电动机原理与维修

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 Hzpfn601三；三相异步电动机转子

2、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，电磁转矩为驱动转矩，转向与旋转磁场方向相同，将电

3、能转换为机械能。 11nnns（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，

4、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 NNNNNCOSIUP3NmTTT最大转矩额定转矩mTTNT过载能力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 人为改变电动机参数和电源参数时的机械特性。 降电压后

5、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/IN=47倍）电动机容量（电源容量（KWA).3411KVk3；降

6、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，应用较多。 脉冲冲击启动 应用于需要克服较大静态摩

7、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，因此只适应小功率电动机（10KW以下，4.5KW以上需串接电阻）电阻的选定可按)()(220)5.1

8、3.1(应串入的电阻值电动机的启动电流RAIIRb;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下稳定下放。能量损耗大，控制复杂，不易实现准确停车。3）应用场所要求迅速停车和需要反转的场合，在nn1。能量关系；转轴上输入机械功率并转换成电功率，由定子绕组回馈到电网。特点；能向电网回馈电能，比较经济但在nn1下限制位能负载的下放速度。常用于起重机。多速电动机由高速转为低速时。 由于在nn1下故不可以用于停车制

9、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 (60)1 (1spfsnn1;变极调速电源频率不变的条件下，通过对定子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

10、、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

11、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；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

12、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，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520。 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

13、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，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2530。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

14、。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/

15、2刷边长）有轻微的火花。 换向器上有黑痕，用汽油插其表面即可除去，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。 411211八；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

16、乎都采用。3）移动电刷位置 以电刷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。stTstICTaNstRUI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

17、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不能突变，工作点将水平点跃变到B点，则n0 Tem0，电磁转矩为制动转矩。十二；直流电机的反接制动 1 电压反接制动 将电源反接至电枢绕组与感应电动势顺接，产生更大的反向制动电流。 反向电流产生很大的制动电磁转矩，从而制动速度更快。 RB限流电阻 十三；直流电机的回馈制动 当运行中的电机由于调压调速等

18、原因，电枢中的反电动势大于电压，实际转速大于空载转速时，电机处于发电机状态，并产生制动转矩。 十四；直流电机的调速直流电机调速的技术指标 1）调速范围 电动机负载运行的最高可能转速与最低转速之比。用字母(D)表示。 2）静差率 转速的相对稳定性,指负载变化时转速变化的程度。用字母表示3)调速的平滑性在一定的调速范围内，调速的极数越多，其调速的平滑性越好，相邻两极转速之比就是平滑系数。平滑系数越接近1平滑性越好，当等于1时就是无极调速。4）调速的经济性主要指调速设备的投资、运行效率和维修费用等。minmaxnnD %1000oNnnn十五；直流电机调速的方法（1）电枢回路串电阻调速（恒转矩调速）

19、电枢回路串入电阻，降低电枢电压以达到调速的目的。电枢回路串电阻的优点是设备简单，操作方便。缺点是：1）由于电阻只能分段调节，所以调节平滑性差。2）低速时静差率大，转速相对稳定性差。3）轻载时调速范围小，额定负载时的调速范围为D2。4）功率损耗大，效率较低，而且转速越低，所串电阻越大，损耗越大，效率越低。因此，电枢串电阻调速一般用于对调速要求不高的生产机械。十六；直流电机调速的方法（2）调压调速（恒转矩调速）通过调节电源电压达到调速目的。调压调速的优点时；1）电源电压能平滑的调节，可以实现无极调速。2）调速前后机械特性不变，硬度较高，负载变化时，速度稳定性好。3）无论轻载或负载，调速范围相同，一

20、般为D2.512。4）电能损耗小其缺点是需要一套可连续调节的直流电源。以前常采用发电机电动机系统，（GM系统）。现在以由晶闸管电动机系统（SCRM系统）取代。调压调速多用于对调速性能较高的生产机械。十七；直流电机调速的方法（3）弱磁调速（恒功率调速）通过改变励磁电流的方法达到调速目的。此种调速的方法与以上两种不同，调速方向只能向上。弱磁调速的优点：1）由于是调节很小的励磁电流，因此控制方便。2）能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。3）弱磁升速后电枢电流增加，转速升高，电机输出功率增大，经济性较好。弱磁调速缺点：机械特性变软，受换向能力和机械强度的限制升速范围不能很大，一般为D2。为扩大调速范围

21、，一般常把弱磁调速与降压调速结合使用，额定转速以下用降压调速，额定转速以上用弱磁调速。十八；调速方法与负载的匹配 电力拖动系统中，不同的负载类型，有不同的调速方式，应根据电枢电流的情况具体分析，以达到最佳匹配。 恒转矩调速； 在调速中保持I Ia a=I=IN N不变，该电机电磁转矩T Temem恒定不变。 恒功率调速； 在调速中保持I Ia a=I=IN N不变，该电机电磁功率P Pemem恒定不变。 调速方式是在I Ia a=I=IN N不变，表征电动机采用某种调速方式的负载能力和允许输出。 恒转矩调速时，若拖动恒转矩负载，则电动机的额定转矩等于负载转矩，那么不论在什么转速时电枢电流I I

22、a a=I=IN N不变。 恒功率调速时，若拖动恒功率负载，则电动机的额定电磁功率不变，那么不论在什么转速时电枢电流I Ia a=I=IN N也不变。 否则不论其他如何匹配都是不良配合，都将造成电动机容量浪费。同步电机 同步电机属交流电机的一种，因其转速恒等于同步转速而得名。 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。 作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。 同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。 同步电机还可以接于

23、电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。 工作原理 主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 感应电势 频率： 感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p 。 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。同步电机的启动 同步电机只有在同步转速下才能产生恒定的同步电磁转矩。 如果将同步电机励磁后，直接投入电网，则定子旋转