电机与电气控制技术PPT（中职）完整全套教学课件

电机与电气控制技术项目01控制与检测交流电动机项目02控制与检测直流电动机项目03认识特种电动机项目04常见低压电器及其识别与检测项目05识读、安装和检修点动与连动控制线路项目06识读、安装和检修降压启动控制线路项目07识读、安装和检修正反转及位置控制线路项目08识读、安装和检修顺序控制及多地控制线路项目09识读、安装和检修制动控制线路项目10识读和检修CDⅠ型电动葫芦控制线路项目11识读和检修CA6140车床电气控制线路任务1认识及检测三相异步电动机任务2启动、反转和制动三相异步电动机任务3三相异步电动机的调速任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修任务5单相异步电动机的应用项目1控制与检测交流电动机

1.认识并检测三相异步电动机及相关设备。

2.学会异步电动机的接线和基本操作。

3.熟悉异步电动机的常用启动方法。

4.了解异步电动机的常见制动方法。

5.熟悉三相异步电动机的调速方法。

6.知道异步电动机每种调速方法的特点。

7.熟悉三相异步电动机运行前的检查项目与启动注意事项。

8.了解单相异步电动机的类型、启动方法和调速方法。学习重点项目1控制与检测交流电动机

一、三相异步电动机的特点及用途三相异步电动机具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便、运行性能好，并可节省各种材料等优点，其缺点是轻载功率因数低，在启动、调速性能等方面尚有不足之处，比不上直流电动机。三相异步电动机广泛应用于对调速性能要求不高的场合，如普通机床、起重机、生产线、鼓风机、水泵以及各种农副产品的加工机械等。三相异步电动机的外形如图所示。知识链接任务1认识及检测三相异步电动机

1.按转子的结构分类根据电动机转子结构的不同，可分为鼠笼型异步电动机和绕线转子异步电动机。

2.按工作电压分类根据电动机工作电压的不同，可分为高压异步电动机和低压异步电动机。

3.按工作性能分类根据电动机工作性能的不同，可分为高启动转矩异步电动机和高转差异步电动机。

4.按外形尺寸及功率大小分类根据电动机外形尺寸及功率大小的不同，可分为大型、中型、小型异步电动机等。二、三相异步电动机的分类任务1认识及检测三相异步电动机三相异步电动机虽然种类繁多，但基本结构均由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间有空气隙。三相异步电动机的结构如图所示，其主要组成部分如下。三、三相异步电动机的结构任务1认识及检测三相异步电动机旋转磁场是异步电动机工作的基本条件。产生旋转磁场的条件是三相定子绕组在空间位置上对称，且在定子绕组中通入三相对称交流电。

1.旋转磁场的产生最简单的三相异步电动机的定子绕组如图所示。每相绕组只有一个线圈，三个相同的线圈U1U2、V1V2、W1W2在空间的位置彼此互差120°，分别放在定子铁芯槽中。当把三相线圈接成星形，并接通三相对称电源后，那么在定子绕组中便产生三个对称电流，即iU=Imsinωt，iV=Imsin（ωt-120°），iW=Imsin（ωt-240°）。其波形如图所示。四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机电流通过每个线圈要产生磁场，而通入定子绕组的三相交流电流的大小及方向均随时间而变化，那么三个线圈所产生的合成磁场是怎样的呢?这可由每个线圈在同一时刻各自产生的磁场进行叠加而得到。假定电流由线圈的始端流入，末端流出为正，反之则为负。电流流进端用0、T/6、T/3、T/2四个时刻所产生的合成磁场作定性的分析（其中T为三相电流变化的周期）。旋转磁场的产生如图所示。四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机

2.旋转磁场的旋转速度理论分析与实践证明，旋转磁场的转速可用n0=60f／p表示。式中，n0是旋转磁场的转速，又称同步转速，单位为r/min；f是三相电源的频率，单位为Hz；p是磁极对数。四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机

3.三相异步电动机的旋转原理如果在三相定子绕组中通入三相对称电流，则在定子、转子铁芯及其之间的空气隙中产生一个同步转速为n0的旋转磁场，某瞬间定子电流产生的磁场如图所示，在空间按顺时针方向旋转。因转子尚未转动，所以静止的转子与旋转磁场产生相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。在图中，笼型转子上方导体电流流出纸面，下方导体电流流进纸面。根据电磁力定律，转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机由图可见，电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致，使转子按旋转磁场的方向转动。因此，要改变三相异步电动机的旋转方向只需改变旋转磁场的转向即可。四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机

4.转差率由上面的分析还可看出，转子的转速n一定要小于旋转磁场的转速n0。如果三相异步电机转子的转速与旋转磁场的转速大小相等，那么，磁场与转子之间就没有相对运动，导体不能切割磁力线，因此转子线圈中也就不会产生感应电动势和电流，三相异步电机转子导体在磁场中也就不会受到电磁力的作用而使转子转动。因而三相异步电机的转子旋转速度不可能与旋转磁场相同，总是小于旋转磁场的同步转速，这就是异步电动机“异步”的含义。但在特殊运行方式下（如发电制动），三相异步电机转子转速可以大于同步转速。又因为转子电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机异步电动机的旋转磁场的转速，即同步转速n0与转子转速n之差称为转差，转差与同步转速n0的比值称为转差率，用s表示，即电动机的转速就是电动机转子的转速n，其与转差率s和同步转速n0的关系为n=（1-s）n0转差率是分析异步电动机运动情况的一个重要参数，s的大小与异步电动机的运行情况密切相关：①当电动机静止或刚启动的一瞬间时n＝0，对应的转差率s＝1。②当n＝n0时（理想空载运行），转差率s＝0。③稳定运行时，s在0~1之间变化，一般s在2%~8%。四、三相异步电动机的工作原理任务1认识及检测三相异步电动机在异步电动机的机座上都装有一块铭牌，如图所示。铭牌上标出了该电动机的一些数据，要正确使用电动机，必须看懂铭牌，下面以Y112M4型电动机为例来说明铭牌数据的含义。五、三相异步电动机的铭牌任务1认识及检测三相异步电动机

1.型号

2.额定频率额定频率是指加在电动机定子绕组上的允许频率，国产异步电动机的额定频率为50Hz。五、三相异步电动机的铭牌任务1认识及检测三相异步电动机

3.额定电压UN额定电压是指定子三相绕组规定应加的线电压值。一般应为380V。

4.额定电流IN额定电流是当电动机轴上输出额定功率时，定子电路取用的线电流。

5.额定功率PN额定功率是电动机在额定转速下长期持续工作时，电动机不过热，轴上所能输出的机械功率。三相异步电动机的额定功率PN与其他额定数据之间有如下关系：

式中，cosφN为额定功率因数；ηN为额定效率。五、三相异步电动机的铭牌任务1认识及检测三相异步电动机根据电动机额定功率，可求出电动机的额定转矩为TN=9550PN／nN。式中，TN为额定转矩（N·m）；PN为额定功率（kW）；nN为额定转速（r/min）。

6.额定转速额定转速是指电动机在额定负载时的转子转速。

7.绝缘等级绝缘等级是指电动机定子绕组所用的绝缘材料的等级。绝缘材料按耐热性能可分为7个等级，见下表。五、三相异步电动机的铭牌任务1认识及检测三相异步电动机三相异步电动机的两个重要测量

