向始终保持不变。2、恒功率负载的机械特性：转矩与转速成反比3、泵、风机类负载的机械特性：转矩与转速的平方成正比3.2三相异步电动机的起动3.2.1概述起动是指电动机通电后转速从零开始逐渐加速到正常运转的过程。异步电动机的起动要求：1、电动机应具有足够大的起动转矩；2、在保证足够的起动转矩前提下，电动机的起动电流应尽量小；3、起动所需的控制设备应尽量简单、力求价格低廉操作及维护方便；4、起动过程中的能量消耗应尽量小。3.2.2起动方式1、三相笼型异步电动机的起动方式有两类。（1）在额定电压下的直接起动（又称全压起动，用于容量小的电动机）（2）降压起动（降低加在定子绕组上的电压）：a、y降压起动(起动电流小，起动转矩小，只能用于轻载或空载的设备上)；b、定子串电阻（电抗）降压起动（不宜频繁起动）；c、定子串自耦变压器降压起动（用于轻载或空载起动）；d、延边三角形降压起动。2、三相绕线型异步电动机的起动方式有两类：（1）转子串电阻起动（逐级切除）；（2）转子串频敏变阻器起动（铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗较大）。3.3 三相异步电动机的调速调速就是用人为的方法来改变异步电动机的转速。常用的调速方法有以下三种：1、变极调速改变定子绕组的磁极对数；2、变频调速改变供电电网的频率；3、变转差率调速改变电动机的转差率。3.3.1变极调速改变定子绕组的接线方式，就能改变磁极对数。当每相定子绕组中有一般的电流方向改变时，磁极对数减半。变极调速的优点是所需设备简单，缺点是绕组引出头较多，调速技术少，只用于笼型异步电动机。3.3.2变频调速变频调速具有调速范围宽、平滑性好、机械特性较硬等优点，有很好的调速性能，是异步电动机最理想的调速方法。变频调速主要有两种控制方式，即恒转矩变频调速和恒功率变频调速。3.3.3变转差率调速其方式有降电压调速和转子串电阻调速。改变转子电阻调速适用于绕线型异步电动机，改变定子电压调速适用于笼型异步电动机。3.4 三相异步电动机的制动电动机的制动是指在电动机的轴上加一个与其旋转方向相反的转矩，使电动机减速或停转。3.4.1分类根据制动转矩产生的方法不同，可分为机械制动和电气制动两类。机械制动通常是靠摩擦方法产生制动转矩，如电磁抱闸制动。电气制动是使电动机所产生的电磁转矩与电动机的旋转方向相反来实现的。三相异步电动机的电气制动有反接制动（包括倒拉反转制动、电源反接制动）、能耗制动和再生制动（又称回馈制动）三种。3.4.2制动1、机械制动机械制动最常用的装置是电磁抱闸，它主要有制动电磁铁和闸瓦制动器两部分组成。制动电磁铁包括铁心、电磁线圈和衔铁，闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦、杠杆和弹簧。起动：电磁线圈通电产生电磁力，闸瓦离开转轴，电机正常运行；制动：电磁线圈断电电磁力消失，在弹簧的作用下闸瓦抱住转轴，电机开始制动。2、反接制动a、倒拉反转制动：转子串入足够大的电阻；b、电源反接制动：定子绕组串入限流电阻。3、能耗制动能耗制动控制就是在断开电动机三相电源的同时接通直流电源，此时直流电流流入定子的两相绕组，产生恒定磁场。这种制动方法是利用转子转动时的惯性切割恒定磁场的磁通而产生制动转矩，把转子的动能消耗在转子回路的电阻上，所以称为能耗制动。4、再生制动电动机在额定工作状态下运行时，由于某种原因，是电动机的转速超过了旋转磁场的同步转速，则转子导体切割旋转磁场的方向与电动机运行状态时相反，从而使转子电流几所产生的电磁转矩改变方向，成为与转子转向相反的制动转矩，电动机即在制动状态下运行，这种制动称为再生制动。它可将机械能转变为电能反送回电网，因此又称回馈制动。有两种情况：一种是出现在位能负荷下放时，另一种出现在电动机变极调速或变频调速的过程中。第四章 单相异步电动机在单项交流电源下工作的电动机称为单相电动机。按其工作原理、结构和转速等的不同可分为三大类，即单相异步电动机、单相同步电动机和单相串励电动机。4.1单相异步电动机的结构和工作原理4.1.1单相异步电动机的结构1、定子（1）定子铁心：嵌放定子绕组，作为磁通的通路；（2）定子绕组：一般采用两项绕组的形式，即工作绕组和起动绕组，它们在空间相差90度电度角。