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电动机基本知识 电动机是一切设备动力之本源 是电力拖动的根本基础 深入到电知识的海洋必须从学习掌握电动机基本知识入手 电工的实操能力也体现在掌握电动机维护维修技能的水平上 1 电动机分类 按电压等级分为高压电动机和低压电动机 按电能种类分为直流电动机和交流电动机 从电动机的转速与电网电源频率之间的关系来分类可分为同步电动机与异步电动机 按电源相数来分类可分为单相电动机和三相电动机 按防护型式可分为开启式 防护式 封闭式 隔爆式 防水式 潜水式 按安装结构型式可分为卧式 立式 带底脚 带凸缘等按绝缘等级可分为E级 B级 F级 H级等 按其功能可分为驱动电动机和控制电动机 2 按工作电源分类根据电动机工作电源的不同 可分为直流电动机和交流电动机 其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机 按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机 同步电动机还可分为永磁同步电动机 磁阻同步电动机和磁滞同电动机 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机 感应电动机又分为三相异步电动机 单相异步电动机和罩极异步电动机 交流换向器电动机又分为单相串励电动机 交直流两用电动机和推斥电动机 3 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机 有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机 电磁直流电动机又分为串励直流电动机 并励直流电动机 他励直流电动机和复励直流电动机 永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机 铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机 按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机 电容起动运转式电动机和分相式电动机 按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机 4 各种交流电动机简介 目前较常用的交流电动机有两种 三相异步电动机单相交流电动机 第一种多用在工业上 而第二种多用在民用电器上 作电动机运行的三相异步电机 三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速 转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流 并与磁场相互作用产生电磁转矩 实现能量变换 与单相异步电动机相比 三相异步电动机运行性能好 并可节省各种材料 按转子结构的不同 三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种 笼式转子的异步电动机结构简单 运行可靠 重量轻 价格便宜 得到了广泛的应用 其主要缺点是调速困难 绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环 电刷与外部变阻器连接 调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速 5 熟悉三相交流电 三相交流电产生于交流发电机 电机旋转一周360度 线圈切割磁场中的磁力线从而感应出电流 电流变化一个周期 合成磁场在空间也旋转了一周 电流继续变化 磁场也不断地旋转 即三相电流通过定子绕组所产生的合成磁场 是随电流的交变而在空间旋转的磁场 三相电应是工厂用的三相动力线 是三根火线 火线之间的电压是380V 而每根火线与零线是220V 也就是我们用的市电 三根火线相位不同 相差120度 家庭实际上用的是一相火线加零线 就如 家庭用的三脚插头 它实际上是一个火线 一个零线和一个地线 一个火线和一个零线构成用电器的电源 一个地线实际上是不接入用电电路的 他接入用电器的外壳 一旦用电器发生漏电现象地线可以将电流泄入大地 防止发生人员的触电 如果家庭装有漏电保护器可马上将电源掐断 6 什么是三相电 幅值相等 频率相等 相位互差120 电势称为三相交流电 以三相发电机作为电源 称为三相电源 以三相电源供电的电路 称为三相电路 U V W称为三相 相与相之间的电压是线电压 电压为380V 相与中心线之间称为相电压 电压是220V 三相交流电的最大用途是驱动电机 三相交流电是构成旋转磁场所需的最少的相数 如果是单相或者两项交流电构不成稳定的具有固定旋转方向的旋转磁场 四相 五相甚至更多的相当然好 但费用昂贵不经济 那就只有选三相交流电了 除了电机驱动外 交流电的相位问题没有意义 