1.三相异步电动机定子绕组首尾端的判断当电动机接线板损坏，定子绕组的6个线头分不清楚时，不可盲目接线，以免引起电动机内部故障，甚至烧坏电动机，必须将6个线头的组别分清后才能接线。（1）判断电动机出线端的组别。采用导通法：将万用表拨到电阻R×1k挡，红表笔接电动机任一根出线，黑表笔分别接其余出线，电阻值最小达零时两表笔所接的出线即是同一绕组。同样可区分其余出线的组别，判断后做好标记。拓展知识任务1认识及检测三相异步电动机（2）判断电动机绕组首末端。在三相异步电动机中，如果出线端接错，则三相电流在电机中形成不了旋转磁场，电机不但不能正常运转，而且三相电流严重不对称，会导致发热甚至烧坏电机。测量方法：用万用表检查绕组的首、尾端，用万用表的毫安挡测试，拨到×0.5mA挡位。把已判断出出线端组别的绕组分成两组，每两组的三端连接在一起，转动电动机的转子，如表的指针不动，说明三相绕组是首首相连，尾尾相连；如指针摆动，可将任一相绕组引出线首尾位置调换后再试，直到表针不动为止。拓展知识任务1认识及检测三相异步电动机拓展知识任务1认识及检测三相异步电动机

2.电动机绝缘测量测试电动机绕组与地绝缘电阻、绕组与绕组之间绝缘电阻，要用兆欧表测量，下面介绍测量方法。（1）各绕组对地绝缘电阻。使用摇表，将“E”端接在不涂漆的机壳上，“L”端依次接在各相绕组的引出端，平衡地转动手柄，使转速保持在120r/min，示数应该大于5MΩ，证明绕组对地电阻符合绝缘标准。如果表针指向小于1MΩ的数值上，证明电阻过低，不能投入运转，要检查电动机槽绝缘是否损坏或者是否受潮。拓展知识任务1认识及检测三相异步电动机（2）三相绕组之间的绝缘电阻。使用摇表，将“L”和“E”端分别接在两相绕组的引出端，平衡地转动手柄，使转速保持在120r/min，测其阻值不得小于5MΩ，相与相之间的绝缘电阻应大于5MΩ（500V）。如果小于1MΩ（500V），要分析原因，如是否相间绝缘纸、层间绝缘纸损坏、电动机受潮，根据情况加以修理或烘干。用以上测试方法测试出A相与C相、B相与C相绝缘电阻，每两相之间电阻都应大于5MΩ（500V）。拓展知识任务1认识及检测三相异步电动机

一、三相异步电动机的启动启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。三相笼型异步电动机的启动方式有两种，即在额定电压下的直接启动和降低启动电压的降压启动。两种方法各有优缺点，可按具体情况正确选择。

1.直接启动在三相笼型异步电动机启动时，加在电动机定子绕组上的电压为电动机的额定电压的启动方式，称为全压启动，也称直接启动，这是最简单的启动方法。直接启动线路如图所示。知识链接任务2启动、反转和制动三相异步电动机用这种方法启动时，启动电流Ist为额定电流IN的5~7倍。三相异步电动机本身通常是允许直接启动的，但是，下述情况下，直接启动是有困难的。（1）电源容量下，频繁启动。（2）负载的惯性较大时，急速发热可造成损伤。（3）过高的启动转矩可能对负载造成冲击。一般规定三相异步电动机的额定功率小于7.5kW时允许直接启动；如果电动机功率大于7.5kW，而电源总容量也较大，且符合下式，电动机也允许全压启动。

一、三相异步电动机的启动任务2启动、反转和制动三相异步电动机

2.降压启动凡不满足直接启动条件的，均采用降压启动。降压启动是指电动机在启动时降低在定子绕组上的电压，启动结束后加额定电压运行的启动方式。降压启动虽然能降低电动机的启动电流，但由于电动机的转矩与电压的平方成正比，因此降低启动时电动机的转矩也减小较多，故此法一般适用于电动机空载或轻载启动。一、三相异步电动机的启动任务2启动、反转和制动三相异步电动机常用的降压启动方法有以下几种。（1）Y△降压启动。电动机在正常工作时其定子绕组是三角形联结，在启动时可将定子绕组联结成星形。通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形连接。Y△换接启动可使电动机的启动电流降低到全压启动时的1/3，电动机的启动转矩也是直接启动时的1/3。Y△换接降压启动方法适合于电动机正常运行时定子绕组为三角形联结的空载或轻载启动。Y△降压启动线路如图所示。一、三相异步电动机的启动任务2启动、反转和制动三相异步电动机一、三相异步电动机的启动任务2启动、反转和制动三相异步电动机（2）自耦变压器降压启动。电动机启动时，利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机启动后，再将电动机与自耦变压器脱离。如图所示，启动时，先合上开关Q1，并将开关Q2投向“启动”位置，这时经过自耦变压器降压后的交流电压加到电动机三相定子绕组上，电动机开始减压启动。待电动机转速升高到一定值后，再把Q2投向“运行”位置，电动机就在全压下正常运行，此时自耦变压器已从电网上切除。一、三相异步电动机的启动任务2启动、反转和制动三相异步电动机一、三相异步电动机的启动任务2启动、反转和制动三相异步电动机（3）串电阻（电抗）降压启动。如图所示，启动时在定子绕组中串电阻降压，启动结束后再用开关将电阻切除，电动机全压运行。由于串电阻启动时，电阻因有能量损耗而发热，一般常用铸铁电阻片。有时为了减小能量损耗，也可用电抗器代替电阻进行启动。对某些重载下启动的生产机械（如起重机、带运输机等），不仅要限制启动电流，而且还要求有足够大的启动转矩，这种情况下就不采用笼型转子异步电动机而采用启动性能较好的绕线式异步电动机。通常绕线转子异步电动机主要有转子电路串接电阻和串接频敏变阻器两种降压方法实现启动。一、三相异步电动机的启动任务2启动、反转和制动三相异步电动机一、三相异步电动机的启动任务2启动、反转和制动三相异步电动机对各种机械来说，电动机的转向是非常重要的。若电动机与机械装置连接，而当转向相反时对该机械没有损害，那么短时间内向电动机供电以观察电动机的转向，如果不正确，调换任意两个端子的接线即可使电动机反转；若转向不正确会使机械装置损坏，则当电动机与这样的机械装置相连时，连接前必须确定其转向，一个方法是在连接机械负载前，先对电动机作电气连接，短时通电测出它的转向。有些场合这种方法可能不实际或非常不方便，这时可在电源供电前使用相序测试仪确定电动机的转向。相序测试仪用来比较两个不同的三相电源连接的相序。二、三相异步电动机的反转任务2启动、反转和制动三相异步电动机电动机的制动包括机械制动和电气制动两种方式。机械制动是利用机械装置使电动机在电源切断后迅速停转。它的结构有多种形式，应用较普遍的是电磁抱闸，主要用于起重机械上吊重物时使重物能迅速而准确地停留在某一位置上。电气制动是使异步电动机产生与电动机的旋转方向相反的电磁转矩（即制动转矩）。三相异步电动机的电气制动方式包括反接制动、能耗制动和回馈制动三大类。三、三相异步电动机的制动任务2启动、反转和制动三相异步电动机