其作用是通入交流电，形成旋转磁场；（3）机座：支持固定电子铁心和绕组；（4）端盖：固定支撑转子，密封。2、转子（1）转子铁心：嵌放定子绕组，磁路的一部分；（2）转子绕组：采用笼型结构，切割磁场产生电磁转矩；（3）转轴：支撑固定定子铁心和绕组。4.1.2单相异步电动机的工作原理1、单相绕组的脉动磁场单相异步电动机定子绕组通入单相交流电后，产生的磁场大小即方向在不断变化，但磁场的轴线却固定不变，把这种磁场成为脉动磁场。2、两相绕组的旋转磁场（椭圆形）在单相异步电动机定子上放置在空间相差90度的两相定子绕组，向这两项定子绕组中通入在时间上相差90度电角度的两项交流电流，产生旋转磁场。4.1.3单相异步电动机分类单相异步电动机分为电容分相式（包括电容运行单相异步电动机、电容起动单相异步电动机、双电容单相异步电动机）、电阻分相式、罩极式。4.2电容分相单相异步电动机4.2.1工作原理工作绕组和起动绕组在空间的分布位置互差90度电角度。在起动绕组的贿赂中串入电容，使两个绕组中电容相位互差90度，通入空间互差90度的两个定子绕组中，产生旋转磁场。4.2.2分类1、电容运行单相异步电动机这类电动机起绕组和电容始终参与电动机的运行工作。任意改变起动绕组（或工作绕组）首端和末端与电源的接线，即可改变旋转磁场的转电容向，从而实现电动机的反转。电容运行单相异步电动机常用于吊扇、台扇、电冰箱、洗衣机、空调器、通风机、录音机、复印件、电子仪表及医疗器械等各种空载或轻载起动的机械上。2、电容起动单相异步电动机这类电动机的起动绕组和电容只在电动机起动时起作用，当电动机起动即将结束时，将起动绕组和电容从电路中切除（可以用在电路中串联离心开关来实现）。它在小型空气压缩机、电冰箱、磨粉机、医疗机械、水泵等满载起动的机械中适用。3、双电容单相异步电动机在起动绕组上接有两个电容器，其中一个电容仅在起动时接人，另一个电容则在全过程中均接入。这类电动机主要用于要求起动转矩大，功率因数较高的设备上，如电冰箱、空调器、水泵、小型机车等。4.3 电阻分相单相异步电动机电阻分相单相异步电动机的定子铁心上嵌放有两套绕组，即工作绕组和起动绕组。在电动机运行过程中，工作绕组自始至终接在电路中。为了增加起动时流过工作绕组和起动绕组之间的相位差（希望为90度电角度），通常可在起动绕组回路中串联或增加起动绕组本身的电阻。由于起动绕组导线细，故流过起动绕组导线的电流相应地比工作绕组中的大，因此，起动绕组只能短时工作，起动完毕必须立即从电源上切除。电阻分相单相异步电动机具有结构简单，价格低廉；使用方便等优点，主要用于小型机床，鼓风机，电冰箱压缩机，医疗器械等设备中。 4.4 单相罩极电动机单相罩极异步电动机按磁极形式的不同可分为凸极式和隐极式两种，凸极式按励磁绕组不值的位置不同又可分为集中励磁和单独励磁两种。在单相罩极电动机每个磁极面的1/3至1/4处开有小槽，在小槽的部分极面上套有铜制的短路环，就好像把这部分磁极罩起来一样，所以称罩极电动机。4.5 单相异步电动机的调速及反转4.5.1单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速原理与三相异步电动机一样可以用改变电源频率（变频调速）、改变电源电压（调压调速）和改变绕组的磁极对数（变极调速）等多种，常用的调速调压（定子回路中调节工作绕组电压）又分为串电抗器调速、自耦变压器调速、串电容调速、绕组抽头法调速、晶闸管调速、ptc元件调速。4.5.2单相异步电动机的反转要使异步电动机反转就必须改变旋转磁场的方向，方向：一种是把工作绕组（或起动绕组）的首端和末端与电源的接线对调；另一种是把电容器从一组绕组中改接到另一组绕组中（此法只适用于电容运行单相异步电动机）。第五章 同步电动机5.1电动机的工作原理和结构5.1.1工作原理1、在三相对称定子绕组中通入三相对称交流电，产生旋转磁场；2、 在励磁绕组中通入电流，磁极被磁化形成“磁铁”；3、旋转磁场与磁极相互吸引，于是磁极以同速与旋转磁场通向转动。同步电机是可逆的既可作为发电机也可作为电动机。5.1.2基本结构1、定子定子由定子铁心、定子绕组（三相对称）、机座、端盖、挡风装置等部件组成。