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维修技术
电动机的工作状态分析
内容简介:电动机是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的做功部分作旋转运动,这种电动机称为转子电动机;也有作直线运动的,称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大,从毫瓦级到万千瓦级。
  电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子与转子组成。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。
  电动机是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的做功部分作旋转运动,这种电动机称为转子电动机;也有作直线运动的,称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大,从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便,具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力,能满足各种运行要求;电动机的工作效率较高,又没有烟尘、气味,不污染环境,噪声也较小。由于它的一系列优点,所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。
  各种电动机中应用最广的是交流异步电动机(又称感应电动机 )。它使用方便 、运行可靠 、价格低廉 、结构牢固,但功率因数较低,调速也较困难。大容量低转速的动力机常用同步电动机(见同步电机)。同步电动机不但功率因数高,而且其转速与负载大小无关,只决定于电网频率。工作较稳定。在要求宽范围调速的场合多用直流电动机。但它有换向器,结构复杂,价格昂贵,维护困难,不适于恶劣环境。20世纪70年代以后,随着电力电子技术的发展,交流电动机的调速技术渐趋成熟,设备价格日益降低,已开始得到应用 。电动机在规定工作制式(连续式、短时运行制、断续周期运行制)下所能承担而不至引起电机过热的最大输出机械功率称为它的额定功率,使用时需注意铭牌上的规定。电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配,避免出现飞车或停转。电动机的调速方法很多,能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看,调速大致可分两种 :① 保持输入功率不变 。通过改变调速装置的能量消耗,调节输出功率以调节电动机的转速。②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。 
  三相异步电机工作原理
  异步电机的工作原理如下:当导体在磁场内切割磁力线时,在导体内产生感应电流,“感应电机”的名称由此而来。
  感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。 三组绕组问彼此相差120度,每一组绕组都由三相交流电源中的一相供电。
  电动机使用了电流的磁效应原理,发现这一原理的的是丹麦物理学家奥斯特 
  电动机的发展1831年,美国物理学家亨利设计出最初的电子式电动机。受到亨利的启发,一位名叫威廉·里奇的人设计并造出了一台可以转动的电动机。里奇的这架电动机类似于我们今天在实验室里组装的直流电动机模型。
  到了19世纪40年代,俄国科学家雅科比使电动机变得更为实用了。他用电磁铁替代永久磁铁进行工作。这种新型电动机当时被装在一艘游艇上,载着几名乘客驶过了涅瓦河。此事引起了极大的轰动。此后,出生于克罗地亚的美国人特斯拉于1888年,制造出了第一台感应电动机,他在各种电动机中,算是被应用最广的一种。感应电动机会将交流电快速输入一组称为“定子”的外线圈,继而产生一个旋转磁场。转轴内的一组线圈则称为“转子”,它会被定子的旋转磁场感应出电流,然后转子会因电流变化而转变成电磁铁。
  美国物理学家亨利于法拉第同时作出电磁感应的伟大发现,1830年8月,亨利在实验中已经观察到了电磁感应现象,这比法拉第发现电磁感应现象早一年。但是当时亨利正在集中精力制作更大的电磁铁,没有及时发表这一实验成果,也没有及时的去申请专利,失去了发明权。可是亨利从不计较个人名利,他认为知识应该为全世界人类所共享,从未与法拉第争过发现权,仍然专心致志地献身于科学事业。亨利的高尚品德受到世人的称赞。所以最后,人们还是将电磁感应现象的发现归于法拉第。特别值得一提的是,亨利实验装置比法拉弟感应线圈更接近于现代通用的变压器。 
  单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组,转子是鼠笼式的。 
  单相电不能产生旋转磁场.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,在这个旋转磁场作用下,转子就能自动起动.