1.反接制动当异步电动机的旋转磁场方向与转动方向相反时，电动机进入反接制动状态。反接制动包括电源反接制动和倒拉反转制动两种。（1）电源反接制动。电动机停机后因机械惯性仍继续旋转，此时将电源反接（改变三相电源的相序），旋转磁场的方向随即反向，转子绕组切割磁场的方向与电动机状态相反，起制动作用，当转速降至接近零时，立即切断电源，避免电动机反转，这就是电源的反接制动。制动示意如图所示。三、三相异步电动机的制动任务2启动、反转和制动三相异步电动机（2）倒拉反转制动。起重设备工作中常需要绕线式异步电动机拖动位能性负载（负载转矩方向恒定，与电机转向无关，如起重机吊钩连同重物、电梯等）低速下放，此时可以采取倒拉反转制动，其制动过程及机械特性如图所示。绕线异步电动机提升重物时不改变电源的接线，若不断增加转子电路的电阻，电动机的转子电流下降，电磁转矩减小，转速不断下降，当电阻达到一定值，使转速为0，若再增加电阻，电动机反转，这时n<0，电动机就进入制动状态，直至电磁转矩等于负载转矩，起到了制动的作用。三、三相异步电动机的制动任务2启动、反转和制动三相异步电动机三、三相异步电动机的制动任务2启动、反转和制动三相异步电动机

2.能耗制动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。转子由于惯性仍继续沿原方向以转速n旋转，切割定子磁场产生感应电动势和电流，载流导体在磁场中受电磁力的作用，其方向与电动机转动方向相反，因而起到制动作用，制动转矩的大小与直流电流的大小有关。因为能耗制动是将直流电流通入定子绕组而得到的，故通常也叫直流制动。能耗制动线路如图所示。从能量转换角度看，制动前电动机的动能借助直流励磁产生的磁场转化为电能，全部消耗于转子上用于制动，能量耗完，制动结束。三、三相异步电动机的制动任务2启动、反转和制动三相异步电动机三、三相异步电动机的制动任务2启动、反转和制动三相异步电动机

3.回馈制动（再生制动）若异步电动机在电动状态下运行时，由于某种原因电动机的转速超过了旋转磁场的同步转速n1（此时s<0），则转子导体切割旋转磁场的方向与电动机运行状态相反，从而使转子电流及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送回电网，因此称为回馈制动。回馈制动如图所示。异步电动机回馈制动运行状态有两种情况：一种是出现在位能负载下放时，例如起重机在下放重物时或电传动机在下坡运行时；另一种出现在电动机变极调速（变频调速）的过程中。三、三相异步电动机的制动任务2启动、反转和制动三相异步电动机三、三相异步电动机的制动任务2启动、反转和制动三相异步电动机三相异步电动机启动和制动不同方法的比较1.三相鼠笼式异步电动机启动方法的比较三相鼠笼式异步电动机启动方法的比较见下表。拓展知识任务2启动、反转和制动三相异步电动机

2.三相异步电动机三种制动方法的比较三相异步电动机三种制动方法的比较见下表。拓展知识任务2启动、反转和制动三相异步电动机

一、变极调速三相异步电动机定子绕组形成的磁极对数取决于定子绕组中的电流方向，只要改变定子绕组的接线方式，就能达到改变磁极对数的目的。由图（a）所示的接线方式可见，此时U相绕组的磁极对数为2p=4，若改变绕组的连接方法，使一半绕组中的电流方向改变，成为图（b）或（c）所示的形式，则此时U相绕组的磁极对数即变为2p=2。由此可以得出：当每相定子绕组中有一半绕组的电流方向改变时，即达到了变极调速的目的。知识链接任务3三相异步电动机的调速如果能连续不断地改变电源的频率，就可以连续平滑地调节异步电动机的转速，这就是变频调速的原理。异步电动机变频调速的主要特点是可以实现无级（平滑）调速，调速范围宽，且可实现恒功率调速或恒转矩调速，但其需要一套变频调速电源及控制、保护装置，目前价格仍较高。随着技术水平的提高，变频调速已获得很快的发展。根据电动机所拖动的负载性质不同，常用的异步电动机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。二、变频调速任务3三相异步电动机的调速常见的改变转差率调节电机转速的方法是在绕线式电机转子电路中外接调速电阻，即转子串电阻调速。此法只适用于绕线转子异步电动机。转子串电阻后，机械特性上的最大转矩Τm不变而临界转差率Sm会增大，临界点会下移并可在小范围内对电机进行调速，机械特性如图所示。这种调速方法的优点是所需设备简单，并可在一定范围内进行调速。缺点是调速电阻上有一定的能量消耗，调速特性曲线的硬度不大，即转速随负载的变化较大，且电阻越大，特性越软；在空载和轻载时调速范围很窄。此法主要用于运输、起重机械的绕线转子异步电动机上。异步电动机除上述三大类调速方法外，还有其他调速方法。例如，人为地改变定子电压或采用电磁离合器调速，甚至于将某些电磁调速装置与电机构成整体而成为电磁调速电机。三、变转差率调速任务3三相异步电动机的调速三、变转差率调速任务3三相异步电动机的调速其他几种调速方法的简单介绍拓展知识任务3三相异步电动机的调速

1.定子调压调速方法此法用于笼型异步电动机中，当加在笼型异步电动机定子绕组上的电压发生改变时，它的机械特性曲线如上图所示。这是一组临界转速（临界转差率）不变，而最大转矩随电压的平方而下降的曲线。对于恒转矩负载（上图中线2），不难看出其调速范围很窄，实用价值不大。但对于通风机负载，其负载转矩TL随转速的变化关系如图中曲线1所示，可见其调速范围较宽。拓展知识任务3三相异步电动机的调速调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种，晶闸管调压方式为最佳。调压调速一般适用于100kW以下的生产机械。调压调速的特点有：①调压调速线路简单，易实现自动控制；②调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。拓展知识任务3三相异步电动机的调速

2.电磁调速电动机调速方法电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。拓展知识任务3三相异步电动机的调速当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流便可改变离合器的输出转矩和转速。电磁调速方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。电磁调速电动机的调速特点有：①装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；②调速平滑、无级调速；③对电网无谐影响；④速度失大、效率低。拓展知识任务3三相异步电动机的调速

3.液力耦合器调速方法液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。液力耦合器的动力传输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，做到无级调速。拓展知识任务3三相异步电动机的调速液力耦合器调速方法适用于风机、水泵的调速。其特点有：①功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；②结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低；③尺寸小，能容大；④控制调节方便，容易实现自动控制。拓展知识任务3三相异步电动机的调速

一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法

1.主要部件的拆卸方法（1）带轮或联轴器的拆卸。首先用石笔或粉笔标示带轮或联轴器与轴配合的原位置，以备安装时对照原位置安装，如图（a）所示。取下联轴器或带轮的定位螺钉或定位销子，装上拉具，丝杆顶端要对准电动机轴的中心，如图（b）所示。用扳手转丝杆，使带轮或联轴器慢慢脱离转轴，如图（c）所示。如果带轮或联轴器时间较长锈死或太紧，不易拉下来时，可在定位螺孔内注入螺栓松动剂，如图（d）所示。拆卸过程中，手锤最好尽可能减少直接重重敲击带轮或联轴器，以免带轮破碎而损坏电动机轴。知识链接任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（2）拆卸轴承盖和端盖。用扳手旋下固定端盖的螺钉和固定轴承盖的三个螺钉，拆下轴承盖外改盖，如图（a）所示。将较大的螺钉旋具插入螺钉盘的根部，把端盖按对角线一先一后地向外扳撬。注意不要把螺钉旋具插入电动机内，以免把线包撬伤，拆卸过程如图（b）所示。一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（3）拆卸轴承。根据轴承的大小，选好适宜的拉具。拉具的脚爪应紧扣在轴承的内圈上，丝杆顶点要对准转子轴的中心，扳转丝杆要慢，用力要均匀，如图（a）所示。也可用方铁棒或铜棒拆卸。在轴承的内圈垫上适当的铜棒，用手锤敲打铜棒，把轴承敲出，如图（b）所示。敲打时，要在轴承内圈四周的相对两侧轮流敲打，不可偏敲一边，用力要均匀。一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（4）抽出转子。把电动机端盖拆掉后，便可进行转子的拆卸。拆卸时，一人抬住转轴一端，另一人抬住转轴另一端，如图（a）所示。然后渐渐地把转子往外移出电动机外壳，在移出时，要避免转子轴压伤定子线包，操作方法如图（b）所示。一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修