2、转子转子由隐极和凸极两种，凸极式同步电动机的转子主要有磁极（在励磁绕组中被通入的电流磁化）、励磁绕组（通入电流产生磁场）和转轴组成。5.2起动方式同步电动机的定子与异步电动机相似，在定子铁心中嵌入三相绕组，通入三相交流电后产生磁场。同步电机的转子分为隐机式和凸极式。转子有励磁绕组，通过电刷，滑环引入直流电，使转子产生一个磁场。这个磁场由定子旋转磁场拖动，与旋转磁场同步转动。同步电动机不能自行起动，要介入其他方法起动。异步起动法是目前常用的方法。这种方法是在凸极式同步电动机的转子上，装有与笼型异步电动机相似的起动绕组来实现，所以同步电动机的起动可分为两阶段：异步起动、牵入同步。5.3特点同步电动机最大的特点是转速恒定，即有绝对硬的机械特性。同步电动机还具有良好的过载能力。同步电动机另一个特点是功率因数可以调节，改变同步电动机转子的励磁电流，可改变定子取用交流电源的功率因数。当转子处于欠励状态时，同步电动机作为感性负载吸收电网感性无功功率；当转子处于过励状态时，同步电动机变成容性负载，向电网输送感性无功功率。因此，利用同步电动机这一特点，可使得电网的功率因数得以改善。5.4应用同步电动机是一种大型的电动机，它用来拖动送风机、水泵、球磨机、空气压缩机等大型的机械设备，其功率达数百千瓦甚至数兆千瓦（如蓄能电站的同步电机）。第六章 直流电动机常见的旋转电机可以分为交流电机和直流电机两大类。直流电机包括直流发电机和直流电动机。6.1直流电动机的工作原理直流电经电刷、换向器被引入了电枢绕组，载流导体在磁场中会受到作用力，在磁场作用下产生电磁转矩，转子转动。直流电动机固定部分成为定子，转动部分的铁心和线圈称为电枢，线圈的两端与两个半圆形的铜环相接，两个环称为换向片。不论何时，n极下和s极上的导体中电流方向总是不变的，因此导体收到磁场力方向也不会变，转子总是按同一个方向旋转。电机发出的电流方向不变，但大小还是在变化，有的瞬间是最大，有的瞬间是零，把这种方向不变，大小在变的电流称为脉动电流。如上所述，直流电动机的电磁转矩是载流导体在磁场中受作用力而产生的。电磁转矩与定子磁通，电枢电流成正比。即 （6-1）式中，为与电动机结构有关的转矩常数。直流电机转动时，电枢绕组切割磁感线而感应的电动势称为电枢电动势。电枢电动势与定子磁通成正比，还与转子的转速成正比，即 （6-2）式中为与电动机的结构有关的电动势常数。6.2直流电动机的结构与分类直流电动机和所有旋转电机一样，具有静止部分和转动部分，静止和转动部分之间要有一定的间隙。静止部分称为定子，由主磁极、换向磁极、机座和电刷组成。转动部分称为转子，在直流电动机中转子产生感应电动势及电磁转矩，因而称为电枢，它由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇组成。6.2.1静止部分1、主磁极主磁极的作用是产生一个恒定的主磁场，它由铁心（磁路部分）和励磁绕组（电路部分）组成。2、 换向磁极他也是由铁心及绕在上面的绕组组成,与电枢绕组并联。其作用是改善换向，减少电火花。3、机座机座的作用是固定支撑主磁极、换向磁极和端盖，是磁路的一部分。4、端盖端盖的作用是密封，支撑固定转轴。5、电刷装置电刷装置是电路引入引出场所。6.2.2转动部分1、 电枢铁心为了减少涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚且彼此绝缘的硅钢片叠压而成。其作用除了嵌放电枢绕组外，它还是磁路的一部分。2、 电枢绕组它是能量转换（机械能与电能）场所，也是电路的一部分。3、换向器换向器通过与电刷的摩擦接触，将两个电刷之间固定极性的直流电流变换成为绕组内部的交流电流，以形成固定方向的电磁转矩。因此，它可改变电流的方向。6.2.3直流电动机按励磁方式分类励磁方式是指直流电动机主磁场产生方式。直流电动机主磁场的获得通常有两类。一类是由永久磁铁产生；另一类是利用给主磁极绕组通入直流电产生，根据主磁极绕组与电枢绕组连接方式的不同，可分为他励、并励、串励、复励电动机。1、永磁电动机永磁电动机由永久性磁铁提供磁场。它由于具有体积小、结构简单、重量轻；损耗低、效率高、节约能源；温升低、可靠性高、使用寿命长；适应性强等突出优点而使用越来越广泛。