电机基本知识培训

电机的结构和性能 的基本知识 电机的结构和性能 的基本知识 一、单相电机的基本原理一、单相电机的基本原理 二、电机的结构二、电机的结构 三、电机的制造工艺三、电机的制造工艺 四、电机的主要性能指标和特性四、电机的主要性能指标和特性 五、电机的主要实验方法五、电机的主要实验方法 六、空调电机的新领域六、空调电机的新领域 一单相电机的基本原理 单相电机只需单相电源供电,使用方便,广泛应用于工 业、农业和人民生活的各个领域，如用在洗衣机、电风 扇、冰箱、空调器等日用电器以及其它粉碎机、切肉机 和各种电动工具等。 根据单相异步电动机起动方法的不同以及起动性能、运 行性能的差别，一般分为以下几种类型： 1.电阻起动单相异步电动机 2.电容起动单相异步电动机 3.电容运转单相异步电动机 4.双值电容单相异步电动机 5.罩极单相异步电动机 电阻起动单相异步电动机的定子有两套绕组，一 套是主绕组，也叫运行绕组，另一套是副绕组， 也叫起动绕组，副绕组通过一个起动开关同主绕 组并联接到单相电源上，当转速达到一定程度 时，起动开关切断副绕组，由主绕组单独工作。 电容起动单相异步电动机，副绕组与起动电容器 串联，经起动开关与主绕组并接后接于电源，由 于起动电容器只在起动时使用，且通电时间不 长，而一般要求电容量大，故常选用电解电容 器。 空调电机属于单相电容运转异步电动机 单相电容运转异步电动机：是指转子为 鼠笼型，定子铁心槽内放置在空间互相 错开/2电角度的两相绕组-主相和副相 绕组，辅绕组电路中串接在电机起动和 运转时始终参与工作的电容器，而构成 两相异步电动机，其特点是运行性能 好，功率因数、效率以及过载能力好， 缺点是起动转矩较低，起动电流较大。 图中所示是典型的空调室外机和室内塑 封电机 二、空调电机的结构二、空调电机的结构 空调电机的结构一般由定转子铁芯、绕组、转空调电机的结构一般由定转子铁芯、绕组、转 轴、温度保护器、端盖、轴承组成，现分别介轴、温度保护器、端盖、轴承组成，现分别介 绍如下。绍如下。 定子铁心：由定子冲片装压后用扣片或其它方定子铁心：由定子冲片装压后用扣片或其它方 法扣紧，形成定子铁心。定子冲片用硅钢片冲法扣紧，形成定子铁心。定子冲片用硅钢片冲 制而成（硅钢片又分为热轧和冷轧硅钢片，我制而成（硅钢片又分为热轧和冷轧硅钢片，我 司用的是鞍钢的司用的是鞍钢的50A50A13001300，其他有武钢的，其他有武钢的 50W130050W1300，宝钢的，宝钢的50A100050A1000）。冲片表面应进）。冲片表面应进 行绝缘处理，如涂绝缘漆或在冲片表面进行氧行绝缘处理，如涂绝缘漆或在冲片表面进行氧 化处理，以减少铁心涡流损耗和增强抗腐蚀和化处理，以减少铁心涡流损耗和增强抗腐蚀和 防锈性能。定子铁心槽内嵌有定子绕组，是电防锈性能。定子铁心槽内嵌有定子绕组，是电 机的主要磁路部分。机的主要磁路部分。 定子绕组：根据线圈绕制的形状与嵌装布线方 式的不同，可分为集中式和分布式两种类型：集 中式绕组一般为矩形线圈，线圈经绝缘带包扎定 型后，在经浸漆烘干处理，然后嵌装于凸形磁极 的铁心上。通常每个磁极有一个线圈。一般直流 电机、交直流两用电动机的励磁绕组，以及凸极 式单相罩极电动机的主极绕组都采用集中式绕 组；分布式绕组一般由几个线圈按照一定的规律 嵌装布线组成线圈组，当线圈组通电后形成不同 极性的磁极。 绕组所用的是漆包圆铜线，我司用的牌号是 代表漆包圆铜线，代表聚酯类漆 代表厚漆膜 铸铝转子：由转子冲片叠装成转子铁心。 转子铸铝时，由熔化铝液铸成由导条和端 环组成的铝笼，以及端环上的平衡柱。转 子铁心是电机主要磁路部分，鼠笼导条和 端环是转子绕组。