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1 电机基本知识 电机的定义与分类 电机的工作原理 电机的基本结构 电机的调速方法及原理 电动机主要参数介绍 关键零部件对电机的影响 2 电机的定义与分类 1 电机的定义 电机是一种把电磁能转化为机械能的机器 2 电机的分类 单相电阻起动电机 3 电机的工作原理 我司制作的空调电机是单相电容运转电动机 下面我们以此种电机为基础分析电机的工作原理 电机工作过程是一个很复杂的电能 磁能 机械能相互转换的过程 要想掌握其工作原理 必需了解以下3大定律 安培右手螺旋定律如图1所示通电的导体缠绕在一根铁棒上 这样就会在铁棒的内部和周围产生磁场 产生磁场的方向符合安培右手螺旋定律 图1 安培右手螺旋定律伸出右手握住螺旋线圈 让大拇指与四指垂直 让电流的方向与四指的方向一致 则大拇指的方向就是螺旋线圈内部磁力线的方向 4 B 弗莱明右手定则 弗莱明根据法拉第和楞次等科学家的研究基础上 推论出了用磁场方向和导体运动方向来表示感应电动势方向的法则 成为弗莱明右手定则 如图2所示伸出右手 展开四指 大拇指与四指垂直 让磁力线的方向竖直穿过手心 大拇指的方向为导体运动的方向 则四指的方向为感应电动势的方向 公式表示为 e BLVsin 图2 可见 在磁场中运动的导体会产生感应电动势 电压 导体就形成了一个电源 可以想象成电池 如果外面接上一个电路 则电路中存在电流 灯泡会放光 根据相对运动定律可知 如果图2中的导体不产生运动 如果磁场进行运动 同样可以在导体中产生电动势 电机的铸铝转子就是根据此原则产生电流的 5 E 弗莱明左手定则如图3所示 在磁极之间悬挂一导体 如果有电流通过导体 导体就会运动 这是由于磁极形成的磁场和电流形成的磁场间相互作用所致 这个力叫电磁力 电磁力的方向取决于电流的方向和磁场的方向 运用弗莱明左手定则可进行判定 伸出左手 展开四指 大拇指与四指垂直 让磁力线的方向竖直穿过手心 四指的方向为导体电流的方向 则大拇指的方向为导体受力的方向 公式表示为 F BILsin 图3 6 电机的工作原理电机的工作原理实际上就是以上3大定律的相互转换过程 从而产生一个电 磁 电 力的过程 完成电能 机械能的转化 单相电机接上电源后 要使转子能够运转起来 一般来说定子上必须有两套绕组 罩极电机除外 如图4所示 表示了一个最简单两相绕组 定子铁芯上有四个槽均匀放置两套线圈mm 和aa 它们在空间上相互垂直 现在给两套线圈分别接入220V正弦交流电源UmUa 但是主相Um要落后于Ua90 因此通过两线圈的电流如下Im I最大sin tIa I最大sin t 90 t为正弦交流电的变化角速度 下面我们根据 t的几种特殊状态进行分析电机内部磁力线的情况 图4 7 图5 如下图5所示 当电机线圈内通入图中所示电流后 运用安培右手定则可以得出不同时刻电机内部的磁场变化方向 随着时间的变化电机内部磁场成逆时针方向旋转 这就是电机的旋转磁场 是电机运转的基本条件 8 我司电机的铸铝转子通过转子铁芯中的铝条和两端的端环可以组成很多的闭合回路 如图6所示 这样铝环中存在感应电动势后就会存在感应电流 开始时图6中的转子是静止的 当电机内通入图5中所示的电流后 电机定子中会产生一个图7所示的逆时针方向的旋转磁场 根据相对运动定律可知 如果我们把逆时针旋转的磁场看作静止的参照物 那么转子相对于旋转磁场来说运动方向为顺时针方向 运用弗莱明右手定则可知转子导条内的电动势如图6所示 转子内的导条有了电动势 必然会产生感应电流 电流的方向和感应电动势完全一致 通电的导体在磁场中必然产生电磁力 根据弗莱明左手定则可以判断转子受力的方向如图8所示 因此电机就远转了起来 这就是电机的工作原理 图6 9 综上所述 电机的基本工作原理嵌入定子铁芯的主 副绕组的轴线在空间相互垂直 转子绕组则是本身闭合的 定子绕组接通电源后 主 副绕组分别产生磁势 合成的磁势为一旋转磁势 旋转磁势在磁路中产生的主磁通穿过气隙 进入转子 转子绕组的导体与旋转磁场之间便有了相对运动 转子导体在旋转磁场中切割磁力线产生感应电势 由此产生转子电流 转子电流与定子绕组的合成旋转磁势所建立的旋转磁场相互作用 使转子导体受到电磁力 