它在军事上的应用占有绝对优势，几乎取代了绝大部分电磁电动机；其他方面的应用如汽车用永磁电动机、电动自行车用永磁电动机、直流变频空调用永磁电动机等。2、 他励电动机电枢绕组和励磁绕组分别有两个独立的直流电源供电，电枢电压与励磁电压彼此无关。3、并磁电动机励磁绕组与电枢绕组并联，由同一电源供电，励磁电压等与电枢电压，总电流等于电枢电流和励磁电流之和，即。4、串励电动机励磁绕组与电枢绕组串联后再接于直流电源，这时。5、复励电动机这种电动机的励磁绕组分两部分；并励绕组匝数多面线径细，与电枢并联，串励绕组匝数少而线径粗与电枢绕组串联。6.3直流电动机的换向电枢旋转时，一部分绕组元件在一定的时间内被电刷断路。从这时刻起，元件由电枢绕组的一个支路转换到另一个支路，元件中电流的数值与方向都要改变，这个过程称为转换过程。方法是把通入直流电动机的直流电变为交流电，实现换向。6.3.1附加电流换向时，换向元件c会产生电动势，引起附加电流，这就使得实现换向与理想换向存在着差别。它产生的根本原因是存在自感电动势和旋转电动势。1、自感电动势直流电机一般换向周期很短，约为元件c中的电流变化很快，因而在元件c上产生自感电动势 （6-3） 式中，为元件c的电感，符号表示自感电动势的方向阻碍磁场变化。根据电磁感应定律，自感电动势的作用是阻碍换向元件中电流变化，因而它的方向应和元件换向前的电流方向相同。2、旋转电动势电枢旋转时，由于换向元件c在换向区域内切割外界磁场的磁通而产生感应电动势，称为旋转电动势。旋转电动势的方向取决于换向区域磁极的极性，因而与可能方向相同也可能相反。一般应使与方向相反。因为是阻止换向，这不是希望的。由于上述两种电动势的存在，在换向元件c被点刷缩短路的回路中，将产生一个附加电流，的数值由下式求得 （6-4）附加电流对换向的影响，下面根据，分别讨论：（1） 换向过程表现为延迟性；（2） 此条件下的换向称为超越换向。6.3.2产生火花的原因直流电机电刷与换向器的接触由于电磁性质在运转过程中产生火花的原因是因为附加电流的存在。延迟换向时，在后刷边产生火花；超越换向时，在前刷边产生火花。6.3.3改变换向方法改善和换向方法，主要是使附加电流尽可能小，使其近似得到直线换向。减少短路元件合成电动势和增加点刷的接触与电阻，都可以达到减少附加电流的目的，常用改善换向的方法有以下几种：1、装置换向磁极对发动机而言，换向前元件的电动势和电流是同方向的，因而欲使，就要求换向磁极磁场的极性与元件换向前所处的主磁极磁场极性相反。装置换向磁极其产生的磁场可以抵消、。综上分析，不难决定换向磁极性，对发动机，顺电枢转向，换向磁极应与下一个主磁极性相同，对电动机，顺电枢转向，换向磁极应与下一个磁极极性相反。为了使负载变化时，换向磁极磁通势也能作用相应变动，使在任何负载时换向元件中始终为零，就要求换向磁极绕组必须与电枢串联并保证换向磁极磁路不饱和。2、移动电刷位置从几何中心线到物理中心线，由于电枢反应，使电流、磁场最弱。3、正确选用电刷目前常用的电刷有石墨电刷、电化石墨电刷、金属石墨电刷等。石墨电刷的接触电阻较大，金属石墨电刷的接触电阻最小，从改善换向的角度来看似乎应采用接触电阻大的电刷，但接触电阻大，则接触电压降也大，使能量损耗和换向器发热加剧，对换向也不利。当换向并不困难，负载均匀，电压在80至120v的中小型电机通常采用石墨电刷；电压在220v以上或换向比较困难的电机，常采用电化石墨电刷；而对于低压大电流的电机宜采用金属石墨电刷。4.防止环火与补偿绕组除了电磁型火花以外，直流电动机有时会因为某些换向片间电压过高而发生电位差火花。在不利的情况下，电磁性火花和电位差火花连成一片，在换向器上形成一条长电弧，将正、负电刷连通，这种现象称为“环火”。防止环火的方法是，在极靴内放置补偿绕组，补偿绕组应与电枢绕组串联，并使补偿绕组磁通势与电输磁通势相反，保证在任何负载下电枢磁通势都能被抵消。6.4直流电动机的起动直流电动机从接入电网开始，一直到稳定运行的整个过程称为直流电动机的起动过程，简称起动。对直流电动机的起动，一般提出如下几点要求：（1）要有足够的起动转矩;（2）起动电流要限制在一定范围内；（3）启动范围要简单可靠。