  
  电机拆卸前应做哪些详细检查和试验?(1)在拆卸前,要用压缩空气吹净电机表面灰尘,并将表面污垢擦拭干净。
  (2)选择电机解体的工作地点,清理现场环境。
  (3)熟悉电机结构特点和检修技术要求。
  (4)准备好解体所需工具(包括专用工具)和设备。
  (5)为了进一步了解电机运行中的缺陷,有条件时可在拆卸前做一次检查试验。为此,将电机带上负载试转,详细检查电机各部分温度、声音、振动等情况,并测试电压、电流、转速等,然后再断开负载,单独做一次空载检查试验,测出空载电流和空载损耗,做好记录。
  (6)切断电源,拆除电机外部接线,做好记录。
  (7)选用合适电压的兆欧表测试电机绝缘电阻。为了跟上次检修时所测的绝缘电阻值相比较以判断电机绝缘变化趋势和绝缘状态,应将不同温度下测出的绝缘电阻值换算到同一温度,一般换算至75℃。
  (8)测试吸收比K。当吸收比大于1.33时,表明电机绝缘不曾受潮或受潮程度不严重。为了跟以前数据进行比较,同样要将任意温度下测得的吸收比换算到同一温度。 [编辑本段]电动机的种类  1.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。 
  2.按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机,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步电动机。 
  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等。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。 
  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。 
  3.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单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 
  4.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。 
  驱动用电动机又分为电动工具(包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具)用电动机、家电(包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等)用电动机及其它通用小型机械设备(包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机。 
  控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 
  5.按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线型异步电动机)。 
  6.按运转速度分类 电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。 
  低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。 
  调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外,还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。
  伺服电动机 伺服电动机servomotor
  用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。
  伺服电动机分交、直流两类。交流伺服电动机的工作原理与交流感应电动机相同。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf接一恒定交流电压,利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化,达到控制电动机运行的目的。交流伺服电动机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格(要求分别小于10%~15%和小于15%~25%)等特点。直流伺服电动机的工作原理与一般直流电动机相同。电动机转速n为
  n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j式中E为电枢*势;K为常数;j为每极磁通;Ua,Ia为电枢电压和电枢电流;Ra为电枢电阻。改变Ua或改变φ,均可控制直流伺服电动机的转速,但一般采用控制电枢电压的方法。在永磁式直流伺服电动机中,励磁绕组被永久磁铁所取代,磁通φ恒定。
  直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。 
  伺服电动机 
  伺服:一词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具,服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前,转子静止不动;讯号来到之后,转子立即转动;当讯号消失,转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能,因此而得名。
  伺服电动机
  一般分为直流伺服和交流伺服. 
  对于直流伺服马达 
  优点:精确的速度控制,转矩速度特性很硬,原理简单、使用方便,价格优势 
  缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(对于无尘室) 
  对于交流伺服马达 
  优点:良好的速度控制特性,在整个速度区内可实现平滑控制,几乎无振荡;高效率,90%以上,不发热;高速控制;高精确位置控制(取决于何种编码器);额定运行区域内,实现恒力矩;低噪音;没有电刷的磨损,免维护;不产生磨损颗粒、没有火花,适用于无尘间、易暴环境 
  惯量低; 
  缺点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数整定,需要更多的连线
  直流伺服电动机的应用
  直流伺服电机的特*流伺服电机硬。通常应用于功率稍大的系统中,如随动系统中的位置控制等。
  交流伺服电动机的应用
