电机原理结构及常见故障分析..ppt

交流异步电机原理与维护,-刘建刚,电机定义和基本原理,电机：泛指能使机械能转化为电能、电能转化为机械能的一切机器但它并不包括与电能有关的一切机械，仅指以电磁感应定律实现电能的转换或传递那部分基本原理：以电磁力和电磁感应的物理现象为基础的电磁力：作用在磁场中移动的电荷上的力。在磁感应为B的均匀磁场中垂直于磁力线放置一根长为通以电流i的导体，则导体受到的电磁力,电机定义和基本原理,电磁感应因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应长度为l的导体，垂直于磁感应为B的均匀磁场，以速度v运动时，在导体中感应而生的电势在闭合回路中，在dt时间内穿过它的磁通发生d的变化，在此回路中的感应电势根据以上定律就可以得到表示电机运行时的各种量间的基本关系,电机的分类,按能量的转换方式按转速的不同根据供电电压的不同,a)发电机b)电动机a)同步电机b)异步电机a)安全电压电机36Vb)低压电机220-690Vc)中压电机1000-6000Vd)高压电机6000V以上,电机的分类,能量转换方式将机械能变为电能发电机将电能变为机械能电动机将电能变为电能1不同的电压变压器2不同的波形,将交流电变直流电换流机3不同的频率变频器4不同的相角调相机和机械能有关的机器都必须是转动的，但有些电机却和机械能无关，就不一定需要转动。按照一般惯例，我们把旋转的叫机，静止的叫器。静止的如：变压器，变频器等等旋转的如：旋转电机,异步电机概念及工作原理,异步电动机：主要用作电动机，将电能转换为机械能，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。异步电动机：异步电机因转子转速小于旋转磁场的转速而得名。利用气隙旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现能量转换的交流电机。主要作电动机用。异步电机的转子实际转速总是低于（作电动机运行）或高于（作发电机运行）旋转磁场的转速，两者始终存在一定差异，故称异步。异步是这种电机产生电磁转矩的必要条件。由于转子绕组电流是感应而生的，所以异步电机也称为感应电机。基本原理：以电磁力和电磁感应的物理现象为基础的,三相异步电动机结构,三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图4.1所示。,图3.1封闭式三相笼型异步电动机结构图1轴承；2前端盖；3转轴；4接线盒；5吊环；6定子铁心；7转子；8定子绕组；9机座；10后端盖；11风罩；12风扇,电动机结构,三相异步机的结构,转子,三相异步电动机的结构,1.定子,基本作用：产生旋转磁场。,图6-2定子的硅钢片,图6-3装有三相绕组的定子,定子铁芯冲片,定子绕组,绕,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,转轴：固定转子铁心和传递功率，一般用中碳钢制成。,(2)绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,异步电动机转子,转子：转子铁心、转子绕组、转轴、风扇等。,绕线式转子,鼠笼式转子,转子绕组的结构形式,鼠笼式转子绕组,转子产生感应电流,电动机的工作原理流程,定子绕组通入三相交流电,产生旋转磁场,转子受电磁力矩,于是转子顺旋转磁场转动,但转子转速n可能达不到与旋转磁场的转速相等，即,三相异步电动机的转速转子的转速总是小于同步转速，因此称“异步”,通常转速为同步转速的9199%,转向与旋转磁场的转向相同,例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,由于电动机的额定转速应接近且略小于同步转速n1，而n1对应于磁极对数p有一系列固定值。所以，n1=1000r/min,即,p=3,额定转差率为,三相异步电动机的转动原理,1.