直流电动机的起动可分为直接起动，电枢回路串电阻起动和减压起动三种，以满足不同生产机械的要求。6.4.1直接起动直接起动是指不采取任何限制起动电流的措施，把静止的电枢直接接入到额定电压的电网上。直接起动的最大优点是操作简单，起动时间短，无需附加起动设备。但缺点是起动电流大，产生电火花，使电枢绕组及绝缘材料受到损害，还会导致电动机轴上所带的负载或工作机构受到冲击。因而，直接起动的方式，仅适用于1至2kw的小型电动机，对于容量稍大的电动机，起动时必须采取限流措施。6.4.2电枢回路串电阻起动为了限制起动电流，起动时在电枢回路串入一个可变电阻器，称为启动电阻，在转速上升的过程中逐步切除。6.4.3降压起动降压起动只能在电动机有专有电源时才能采用。起动完使电压与额定电压相等。6.5直流电动机的调速人为地改变电动机的转速称为调速。根据直流电动机的转速公式： （6-5）可以看出，在一定的负载下，电枢电流不变，改变电枢电压u、改变电枢回路的附加电阻r、改变磁极磁通都可以引起转速的变化。因此，他励直流电动机可以有三种调速方法。为评价各种调速方法的优缺点，对调速方法提出一些技术指标做如下分析。6.5.1调速指标1、调速范围调速范围是指可能达到的最高转速和最低转速之比。显然要扩大调速范围，必须尽可能提高电动机的最高转速，降低电动机的最低转速。但它们都受电动机自身条件的限制，很难改变。2、相对稳定性相对稳定性又称静差率，是指负载转矩变化时，转速变化的程度。转速变化小，相对稳定性就好。电动机的机械特性越硬，相对稳定性越好。3、调速的平滑性在一定调速范围内，调速的级数越多就认为调速越平滑，相邻两级转速之比称为平滑系数。平滑系数越接近1则平滑性越好，当平滑系数等于1时，称为无极调速，即转速是连续可调的。4、调速的经济性调速的经济性包含两方面内容，一是指调速所需的设备投资和调速过程中的能量损耗。另一方面是指电动机在调速时能否得到充分利用。电枢串电阻调速及降低枢电压调速适用于恒转矩负载的调速，改变磁极磁通的调速方法适用于恒功率负载的调速。6.5.2调速方法1、他励电动机调速方法有电枢回路串电阻调速：串入的电阻越大，则电动机的转速越低；改变电源电压：在同一负载下，电源电压越低，转速越低；改变磁极的磁通：在同一负载下，磁通越小，转速越高，但它只能从额定转速向上调节。2、并励电动机并励电动机调速方法与他励电动机调速方法一样。3、串励电动机串励电动机也有三种调速方法：在电枢回路串接电阻调速、改变励磁磁通调速和改变电枢电压调速。6.6直流电动机的制动电动机的制动是用加上一个与电动机转向相反的转矩来实现的，所加的转矩是电动机的电磁转矩，也可以是制动闸的机械摩擦转矩。前者称为电磁制动，称为机械制动。电磁制动的方法有三种：能耗制动、回馈制动和反接制动（包括电源反接制动和倒拉反接制动）6.6.1能耗制动能耗制动是消耗机储存的动能已达到制动的效果。6.6.2再生制动再生制动是指电动机处于发电机状态下运行，将发出的电能送回电网。只要当电机的转速大于理想空载转速，其产生的制动转矩以限制电机转速的不断上升，通时向电网输送电能。6.6.3反接制动1、电源反接制动制动时让电枢的电源反接，刚开始时，由于惯性，电动机的转速不能突然改变。当电磁转矩等于零时，电动机很快减速。当电动机转速为零时，应及时把电动机电源切断，否则电动机将发向转动。2、倒拉反接制动当电枢回路突然接入大电阻，转速为零时，电动机反向起动，电磁转矩与转向相反，电动机进入制动状态。典型应用是起重机提升重物。第七章 特殊电机7.1伺服电机7.1.1概述伺服电机的作用是把接收到的信号变为电机的一定转速或角位移。自动控制系统对伺服电机的基本要求是：（1）有较大的调速范围；（2）快速响应；（3）具有线性的机械特性和调节特性；（4）无自转现象。7.1.2交流伺服电动机1、结构包括定子和转子两部分。定子由定子铁心和定子绕组构成，定子绕组包括励磁绕组和控制绕组，它们在空间上互差90度电角度。转子是笼型结构的，转子电阻大，因此，转矩大，调速范围大，转动平稳；而且，由于转动电阻大，转动惯量就小，所以无自传现象。