电机的相关知识

电机的相关知识制水行业电机设备的运用与维修保养电机概述1、电机在国民经济生活中的作用电能是能量的一种形式。与各种形式的能量相比，电能具有明显的优越性，适宜大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。人类对能源利用和控制的能力决定着社会生产潜能，又影响着人类生活方式的进步。目前，全球每年电能的用量大约1万亿千瓦时，并且还在以每年10亿千瓦时的速度增长。

电机是将电能从最初的能源形式转换过来的重要桥梁，又是将大部分电能转换为机械能的装置。电机在电力工业、工矿业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面有着广泛的应用。是十分重要的设备。在电力工业中有将机械能转换为电能的发电机以及将电能转换为机械能的电动机，还有将电网电压升高或减低的变压器，都是电力系统中的关键设备。在我们厂同样有各种机床电机、压缩机、起重机、水泵、风机等。随着工业企业电气化、自动化的发展，还需要众多的各种容量的精密控制电机，作为整个自动化控制系统中的重要元件。显然，电机在国民经济建设中起着非常重要的作用，随着生产的发展和科学技术水平的提高，它本身的内容也在不断地深化和更新。电机的发明简史电机的历史可追溯到1831年迈克尔.法拉第发明的盘式电机，这是一种真正的直流电机。19世纪70年代,托马斯.爱迪生为实现真正意义上的电功率分配,以便使电灯进入千家万户开始了商业目的直流发电机的研制.将电能从集中的发电站输出。倡导广泛地运用电动机。并引入电网的基本框架这一概念。电机历史上主要的里程碑是1888年尼古拉.特斯拉发明了三相感应电机并申请了专利.1900年可靠的卷铁芯式变压器问世，从而开创了长距离输电的新纪元。尽管电机学的理论可追溯到100年以前。但更新和提高的脚步从没有停止过。随着更好的铁磁和绝缘材料的不断研制，高电压、大容量电机的制造技术，大大降低了制造成本，提高了使用效率。因此为其更广泛的运用打开了大门。可靠的高功率等级的开关装置，以及近几十年由于“固态革命”产生的微处理机，使得电气拖动领域控制水平快速发展。所有的这一切都是能源的利用和控制能力的提高从而不断地促进着人类生活方式的进步。电磁理论基础电磁力定律（洛仑兹力方程）F=qvXB=LixbF为力，单位为N；q为电荷电量，单位为C；V为电荷运动速度，单位m/s；B为磁通密度，单位为T。说明电磁场是一个空间区域，运动电荷在其内将受到力的作用，其大小和方向有一定的规律。电荷在通电导体中流动形成电流。电磁力的方向由左手定则判定。即磁力线方向（B的方向）穿过左手掌心，四指方向指向电流方向，则大拇指方向即为通电导体的受力方向。毕奥-萨伐尔定理电荷的流动，即电流，产生磁场强度H。在距一长载流导体的垂直距离为R（单位为m）的人艺一点P处的H（单位为A/m）的大小由下式决定：H=(1/2X3.14XR)XIXaR

