电动机技术发展现状、工作原理和运行维护设计 毕业论文.doc

前 言毕业设计是矿山机电专业最后一个教学环节，其目的是使本专业学生运用大学阶段所学的知识联系实际进行设计，并就本专业范围的电动机为题进行较深入的研究。以培养和提高学生分析和解决实际问题的能力，是学生走上工作岗位前，进行的一次综合性能力训练，也是对一个机电技术人员的基本训练。本次设计的内容是对电动机技术发展现状、工作原理和运行维护设计。在了解电动机结构的基础上，结合搜集到的其它相关原始资料、运用所学知识、参考电力拖动与控制、矿山电工 、电工仪表与测量 等参考资料，在辅导老师的精心指导下独立完成。在设计的过程中我感受良多。此次毕业设计是遵照矿山机电专业毕业设计大纲的要求，在收集、整理、查阅大量资料的前提下，运用自己所学的专业知识独立完成设计的。通过本次设计，我看到了许多以往自己欠缺的地方，提高了综合能力，知识水平有了一定的提高，由于本人的初次设计，错误难免，恳请各位老师指正。本次设计的指导老师为*老师，同时还得到了*、*、*、*等老师的悉心指导，他们在许多方面给予了宝贵意见，为了帮助我们顺利、正确地完成毕业设计，牺牲了大量的工作时间和业余时间，在此表示衷心的感谢！由于本人水平有限，设计中难免存在错误和不足，恳请各位老师不吝指正。 电动机技术发展现状、工作原理和运行维护设计目 录前 言目 录摘要引言第一章 电动机分类、发展现状及未来第一节 电动机分类第一节 电动机技术发展现状第一节 电动机的未来第二章 电动机的工作原理第一节 三相异步电动机的结构及工作原理第二节 三相异步电动机的用途第三章 电动机的运行维护第一节 电动机启动前的准备第二节 启动时应注意的问题第三节 电动机运行中的监视第四节 电动机的定期检查和保养参考文献结论摘 要由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理和电动机的运行维护。关键词 技术现状 工作原理 运行维护引 言电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。常见的电动机可分为交流电动机和直流电动机。电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。 单相电机不能理解为直流电机。交流电机分单相电动机和三相电动机。没有两相电机。一、三相异步电动机的旋转原理 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，三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， 定子绕组产生旋转磁场后，转子导体（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旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。 二、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。第一章 电动机分类、发展现状及未来第一节 电动机分类电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。（一）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。 （二）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。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。 （三）电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运转式电动机、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。驱动用电动机又分为电动工具用电动机、家电用电动机及其它通用小型机械设备用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 （四）电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。 （五）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。第二节 电动机技术发展现状电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单调节性能好耗损小经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。 按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。 纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。 虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。第三节 电动机的未来经历了一百多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。 未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。第二章 电动机的工作原理第一节 三相异步电动机的结构及工作原理目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机和单相交流电动机两种。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍电动机的工作原理。一、三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构主要由两个部分组成，一是固定不动的部分（简称定子），二是可以自由旋转的部分（简称转子）。定子与转子之间有一个很小的气隙。此外，还有机座、端盖轴承、接线盒、风扇等其他部分。异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式异步电动机的转子绕组本身自成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价格便宜，应用最为广泛，小型异步电动机绝大部分属于这类。绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。三相鼠笼式异步电动机的结构。（一）、定子定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。鼠笼式和绕线式异步电动机的定子结构是完全一样的。（二）、转子转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。（三）、机座机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装有散热片。对大型异步电动机，一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔，作为冷却空气的通道。 对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。当 =0时，u相电流达到正最大值，电流从首端u1流入，用 表示，从末端u2流出，用表示；v相和w相电流均为负，因此电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端v2和w2应填上 ，首端v1和w1应填上，合成磁场的轴线正好位于u相绕组的轴线上。当 =120时，v相电流为正的最大值，因此v相电流从首端v1流入，用 表示，从末端v2流出，用表示。u相和w相电流均为负,则u1和w1端为流出电流，用表示，而u2和w2为流入电流，用表示，此时合成磁场的轴线正好位于v相绕组的轴线上，磁场方向已从 =0时的位置沿逆时针方向旋转了120。当 =240和 =360时，合成磁场的位置。