转动原理,U1,U2,V2,W1,V1,W2,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势E20,电磁力F,旋转磁场,定子三相绕组通入三相交流电(星形联接),1.旋转磁场的产生,规定,()电流出,()电流入,三相电流合成磁场的分布情况：,结论：,定子绕组通入三相电流，定子内产生旋转磁场,电流变化一周，磁场旋转3600(p=1）。,取决于三相电流的相序,旋转磁场的旋转方向,结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。（电机反转）,任意调换两根电源进线(电路如图),n1,旋转磁场的极对数P,若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的首端之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。,极对数,旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关,极对数,四极旋转磁场在电流变化一周时，旋转磁场在空间旋转180。,当三相异步电动机断了一根电源线时，会有什么后果？,讨论：,1、此时接通电源，会怎样？,2、如果运行中断一线，会怎样？,三相异步电动机在运行中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象，为此应该有过载保护。,三相异步电动机若在起动前有一相断电，和单相电机一样将不能起动。此时只能听到嗡嗡声，使电动机过热而烧毁，必须赶快排除故障。,4.旋转磁场的转速,旋转磁场转速n1与定子电流频率f1、磁极对数p有关。,异步电动机转速和极对数的对应关系（中国额定频率f1=50Hz),异步电动机运行中:,转子转速,转差率：旋转磁场转速n1与转子转速n之差与同步转速n1之比称为异步电动机的转差率s,异步电机转差率,三相异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机型号Y132S6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B,1.型号Y132S6,Y系列异步机,机座中心高度,机座长度代号,2p=6,n0=1000r/min,2.额定功率PNPN=3kW,转子轴上输出的机械功率,3.额定电压UNUN=380V,定子三相绕组应施加的线电压,磁极数,4.额定电流ININ=7.2A,三相异步电动机型号Y132S6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B,定子三相绕组的额定线电流,6.额定转速nN,电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。,5.联接方式,通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。,联接方式：Y/接法,三相异步电动机型号Y132S6功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A联结Y转速960r/min功率因数0.76绝缘等级B,8.绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级(105C)E级（120）B级（130）F级（155）H级(180C)。,7.额定功率因数cosN,额定负载时一般为0.7-0.9，空载时功率因数很低约为0.2-0.3。额定负载时，功率因数最大。实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。,电机点检要求,目前，我公司对电机点检的主要参数是电压、电流、温度、绝缘电阻、振动和噪声。