B=u（导磁率）XH由此可求出通电导体距离R处的磁通密度B和磁场强度H值.右手定则右手握着一载流导体，且大拇指的方向指向电流方向，握紧的四指所指磁通磁场方向。法拉第电磁感应定律楞次定律BLV定则安倍电路定律能量守恒定律。电机制造材料：导电材料（铜、铝、碳）；导磁材料（钢、合金钢）；绝缘材料（棉纱、天然丝、纸及其他类似的材料。机械支撑材料（基座、端盖、螺杆等非磁性物质。电机的分类按电机在应用中的能量转换功能分：1、发电机——将机械能转换为电能2、电动机——将电能转换为机械能3、变换器——将电能转换为另一种形式的电能，如变压器、变流器、变频机、移相机4、控制电机——作为控制系统中的元件，进行信号的传递、变换，不以功率传递为主要职能。按照所应用的电流种类，电机可分为：直流电机和交流电机电机的基本工作原理电机的型式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的材料（导磁和导电材料）构成能相互进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率和电磁转矩，以达到转换能量形态的能力。直流发电机的工作原理。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。电刷上不加直流电压，用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线，而在其中感应产生电动势，电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转，，因此，必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线，虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的．线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷A，B端的电动势却为直流电动势(说得确切一些，是一种方向不变的脉振电动势)。因为，电枢在转动过程中，无论电枢转到什么位置，由于换向器配合电刷的换向作用，电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，因此，电刷A始终有正极性。同样道理，电刷B始终有负极性，所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多，可使脉振程度减小，就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。从基本电磁情况来看，一台直流电机原则上既可工作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上，加上直流电压，将电能输入电枢，机械能从电机轴上输出，拖动生产机械，将电能转换成机械能而成为电动机，如用原动机拖动直流电机的电枢，而电刷上不加直流电压，则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源，可输出电能，电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机，能作电动机或作发电机运行的这种原理．在电机理论中称为可逆原理。直流电机的基本结构电机通常由两部分组成，一部分是固定不动的，叫定子。包括：机壳、磁极、电刷装置等。另一部分是转动的，叫转子。包括：电枢铁心、电枢绕组、换向器等直流电动机的起动和调速直流电动机的三种起动方式:一、直接起动，适合小功率的直流电动机。内阻大，转速上升快，冲击电流可迅速衰减，不至于绕组温升过高。二、变阻器起动。串入一个分为几段的变阻器，来控制电流。通常上限为（1.5～1.75）IN。下限值为（1.1～1.3）IN。三、降压起动，控制起动电流和转矩。直流电动机的调速的三种方法：根据直流电动机转速公式：n=u-IaRa/CaQ得知电动机转速与电枢电阻Ra磁通Q及电压U有关，所以有三种方法：1、改变串入电枢回路的电阻的大小。2、改变励磁磁通Q的大小。3、改变电机电源电压U的大小。

异步电动机用途在现代电网的动力负载中，异步电动机占百分之八十五。例如：我们使用的起重设备，水泵、鼓风机、机床等大部分都是三相异步电机来拖动。而许多家用电器，例如洗衣机、电风扇、冰箱、空调等都是单向异步电动机。优点：具有较好的工作特性，结构简单、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、易于控制。缺点:从电网中吸收感性无功功率，功率因数较差，总是小于1.空载电流大，起动和调速性能不够理想。异步电动机的分类与基本结构分类1、相数分：单相异步电动机和三相异步电动机。日常生活和工业控制装置多用单相异步电动机，大功率机械拖动时一般都用三相异步电动机。2、按转子结构分：有鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机两种。其中鼠笼式异步电动机，又包括单鼠笼式、双鼠笼式和深槽式异步电动机。3、按机壳的保护方式分：有防护式异步电动机、封闭式异步电动机，以及防爆式异步电动机。基本结构三相异步电动机的铭牌和额定值三相异步电动机的型号三相异步电动机的起动和调速与制动三相笼型转子异步电动机起动1、直接启动。直接将额定电压加到定子绕组。该方法简单，不需要复杂的起动设备操作方便。缺点是起动电流很大，引起电动机发热，影响其寿命，对供电电压产生波动并产生损耗。一般规定，小于7.5KW的鼠笼式异步电动机或容量满足时，才允许直接起动。直接起动时，输出电流是铭牌值（额定电流）的5至6倍。2、降压起动。指在起动过程中，采用降低电机端电压的方法来限制起动电流。待起动结束后，在切换到额定电压下运行。原因是异步电动机的起动转矩与端电压的平方正比，因此降压起动时，转矩也随之减少。该起动方法只适用于对起动转矩要求不高的场合，降压起动又可分为以下几种方式。（1）自耦变压器起动，又称起动补偿器（2）Y-D（星-三角）起动。正常运行时，定子绕组为三角形联接的电动机，Y接电源供给的起动电流仅为D接的三分之一。Y接转矩同样也是D接分之一。（3）电力电子装置起动。软启动绕线型转子异步电动机的起动。1、转子回路串电阻起动。优点在整过程中都能得到较大的起动转矩，但缺点是需要开关设备和起动电阻。设备庞大，操作维修不方便。2、转子电阻串频敏变阻器起动(实际上是一个三相铁芯线圈。对频繁起动的电机是比较好。三相异步电机的调速又三相异步电动机转速公式：n=n1(1-s)=60f1/p(1-s)那么同步转速n1=60f1/p可见调速有三种办法：1、变极调速：改变异步电动机定子绕组的极对数p，便可改变旋转磁场的同步转速n1。称有级调速2、变频调速：改变供电电源的频率f1，也即改变旋转磁场的同步转速n1。称无级变速。3、变转差率调速：改变电动机转差率s，也称无级变速。三相异步电动机的制动(机械和电气）1、能耗制动。在定子绕组中通入直流励磁电流，是定子产生静止磁场。2、反接制动。有两种：一、转速反向反接制动（在转子中串入较大电阻）。二、定子两相反接制动。3、回馈制动。轴上通过外力输入功率电机为发电机运行状态，将轴上输入的机械功率转化为电能回馈给电网。同步电机同步电机是运用电磁感应原理的一种交变旋转电机，它的特点是转子转速与定子电流频率维持严格不变的关系，即n=n1=60f1/p磁场和转子以同转速、同方向旋转，这就叫“同步”。1、用途主要作为发电机运行，在现代电力系统中，几乎全部交流电能均有同步发电机所发。还可作为电动机使用，用以拖动生产机械，尤其是不要求调速的大功率机械。同步电机还可通过调节其励磁电流来改善电网的功力因数。也可作为同步调相机使用，能向电网发出感性的无功功率，满足电网对无功功率的要求。同步电机的并网运行的条件发电机频率和电网的频率要下共同。发电机和电网联接的相序相同。发电机和电网电压大小和相位要相同。发电机和电网的电压波形要相同。同步电机和异步电机比较相同点：定子上都有三相交流绕组，产生旋转磁场。主要不同点：1、异步电机的转子电流是由定子磁场感应产生的，同步电动机的转子的电流是由外加直流电源输入的。2、异步电动机的转速随负载增大而减小，同步电动机的转速不随负载变化。即机械特性是绝对硬特性。3、异步电动机的最大电磁转矩与电网电压的平方成正比，同步电动机的转矩与电网电压成正比。4、异步电动机能自行起动，同步电动机不能自行起动。5、异步电动机结构简单，价格较低，同步电动机结构复杂，价格较高。特种电机伺服电动机：执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。分交流和直流。测速发电机自整角机：也叫同步马达。分接收机和发射机两类旋转变压器：

