电动机原理与维修.

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1、电动机原理与维修 学习内容 v异步电动机 v直流电动机 v同步电动机 v特种电动机 v电动机的维修 异步电动机 一：三相异步电动机的工作原理 1：三相绕组的磁场 a-u b-w c-v 二； 三相旋转磁场的产生 三相交流电通入三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场 ，其旋转方向取决于三相电流的相序，所以调换电动机的 任意两相电源即可改变旋转方向。 旋转磁场产生的条件 （1); 三相绕组必须对称，在定子铁芯空间上互差120电角 度。 （2); 通入的电流必须对称，大小，频率相同，相位互差 120 (3)；旋转磁场的转速为； n1旋转磁场的转速 r/min p磁极对数 f 三相交流电的频率 Hz 三；

2、三相异步电动机转子旋转原理 定子铁芯线槽嵌放三相 对绕组，当定子绕组通入三 相交流电源时，三相对称电 流在电动机的气隙内产生一 个同步转速的旋转磁场（n1 ）。 转子导体嵌放在转子铁 芯槽内，两端短接。 当磁场旋转时转子导体切 割磁力线产生感应电动势， 其方向可用右手定则判断。 转子载流导体在磁场中 受到电磁力（f）的作用， 其方向可用左手定则判断。 四；转差率与电动机的运行状态 1； 转差率（S) 电动机的基本物理量，它反映了异步电 动机的各种运行状态。 n1磁场同步转速 n转子转速 2；异步电动机的运行状态 （1）电动机状态 n1n0 ; 0S1 定子接电源，转子在电磁转矩的 驱动下旋转，

3、电磁转矩为驱动转矩 ，转向与旋转磁场方向相同，将电 能转换为机械能。 （2);发电机运行状态 异步电动机定子绕组仍接 电源,转轴不接负载，由原动 机拖动异步电动机的转子以 大于同步转速并逆转磁场方 向旋转（nn1）。 显然，电磁转矩方向与转 子转向相反起着制动作用， 为制动转矩。为克服制动转 矩电动机必须不断从原动机 输入机械功率变为输出的电 功率，因此成为发电机状态 。 nn1S0 。 (3);电磁制动运行状态 异步电动机定子绕组 仍接电源，如果用外力拖 着电动机逆着旋转磁场的 旋转方向转动。 电磁转矩方向与转子转 向相反起着制动作用，但 定子仍从电网吸收电功率 ，同时转子从外力吸收机 械功

4、率。 两部分功率在电动机内 部以损耗方式转化为热能 消耗掉。 这就是电磁制动状态，n 为负值，即n0， S1 五；电动机的功率、转矩和机械特性 1；额定功率PN 电动机额定状态下运行时的输出机械功率 。 2；电磁转矩(Tem)是电动机运行的一个重要参数,它与电动 机本身参数（定子相数、磁极对数、定子和转子绕组电 阻和漏抗、定子电压、电源频率、运行参数等有关）。 一般电动机的过载 能力为1.62.2 起重、冶金机械专 用 电动机为 2.22.8 3;机械特性 1）；固有机械特性 三相异步电动机在额定 运行状态下，转子、定子 电路不外接电阻和电抗器 时的机械特性。 2)人为机械特性 人为改变电动机

5、参数和 电源参数时的机械特性。 降电压后机械特性变软 ，电动机过载能力、启动 转矩倍数显著下降。如电 压下降过多，可能出现最 大转矩小于负载转矩时， 电动机停转。 串电阻启动，在一定 范围内增加转子电阻，可 以增大启动转矩，但特性 同样变软。 六；三相异步电动机的启动 1；启动要求： （1） 启动电流要小，以减小对电网的冲击。 （2） 启动转矩要大，以加速启动过程，缩短启动时间。 （3） 操作简便，设备简单，易于维护。 2; 启动方法 1)；全压启动： 也称直接启动，方法简单，但是启动电流大，启动转矩不大 。 2)；降压启动： 降压启动的目的是限制启动电流。电动机降压启动应符合： K1=Ist

6、/IN=47倍 3；降压启动方式 a;星-三角变换 设备简单、操作、维修方便启动 电流小。启动转矩小、不可调， b; 定子串电阻 设备简单、运行可靠。启动转 矩下降大，电能损耗大。 c;自耦变压器降压 启动电流和转矩可以适当调节。 设备复杂、体积大、价格贵、不允 许频繁启动。 d;延边三角形 设备简单启动电流转矩降低倍数 可适当选择。但电动机需特殊订购 ，且抽头位置一旦选定无法改变。 e;软启动 斜坡电压启动 启动过程中没有限流，启动电 流大，启动时间应相对较短。 限流启动 启动电流较小，可根据情况调 整电流限幅值，对电网影响小 。 斜坡电流启动 电流变化率大，启动转矩大， 启动时间短，应用较