点检的具体内容是对电机进行定点、定时、定质、定量的检测。定点：依被检电器的特点，正确选择测试点。为了便于结果的比较，在测试点选定后，应稳定不再变动，避免测试点的随机性。如电机表面温度的检测。定时：电气设备巡检表记录，温度、振动的点检时间固定。（2H/次）定质：保持稳定的点检质量。首先，必须正确的使用检测仪器，如红外线点温计、测振仪、兆欧表等。即测量的方法、方位要稳定。定量：点检的位置数量和点检的项目数量要稳定；要保证检测参数的量化。一定要量化到具体数值（温度、振动值）,电机点检要求,电机点检的共同要求记录电机的运行参数：某时间下电机的电压、电流；同时记录该时段的定子绕组温度（Pt100）、进出口风温（Pt100）；对于一切绝缘绕组的运行温度，都要控制在其绝缘等级允许的温度以下。点温计监测定子外壳的表面温度。对有轴向散热筋的电机，点温计应顺散热筋方向检测（最忌与散热筋相垂直）；检测距离以近为好，最好在300mm以内。要寻找最热点检测，选定检测点后，就不再变动。进行定时间、定地点、定方法的监测。当电机表面的运行温度高于季节正常温度10时，应及时提出警告，要求及时查明原因，若高于季节正常温度15时，若热保护没动作，也应建议停机检查原因。,电机保养的基础知识,一、新安装或闲置三个月以上的电机使用前安全性能检查新安装或闲置三个月以上的电机使用前必须进行安全性能检查对电气性能和机械性能进行检查，以保证电机安全可靠地运行。检查电机绕组绝缘电阻。打开接线盒用500V以上的兆欧表，测量绕组与机座之间的绝缘电阻正常阻值应5M。拆下接线端子连接片，测量绕组相间的绝缘，正常阻值应10M。如在上述测量过程中，有一次阻值严重偏低，则应拆开电动机查找原因。如无故障点说明电动机受潮导致绝缘性能下降，应进行烘烤驱潮，直到绝缘合格后，才能安装使用。测量三相绕组阻值。观察电阻值是否相同如阻值差异较大，应检查电机绕组引线是否有接触不良等原因。检查电动机机械部分是否合格。用手转动转轴检查是否灵活，有无不正常的摩擦、卡阻、窜轴和异常响声。同时检查各部件是否完备，紧固螺丝是否上紧联轴器或皮带轮是否安装并校正完好。,电机保养的基础知识,二、电动机安装及试运行电动机在接线前，先检查控制电路、保护设定是否正常，熔断器选用是否合适，各控制电器之间的连线接点是否牢固。如正常，接好电机电源空载启动，观察电机运转方向是否合乎设备要求。如转动方向相反，只需将电机接线板电源进线任意二根互换位置。启动试验正常后，将电机连上负载试运行，并检测其工作电流是否正常。如电流过大，应停机检查。如带上负载后，电机不转或转速很低，或有异常哼声，应立即断电，如通电时间稍长，极有可能烧毁电机绕组，甚至损坏控制电路及损毁设备，一般这类状况，机械原因为负载过重或卡死，电器原因为断相运行。这时应仔细检查故障原因，待排除故障后才能重新试运行。通常电机启动电流是运行电流的57倍，在启动电机时，连续启动的次数要控制在三次以内，避免过大的启动电流产生的高温积累，烧坏电机绕组绝缘。,电机保养的基础知识,三、电动机运行中的维护电机运转是否正常，可以从电机发出的声响、转速、温度、工作电流等现象进行判断。如在运行中的电机发生漏电，转速突然降低，发生剧烈振动有异常声响，过热冒烟，或控制电器接点打火冒烟这类现象之一时，应立即断电停机检修。倾听电机运转时发出的声音，如果发现有较大的嗡嗡声，不是电流大，就是缺相运行。如出现异常的摩擦声，可能是轴承损坏有扫膛现象。如有轻度的异声可用木棍或长杆改锥，一端顶到电机轴承部位，一端贴近耳朵，细心分辨发出的声音是否异常。如有异常响声，说明轴承有问题，应及时更换，以免使轴承保持架损坏，造成转子与定子摩擦扫膛，烧毁电机定子绕组。观察控制电器接点及电机接线接点是否有松动、异常升温或打火，绝缘有没有老化。接触器有没有异常的振动或声响，触头吸合后是否在打火，如发现这类问题，应尽早处理解决，以免酿成事故。,电机保养的基础知识,三、电动机运行中的维护电气人员在平时巡察时，要经常检查电机是否有过热现象。