导条和旋转磁场作用， 产生转矩驱动电动机旋转。 空调电机铝的成分是A.（既纯 铝） ，洗衣机电机为了增加起动转矩会用 到高电阻铝合金。 热保护器：当电动机温度达到或超过热 保护器预定的温度时，热保护器就会切 断电源保护电动机。常用的热保护器由 双金属片型、热断型和 热保护器：当电动机温度达到或超过热 保护器预定的温度时，热保护器就会切 断电源保护电动机。常用的热保护器由 双金属片型、热断型和PTC热敏电阻型 三种。 热敏电阻型 三种。 转轴:我司用的转轴材料是少切削的优质结构冷 拉钢45#钢。 转轴与轴承都有标准的配合尺寸，磷化后的转 轴（外径小于17）轴承档公差取（-0.002- 0.008），与铸铝转子的配合处一般压4条筋。 如有强度要求，还必须对转轴进行热处理，热 处理方法包括正火和淬火。 为了通过客户的盐雾实验,要对转轴进行防锈处 理,我司防锈方法是磷化处理，磷化厚度0.002- 0.004,其他的防锈方法还有镀镍、镀铬等。 端盖：空调电机的端盖一般就是拉伸钢板 和铸铝端盖，拉伸端盖的材料一般是 SPCD或08Al,厚度是1.0,1.2或1.5,铸铝端盖 的材料是YL102 轴承：我司用的轴承包括， ，等 代表深沟求轴承 是代表轴承内径是 轴承的核心材料是轴承钢。选用轴承时一 定要考虑到轴承的润滑，轻负载轴承润滑 可用润滑脂，重负载时要用润滑油。 其他的电机零部件其他的电机零部件 其他的电机零部件还包括有级的定子 槽绝缘（即）、电源线、端子等 三三 电机的制造工艺电机的制造工艺 1.定子绕组的制造工艺 2.转子的制造工艺 3.电机的装配工艺 1.1.绕组的制造工艺绕组的制造工艺 绕组是电机的关键部件。电机的寿命和 运行可靠性，主要取决于绕组的制造质 量以及运行中的电磁作用、机械振动和 环境因素的影响。而绝缘材料与结构的 选择、线圈制造过程中的绝缘缺陷和绝 缘处理的质量是影响绕组制造质量的关 键因素。 电机绕组按其用途分，有电枢绕组和磁 极绕组 电枢绕组又分为软绕组（散嵌绕组）和 硬绕组（成型绕组） 空调电机的绕组属于散嵌绕组 微波炉用的高压变压器绕组属于磁极绕 组 空调电机绕组的绝缘结构 1.匝间绝缘 ，是以漆包线本身的绝缘做为 匝间绝缘。如漆包线的漆膜、玻璃丝包线 外包的玻璃丝等。如果漆包线一旦出现针 孔、漏包或绕嵌过程中出现损伤，就有可 能导致匝间故障。因此保证电磁线制造时 无破损或嵌线时免受损伤，是防止匝间故 障的根本途径。 2.槽绝缘 槽绝缘是在嵌线之前插入槽内的，通 常采用薄膜复合绝缘材料，也有采用多层绝缘 组成复合槽绝缘的。 槽绝缘各层绝缘的作用不同，靠近槽壁的绝缘 纸主要起机械保护作用。 在槽绝缘的加工过程中，必须注意两个问题： 一是槽绝缘宽度应根据槽形尺寸剪裁，不要过 宽过窄 二是槽绝缘伸出铁芯的长度应保证绕组 对铁芯的爬电距离 3.相间绝缘 线圈的制造线圈的制造 1.线圈的基本数据应符合设计要求 2.线圈尺寸形状应符合设计要求。线圈的 直端和端伸的长度应严格控制，过短会 造成嵌线困难，过长会影响电磁参数， 还会影响绝缘距离。 绕组的嵌装绕组的嵌装 绕组嵌装包括把线圈或导体安放到贴心 槽内，整理和扎紧线圈端部，以及将各 个线圈连接成为绕组。 电机绕组的焊接电机绕组的焊接 绕组的焊接方法很多，按焊接过程的特 点：分为钎焊、熔化焊和压力焊 我们公司的绕组都是采用钎焊，主要特 点是焊料的熔点低于被焊金属的熔点， 焊接时，焊料熔化，但被焊金属不熔 化，我们最常用的就是锡焊。 绕组的绝缘处理绕组的绝缘处理 绕组绝缘处理的目的就使为了将绝缘中所含的 潮湿驱除，而用漆或胶填满绝缘中的所有空隙 和覆盖表面，以提高绕组的性能 常用的绝缘处理方法有浸漆、浇注、以及特殊 绝缘处理。 