2、工作原理及特点在没有控制电压是定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制点电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的方向相反时，伺服电机将反转。3、伺服电机有三大特点：（1）起动转矩大；（2）运行范围较宽；（3）无自转现象。4、控制方式（1）幅值控制方式：通过调节电压的大小来改变电机的转速；（2）相位控制方式：通过调节控制电压与励磁电压的相位差来改变电机的转速和转向；（3）幅值相位控制方式：同时改变控制电压的幅值和相位以达到控制的目的。5、性能指标交流伺服电机的额定值：额定电压、额定频率、堵转转矩和堵转电流、空载转速、机电时间常数6、 应用在自动控制系统中，根据被控系统不同，有速度控制和位置控制两种类型。尤其是位置控制系统可以实现远距离角度传递，它的工作原理是将主令轴的转角传递到远距离的执行轴，使之再现主令轴的转角位置。如工业上发电厂锅炉闸门的开启，军事上炮火和雷达的自动定位等。交流伺服电机在监测装置中的应用也很多，如电子自动电位差计，电子自动平衡电桥等。另外，交流伺服电机还可以和其他控制元件一起组合成各种计算装置，进行加、减、乘、除、乘方、开方、正弦函数、微积分等运算。7.1.3直流伺服电机1、分类直流伺服电机由传统式和低惯量型两大类。低惯量型直流伺服电动机又分盘式电枢直流伺服电动机、空心杯电枢永磁式直流伺服电机、无槽电枢直流伺服电动机。2、工作原理直流伺服电动机是根据电磁感应定律中载流导体在磁场中受电磁力作用的原理来工作的。3、控制方式直流伺服电机有电枢控制和磁极控制两种控制方式。电枢控制是将电枢电压作为控制信号来控制电动机的转速，磁极控制是通过改变励磁电压来控制转速。4、应用直流伺服电机在自动控制系统中作为执行元件。由直流伺服电动机组成的伺服系统，通常采用速度控制和位置控制两种控制方式。直流伺服电机在工业上的应用还有很多，如发电厂锅炉闸门的控制、变压器有载调压定位等。7.2步进电机7.2.1概述步进电机是一种将电脉冲转化为角位移和角速度的执行机构。步进电机有反应式、永磁式和永磁感应式三种。7.2.2反应式步进电机1、结构步进电机主要由定子和转子构成。定子上嵌有多星形连接的控制绕组，转子的主要结构是带有齿的磁性转轴。2、工作原理定子通入交流电，产生旋转磁场，使转子中的磁性转轴在电磁力的作用下转动。3、运行方式步进电机的运行方式有三相单三拍运行、三相双三拍运行、三相六拍运行。“单”是指每次只有一相绕组通电，“双”是指每次有两相绕组通电，从一相通电改换到另一相通电称为一拍，每拍转子转过的角度称为步距角。步距角可按下式计算： （7-1）式中，为转子的齿数，为运行的拍数。7.2.3步进电机的特点及应用反应式步进电机的性能特点是齿距角可以做得很小，起动和运行频率较高。断电时无定位转矩，需用带电定位，消耗功率大。步进电机作为执行元件，广泛应用于各种自动化控制系统和生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床制造中，被认为是理想的数控机床的执行元件。随着步进电机技术的发展，步进电机已经能够单独在系统上使用，成为不可替代的执行元件。如步进电机用作数控机床进给伺服系统的驱动电动机，可用来传递转矩和消息。7.3 测速发电机7.3.1概述测速发电机的作用是将输入的机械转速变化为电压信号输出，是输出电压与转速成正比。它分为直流测速发电机、交流测速发电机及霍尔效应测速发电机三类，其中直流测速发电机又包括永磁式和电磁式两种；交流测速发电机也可分为同步测速发电机（永磁式、感应子式、脉冲式）和异步测速发电机（笼型、空心杯式）。7.3.2应用直流测速发电机主要用于自动控制系统中的测速元件和用做计算元件；交流异步测速发电机可用来做为角加速度的信号元件。7.4交直流两用电动机7.4.1基本结构交直流两用电动机结构基本上与串励、有槽电枢的直流电动机相似。7.4.2工作原理交直流两用电动机的工作原理与直流串励电动机相同。对于交直流两用电动机，由于其主磁通和电枢电流的方向同时随电源的极性而改变，因此能使平均转矩保持逆时针方向不变。7.4.3特点（1）起动电流小，起动转矩大；（2）调速范围广，能获得高速；（3）机械特性较软；（4）不能全压、空载运行。