导致转子旋转 这就是电动机工作的基本原理 10 我司RPG20J电机的绕线图和电机内部磁场方向 图7 11 电机的基本结构 定子总成 转子总成 外壳 辅助件 定子铁芯 绝缘材料 铸铝转子 转轴 前盖后盖 卷板机壳 紧固件 连接件 定子冲片 铆钉 绝缘纸 绝缘漆 定子绕组 漆包线 热保护器 轴承 转子冲片 铝环 引出线 单相电容运转电机的基本结构如下 12 我司塑封电机的基本结构以下为我司塑封电机爆炸图 图8 13 1 定子铁芯定子铁芯是采用电工钢板制作而成的 电工钢板是软磁性材料 起导磁作用 按轧制工艺分为冷轧板及热轧板 按晶粒取向性分为晶粒取向钢板及无取向钢板 按硅含量分为高硅钢板及低硅钢板 无取向电工钢板常见型号表示法 50W600 50表示公称厚度为0 5 实际值的100倍 W表示无取向板 600表示铁损值 实际值的100倍 我司采用进口高速冲床冲制 定 转子铁芯的冲片落料 冲槽形 铁芯扣铆等工序一次完成 槽形精度高 铁芯叠压后毛刺小 生产效率高 为了最大限度的提高利用率 定子冲片在电工钢板上是交错冲出的 如图9所示 开料宽度为162mm 长度最好为193mm的倍数 电工钢板 图9 14 2 定子绕线我司RP电机绕线机采用高精度伺服马达控制 自动化程度高 采用高速计数器监测绕线圈数 并带自动报警装置 保证绕线匝数准确性 带自动钩线 断线装置 所生产定子电阻及电机性能一致性好 每人可操作2台或者4台设备同时自动绕线 效率高 定子绕组的形状见右图10 图10 图11 定子冲片和定子铁芯见图10 15 3 漆包线漆包线 顾名思义就是一层绝缘漆包裹着的铜导线 就像常见的电源线一样 只不过采用绝缘漆代替了绝缘胶层而已 如图12我司使用漆包线为聚氨酯尼龙漆包线 1UEWN 温度指数155 此种漆包线具有使用寿命长 伸长卷绕性 耐温性 耐磨损性 绝缘性好 4 绝缘材料绝缘材料主要用于用于槽绝缘及导线绝缘 如绝缘框架 聚酯管 黄蜡管 绝缘胶带 图12 16 5 BMC成型 BMC BulkMoidingCompounds 团状模塑料 主要成分 不饱和聚酯树脂 如对苯二甲酸型 交联剂 如苯乙烯 玻璃纤维 添加剂 填料 此种材料具有模具成型温度低 成型速度快 绝缘性能高 阻燃性能好等优点 因为此种材料模具成型温度低 所以要进行低温储藏 6 热保护器 热保护器是温度开关的一种 起过热保护作用 有两种类别 一种是可复位式温度保护器 当温度高于标称断开温度时断开 当温度底于标称复位温度时复位 另一种是一次性保护器亦称熔断器 当温度高于标称断开温度切断电路 当温度底于标称复位温度时无法复位 只能一次性使用 7 PG板 磁环PG板 其主要部件是霍尔元件 是一种磁感应开关 它与磁环一起组成电机的脉冲信号发生器 磁环随转子旋转 PG板上产生一系列高低电平脉冲 PG板在电机转子旋转一周产生的脉冲数跟磁环级数相关 磁环 主要有氧化物陶瓷磁环 粉末冶金 和塑料磁环 注射塑磁 17 8 BB盖 盖材料采用镀锌板拉伸而成 具有较好的耐腐蚀性 我司BB盖拉伸采用自动拉伸设备 从下料到成型多道工序一次完成 具有拉伸尺寸精度高 生产效率高等优点 图 18 防振胶圈防振胶圈是利用橡胶的吸震阻尼作用来减小电机运转产生的震动并降低运转噪音 橡胶圈采用氯丁橡胶制作而成 具有良好的防振效果 阻燃性和抗老化效果 图 转子轴主要由优质碳素钢加工而成 一般采用40 45 钢 特殊要求亦可用不锈钢 防锈的表面处理方法主要有涂油 氧化处理 发黑发蓝 电镀 轴承采用结构可靠的低噪音的非接触式深沟滚动球轴承 10 转轴 轴承 19 11 定子组件制作过程 20 12 转子组件制作过程 21 12 电机制作过程 22 电机的调速方法及原理 单相异步电动机其调速方法有三种 1 变极调速 2 降压调速 3 抽头调速 1 变极调速此种调速方式成本高 工艺复杂 目前已基本不再采用 在此不作介绍 2 降压调速降压调速方法很多 如串联电抗器 串联电容 自耦变压器和串联可控硅调压调速 空调中最常用的调压调速是可控硅调压 调速 可控硅调速是改变可控硅导通角的方法 改变电动机端电压的波形 从而改变了电动机的端电压的有效值 如图10所示 可控硅导通角 1 180 时 电机端电压为额定值 1 180 时电压波形如果实线部分 