2.电动机的装配三相异步电动机修理后的装配顺序，大致与拆卸时相反。装配时要注意拆卸时的一些标记，尽量按原记号复位。（1）安装滚动轴承。电动机轴承的安装可用敲打法。把轴承套到轴上，对准轴颈，用一段内径略大于轴颈直径、外径略大于轴承内圈外径的铁管，一端顶在轴承的内圈上，另一端用手锤敲，把轴承敲进去，如图（a）所示。另一种方法是用铁条顶住电动机轴承的内圈，对称地、轻轻地敲，轴承也能水平地套入转轴，操作方法如图（b）所示。一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（2）安装后端盖。将轴端朝下垂直放置，在其端面上垫木块，将后端盖套在后轴承上，用木锤敲打到位。接着安装轴承外盖，外盖的槽内加上润滑脂。用螺栓联接轴承内外盖并紧固。

(3)安装转子。把转子对准定子孔中心，然后沿着定子圆周的中心线缓缓向定子里送，不得碰擦定子绕组。当端盖与机座合拢时，应将拆卸时所做的端盖与机座间的位置标记对齐，然后装上端盖螺栓并旋紧。一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（4）安装前端盖。将前端盖的标记与机座标记对齐，用木锤均匀敲击端盖四周，待端盖与机座合拢后，装上端盖螺栓，按对角线逐步拧紧。注意不可以一次将一只螺栓拧紧后再拧另一只，操作方法如图所示。先旋1和4螺栓，然后旋2和3螺栓，再旋1和4。依照此方法，逐步将螺栓旋紧。一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修安装前轴承盖之前，先用一根一头与轴承内盖螺纹相配的穿心钢丝穿过端盖，拧在轴承内盖的任一螺孔上，然后将前轴承外盖套入轴颈并将钢丝穿入任一螺孔。外盖与端盖合拢后，调整内、外盖及端盖的三个孔在同一中心线上，拧上螺栓。取出穿心钢丝，将其余螺栓依次穿入并旋紧。（5）检查转子。用手转动转轴，检查转子转动是否灵活、均匀，有无停滞或偏重现象。一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（6）带轮或联轴器的安装。首先用细砂纸把电动机轴承的表面打磨光滑，如图（a）所示。然后对准键槽，把带轮或联轴器套在转轴上，如图（b）所示。用铁块垫在带轮或联轴器前端，然后用手锤适当敲击，从而将带轮或联轴器套进电动机轴上，如图（c）所示。再用铁板垫在键的前端，轻轻敲打，使键慢慢进入槽内，如图（d）所示。一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修一、电动机的主要部件的拆卸和装配方法任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修对运行中的三相异步电动机进行维护，是保证它稳定、可靠、经济运行的重要措施。正常维护能有效地减少电动机的故障，当有故障发生时，也可以从平时的维护记录中找到有关资料，作为处理故障和进行修理的依据。

1.三相异步电动机使用时应注意的问题（1）使用前，要详细对照铭牌，按照铭牌规定的电压、频率、功率、转速等技术参数与实际配套使用。（2）使用前，要进行外部机械检查，着重检查各部件是否完好，螺钉是否松动，有无杂物，转子是否能转动。二、三相异步电动机的正常维护任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（3）使用前，应用500V兆欧表检查电动机绕组的绝缘情况，查得电动机绕组绝缘电阻值大于0.5MΩ后方能使用，低于0.5MΩ要进行烘干处理。（4）检查线路电压与电动机额定电压是否相符，线路电压的变动不应超出电动机额定电压的±5％。（5）电动机在运行前应装保护接地线或保护中性线。（6）检查线路连接是否正确，各接触点是否接触良好，保护设备是否完好，注意熔断器熔体额定电流应为电动机额定电流的1.5倍至2.5倍。二、三相异步电动机的正常维护任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（7）若用带传动，必须检查两转轴中心线是否平行，带松紧是否适当，过紧会使电动机轴加快损坏，过松则容易打滑。（8）如果用联轴器直接耦合，应注意两转轴中心线要在一条直线上，否则易使轴承损坏或使电动机发生振动。（9）检查完毕后，电动机应按照电动机铭牌上定子绕组的接线方式连接好，可先接通电源空载运转，查看旋转方向与实际要求是否一致。（10）电动机在使用过程中，应注意防潮、防尘，保持电动机风道畅通，所有机械连接部分紧固牢靠，电气接触点保持清洁、接触良好。二、三相异步电动机的正常维护任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修

2.电动机启动时应注意的问题（1）在电动机接通电源后，若发现电动机不转，应立即断开电源，查明原因，方能再次启动，不允许带电检查电动机不转的原因。（2）如果采用自耦变压器减压启动或利用Y／△减压启动器启动电动机，特别要注意按操作顺序进行操作，用自耦变压器启动时要先将手柄推到“启动”位置，待电动机转速稳定下来后，再迅速拉到“运转”位置。（3）在同一线路上的电动机，特别是容量较大的电动机，不允许同时启动，应按操作顺序或按容量由大到小逐台启动，以免多台同时启动使线路电流激增，造成电压过低、启动困难或开关跳闸等不良后果。二、三相异步电动机的正常维护任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修（4）电动机启动后要观察电动机的旋转方向是否符合机械负载要求，如水泵、浆泵，上面标有方向铭牌，看看是否一致。（5）电动机的启动次数应尽可能减少，空载连续启动不能超过3~5次／min，电动机长期运行停机后再启动，其连续启动次数不应超过2~3次／min。（6）电动机在启动后，要注意观察电动机电压是否正常，电流是否适当，三相电流是否平衡，传动负载工作是否正常，运行声音是否正常。二、三相异步电动机的正常维护任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修三相异步电动机的常见故障及处理方法电动机的故障，有机械故障和电气故障两个方面。三相笼型转子异步电动机是所有电动机中工作最可靠、最耐用的电动机。它的转子电路发生故障的机会较少，定子电路发生故障的机会较多，但不外乎是断路或短路两种情况。下面把三相异步电动机的常见故障和检查处理方法列于下表中，供应用时参考。拓展知识任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修拓展知识任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修拓展知识任务4三相异步电动机的拆装、维护与故障检修

一、单相异步电动机的结构单相异步电动机的类型很多，其结构各有特点，但就其共性而言，电动机结构都由定子和转子两部分组成。定子部分由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等组成。转子部分主要由转子铁芯、转子绕组、转轴等组成。知识链接任务5单相异步电动机的应用

1.脉动磁场当给三相异步电动机的定子三相绕组通入三相交流电时，会形成一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将获得启动转矩而自行启动。若通入单相交流电，则不能产生旋转磁场，电动机也不能自行启动。下面来分析定子铁芯中只有一相定子绕组、通入单相交流电时产生的磁场情况，这时的磁场如图所示。定子铁芯上布置有单相绕组，转子为笼型结构。二、单相异步电动机的脉动磁场与自启动原理任务5单相异步电动机的应用