7.4.4调速方法它和直流电动机一样，主要有三种调速方法：电枢回路串电阻调速、减弱励磁磁通调速、降低电源电压调速。7.4.5应用它在日常生活器具、手动器件、计算工具和精密机械中得到了广泛的应用。其次，在医疗器械、通信技术及测量技术等行业中也经常用到这种电动机。第八章 电动机的维护8.1电动机的使用和维护8.1.1电动机在使用前的检查1、电动机在开始使用前应详细查对铭牌，检查电路、起动设备和其他有关装置的情况，各部分电路是否接妥，接地是否可靠，熔丝是否完好并符合规定，开关、接触器等是否良好，电路接错、短路、断路等都会对电机造成损坏。2、电动机接上电源前，应检查绝缘状况。如果绝缘电阻值很小，应进行干燥处理。对于绕线转子异步电动机，还应检查转子绕组的绝缘，校准碳刷弹簧压力，清楚滑环和碳刷表面的污损。3、电动机在使用前，应先做空在运转检查，检查电动机的旋转方向是否正确。若要改变转向，只需将三相异步电动机的任意两相接线对调即可。同时应观察电动机运转是否正常，有无异常声响或振动等，只有一切正常后，才能带负荷起动。8.1.2电动机使用中的监视对运行中的电动机进行监视，是为了清除一切不利于电动机运行的因素，及早发现过账隐患，做到及时处理，以免故障扩大，造成重大损失。1、 监视电动机的温度电动机正常运行时，由于功率损耗的存在，电动机将发热，使电动机的温度升高。温升在允许范围内，属于正常。但如果温升超出允许界限，就会导致绕组过热而烧毁。一般引起过热的原因，多是因为电动机发生故障，或是因为负载过大、使用环境温度过高、通风不畅等。所以，电动机温度的高低是反映电动机是否正常工作的重要标志，在运行中要经常检查，判断电动机是否过热常用一下的方法：（1）判断电动机是否过热的准确方法使用温度计测量；（2）用红外测温仪进行检测。2、监视电动机的负载电流电动机负载电流增大时绕组线圈的铜损耗将增大，因而定子绕组和定子铁心的温度都将上升。电动机在正常工作时负载电流不应超过铭牌上的额定值。另外，对于三相电动机，还要监视三相电流的平衡情况，各项电流的不平衡不应超过10%。如果相差悬殊，定子绕组可能有短路、断路、接反等故障或电动机发生断相故障。容量较大的电动机应装设电流表，以方便随时对电流进行监护；容量小的电动机一般不装电流表，可用钳形电流表测量。3、监视电源电压的变化电动机的电源上最好安装电压表，以便对电流电压进行监视。电源电压过高过低或是三相不平衡，都会给电动机运行带来不良后果。一般单相电动机可以在额定电压正5%至10%范围内正常运行；三相电动机的三相电压之间的差值不应超过5%。4、监视电动机的轴承电动机运行中轴承的温度不允许超过容许值。轴承外盖边缘处不能有漏油现象。5、 监视电动机声音及振动情况电动机正常运行中，没什么杂音，较大的电动机也只有均匀“哼”声和风扇的呼啸声。如果运行中听到不正常的杂噪声或是低沉的吼声等，都说明电动机有故障。电动机基础不牢或固定不紧，将产生剧烈震动；转子零件松弛，转轴弯曲或转轴磨损或轮滑油不足等，都能使电动机发出不正常的声音。另外，电气反方面的故障也可造成电动机的震动和不正常的噪声。8.1.3电动机的维护和保养为了保证电动机正常工作，还应对电动机进行定期检查，做好维护和保养工作。以及时消除一切因患，防止故障发生。定期维护内容主要有：（1）轻擦电动机 及时清除电动机几座外部的灰尘、油污。（2）检查和轻擦电动机的接线端子 检查接线盒接线螺钉是否松动、烧伤。（3）检查各固定部分螺钉 包括地脚螺钉、端盖螺钉、轴承盖螺钉等。（4）检查传动装置 检查皮带轮或联轴器有无破裂、损坏，安装是否牢固，皮带及其连接扣是否完好（5）检查电动机的起动设备 极式轻擦设备外部灰尘、泥垢，擦拭触电，检查各为接线部位有没有烧损痕迹，接地线是否良好。（6）轴承的检查和维护 轴承在使用一段时间后应该清洗，更换润滑脂润滑油。清洗和换油的时间，应随电动机的工作情况、工作环境、清洁程度、润滑剂种类而定。一般每工作3至6个月，应清洗一次。（7）绝缘情况的检查 绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而有所差别，所以要尽量保持电动机绕组的干燥。经常检查绝缘电阻并查看电动机接地装置是否可靠。（8）除了上述的规定维护外，要求电动机运行一年后大修一次。