三相供电系统具有很多优点 为各国广泛采用 在发电方面 相同尺寸的三相发电机比单相发电机的功率大 在三相负载相同的情况下 发电机转矩恒定 有利于发电机的工作 在传输方面 三相系统比单相系统节省传输线 三相变压器比单相变压器经济 在用电方面 三相电容易产生旋转磁场使三相电动机平稳转动 7 电动机 实践 理论 三相交流电的表示法通常 我们把三相电源及负载的三相交流电动势 电压和电流统称为三相交流电 而把大小相等 频率相同 相位上互差120 的三相交流电动势 电压和电流统称为对称三相交流电 三相交流电有如下几种表示方法 瞬时表达式相量表示式波形图表示相量图表示 8 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场 三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的 我们知道 但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的 三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度 这样 当在定子绕组中通入三相电源时 定子绕组就会产生一个旋转磁场 其产生的过程如图1所示 图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程 电流每变化一个周期 旋转磁场在空间旋转一周 即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的 旋转磁场的转速为 n 60f P式中f为电源频率 P是磁场的磁极对数 n的单位是 每分钟转数 根据此式我们知道 电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关 为此 控制交流电动机的转速有两种方法 1 改变磁极法 2 变频法 以往多用第一种方法 现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制 一 三相异步电动机的旋转原理 9 一 三相异步电动机的旋转原理 观察图1还可发现 旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关 相序A B C顺时针排列 磁场顺时针方向旋转 若把三根电源线中的任意两根对调 例如将B相电流通入C相绕组中 C相电流通入B相绕组中 则相序变为 C B A 则磁场必然逆时针方向旋转 利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向 定子绕组产生旋转磁场后 转子导条 鼠笼条 将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流 转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力 电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来 一般情况下 电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n 因为假设n n1 则转子导条与旋转磁场就没有相对运动 就不会切割磁力线 也就不会产生电磁转矩 所以转子的转速n1必然小于n 为此我们称三相电动机为异步电动机 10 二 单相交流电动机的旋转原理 三相电的产生是因为其能为电机带来较好的性能 特别是发电机 三相并不是产生旋转磁场的最小相数 两个在空间上垂直 在相位上差90度的交流线圈同样可以产生旋转磁场 但这会造成电机极距下线圈无法均布 从而不但降低了电机容量 还会产生主磁场的严重崎变 单相交流电动机只有一个绕组 转子是鼠笼式的 当单相正弦电流通过定子绕组时 电动机就会产生一个交变磁场 这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化 但在空间方位上是固定的 所以又称这个磁场是交变脉动磁场 这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速 旋转方向互为相反的旋转磁场 当转子静止时 这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等 方向相反的转矩 使得合成转矩为零 所以电动机无法旋转 当我们用外力使电动机向某一方向旋转时 如顺时针方向旋转 这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小 转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大 这样平衡就打破了 转子所产生的总的电磁转矩将不再是零 转子将顺着推动方向旋转起来 11 要使单相电动机能自动旋转起来 我们可在定子中加上一个起动绕组 