2.自启动原理及分类如前所述，单绕组单相异步电动机本身没有启动转矩，转子不能自行启动。为了解决启动问题，应该加强正向磁场，抑制反向磁场，使电动机在启动时气隙中能够形成一个旋转磁场。为实现此目的，单相异步电动机定子绕组常做成两相：主绕组和辅助绕组。主绕组是它的工作绕组，在电动机运行中起主导作用；辅助绕组是启动绕组，它是为电动机的启动而设置的，两种绕组的中轴线错开一定的电角度，目的是为了改善启动性能和运行性能。根据两套绕组在电动机工作时所起作用形式的不同，单相异步电动机分为两大类：一类是分相式电动机；另一类是罩极式电动机。二、单相异步电动机的脉动磁场与自启动原理任务5单相异步电动机的应用（1）分相式电动机。分相式电动机定子主、辅绕组的线径、匝数、节距不一定完全相同，在空间布置上主要使主、辅绕组互隔90°电角度，并使二者的电流相位互差90°电角度，以保证两个绕组产生的合成磁场是圆形旋转磁场，使电动机获得启动转矩，如图所示。分相式电动机定子绕组产生的旋转磁场从电流超前相的绕组轴线转向电流滞后相的绕组轴线。二、单相异步电动机的脉动磁场与自启动原理任务5单相异步电动机的应用二、单相异步电动机的脉动磁场与自启动原理任务5单相异步电动机的应用（1）分相式电动机。分相式电动机定子主、辅绕组的线径、匝数、节距不一定完全相同，在空间布置上主要使主、辅绕组互隔90°电角度，并使二者的电流相位互差90°电角度，以保证两个绕组产生的合成磁场是圆形旋转磁场，使电动机获得启动转矩，如图所示。分相式电动机定子绕组产生的旋转磁场从电流超前相的绕组轴线转向电流滞后相的绕组轴线。二、单相异步电动机的脉动磁场与自启动原理任务5单相异步电动机的应用二、单相异步电动机的脉动磁场与自启动原理任务5单相异步电动机的应用（2）单相罩极电动机。单相罩极电动机是一种结构非常简单的电动机，按照磁极形式的不同分为凸极式和隐极式两种，其中凸极式应用较多。一种常见的凸极式单相罩极电动机的结构如图所示。罩极式电动机通过在定子铁芯上安装短路环或短路线圈来形成两相绕组。二、单相异步电动机的脉动磁场与自启动原理任务5单相异步电动机的应用单相异步电动机一般只进行有级调速，主要的调速方法有：

1.串电抗器调速电抗器为一个带抽头的铁芯电感线圈，串联在单相电动机电路中起降压作用，通过调节抽头使电压降不同，从而使电动机获得不同的转速。图（a）为罩极电动机串电抗器调速电路图，图（b）为电容电动机串电抗器调速并带有指示灯的电路。三、单相异步电动机的调速任务5单相异步电动机的应用

2.电动机绕组内部抽头调速这种调速方法是在单相异步电动机定子铁芯上再嵌放一个中间绕组（又称调速绕组），如图所示。为降低成本，也可将调速绕组和定子绕组做成一体，通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及工作绕组的接线方法，从而达到改变电动机内部气隙磁场的大小，达到调速的目的。这种调速方法有L形接法和T形接法两种，其中L形接法调速时在低挡中间绕组只与工作绕组串联，启动时直接加电源电压，因此启动性能好，目前使用较多。T形接法低挡时启动性能差，且中间绕组的电流较大。三、单相异步电动机的调速任务5单相异步电动机的应用三、单相异步电动机的调速任务5单相异步电动机的应用

3.交流晶闸管调速去掉电抗器，又不想增加定子绕组复杂程度，单相异步电动机还可以采用双向晶闸管调速。调速时，旋转控制线路中的带开关电位器就可以改变双向晶闸管的控制角，使电动机得到不同电压，达到调速目的，如图所示。这种方法可以实现无级调速，控制简单，效率高，缺点是电压波形差，存在电磁干扰。目前此方法常用于吊扇上。三、单相异步电动机的调速任务5单相异步电动机的应用要使电容（电阻）式单相异步电动机反转，必须使旋转磁场反转，其方法有两种：（1）把工作绕组（或启动绕组）的首端和尾端对调接在电源上；（2）把电容器从一绕组中改接到另一绕组中（只适用于电容运行单相异步电动机）。这样流过该绕组中的电流也从原来的超前90°近似变为滞后90°，磁场的旋转方向发生了改变。四、单相异步电动机的反转任务5单相异步电动机的应用单相异步电动机的日常应用

在日常生活中，很多家电都配有电动机，如洗衣机、电冰箱、电风扇、抽油烟机等，此外很多电动工具、医疗器械等也都配有电动机。这些设备中的电动机都有一个共同特点，即都是用单相交流电源，且功率不大。

1.普通波轮式洗衣机洗衣机以电动机为动力，类型很多，其中的波轮式洗衣机均采用电容运转电动机，其电控原理图如下图所示。洗衣机工作时靠定时转换开关S来改变电容器C与运行绕组和启动绕组的串联，从而实现电动机的正、反转。拓展知识任务5单相异步电动机的应用

波轮式洗衣机的电容运转电动机额定电压都为220V，电动机的两相绕组完全对称，两个绕组互为工作绕组。拓展知识任务5单相异步电动机的应用

2.电风扇电风扇的种类很多、规格各异，功能因场合不同而不同，但其原理和基本结构都相同，其中电动机是电风扇的心脏，其性能指标决定了电风扇的质量高低。电风扇用电动机可分为直流电动机和交流电动机，一般使用的有电容运转单相异步电动机、罩极式电动机和直流电动机等，其中电容运转单相异步电动机占绝大多数。拓展知识任务5单相异步电动机的应用拓展知识任务5单相异步电动机的应用

单相异步电动机定子铁芯上嵌放两套绕组，即运行绕组和启动绕组，它们结构基本相同，空间上位置相差90°，在启动绕组中串入电容器C后再与运行绕组并联在单相电源上。当接入单相交流电时，将在绕组中形成旋转磁场。通过调节串入电抗的大小，可以控制定子绕组上的电压，从而达到调速的目的。

3.电冰箱电冰箱要求电动机具有启动转矩大、高功率因数、高效率等性能，多采用电阻分相式单相异步电动机。拓展知识任务5单相异步电动机的应用

1.产生旋转磁场的条件是什么?旋转磁场的转向和转速由哪些因素决定?

2.如何改变三相异步电动机的转向？频繁改变电动机的转向有何害处？

3.三相异步电动机的调速方法有哪几类？

4.三相异步电动机变极调速的原理是什么？变极调速有什么特点？

5.叙述三相异步电动机运行时温度过高的可能原因以及处理办法。

6.如何改变单相异步电动机的旋转方向?罩极式单相异步电动机的旋转方向能否改变?为什么?思考题项目1控制与检测交流电动机谢谢观赏!电机与电气控制技术任务1认识及检测直流电动机任务2直流电动机的启动、反转和制动任务3直流电动机的调速项目2控制与检测直流电动机了解直流电机的特点、用途和分类。熟悉直流电机的基本工作原理。了解直流电机铭牌中型号和额定值的含义，掌握额定值的简单计算。掌握直流电动机的常用启动方法。掌握直流电动机的反转方法。掌握直流电动机的三种调速方法。熟悉直流电动机的机械特性。学习重点项目2控制与检测直流电动机