又称分解器，是一种控制用的微电机，它将机械转角变换成与该转角呈某一函数关系的电信号的一种间接测量装置。步进电动机每输入一个脉冲，电动机就移一步。伺服电动机测速发电机旋转变压器步进电动机电动机的日常检查与维护保养电动机故障的原因有：电源断相、电压或频率不对；绕组短路、断路、接地；轴承运转不良内、外部脏，散热不好（外部涂油漆太厚也是散热不好的原因），和自带冷却风扇坏，通风不畅；与机械装备不良；长期高负荷运行；环境温度高等等。电动机的损坏，90%以上都是维修人员日常检查不细，维护保养不足造成的，只要坚持认真看、听、摸、测、做，绝大多数故障都可以预防和避免，减少公司备件和修理费用的损失看：每天巡查时看电动机工作电流的大小和变化，看周围有没有漏水、滴水，会引起电动机绝缘低击穿而烧坏。还要看电动机外围是否有影响其通风散热环境的物件？看风扇端盖、扇叶和电动机外部是否过脏需要清洁？要确保其冷却散热效果。

听：认真细听电动机的运行声音是否异常，因机房噪音较大，可借助于螺丝刀或听棒等辅助工具，贴近电动机两端听，如果经常听，不但能发现电动机及其拖动设备的不良振动，连内部妯承油的多少都能判断，从而及时作出添加轴承油，或更换新轴承等相应的措施处理，避免电动机轴承缺油干磨而堵转、走外圆、扫膛烧坏摸:用手背探摸电动机周围的温度。在轴承状况较好情况下一般两端的温度都会低于中间绕组段的温度。如果两端轴承处温度较高，就要结合所测的轴承声音情况检查。如果电动机总体温度偏高，就要结合工作电流检查电动机的负载、装备和通风等情况进行相应处理。电动机的允许温升（电动机的实际温度减去环境温度）。各国绝缘等级标准有所差异，但基本分为:Y、A、E、B、F、H、C