起动绕组与主绕组在空间上相差90度 起动绕组要串接一个合适的电容 使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度 即所谓的分相原理 这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组 将会在空间上产生 两相 旋转磁场 如图2所示 在这个旋转磁场作用下 转子就能自动起动 起动后 待转速升到一定时 借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开 正常工作时只有主绕组工作 因此 起动绕组可以做成短时工作方式 但有很多时候 起动绕组并不断开 我们称这种电动机为电容式单相电动机 要改变这种电动机的转向 可由改变电容器串接的位置来实现 12 在单相电动机中 产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法 又称单相罩极式电动机 此种电动机定子做成凸极式的 有两极和四极两种 每个磁极在1 3 1 4全极面处开有小槽 如图3所示 把磁极分成两个部分 在小的部分上套装上一个短路铜环 好象把这部分磁极罩起来一样 所以叫罩极式电动机 单相绕组套装在整个磁极上 每个极的线圈是串联的 连接时必须使其产生的极性依次按N S N S排列 当定子绕组通电后 在磁极中产生主磁通 根据楞次定律 其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流 此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通 它的作用与电容式电动机的起动绕组相当 从而产生旋转磁场使电动机转动起来 13 同步电动机的原理 同步电动机是属于交流电机 定子绕组与异步电动机相同 它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的 所以称为同步电动机 正由于这样 同步电动机的电流在相位上是超前于电压的 即同步电动机是一个容性负载 为此 在很多时候 同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的 14 异步电动机结构和拆装 一 操作技术要点1 拆卸异步电动机 1 拆卸电动机之前 必须拆除电动机与外部电气连接的连线 并做好相位标记 2 拆卸步骤a 带轮或联轴器 b 前轴承外盖 c 前端盖 d 风罩e 风扇 f 后轴承外盖 g 后端盖 h 抽出转子 i 前轴承 j 前轴承内盖 k 后轴承 l 后轴承内盖 15 3 皮带轮或联轴器的拆卸拆卸前 先在皮带轮或联轴器的轴伸端作好 定位标记 用专用位具将皮带轮或联轴器慢慢位出 拉时要注意皮带轮或联轴器受力情况务必使合力沿轴线方向 拉具项端不得损坏转子轴端中心孔 4 拆卸端盖 抽转子拆卸前 先在机壳与端盖的接缝处 即止口处 作好标记以便复位 均匀拆除轴承盖及端盖螺栓拿下轴承盖 再用两个螺栓旋于端盖上两个项丝孔中 两螺栓均匀用力向里转 较大端盖要用吊绳将端盖先挂上 将端盖拿下 无顶丝孔时 可用铜棒对称敲打 卸下端盖 但要避免过重敲击 以免损坏端盖 对于小型电动机抽出转子是靠人工进行的 为防手滑或用力不均碰伤绕组 应用纸板垫在绕组端部进行 5 轴承的拆卸 清洗拆卸轴承应先用适宜的专用拉具 拉力应着力于轴承内圈 不能拉外圈 拉具顶端不得损坏转子轴端中心孔 可加些润滑油脂 在轴承拆卸前 应将轴承用清洗剂洗干净 检查它是否损坏 有无必要更换 16 2 装配异步电动机 1 用压缩空气吹净电动机内部灰尘 检查各部零件的完整性 清洗油污等 2 装配异步电动机的步骤与拆卸相反 装配前要检查定子内污物 锈是否清除 止口有无损坏伤 装配时应将各部件按标记复位 并检查轴承盖配合是否合适 3 轴承装配可采用热套法和冷装配法 二 注意事项1 拆移电机后 电机底座垫片要按原位摆放固定好 以免增加钳工对中的工作量 2 拆 装转子时 一定要遵守要点的要求 不得损伤绕组 拆前 装后均应测试绕组绝缘及绕组通路 3 拆 装时不能用手锤直接敲击零件 应垫铜 铝棒或硬木 对称敲 4 装端盖前应用粗铜丝 从轴承装配孔伸入钩住内轴承盖 以便于装配外轴承盖 5 用热套法装轴承时 只要温度超过100度 应停止加热 工作现场应放置1211灭火器 6 清洗电机及轴承的清洗剂 汽 煤油 不准随使乱倒 必须倒入污油井 7 检修场地需打扫干净 17 异步电动机维修 1 电动机接入电源后溶丝被烧断 或空开跳闸 的故障维修 1 单相启动 检查电源线 电动机引出线 熔断器 开关触点 找出断线或假接故障后进行修复 2 定 转子绕组接地或短路 纠正错误 3 电机负载过大或被卡住 将负载调至额定值 并排除被拖动机构故障 4 溶体截面积过小 熔体对电动机过载不起保护作用 一般应按下式选择熔体 熔体额定电流 堵转电流 2 3即可 5 绕线转子电动机所接的起动电阻太小或被短路 消除短路故障或增大起动电阻 