一、直流电机的铭牌数据与系列

1.直流电机铭牌数据电机制造厂按照国家标准，根据电机的设计和试验数据，规定了电机的正常运行状态和条件，通常称之为额定运行。凡表征电机额定运行情况的各种数据均称为额定值，标注在电机铝制铭牌上，它是正确合理使用电机的依据。直流电机的主要额定值如表所示。知识链接任务1认识及检测直流电动机（1）额定容量（额定功率）PN（kW）。额定容量指电机的输出功率。对发电机而言，是指输出的电功率；对电动机，则是指转轴上输出的机械功率。（2）额定电压UN（V）和额定电流IN（A）。注意它们不同于电机的电枢电压Ua和电枢电流Ia，发电机的UN、IN是输出值，电动机的UN、IN是输入值。（3）额定转速nN（r/min）。额定转速是指在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。一、直流电机的铭牌数据与系列任务1认识及检测直流电动机

2.直流电机系列我国目前生产的直流电机主要有以下系列。（1）Z2系列。该系列为一般用途的小型直流电机系列。“Z”表示直流，“2”表示第二次改进设计。系列容量为0.4~200kW，电动机电压为110V、220V，发电机电压为115V、230V，属防护式。（2）ZF和ZD系列。这两个系列为一般用途的中型直流电机系列。“F”表示发电机，“D”表示电动机。系列容量为55~1450kW。（3）ZZJ系列。该系列为起重、冶金用直流电机系列。电压有220V、440V两种。工作方式有连续、短时和断续三种。ZZJ系列电机启动快速，过载能力大。一、直流电机的铭牌数据与系列任务1认识及检测直流电动机作为直流电源的直流发电机，必须要有原动机来驱动，以输入机械功率。输入直流发电机的机械能，以电机中的磁场为中介实现机电能量转换，最后才获得直流电能。鉴于这样的一个过程和相应的装置具有机构复杂、效率偏低、需要频繁维护等不利因素，直流发电机逐渐被固体整流设备所替代，直流发电机的应用范围逐渐变小。直流电动机具有调速性能好（调速范围宽广、能迅速实现加速或减速、操作方便和调速的经济性高）的突出优点，常应用于对启动和调速有较高要求的场合。大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、宾馆高速电梯、龙门刨床、电力机车、内燃机车、城市电车、地铁列车、电瓶车、造纸和印刷机械、船舶机械、大型精密机床和大型起重机等生产机械中均应用到直流电动机。二、直流电机的用途和特点任务1认识及检测直流电动机直流电动机的缺点：一是制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高；二是运行时由于电刷与换向器之间容易产生火花，因而可靠性较差，维护比较困难。所以在一些对调速性能要求不高的领域中已被交流变频调速系统所取代。但是在某些要求调速范围大、快速性高、精密度好、控制性能优异的场合，直流电动机的应用目前仍占有较大的比重。固体整流器和蓄电池的发展拓展了直流电动机的应用范畴。二、直流电机的用途和特点任务1认识及检测直流电动机直流电动机和直流发电机的结构基本一样。直流电动机由静止的定子和转动的转子两大部分组成，在定子和转子之间存在一个间隙，称为空气隙。定子的作用是产生磁场和支撑电机，它主要包括主磁极、换向磁极、机座、电刷装置、端盖等。转子的作用是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量的转换，通常也被称为电枢。它主要包括电枢铁芯、电枢绕组以及换向器、转轴、风扇等。下图是直流电动机的剖面图。三、直流电机的基本结构任务1认识及检测直流电动机

1.主磁极主磁极的作用是产生主磁场，部分永磁电动机的主磁极直接由不同极性的永久磁体组成（小功率电动机），而励磁电动机的主磁极则由主磁极铁芯和励磁绕组两部分组成。（1）主磁极铁芯。主磁极铁芯为电动机磁路的一部分。由于电枢旋转时，电枢铁芯上的槽与齿相对于主磁极铁芯不断变化，即磁路的磁阻不断变化，从而在主磁极铁芯中将引起涡流损耗和磁滞损耗。为减小损耗，主磁极铁芯一般由1~1.5mm的低碳钢片叠压而成，再用铆钉铆紧成一个整体最后用螺钉固定在机座上。三、直流电机的基本结构任务1认识及检测直流电动机小电机也有用整块铸钢磁极的。主磁极上的励磁绕组是用绝缘铜线绕制而成的集中绕组，与铁芯绝缘，各主磁极上的线圈一般都是串联起来的。主磁极总是成对的，并按N极和S极交替排列。（2）励磁绕组。根据不同要求用不同截面积的绝缘铜导线模在绕线机上绕制后，经过绝缘处理，然后套在主磁极上。励磁绕组可以直接和外施直流电源连接，亦可和电枢绕组并联或串联。前者称并励绕组，常由匝数较多、面积较小的圆形铜线绕制；后者常由匝数较少、截面积较大的矩形扁铜导线绕城，称串励绕组。励磁绕组连接时应使相邻主磁极呈不同极性，即N、S极交替排列。如果主磁极用永久磁铁制成，则无须再设置励磁绕组。三、直流电机的基本结构任务1认识及检测直流电动机

2.换向磁极换向磁极的作用是产生附加磁场，用以改善电机的换向性能。通常铁芯由整块钢做成，换向磁极的绕组应与电枢绕组串联。换向磁极装在两个主磁极之间，其极性在作为发电机运行时，应与电枢导体将要进入的主磁极极性相同；在作为电动机运行时，则应与电枢导体刚离开的主磁极极性相同。

3.机座机座一方面用来固定主磁极、换向磁极和端盖等的机械框架，另一方面作为电机磁路的一部分。机座一般用铸钢或钢板焊接制成。三、直流电机的基本结构任务1认识及检测直流电动机

4.电刷装置在直流电机中，为了使电枢绕组和外电路连接起来，必须装设固定的电刷装置，它是由电刷、刷握和刷杆座组成的。电刷是用石墨等做成的导电块，放在刷握内，用弹簧压指将它压触在换向器上。刷握用螺钉夹紧在刷杆上，用铜绞线将电刷和刷杆连接。刷杆装在刷座上，彼此绝缘，刷杆座装在端盖上。

5.电枢铁芯电枢铁芯的作用是通过磁通和安放电枢绕组。当电枢在磁场中旋转时，铁芯将产生涡流和磁滞损耗。为了减少损耗，提高效率，电枢铁芯一般用硅钢片冲叠而成。电枢铁芯具有轴向冷却通风孔。铁芯外圆周上均匀分布着槽，用以嵌放电枢绕组。三、直流电机的基本结构任务1认识及检测直流电动机

6.电枢绕组电枢绕组的作用是产生感应电动势和通过电流产生电磁转矩，实现机电能量转换。绕组通常用漆包线绕制而成，嵌入电枢铁芯槽内，并按一定的规则连接起来。为了防止电枢旋转时产生的离心力使绕组飞出，绕组嵌入槽内后，用槽楔压紧；线圈伸出槽外的端接部分用无纬玻璃丝带扎紧。三、直流电机的基本结构任务1认识及检测直流电动机

7.换向器换向器的结构由许多带有鸽尾形的换向片叠成一个圆筒，片与片之间用云母片绝缘，借V形套筒和螺纹压圈拧紧成一个整体。每个换向片与绕组每个元件的引出线焊接在一起，其作用是将直流电动机输入的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，进而产生恒定方向的电磁转矩，使电动机连续运转。三、直流电机的基本结构任务1认识及检测直流电动机