电机端电压有效值小于额定值 1越小 电压越低 我司RPG20J就是靠此种方式进行调速的 图10 23 3 抽头调速电容运转电动机在调速范围不大时 普遍采用定子绕组抽头调速 此时定子槽中放置有主绕组 副绕组及调速绕组 通过改变调速绕组与主 副绕组的联接方式 调整气隙磁场大小及椭圆度来实现调速的目的 抽头调速可分为T型抽头调速和L型抽头调速 L型抽头调速又可分为主绕组抽头L 1型和副绕组抽头L 2型 目前我司最常用的是T型抽头调速和副绕组抽头L 2型调速 原理线路图见下 T型抽头调速优点 中 低档运行绕组温升低 缺点 电机高档效力低 主绕组易行成匝间 L型抽头调速优点 电机高档效力高 绕组不易行成匝间 缺点 中 低档运行绕组温升高 24 电动机主要参数介绍 空载输入电流 电机在额定工作状态下 空载运行 轴上输出功率为零 情况下 流入电动机的电流称为空载电流 单位 A或mA b 空载输入功率 电机在额定工作状态下 空载运行 轴上输出功率为零 情况下 输入电动机的功率 单位 W 瓦 c 负载输入电流 电动机在额定工作状态下 带额定负载运行在额定转速下 所输入电机的电流 单位 A或mA d 额定负载输出功率 电动机在额定工作状态下 带额定负载运行在额定转速下 轴伸所输出的有功功率 单位 W 瓦 e 温升 电动机在制定测试条件下运行 内部绕组与铁芯部分的温度相对于测试环境温度的升高值 目前较常用的测试温升方法为绕组电阻法 f 噪音 电机噪音可分为机械噪音和电磁噪音 机械噪音通常由电机装配不良定 转子摩擦及轴承声等形成 电磁噪音通常由定 转子气隙不均匀或磁场过于饱和造成 定 转子气隙不均匀受装配零部件同轴度的影响较大 磁场过于饱受所设计功率较大电机的材料限制造成 噪音用分贝dB表示 g 按绝缘等级 A E B F H 25 关键零部件对电机的影响A 定子铁芯1 定子矽钢片的材质和厚度 目前定子铁芯的材质和厚度分为很多种 材料的好坏和厚度直接决定着电机的电磁损耗 此种损耗以发热的方式在电机上表现出来 导致电机的输入功率变大 效率降低 温升上升 2 定子铁芯的叠压系数矽钢片为很好的导磁性材料 空气为不良导体 因此铁芯的叠压系数也是影响电机效率的一个关键参数 3 铁芯错片 内外圆不同心 这种情况会导致电机的电磁音偏大 摩擦 卡死 4 铁芯油污太多 对塑封电机来说 在BMC注塑时 铁芯内多余的油污受到BMC冲压后流出 最终混合在BMC料中进行凝固 造成BMC料之间的结合力变小 电机外观不良等 严重者在电机总装压BB盖时 BMC沿油污痕迹开裂 26 B 绝缘框架 1 绝缘框架毛刺多 在高速绕线时 毛刺容易伤害漆包线 导致漆包线之间的匝间和短路 2 绝缘框架安装不到位 定子组立电阻偏高 端部偏大 注塑后容易出现露胶带的不良现象 C 定子绕线 1 漆包线规格的选错和绕线匝数 导致电机性能不合格 在此不做过多的说明 2 绕线速度太快在漆包线相同的拉涨力时 绕线速度越快 漆包线的摆动幅度越大 导致漆包线与铁芯槽口碰撞 漆包线损伤 导致电机的匝间 短线率升高 27 3 漆包线涨力太大或太小 涨力太大导致漆包线变形 电机的电阻变大 性能下降 漆包线漆膜损伤 匝间 断线率增加 涨力太小导致漆包线摆动幅度大 绕线时容易出现挂线和漆包线损伤 导致电机的匝间率升高 D 铸铝转子1 铸铝断槽 细槽 铸铝时出现铝液流动不畅 导致铸铝转子槽内铝条断开或变细 此种状况会导致电机噪音增加 性能变差 2 铸铝转子包铝 此种原因存在两种状况 一是模腔太大 二是转子铁芯放置偏心 第二种情况对塑封电机影响严重 因为转子铁芯放置偏心可导致铸铝转子两端的铝环偏移重心 从而使转子总成动不平衡量偏大 塑封电机转子总成不校平衡 导致电机异音 抖动 轴向跳动量增大 3 转子总成加工 电机跳动偏大 转子车削时存在锥度 导致电机异音 电磁音增大 表面毛刺处理不干净 导致电机摩擦 28 E 磁环电机的磁环主要在于型号不得选错 否则出现电机PG输出脉冲信号不正确 导致空调无法匹配 磁性的强弱影响PG信号能否正常输出 F BB盖 端盖1 轴承室加工 轴承室加工精度要求较高 如果轴承室太松 导致电机存在径向串动 从而使电机出现松动异音或卡死不转 不通电时用手可以转动电机 但是通电后电机卡死不转 2 轴承室与BB盖外圆