7、多。 脉冲冲击启动 应用于需要克服较大静态摩 擦转矩的启动。 七；电动机的制动 1；能耗制动 方法：在定子断开交流电源 的同时，定子两相通入直 流电源。 能量关系：吸收系统的动能 并转换成电能，消耗在转 子电阻上。 特点;制动平稳、便于实现 准确停车。但制动较慢， 需要一套直流电源。 应用场所：要求制动平稳、 准确停车的场所；限制位 能负载的下降速度。 2；反接制动 1)反接制动的方法有两种： a;突然改变定子两相电源的相序，使定子旋转磁场方 向改变。 但是，由于旋转磁场与转子的相对转速很高，故转 子绕组中产生感生电流很大，定子绕组中的电流也很大 一般为电动机额定电流的十倍左右，因此只适应小功

8、率 电动机（10KW以下，4.5KW以上需串接电阻） 电阻的选定可按 b;定子按提升方向接通电源正转，转子串入较大的电 阻，电动机被重物拖着反转。 这种反接制动的方式只适应与绕线式电动机拖动位能 性负载的情况，它能使重物获得稳定的下放速度，一般用 于起重机。 2)反接制动的特点 制动强烈，停车迅速，能使位能负载在nn1下故不可以用于停车制动。 八；三相异步电动机的调速 根据异步电动机的转速公式 异步电动机的调速方法有三种； 1)改变定子极对数P调速变极调速 2)改变电源频率f调速变频调速 3)改变转差率s的调速绕线转子串电阻或改变定子绕 组电压。 1;变极调速 电源频率不变的条件下，通过对定子

9、绕组的引出线的 不同连接来改变电动机的极对数。 其方法是； 1)改变定子绕组的接线方法，多用于倍极比，非倍极 比，该方法使用较多，较经济。 2)在定子绕组槽内嵌放两套极对数不同的独立绕组。 3)在定子槽内嵌放两套极对数不同的绕组，且每一套 绕组又可以改变接线方法来获得不同的极对数。 其特点是； 所需设备简单，但电动机绕组引线出头多，调速有极 、范围窄，常与机械设备配套使用以扩大调速范围。 变极原理 U相绕组的 半相绕组顺 接产生四极 磁场，改变 接法后变成 二极磁场。 双速电动机的定子绕组接线 双速电动机从一种接法改变为另一种接法时，必须将 电源反相。 2;改变转差率 1)变阻调速 通过改变转

10、子外接电阻实现，因此只适应绕线式电动 机的调速，原理与转子串电阻启动一样，但调速用外接电 阻功率较大，也可以作启动用。 2)变压调速 通过改变定子绕组电压来实现调速，由于转矩与电压 的平方成正比，所一对于恒转矩负载作用不大，一般用与 风机负载效果比较明显。 3)串极调速 3；变频调速 变频调速是通过改变电源频率来实现的，目前应用最 广泛的恒转矩调速。 异步电动机的变频调速分三种： 1)恒转矩控制，在额定转速以下调节。 2）恒电流控制，机械特性与恒转矩控制相似，但过 载能力小，只用于负载容量小且变化不大的场合。 3）恒功率控制，常用于电动机的转速高于额定转速 ，但电源电压又不能提高的场合。 特点

11、； 质量轻、体积小、惯性小、效率高等优点。 直流电动机 v基本工作原理 一；直流电动机的结构 1；定子部分 主磁极产生主磁场，以便电枢在此磁场中转动而产生 感生电动势。一般有两种；永磁和电磁。 换向极改善直流电动机的换向，减小电动机运行时电 刷与换向器之间可能产生的火花。 机座电动机的外壳。 电刷装置将旋转的电枢与固定的外电路相连。 2；转子部分 电枢铁芯主磁路的一部分。 电枢绕组产生感生电动势或通过流过的电流产生电磁 转矩。 换向器与电刷一起将直流电源转换成电刷绕组内的交 变电流。 二；直流电动机的励磁方式1 它励式 并励式 三；并励与它励式电机的特点 1）并励式电机在运行时断开其励磁绕组，