常用的E极绝缘电机允许最高温度为105：在实际运行的电机绕组温度，要远低于这个极限温度。在测量时，电机的表面温度再加上15-20，才是电机绕组的实际温度。对于温升过高的电动机，要测量其工作电流，如电流偏大，三相电压正常，说明负载过重，应通过设备人员检查机械设备，如发现电机长时间过流20以上，保护装置不动作，不自动断电，这说明热继电器整定电流设置值过大，应减小整定电流值。,电机保养的基础知识,四、电动机的日常检查及维护检测电机温度，外壳温度一般不应超过75。检测电机电流、电压，电机各相电流与平均值的误差不应超过10%。检查轴承的工作情况，有无左右窜动现象或不正常响声，两端轴承是否有漏油等现象，检测轴承温度，一般不应超过65。认真观察电机的运行状况，注意观测电机的振动、响声和气味是否异常。电机停止运行时，及时清除电机外部灰尘、油泥，保持电机清洁，防止油、水等污物进入电机内部，清洁时严禁用水直接喷冲。高压电机停止运行后，必须检查加热器的工作状况，确保加热器工作良好。长期不运行的电机不得关掉加热器。,电机保养的基础知识,五、电动机的拆卸保养电机拆卸步骤：用拉具拆下联轴器或皮带轮卸去电机尾部风罩，拆下前轴承外盖螺丝和前后端盖螺丝。拆前用记号笔分别在两个端盖与机座上，作好原固定位置的记号，用木榔头敲击前轴顶端，使转子和后端盖从机座上松开，然后从定子中取出转子。在取转子时一定要注意，不要让转子擦伤定子绕组端头绝缘。观察电机轴承有无破损，润滑油是否变质、干涸。用手抓住轴承外圈前后摇动，看其是否松晃过大。如检查轴承正常，不用拆卸，用溶剂油或煤油对轴承进行清洗，如检查有问题，可用拉具拆除轴承。如遇到转轴与轴承配合过紧或锈死，可采用加热的方法解决。用石棉绳包住转轴，用加热枪快速均匀地加热轴承至250：左右，用拉具趁热将其拔出。冷拆法为：将坏轴承下面用木块垫好，用铁榔头将外围打破，取下外圈后，用手持磨光机砂轮将轴承内圈切开一个口(不用切穿，以免损坏转子轴颈)，然后用榔头敲击内圈，使切口破裂取出内圈。,电机保养的基础知识,五、电动机的拆卸保养在更换轴承时，直接进行安装容易划伤转子轴颈。一般较小的轴承可以直接安装，在安装更换较大的轴承时，最好将轴承放进烘箱或轴承加热器加热，当温度到100左右时，趁热将轴承套在转子轴颈上，用钢管套在轴上，抵住轴承内圈，均匀敲打钢管使轴走到位。注意：安装轴承时，应将轴承刻有型号的一面朝外，以便今后查对更换。按轴承内空间容量一半加润滑脂，转速高可略少加一点（加油周期短点），转速低可略多加一点。过量加油会导致当轴承运转过热后，润滑油变稀流出，被转子内风叶扫在定子绕组上，使绕组间的绝缘性能下降，造成击穿短路，将电机绕组烧毁。我司电机保养一般选择3#锂基脂/美孚航空润滑脂。要注意润滑脂的清洁，不要让它掺人灰尘、铁屑、砂粒，如果被污染的润滑脂加人轴承中，就会造成轴承磨损加快，使轴承提前损坏。总之，因轴承损坏造成转子扫膛，使电动机绕组烧毁的事例很多，需重点关注,电机保养的基础知识,五、电动机的拆卸保养检查定子、转子情况，是否有松动、摩擦、局部过热或绝缘漆龟裂等现象，必要时进行回厂处理。检查风扇等附件情况，必要时更换。检查接线盒状况，检查有无损坏、锈蚀等，检查内部是否潮湿，接线螺丝是否松动或烧灼现象。检查控制设备，看触头和接线有无烧伤、氧化，接触是否良好等；检查电机外壳接地是否良好，接地线是否断路，接地螺栓是否松动、脱落。测量电机的绝缘电阻，若使用环境比较潮湿必须加密测量；停用5天以上的电动机起动前必须检测绝缘电阻，通常在测定380V电动机时使用500V兆欧表，测得绝缘电阻值不应小于1M。凡是运行中的电机停车检修或停用时间超过规定的限度，绝缘电阻低于1M时，必须进行干燥处理，待正常后方可使用。,三相异步电动机的拆卸与装配,三相异步电动机的一般拆卸步骤1.切断电源,卸下皮带;2.拆去接线盒内的电源接线和接地线;3.卸下底脚螺母、弹簧垫圈和平垫片;4.卸下联轴器/皮带轮;,5.