8.气隙沿转子圆周表面与定子之间相隔存在空气隙。由于直流电机定子为凸极，转子表面呈圆柱形，因此沿转子圆周气隙是不均匀的。即使在主磁极面下由于极靴表面不是纯粹的圆弧，气隙亦不均匀，其中主磁极表面处气隙最小，两主磁极中间即几何中性线处气隙最大。三、直流电机的基本结构任务1认识及检测直流电动机直流电动机的工作原理如图所示。电枢不用外力驱动，把电刷A、B接到直流电源上，假定电流从电刷A流入线圈，沿a→b→c→d方向，从电刷B流出。载流线圈在磁场中将受到电磁力的作用，其方向按左手定则确定，ab边受到向上的力，cd边受到向下的力，形成电磁转矩，结果使电枢逆时针方向转动，如图（a）所示。当电枢转过90°时，如图（b）所示，线圈中虽无电流和力矩，但在惯性的作用下继续旋转。四、直流电动机的工作原理任务1认识及检测直流电动机当电枢转过180°时，如图（c）所示，电流仍然从电刷A流入线圈，沿d→c→b→a方向，从电刷B流出。与图（a）比较，通过线圈的电流方向改变了，但两个线圈边所受电磁力的方向却没有改变，即电动机只朝一个方向旋转。若要改变其转向，必须改变电源的极性，使电流从电刷B流入，从电刷A流出才行。由以上分析可得直流电动机的工作原理：当直流电动机接入直流电源时，借助于电刷和换向器的作用，使直流电动机电枢绕组中流过方向交变的电流，从而使电枢产生恒定方向的电磁转矩，保证了直流电动机朝一定的方向连续旋转。四、直流电动机的工作原理任务1认识及检测直流电动机直流电机的励磁方式是指电机励磁电流的供给方式，根据励磁支路和电枢支路的相互关系，有他励、自励（并励、串励和复励）、永磁方式。

1.他励方式他励方式中，电枢绕组和励磁绕组电路相互独立，电枢电压与励磁电压彼此无关。接线图如图（a）所示。五、直流电动机的励磁方式任务1认识及检测直流电动机

2.并励方式并励方式中，电枢绕组和励磁绕组是并联关系，由同一电源供电，接线图如图（b）所示。应特别注意的是，并励电机在接线时，励磁回路中不允许串有闸刀开关和熔丝。

3.串励方式串励方式中，电枢绕组与励磁绕组是串联关系，接线图如图（c）所示。应特别注意的是，串励电动机不允许轻载更不允许空载运行。

4.复励方式复励电机的主磁极上有两部分励磁绕组，其中一部分与电枢绕组并联，另一部分与电枢绕组串联。当两部分励磁绕组产生的磁通方向相同时，称为积复励，反之称为差复励。接线图如图（d）所示。五、直流电动机的励磁方式任务1认识及检测直流电动机

直流电动机的电枢绕组术语

1.集中绕组与分布绕组每匝线圈的磁轴都相互重叠的为集中绕组。线圈沿电枢铁芯槽分布放置，每个线圈的磁轴不全重叠，而沿电枢圆周有位移的，称为分布绕组。

2.绕组元件（简称元件）它是组成绕组的基本部件，如图25所示，它可由同磁轴的n匝线圈串联组成，即一元件有n匝，亦可以因工艺及其他电气方面的原因由多匝线圈并联组成，亦即元件由多股导线制成，则此时n=1。拓展知识任务1认识及检测直流电动机

3.圈边绕组元件的一边称为圈边，每一元件有两个圈边。设元件有n匝，则每一圈边有n根导体。

4.有效部分和端接部分圈边嵌入铁芯槽内的部分用以截切磁通而产生感应电动势，称为元件的有效部分。圈边在铁芯槽外的部分称为端接部分。端接部分导体不截切主磁通，因而不产生感应电动势，仅作为有效部分的连接线。

5.单层绕组和双层绕组每个电枢铁芯槽中只有一个圈边的为单层绕组，如有两个上下放置的圈边则称为双层绕组。直流电机全用双层绕组，交流电机大多亦为双层绕组。拓展知识任务1认识及检测直流电动机

6.虚槽大型电机中，每个铁芯槽中可能有c个圈边并列，如下图所示。此时为分析绕组的方便常引入一个虚槽的概念，即取槽中一个上层圈边与一个下层圈边组成一个虚槽。图中c=3，n=4。令Q为实际槽数，Qe为虚槽数，则有Qe=cQ。一个元件有两个圈边，一个虚槽由两个圈边组成，因此绕组的元件数S等于虚槽数。拓展知识任务1认识及检测直流电动机

7.绕组节距绕组节距是描述元件宽度和元件间连接方式的重要术语。第一节距y1表示元件宽度。一个元件的两个圈边是放置在电枢铁芯的两个槽中的，故以其所跨越的虚槽数而不用几何尺寸来表示y1。出于结构的对称性，元件的两个圈边是这样放置的，即其一个圈边放在槽的上层（用实线表示），其另一个圈边则在下层（用虚线表示），如下图所示。我们称绕组中前一元件的下层圈边与相连的后一元件的上层圈边之间的距离为第二节距y2，亦用虚槽数表示。紧相串联的两个元件的对应圈边在电枢表面上所跨过的距离称为合成节距y。拓展知识任务1认识及检测直流电动机参看下图（a），如以y1的行进方向为正，则y2的行进的方向与y1相同时亦为正；反之，若y2的行进方向与y1相反时则为负，如下图（b）所示。于是合成节距是第一、第二节距的代数和，即y=y1+y2。拓展知识任务1认识及检测直流电动机

8.整距绕组、短距绕组为了使元件中的感应电动势可获得最大值，元件的宽度第一节距应等于一个极距T。因节距用虚槽数表示，所以极距T除了用尺寸（单位为m）表示外，也常用虚槽来度量，即T=Qe/（2p）。圈边必须位于槽内，所以极距Qe/（2p）不能为整数时，取y1亦等于Qe/（2p）的整数，这样的元件构成的称为整距绕组。如Qe/（2p）不能为整数，常取y1为略小于Qe/（2p）的整数，为短距绕组。直流电机常取整距或尽量接近整距的短距绕组，以获得尽可能大的感应电动势；交流电机常有意选择适当的短距绕组以改善电动势波形。拓展知识任务1认识及检测直流电动机

9.开启式绕组和闭合式绕组绕组自一圈边出发，依次串联所有该绕组的圈边后，即行停止，即绕组有作为对外引出端的绕组出发端和终止端，这种绕组称为开启式绕组，常用于交流电机。绕组从电枢上某一圈边出发，按一定规律串联了电枢上所有圈边后仍返回到出发点，形成无头无尾的闭合电路，这样的绕组被称为闭合式绕组，常用于直流电机。拓展知识任务1认识及检测直流电动机

一、直流电动机的启动直流电动机从接入电源开始，转速由零上升到某一稳定转速为止的过程称为启动过程或启动。

1.启动条件当电动机启动瞬间，n=0，Ea=0，此时电动机中流过的电流叫启动电流Ist，对应的电磁转矩叫启动转矩Tst。为了使电动机的转速从零逐步加速到稳定的运行速度，在启动时电动机必须产生足够大的电磁转矩。如果不采取任何措施，直接把电动机加上额定电压进行启动，这种启动方法叫直接启动。直接启动时，启动电流Ist=UN/Ra，将升到很大的数值，同时启动转矩也很大，过大的电流及转矩对电动机及电网会造成一定的危害，所以一般启动时要对Ist加以限制知识链接任务2直流电动机的启动、反转和制动