12、造成励磁电 流为零，主磁极上仅剩很少的剩磁。反电动势很小，电枢 电流将急剧增加。 2）启动转矩一般为额定转矩的22.5倍。 3）短时过载转矩一般为额定转矩的1.5倍，带补偿绕组 可达额定转矩的2.52.8倍。 4）转速变化率为5 20。 5）采用弱磁调速转速比可达1：2至1：4，特殊可达1：8 它励式可调节电枢电压，其调速范围更广。 应用范围； 用于启动转矩较大的恒转矩及要求调速的拖动系统中。 串励式直流电动机 串励电机 1）启动转矩很大，可达额定转矩 的5倍。 2）短时过载转矩可达额定转矩的 4倍。 3）转速变化率很大，空载转速极 高，因此不允许空载。 4）用外接电阻与串励绕组串联或 并联，

13、来实现调速，其调速范 围更广。 应用范围； 用于要求启动转矩大，转速 要求有很大变化的负载。 串励式 复励式直流电动机 复励电机 1）启动转矩较大，一般为 额定转矩的4倍左右。 2）短时过载转矩比并励电 机大约为额定转矩的3.5 倍。 3）转速变化率由复励程度 决定最高可达 25 30 。 4）采用弱磁调速，调速范 围可达额定转速的5倍。 应用范围； 要求启动转矩较大，转 速变化不大的负载。 复励式 六；直流电动机的换向 直流电动机的电枢绕组中的一个元件经过电刷从一个 支路转换到另一个支路时，电流方向的改变过程叫换向。 换向的问题很复杂，换向不良将导致电刷与换向片之 间产生火花，火花过大将损坏

14、电刷与换向片。 产生火花的原因是多方面的； 1）由于换向元件为电感线圈，而其电流是变化的，因 此线圈内产生自感电动势，则电流滞后换向变化，在电刷 与换向片离开换向元件的瞬间产生电火花。 2）机械方面；换向器偏心、换向片绝缘突出、电刷 压力不合适、电刷在刷盒太紧或太松、刷杆不等距、换向 极气隙不均匀、换向器表面不清洁等。 3）化学方面；换向器表面氧化、缺氧、缺水、气压 过高。 七；直流电机换向器火花等级 火花等级 电刷下的火花等级 换向器及电刷的状态 1 没有火花 换向器上没有黑痕，电刷不发热。 有小部分微弱的点状火花 在一大半电刷下（大于1/2刷边 长）有轻微的火花。 换向器上有黑痕，用汽油插

15、其表面 即可除去，同时电刷发热 2 在全部电刷边缘上均有火花（ 仅在短路时过载或启动时允许 。） 长时间会使换向器表面上有黑痕， 用汽油不能擦除。同时电刷会发热 ，有灼痕。 3 在电刷整个边缘强烈的火花， 且火舌向外飞溅，伴有爆裂声 音。 换向器表面有很大的黑斑，用汽油 不能擦除，同时电刷可能烧坏。 八；改善换向的方法 1）选择合适的电刷，增加电刷与换向器之间的接触电阻。 在维修中，更换电刷时，必须选择与原来同一牌号的电 刷，如果没有时则应尽量选择与原来接近的电刷，并且全 部更换。 2）装设换向极 换向极安装正确时可使合成电动势大为减小，1KW以上 的电机几乎都采用。 3）移动电刷位置 以电刷

16、处于几何中性线处为前提，在小型电机中常采用 移动电刷的方法，使换向器元件切割气隙磁场，产生电动 势改善换向。 4）减小电抗电动势 5）加均压线 九；直流电机的启动和制动 电动机接通电源后，由静止加速到稳定运行的过程称为启 动。 Tst启动转矩 CT电机转矩常数 磁通 Ist启动电流 由于启动时的瞬间转速n=0，电枢电动势E=0，则启动电 流为 由于Ra很小，所以在全压直接启 动 电流很大，通常为额定电流的1020倍 。 十；直流电机的启动要求 1) 一般直流电机是不允许直接启动，除4KW以下电动机外 。 2)启动要有足够大的启动转矩。 3）启动电流要限制在一定的范围内。 4）启动设备要简单、可靠。 电动机的启动方法有： 1）直接启动 2）电枢回路串电阻启动。 3）降压启动。 无论采用哪种方法都应保证电动机的磁通达最大值。 十一；直流电机的能耗制动 能耗制动 能耗制动时，可用 机械特性曲线说明。 工作点为A点， n0 Tem0，电磁转矩 为驱动转矩。 开始制动时n