通过对电动机进行彻底、全面的检查和维护，增补缺少、磨损的元件，彻底清除电动机内卫的灰尘、污物，检查绝缘情况，清洗轴承并检查其磨损情况。发现问题，及时处理。8.2 异步电动机运行与维护8.2.1电动机的运行1、 基本要求（1）在额定冷却空气温度（一般为35度）下，电动机可按制造厂铭牌所规定的额定数据运行；当冷却空气温度额定值不同时，可参照下述规定运行：a、当冷却空气温度t低于35度时，电动机的功率可以较额定功率提高（35t）%,但最多不应超过8%至10%。b、当冷却空气温度t高于35度时，电动机的功率应较额定功率降低（t35）%.（2）电动机线圈和铁芯最高监视温度，应符合制造厂的规定，在任何运行方式下均不应超过此温度。电动机各部位发热程度使用温升来表示的。温升=实际温度冷却介质温度。介质温度一般为环境温度。电动机的发热和温度是决定其容量的主要因素。电动机中耐热最差的是绝缘材料，一旦绝缘裁量损坏，将造成短路，使电动机烧毁。电机厂用绝缘（耐热）等级一般有a、e、b、f、h五个等级，代表其绝缘结构的五个最高温度限值。同时，为了直观表示电动机发热结果，人们还采用了温升这一技术指标。电机的允许温度是以40度为基准环境温度，绝缘耐热等级相应温度与基准环境温度的差极为允许温升。电机运行时，若绝缘材料的工作温度不超过绝缘等级最高工作温度，其设计寿命可达20年以上，如果电机长期工作在其绝缘等级的最工作温度，其寿命就会缩短。如a级电机，如长期超过最共工作温度8度，电机的绝缘寿命将会缩短一半。电机运行时，输出功率大，则电流和消耗大，温升越高。电机铭牌上所标明的额定功率是指在基准环境温度40度和规定的工作方式或工作制下，不超过最高允许温升时的最大输出功率。工作环境温度低于40度时，可适当提高电动机的输出功率；相反，当环境温度超过40度时，要适当降低电机的输出功率。(3)电动机在按额定功率运行时，相间电压不平衡程度不得超过5。(4)电动机运行时，每个轴承测得的振动值，应符合国家的规定。(5)电动机轴伸的径向偏摆最大允许值为多家规定数值。换向器和滑环的偏摆和偏心，对于小型电动机一般应小于0.10，滑动轴承上电动机轴伸窜动间隙（轴向移动）的允许值见表。(6)直流电动机在运行时，其换向器上可能出现火花。如无特殊要求，且在额定状态下运行时，火花等级不应大于级，在短时过电流或短时过转矩时，不应超过2级，3级火花仅允许在直接启动（无变阻器）或你转瞬间出现，直流电动机点刷下火花等级的特征如下：a、级电刷边缘仅小部分有微弱的火花或有红色小火花（非放电性）。b、级电刷边缘大部分或全部有轻微的火花。c、2级电刷边缘全部或大部分有较强烈火花。d、3级电刷整个边缘有强烈的火花，同时有打火花飞出。2、电动机起动前的要求(1)对新投入或大修后投入运行的电动机的要求:a、三相交流电动机定子绕组，线绕是异步电动机的转子绕组的三相直流电阻偏差应小于2。对某些只更换个别线圈的电动机，其直流电阻偏差应不超过5，担当电源的三相电压平衡时，三相电流中任一相与三相平均值的偏差不得超过10。b、直流电动机电枢绕组与换向片焊接后，片间电阻相差应小于58。c、电动机定子与转子之间的间隙不均匀度不允许超过国家规定的数值。d、直流电动机或滑环式电动机的换向器，滑环的电刷架应完好；弹簧压力及电刷与刷盒的配合以及电刷与滑环或换向器的接触面应符合要求。e、电动机绕组的绝缘电阻应符合规定，电动机的绝缘电阻一般应大于国家规定。(2)长时间（如3个月以上）停用的电动机，投入运行前的要求:a、用手电筒检查内部是否清洁，有无赃物，并用压缩空气（不超过两个大气压）或“皮老虎”吹扫干净。b、检查线路电压和电动机接法是否符合名牌规定；电动机引出现与线路连接是否牢固，有无松动或脱落，机壳接地是否可靠。c、熔断器，断电保护装置，信号保护装置，自动控制装置均应调试到符合要求。d、检查电动机润滑系统：油质是否符合标准，有无缺油现象。对于强迫润滑的电动机，启动前还应检查油路系统有无阻塞，油温是否合适，循环油量是否合乎要求。电动机应经试运正常后方可启动。e、个紧固螺丝不得松动。f、测量绝缘电阻是否符合规定要求。g、检查传动装置：皮带不得过松或过紧，连接要可靠，无伤裂迹象，联轴器螺丝及销子应完整，紧