卸下前端盖;可用大小适宜的扁凿，插在端盖突出的耳朵处，按端盖对角线依次向外撬，直至卸下前端盖。6.卸下风扇叶罩。7.卸下风扇叶。,三相异步电动机的拆卸与装配,8.卸下后端盖。9.卸下转子在抽出转子之前，应在转子下面和定子绕组端部之间垫上厚纸板，以免抽出转子时碰伤铁心和绕组。10.最后用拉具拆卸前后轴承及轴承内盖。,三相异步电动机的拆卸与装配,二端盖的拆装步骤1.端盖的拆卸步骤:,拆卸端盖前，应在机壳与端盖接缝处做好标记。然后旋下固定端盖的螺丝。通常端盖上都有两个拆卸螺孔，用从端盖上拆下的螺丝旋进拆卸螺孔，就能将端盖逐步顶出来。若没有拆卸螺孔，可用大小适宜的扁凿，插在端盖突出的耳朵处，按端盖对角线依次向外撬，直至卸下端盖。但要注意，前后两个端盖拆下后要标上记号，以免将来安装时前后装错。,(a)拆前端盖,(b)拆后端盖,三相异步电动机的拆卸与装配,二端盖的安装步骤：(1)铲去端盖口的脏物；(2)铲去机壳口的脏物,再对准机壳上的螺丝孔把端盖装上；(3)插上螺丝,按对角线一先一后把螺丝旋紧,切不可有松有紧,以免损伤端盖。,注意事项:在固定端盖螺丝时,不可一次将一边端盖拧紧,应将另一边端盖装上后,两边同时拧紧。要随时转动转子,看其是否能灵活转动,以免装配后电动机旋转困难。,三相异步电动机的拆卸与装配,三风罩和风叶的拆卸步骤1.选择适当的旋具，旋出风罩与机壳的固定螺丝，即可取下风罩。2.将转轴尾部风叶上的定位螺丝或销子拧下，用小锤在风叶四周轻轻地均匀敲打，风叶就可取下，如图所示。若是小型电动机，则风叶通常不必拆下，可随转子一起抽出。,(a)拆风罩,(b)拆风叶,三相异步电动机的拆卸与装配,四转子的拆装步骤1.转子的拆卸方法：拆卸小型电动机的转子时，要一手握住转子，把转子拉出一些,随后用另一只手托住转子铁心渐渐往外移,如图所示。要注意，不能碰伤定子绕组。,三相异步电动机的拆卸与装配,电机发生故障时，应仔细观察所发生的现象。如转速快慢程度、温度变化、是否有不正常响声和剧烈震动，开关和电动机绕组内是否有串火冒烟及焦臭味等。,电机故障分析,电动机不能启动,可能原因：1、电源未接通2、定子或转子绕组断路3、定子绕组相间断路4、定子绕组通地5、定子绕组接线错误6、熔丝烧断7、绕线式转子电动机启动误操作8、过电流继电器调的太小9、负载过大或传动机被扎住10、控制设备接线错误,处理方法：1、检查开关、熔丝各对触点及电动机引出线头，将故障查处并修理2、用万用表检查定子或转子绕组有无断线,再检查电源电压3、用电流表测量三相电流或用手检查过热线圈4、用兆欧表检查定子绕组对地电阻5、按正确的接法改正6、查处烧坏原因，排除故障，然后按电动机规格配上新熔丝7、检查滑环短路装置及启动变阻器的位置8、适当调高整定值9、选择较大容量电动机或减轻负载，如传动机被扎住，应检查机器消除故障10、重新校正接线,电动机带负载运行时转速低于额定值,可能原因：1、电源电压过低2、笼式转子断条3、绕线式转子一相断线4、绕线式转子启动机的启动变阻器接触不良5、电刷与滑环接触不良6、负载过大,处理方法：1、用电压表、万用表检查电动机输入端的电源电压2、将电动机接到电压较低的三相交流电源上（约为额定电压的15%30%），同时测量定子的电流，如果转子绕组有断裂或脱焊，随着转子位置不同，定子电流也会变化3、用校验灯、万用表检查断裂处，排除故障4、修理变阻器接触点5、调整电刷压力并改善电刷与滑环接触面6、选择大容量电动机或减轻负载,电机外壳带电,可能原因：1、电源线与接地线弄错2、电动机绕组受潮，绝缘老化或引出线与接线盒碰壳,处理方法：1、纠正接线2、电动机绕组干燥处理，绝缘严重老化者要更换绕组，整理接线,轴承过热,可能原因：1、轴承损坏2、轴承与轴配合过松（走内圈）或过紧3、轴承与端盖配合过松（走外圈）或过紧4、滑动轴承油环轧煞或转动过慢5、润滑油过多、过少或油质不好6、皮带过紧或联轴器装的不好7、电动机两侧端盖或轴承端盖未装平,处理方法：1、更换轴承2、过松时转轴镶套，过紧时从新