  交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W,电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛,如用在各种自动控制、自动记录等系统中 [编辑本段]微型电机  small and special electrical machine
  体积、容量较小,输出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环境条件要求特殊的电机。全称微型特种电机,简称微电机。常用于控制系统中,实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能,或用于传动机械负载,也可作为设备的交、直流电源。
  微特电机门类繁多,大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。
  微特电机在结构上大体可分为3类 :①电磁式。基本组成与普通电机相似,包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件,但结构格外紧凑。②组合式。常见的有两种:上述各种微电机的组合;微电机与电子线路的组合。例如直流电动机与传感器的组合,X方向与Y方向直线电动机的组合等。③非电磁式。外形结构与电磁式一样,如旋转类产品作成圆柱形,直线类产品作成方形,但内部结构因其工作原理不同而差别很大。
  各类微特电机的性能差别很大,其性能参数难以统一阐明。一般说来,用于驱动机械的侧重于运行及起动时的力能指标;作电源用的要考虑输出功率、波形和稳定性;控制用微电机则偏重于静态和动态的特性参数。前两类电机的特性参数与普通电机相似。唯控制用微电机有其独特的特性参数。①工作特性。常用输出量与输入量,或一个输出量与另一个输出量之间的关系来表示。从控制要求来说,静态特性曲线应连续、光滑,没有突变;动态特性常用频率曲线或响应曲线来表示。频率曲线应平稳,无突跳振荡点;响应曲线应快速收敛。②灵敏度。对应于单位输入信号的输出量的大小。一般常用比力矩、比电动势、放大系数等表示。③精度。一定输入条件下,输出信号的实际值与理论值的差值代表微电机的精度,常用误差大小表示。④阻抗或电阻。在系统中,微电机的输入、输出阻抗应分别与相应电路匹配,保证系统的运行性能及精度。⑤可靠性。不仅是控制用微电机的特殊要求,驱动微电机和电源微电机也有此要求。常用使用寿命、失效率、可靠度和平均无故障时间等参数表征微电机的运行可靠性。
  微特电机主要应用于3个领域:①无特殊控制要求的驱动场合作为运动机械负载的动力源。②音像设备。例如,在盒式录像机中,微特电机既是磁鼓组件的关键元件,又是其主导轴驱动、收供带和磁带盒的自动装载以及磁带张力控制的重要元件。③办公自动化
  设备、计算机外部设备和工业自动化设备。如磁盘驱动器、复印机、数控机床、机器人等都应用了微特电机。 [编辑本段]电动机的端盖怎么拆装?  拆卸前,应在端盖与机座的接缝处作好标记,以便复原。然后拧下固定端盖的螺钉,用螺丝刀慢慢地撬下端盖(拧螺钉和撬端盖都要对角线均匀对称地进行)。前后端盖要作上记号,以免装配时前后搞错。
  装配时,对准机壳和端盖的接缝标记,装上端盖,插入螺钉拧紧(要按对角线对称地旋进螺钉,而且要分几次旋紧,且不可有松有紧,以免损伤端盖),同时要随时转动转子,以检查转动是否灵活。 [编辑本段]如何检查电动机轴承运转是否正常?  检查轴承运转是否正常的常用方法:一是听声音,二是测温度。听轴承运转的声音可用细铁棍或螺丝刀,一端抵住轴承盖,—端贴到耳朵上听。如果听到的是均匀的“沙沙”声,轴承运转正常;如果听到“咝咝”的金属碰撞声,则可能是轴承缺油;如果听到“咕噜、咕噜”的冲击声,可能是轴承中有的滚珠被轧碎。测量轴承温度用酒精温度计,(或使用红外线测温枪直接对电机的前后轴承的端盖处测温)可将温度计贴到轴承盖处测量,滚动轴承不应超过95℃,滑动轴承不应超过80℃。如果没有温度计,也可以洒几滴水在轴承上,如冒热气,说明温度超过了80℃,如发出“咝咝”声,温度已超过90℃。
  电动机的行业标准
  FJ 567-1987 纺织用FO系列三相异步电动机
  FZ/T 99001-1991 FYD型和FYDZ型电锭电动机
  FZ/T 99002-1991 FTW型外转子三相永磁式同步电动机
  GB/T 2818-2002 井用潜水异步电动机
  JB/T 1009-2007 YS系列三相异步电动机技术条件
  JB/T 1010-2007 YU系列电阻起动异步电动机技术条件
  JB/T 10104-1999 YZ系列起重及冶金用三相异步电动机 技术条件
  JB/T 1011-2007 YC系列电容起动异步电动机技术条件
  JB/T 10391-2002 Y系列三相异步电动机
  JB/T 1377.1-1999 SZ系列微型直流伺服电动机
  JB/T 3698-2008 单相离合器电动机
  JB/T 6222-2007 三相盘式制动异步电动机
  JB/T 6741-1993 YSD 系列变极双速三相异步电动机
  JB/T 8163-1999 轧机辅传动直流电动机
  JB/T 8658-1997 外转子低噪音三相异步电动机
  大容量绕线式异步电动机常用启动方法绕线式异步电动机与鼠笼式异步电动机的主要区别是绕线式异步电动机的转子采用三相对称绕组,启动时通常采用转子串电阻启动,或者是采用频敏变阻器启动。一、绕线式异步电动机转子串电阻启动启动时,在绕线式异步电动机的转子回路中串入合适的三相对称电阻,如果正确选取电阻器的电阻值,使转子回路最大转矩产生在电动机启动瞬间,从而缩短起动时间,达到减小启动电流增大启动转矩的目的。随着电动机转速的升高,可变电阻逐级减小。启动完毕后,可变电阻减小到零,转子绕组被直接短接,电动机便在额定状态下运行。这种启动方法的优点是不仅能够减少启动电流,而且能使启动转矩保持较大范围,故在需要重载启动的设备如桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等场合被广泛采用。其缺点是所需的启动设备较多,一部分能量消耗在启动电阻,而且启动级数较少。二、转子回路串接频敏变阻器启动控制频敏变阻器是一种阻抗值随频率明显变化(敏感于频率)、静止的无触点电磁元件,它实质上是一个铁心损耗非常大的三相电抗器。在电动机启动时,将频敏变阻器串接在转子绕组中,由于频敏变阻器的等值阻抗随转子电流频率减小而减小,从而达到自动变阻的目的,因此只需要用一级频敏变阻器就可以平稳地把电动机启动起来。串接频敏变阻器启动的不足之处:由于有电感存在,使功率因数较低,启动转矩并不很大。因此当绕线式异步电动机在轻载启动时,采用频敏变阻器法启动优点较明显,如重载启动,一般采用串电阻启动。
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