最常用的就是我们公司所用的沉浸，沉浸又可 分为常压、真空、真空压力， 绕组的绝缘漆又分为有溶剂漆和无溶剂漆 浸漆的处理工序分为预烘、浸渍和烘干 绕组的质量检查和试验绕组的质量检查和试验 绕组在绕制、嵌装、焊接、绝缘处理及总装 后，均必须进行质量检查和试验。 1.匝间绝缘试验 采用冲击电压与波形比较法进行电机绕组的匝 间绝缘耐压试验，方法简单，准确率高。 2.工频交流耐压试验 是在绕组上施加频率为50HZ，数值为国家规定 的电压，考核绝缘的介电强度。 3.绝缘电阻 测量绝缘电阻的目的是判断绕组绝缘的 受潮和缺陷情况。 2.2.铸铝转子的制造工艺铸铝转子的制造工艺 电机的转子分为铸铝转子和焊接转子 铸铝转子就是通过设备把铝或铝合金铸 出笼型绕组，大多数同时铸出风叶和平 衡柱 焊接转子则由铜、黄铜导条焊接成为笼 型绕组 铸铝的工艺主要分为离心铸铝、压力铸 铝和低压铸铝。 铸铝转子的缺陷有断条、气孔、缩孔、 注不满和裂纹等。 铸铝转子不好对电机的起动性能和运行 性能影响很大。 3.3.电机的装配工艺电机的装配工艺 按照技术要求和一定的精度标准，将若 干零部件组装成电机产品的过程，称为 电机装配 达到好的装配 1.装配尺寸链要非常准确 2.电机转子要进行校动平衡，校动平衡是 为了减小电机的振动，提高轴承的使用 寿命。 四四电机的主要性能指标及特性电机的主要性能指标及特性 电机的主要性能指标： 额定效率：=P2/P1 （P2：从电网输入电 动机的电功率；P1：电动机轴上输出的机械功 率） 额定功率因数 .同步转速：ns=60f1/p (f1：电源频率；p： 电动机极对数) .异步电动机转速：n=(1-s) ns (s：转差率) .起动转矩 .最大转矩 .起动电流 .温升 .噪声 异步电机工作特性分析： 异步电动机的工作特性：指在额定电压及额 定频率下，电动机的主要物理量（转差率， 转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变 化的关系曲线。 转差率特性： 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩 的必要条件。 转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才 可能切割磁力线。 旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速； 转子的实际转速用n表示，转差n=n1-n。 转差率：转差率是异步电动机的一个基本变 量，在分析异步电动机运行时有着重要的地 位。 起动瞬间，n = 0,s=1 理想空载运行时：n=n1,s=0 作为电动机运行时，s的范围在0-1之间。 转差率一般很小，如s = 0.03。 制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相 反，即n1与n反向，s1 发电运行时，n高于同步转速n1,s0. 转矩特性： 异步电动机的输出转矩： 转速的变换范围很小，从空载到满载，转 速略有下降。 转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直 线） 电流特性：空载时电流很小，随着负载电 流增大，电机的输入电流增大。 效率特性： 其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载 电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似 不变； 效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损 耗时，电机达到最大效率。 