当 =360时，合成磁场的轴线正好位于u相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置逆时针方向旋转了360，即电流变化一个周期，合成磁场旋转一周。由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场。旋转的方向从uvw，正好和电流出现正的最大值顺序相同，即由电流超前相转向电流滞后相。如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是uwv。通过图解法分析可知，旋转磁场的旋转方向也为uwv。综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是：(1)三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转速为异步转速（1）且1= f/p式中： 为电源频率，单位为hz； 为电机极对数。 (2)转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。 (3)转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速（n）小于同步转速（1）。异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力。因此，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。（4）异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。第二节 异步电动机的用途三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一般由单相异步电动机来拖动。异步电动机能在生产和生活领域中得到广泛的应用，是有着众多优点：结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高并具有适用的工作特性缺点：功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，功率因数总小于1。第三节 三相异步电动机的结构一、定子结构： 交流电机（包括异步机和同步机）其定子结构相同。 *定子铁芯：是磁路的一部分 用0.5mm硅钢片迭成， 且片间绝缘 *定子绕组：绝缘漆包线制成，用于通三相交流电源，定子铁芯槽内嵌放三相绕组。 二、转子结构（一）转子铁心 是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。（二）转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。（1）绕线形绕组 与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能。 （2）笼形绕组 在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子。100kw以下的异步电动机一般采用铸铝转子。 第三章 电动机的运行维护第一节 电动机启动前的准备一、为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备：（1） 检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜启动。（2） 启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否良好，接线是否正确、牢固等。（3） 熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。 （4） 电动机接线板上接头有无松动或氧化。 （5） 检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。 （6） 传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否灵活。 （7） 检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是否松动、脱落等。 （8） 搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。 （9） 检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。 （10）对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象；观察滑环的火花是否发生异常现象。滑环上碳刷是否要更换。第二节 启动时应注意的问题（1） 接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。 （2） 启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。 （3） 利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，防止误操作造成设备和人身事故。（4） 同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。电压降低过多，造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。 （5） 启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。第三节 电动机运行中的监视电动机在运行时，值班工作人员可以通过仪表和感觉器官监视其运行情况，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。一、监视电动机的温度 电动机正常运行时会发热，使电动机温度升高，但不应超出允许的限度。如果电动机负载过大，使用环境温度过高，通风不畅或运行中发生故障，就会使其温度超出允许限度，导致绕组 过热烧毁，因此电动机温度的高低是反映电动机运行的主要标志，在运行中经常检查。判断电动机是否过热，可以用以下方法： （1） 凭手的感觉：如果以手接触外壳，没有烫手的感觉，说明电动机温度正常；如果手放上去烫得马上缩回来，说明电动机已经过热。 （2） 在电动机外壳上滴2-3滴水，如果只冒热气没有声音，则说明电动机没有过热，如果水滴急剧汽化同时伴有咝咝声，说明电动机已经过热。 （3） 判别电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。 发现电动机过热应该立即停车检查，等查明原因，排除故障后再行使用。 二、 监视电动机的电流一般容量较大的电动机应装设电流表，随时对其电流进行监视。若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。应立即停车检查。容量较小的电动机一般不装电流表，但也经常用钳形表测量。 三、 监视电动机的电压 电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关，以便对其三相电源、压进行监视。电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡，特别是三相电源缺相，都会带来不良后果。如发现这种情况应立即停车，待查明原因，排除故障后再使用。 四、注意电动机的振动、响声和气味 电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。 五、注意传动装置的检查 电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。 六、 注意轴承的工作情况 电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热，应检查润滑情况是否良好和有无磨损。 七、注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花 电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时