6 电源到电机之间的连接线短路 检查短路点后进行修复 18 2 电动机空载或负载时电流表指针不稳 摆动的故障维修 1 绕线转子电动机有一相电刷接触不良 调整刷压和改善电刷与集电环的接触面 2 绕线转子电动机集电环短路装置接触不良 检修或更新短路装置 3 笼型转子开焊或断条 采用变压器或其他方法检查 4 绕线转子一相断路 用校验灯 万用表等检查断路处排出故障 19 3 电动机过热或冒烟的故障维修 1 电源电压过高 使铁心磁通密度过饱和造成电动机温升过高 如果电源电压超过标准很多 应与供电部门联系解决 2 电源电压过低 在额定负载下电机温升过高 若因电源线电压降过大而引起 可更换较粗的电源线 如果是电源电压太低 可向供电部门联系 提高电源电压 3 灼线时 铁心被灼过 使铁耗增大 做铁心检查试验 检修铁心 排除故障 7 电动机频繁起动或正反转次数过多 减少电动机起动及正 反转次数或更换合适的电动机 20 4 定转子铁心相擦 检查故障原因如果轴承间隙超限 则应更换新轴承 如果转轴弯曲 则需调查处理 铁心松动或变形时应处理铁心 消除故障 5 绕组表面粘满尘垢或异物 影响电机散热 清扫或清洗电机 并使电机通风沟畅通 6 电动机过载或拖动的生产机械阻力过大 使电机发热 排除拖动机械故障 减少阻力 根据电流指示 如超过额定电流需减低负载 更换较大容量电机或采取增容措施 21 8 笼型转子断条或绕线转子绕组接线松脱 电动机在额定负载下转子发热 使电机温升过高 查明断条和松脱处 重新补焊或扭紧固定螺丝 9 绕组匝间短路相间短路以及绕组接地 按本表序号1 10 进风温度过高 检查冷却系统装置是否有故障 检察周围环境温度是否正常 11 风扇故障 通风不良 检查电机风扇是否损坏 扇叶是否变形或未固定好 必要时更换风扇 22 12 电机两相运转 检查溶丝 开关接触点 排除故障 13 重绕后绕组浸渍不良 要采取二次浸渍工艺 最好采用真空浸渍措施 14 环境温度增高或电机通风道堵塞 改善环境温度 采取降温措施 隔离电动机附近高温热源 避免电动机在日光下暴晒 15 绕组接线错误 Y联结电动机误接成 联结 或 联结电动机误接成Y联结要改正接线 23 4 绝缘电阻低的维修 1 绕组受潮或被水淋湿 进行加热烘干处理 2 绕组绝缘粘满粉尘 油垢 清洗绕组油垢 并经干燥 浸渍处理 3 电动机接线板损坏引出线绝缘老化 破裂 重包引线绝缘 更换或修理出线盒及接线盒 4 绕组绝缘老化 经鉴定可以继续使用 可经清洗干燥 重新涂漆处理 如果绝缘老化 不能安全运行时 需要更换绝缘 24 5 电动机振动的故障维修 1 轴承磨损 检查轴承间隙 2 气息不均 调整气隙 使符合规定 3 转子不平衡 检查原因 经过清理 紧固各部螺栓后校动平衡 4 机壳强度不够 找出薄弱点进行加固 增加机械强度 5 基础强度不够或安装不平 将基础加固 并将电机地脚找平 垫平 最后紧固 6 风扇不平衡 检修风扇 校正几何形状和校平衡 25 7 绕线转子的绕组短路 笼型转子开焊 断路 进行补焊或更换笼条9 定子绕组故障 断路 短路 接地 连接错误等 10 转轴弯曲 校直转轴 11 铁心变形或松动 校正铁心 然后重新叠装铁心 12 靠背轮或皮带轮安装不符合要求 重新找正 必要时检修靠背轮或皮带轮 重新安装 13 齿轮接手松动 检查齿轮接手 进行修理 使符和要求 14 电动机地脚螺栓松动 紧固电机地脚螺栓 或更换不合格的地脚螺栓 26 6 轴承发热超过规定1 润滑脂过多或过少 参照本章给的经验公式加脂2 油质不好 含杂质 检查油内有无杂质 更换洁净润滑脂 3 轴承内 外套配合过紧 过松时 采用农机2 胶粘剂或低温镀铁处理 过紧时 适当车细轴颈 使之符合配合公差要求 4 油封太紧 更换或修理油封 27 5 轴承盖偏心 与轴相擦 修理轴承内盖使与轴的间隙合适 6 电动机俩侧端盖或轴承盖未装平 按正确工艺将端盖或轴承盖装入止口内 然后均匀紧固螺丝 7 轴承有故障 磨损 有杂物等 更换损坏的轴承 对含有杂质的轴承要彻底清洗 换油 8 电动机与传动机构联接偏心或传动皮带过紧 校准电动机与传动机构联接的中心线 并调整传动皮带的张力 9 轴承型号选小 过载 使滚动体承受载荷过大 选择合适的轴承型号 10 轴承间隙过大或过小 更换新轴承 11 滑动轴承油环转动不灵活 检修油环 使油环尺寸正确 校正平衡 28 电动机检修后试车 电动机经检修装配后 必须通电试车 通电试车前必须静态检查项目 各部装配是否正确 固定螺丝紧固 盘转子看有无摩擦 测绕组和线路绝缘 380V低压电机500V表应大于0 5M 对检修过的绕组要打压做耐压试验 方法380V低压电机1000V打1分钟对地对修理过的绕组要测试各绕组直流电阻 三相应平衡 最大值或最小值与平均值之差不超过 2 试车要脱离减速机空载 启动时注意转向 如不能启动或转速慢或声音异常要 立即停机检查 29 正常情况下空载试车不少于1小时 并做以下动态检查项目 A 测量三相电流 三相应平衡 任一相与三相平均值之差不超过 5 B 对100K