功率因素特性功率因素特性 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，空载时，定子电流基本上用来产生主磁通， 有功功率很小，功率因数也很低；有功功率很小，功率因数也很低； 随着负载随着负载 电流增大，输入电流中的有功分量也增大，电流增大，输入电流中的有功分量也增大， 功率因数逐渐升高功率因数逐渐升高; ;在额定功率附近，功率因在额定功率附近，功率因 数达到最大值。数达到最大值。 如果负载继续增大，则导致如果负载继续增大，则导致 转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从 而引起功率因数下降。而引起功率因数下降。 空调电机的调速方法： 1.副相调速，基本原理在副绕组上增加一个或两 个抽头来变速，优点是调速简单，不增加成 本，缺点是低档温升高，低档起动转矩小。 2.主相调速，基本原理是在主绕组上增加一套绕 组，优点是低档温升低，起动转矩大，缺点是 成本增加。 3.带PG板调速,通过可控硅调节输出电压控制电机 的转速。 电机关键控制点： 电机设计时：电机负载特性、振动与噪 音、温升（GB4706.32-1996第11章 发热试 验，第19章 非正常工作试验）、 成品检验（与设计的复合性）：电机空载 特性、负载特性、直流电阻、安全性能 五：电机的主要试验五：电机的主要试验五：电机的主要试验五：电机的主要试验 a.a.空载试验空载试验( (试验标准件技术规范试验标准件技术规范) )：如果空：如果空 载电流过大，则表示定子与转子之间的气隙载电流过大，则表示定子与转子之间的气隙 可能超出允许值，或定子绕组匝数少于设计可能超出允许值，或定子绕组匝数少于设计 值，也可能是由于装配质量差，使转子转动值，也可能是由于装配质量差，使转子转动 不灵活所致；如果空载电流过小，则表示可不灵活所致；如果空载电流过小，则表示可 能定子绕组匝数多于设计值。空载运转时，能定子绕组匝数多于设计值。空载运转时， 电机应平稳轻快，无停滞现象，声音和谐、电机应平稳轻快，无停滞现象，声音和谐、 无杂音；空载运转时测得的振动速度不应超无杂音；空载运转时测得的振动速度不应超 过过1.6mm/s1.6mm/s。 b.堵转试验：试验目的是为了测定电机的堵转 电流、堵转转矩和堵转损耗，考核笼型转子 的铸铝质量及转子槽形设计的合理性。一般 情况下同规格笼型异步电动机，在100V时的 堵转试验电流值相差3%6%；堵转损耗相差 5%10%；堵转电流偏大，一般是定子绕组 匝数少，转子槽斜度不够、气隙过大、定转 子铁心未对齐等原因造成的。堵转电流偏 小，一般是铸铝转子铁心叠片错片、斜槽时 槽口不齐、笼型导条杂质多或有缩孔、夹渣 或断条、气隙小于允许值等原因造成的。 c:温升试验：目的是通过实验求得电机满载 运行导热稳定状态时的电机绕组温升值， 另外还包括铁心、轴承的温升等。电机温 升的高低直接关系到电机绝缘寿命的长 短，影响到电机效率及其他力能指标的好 坏，当电机温升过高时，甚至会导致电机 很快的损坏。 温升的计算公式是：（） （.+）（ ） d:匝间绝缘试验：多匝线圈或绕组应进行匝 间绝缘试验，以考核绕组匝间绝缘承受过 电压的能力。方法：在电机绕组与机壳之 间施加试验电压（有效值）为1800VAC， 历时0.5s，电机匝间绝缘而无击穿现象，泄 漏电流不应超过10mA。 e:短时升高电压试验（代替匝间绝缘试验）： 方法：在电动机空载时施加1.3倍额定电压 （或者额定电压范围上限），持续时间为 3min。试验中若出现1）电机冒烟、跳弧或发 出焦味；2)电机有