2.启动方法他励直流电动机常用的启动方法有电枢串电阻启动和降压启动两种。不论采用哪种方法，启动时都应该保证电动机的磁通达到最大值，从而保证产生足够大的启动转矩。（1）电枢回路串电阻启动。启动时在电枢回路中串入启动电阻Rst进行限流，电动机加上额定电压，Rst的数值应使Ist不大于允许值。一、直流电动机的启动任务2直流电动机的启动、反转和制动（2）降压启动。降压启动只能在电动机有专用电源时才能采用。启动时，通过降低电枢电压来达到限制启动电流的目的。为保证足够大的启动转矩，应保持磁通不变，待电动机启动后，随着转速的上升、反电动势的增加，再逐步提高其电枢电压，直至将电压恢复到额定值，电动机在全压下稳定运行。一、直流电动机的启动任务2直流电动机的启动、反转和制动由于生产的需要，常常需要改变电动机的转向。电动机中的电磁转矩是动力转矩，因此改变电磁转矩T的方向就能改变电动机的转向。根据公式T=CTΦIa可知，只要改变磁通Φ或电枢电流Ia这两个量中一个量的方向，就能改变T的方向。直流电动机的反转方法有两种：一种是改变磁通（Φ）的方向，另一种是改变电枢电流的方向。由于磁滞及励磁回路电感等原因，反向磁场的建立过程缓慢，反转过程不能很快实现，故一般多采用后一种方法。二、直流电动机的反转任务2直流电动机的启动、反转和制动电动机的制动是指在电动机轴上加一个与旋转方向相反的转矩，以达到快速停车、减速或稳速。制动可以采用机械方法和电气方法，常用的电气方法有三种：能耗制动、反接制动和回馈制动。在电动机的电气制动过程中，要求迅速、平滑、可靠、能量损耗小，并且制动电流应小于限值。三、直流电动机的制动任务2直流电动机的启动、反转和制动

1.能耗制动电动机制动时保持励磁电流不变，将电枢两端从电网断开后，随即接到一个制动电阻Rz上。电动机工作点从A点切换到B点，在B点因为U=0，所以Ia=-Ea/（Ra+Rz），电枢电流为负值，由此产生的电磁转矩T也随之反向，由原来与n同方向变为与n反方向，进入制动状态，电动机减速，工作点沿特性曲线下降，由B点移至O点。在这一过程中，电动机由生产机械的惯性作用拖动，输入机械能而发电，发出的能量消耗在电阻Ra+Rz上，直到电动机停止转动，故称为能耗制动。三、直流电动机的制动任务2直流电动机的启动、反转和制动

2.反接制动反接制动分为倒拉反接制动和电枢电源反接制动两种。（1）倒拉反接制动。倒拉反接制动如图所示。电动机原先提升重物，工作于a点，若在电枢回路中串接足够大的电阻，特性变得很软，转速下降，当n=0时（c点），电动机的T仍然小于TL，在位能性负载倒拉作用下，电动机继续减速进入反转，最终稳定地运行在d点。此时n＜0，T方向不变，即进入制动状态，工作点位于第四象限，Ea方向变为与U相同。倒拉反接制动的机械特性方程和电枢串电阻电动运行状态时相同。三、直流电动机的制动任务2直流电动机的启动、反转和制动三、直流电动机的制动任务2直流电动机的启动、反转和制动（2）电枢电源反接制动。电动机原来工作于电动状态下，为使电动机迅速停车，现维持励磁电流不变，突然改变电枢两端外加电压U的极性，此时n、Ea的方向还没有变化，电枢电流Ia为负值，由其产生的电磁转矩的方向也随之改变，进入制动状态。由于加在电枢回路的电压为-（U+Ea）≈-2U，因此，在电源反接的同时，必须串接较大的制动电阻Rz，Rz的大小应使反接制动时电枢电流Ia≤2.5IN。他励电动机电枢电源反接制动机械特性曲线见图中的直线bc。从图中可以看出，反接制动时电动机由原来的工作点沿水平方向移到b点，并随着转速的下降，沿直线bc下降。通常在c点处若不切除电源，电动机很可能反向启动，加速到d点。三、直流电动机的制动任务2直流电动机的启动、反转和制动三、直流电动机的制动任务2直流电动机的启动、反转和制动（3）回馈制动（再生制动）。若电动机在电动状态运行中，由于某种因素（如电动机车下坡）而使电动机的转速高于理想空载转速时，电动机便处于回馈制动状态。n>n0是回馈制动的一个重要标志。因为当n>n0时，电枢电流Ia与原来n<n0时的方向相反，因磁通Φ不变，所以电磁转矩随Ia反向而反向，对电动机起制动作用。电动状态时电枢电流由电网的正端流向电动机，而在回馈制动时，电流由电枢流向电网的正端，这时电动机将机车下坡时的位能转变为电能回送给电网，因而称为回馈制动。回馈制动的机械特性方程式和电动状态时完全一样，由于Ia为负值，所以在第二象限，如图所示。电枢电路若串入电阻，可使特性曲线的斜率增加。三、直流电动机的制动任务2直流电动机的启动、反转和制动三、直流电动机的制动任务2直流电动机的启动、反转和制动

无刷霍尔直流电动机直流电动机虽然性能良好，但由于存在电刷和换向器这个滑动接触，容易产生火花和引起无线电干扰，这就限制了它的应用范围。无刷直流机就是为克服该缺点而发展的新型结构的直流电动机。拓展知识任务2直流电动机的启动、反转和制动基本工作原理参看上图，无刷直流电动机的转子是永久磁铁制成的磁极，定子为电枢，绕组是多相绕组（三、四相均可），图中表示的电枢绕组为三相，每相以等效集中绕组代替，以上由电动机本体表示在上面图框中。下图框是由由晶体管V1、V2、V3等组成的电子开关电路，位置传感器（一般用PS表示），它发出信号去控制电子开关电路，改变电枢绕组的通电状况，使电枢电流所产生的磁场步进式地旋转，从而吸引转子磁极连续旋转。拓展知识任务2直流电动机的启动、反转和制动这种电动机的电路中不存在滑动接触，无需电刷和换向器，故称无刷电机。普通直流电机中电枢导体中电流方向的改变是籍换向器电刷的作用实现的，为机械式强制换向。而今电枢电路电流的流通和流向是由位置传感器和电子开关来实现的，为电气换向。此外，两种电机的作用基本相同，故均称为直流电动机，且有相似的性能。拓展知识任务2直流电动机的启动、反转和制动无刷直流电动机根据不同的位置传感器其结构不尽相同，下面以霍尔元件构成位置传感器的无刷电机，亦称为霍尔无刷直流电动机为例。霍尔元件是一种半导体，其基本工作原理如上图所示。霍尔元件有4个引出端，两个是电流极，两个是电压极。根据霍尔效应原理，当电流极流过电流IH，而霍尔元件平面的垂直方向有磁通密度B穿过，则在两个电压极上会产生霍尔电动势E。拓展知识任务2直流电动机的启动、反转和制动下图为霍尔无刷直流电动机的原理示意图。4个定子绕组分别由开关电路的晶体管V1、V2、V3、V4控制切换电流。定子上设置两个霍尔元件H1和H2（为清晰起见，霍尔元件的电路画在机外）。开关电路的晶体管基极由霍尔元件的EH所控制，转子为永久磁铁制成的磁极。拓展知识任务2直流电动机的启动、反转和制动这种电机效率较高、体积小、重量较轻、转子无发热问题，无电刷滑动接触，不产生无线电干扰，控制电路以较简单，所以适用于高性能伺服系统和高精度电子设备中。拓展知识任务2直流电动机的启动、反转和制动

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