这几个等级，其中Y级的允许温升最低（45℃）而C级的允许温升最高（135℃以上）。从轴承油和其它材料方面考虑，用温度表贴近电动机，测量的温度最好控制在85℃以下。测：离线：在电动机停止运行时，要定期（每月）用绝缘表测量其各相对地或相间绝缘电阻，并与上月测试结果相比较，以便及时发现绝缘缺陷，发现不良时用烘潮灯烘烤以提高绝缘，避免因绝缘太低（推荐值>1兆欧）击穿绕组烧坏电动机。设有烘潮电加热的电动机除非特殊情况，不要随意关掉加热开关。在潮湿天气和冬季时要特别注意电动机的防水、防潮和烘干。对露天及潮湿场所的电动机要特别注意水密，对怀疑严重受潮或溅过水的电动机，使用前更应认真检查。如果发现电动机浸泡水，只要将电动机解体后抽出转子，并用压缩空气吹干后，再用烤灯从电动机定子内两端烘烤，直止电动机绝缘升至正常。在线:

在电动机运行时，可测量其三相工作电压和电流，看是否均衡。电压应基本相等，各相电流与平均值的误差不应超过10%，如用钳形表测得的各相电流差值太大，则可能有匝间短路。有时需要脱开负载测量空载电流大小，一般2极约2800rpm，1/3

Ie（额定电流）；4极约1600rpm，40%左右

Ie；6极约900rpm，55%

Ie。它会因极数与容量的不同而不同。另外电动机的Y、△形接法不能搞错，若错将Y形接成△形，工作电流会增大；反之，则减小。同时，如电动机的绕组接线错误，或绕组匝数减少，旧电动机的定转子间气隙过大(正常0.2-1.0mm)都会使空载电流加大，这些要点可以帮助我们判断日常运行电动机状况的好坏。、做：不但要对检查中发现的问题及时采取补救措施，还要按保养周期（每月）对电动机进行螺丝、接线紧固，拆解检查、清洁保养等。如电动机端盖4个固定螺丝全部松脱，会造成扫膛运转烧坏；电动机接线螺栓松动虚接造成缺相烧坏；电动机风扇叶脱落抵住机体造成堵转而烧坏；电动机轴承润滑不良、运行温度高，而未及时补充润滑油或更换轴承造成电动机烧坏；电动机因天气潮湿绝缘电阻下降，不及时烘烤提高绝缘造成击穿；工段内电动机烧坏是因为没有及时检查、紧固所致；还是因为虽已发现问题，但没做维护保养补救所致。无论是不看不做，还是只看不做，最终都会造成故障或事故变压器变压器是应用电磁感应基本原理制成的静止交流电机，它在线路上起传递能量作用，在传递能量的同时能够变换电压、电流和阻抗1、电压关系变压器原、副绕组的电压比等于原、副绕组的匝数比。U1/U2=W1/W2=K2、电流关系变压器在额定负载运行时，负载从变压器所吸取的功率等于电源向变压器所提供的功率。即：I1U1=I2U2=SN3、变换阻抗原理把阻抗Z1的负载接到变压器副边后，对电源电压U1来说相当于接上了一个等效阻抗ZL’。那么原边ZL’=U1/I1副边ZL=U2/I2即ZL’/ZL=K.K那么ZL’=K.K.ZL一般运用在电子电路放大器。要求选择适当变比的变压器作为输出变压器，进行阻抗匹配，使得放大器能输出最大功率。单相变压器工作原理图三相变压器工作原理图变压器的分类与基本结构一、分类按用途分：电力变压器和特种变压器按绕组数目分：有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器。按相数分：有单相变压器和三相变压器二、基本结构1、铁芯。用双面涂绝缘漆的电工钢片叠成钢片的厚度为0.35mm2、绕组。用绝缘铜线或铝线绕制而成。基本形式有同心式和交叠式。

3、油箱。

4、变压器油

5、绝缘套管。

油浸式变压器结构图

1—放油阀门

2—绕组

3—铁心

4—油箱

5—分接开关6—低压套管7—高压套管

8—气体继电器

9—安全气道10—油表11—储油柜12—吸湿器13—湿度计干式变压器三相变压器的并联运行在变电所中，常由两台或两台以上的变压器并联运行以同时给负载供电，这样可减少备用容量、提高供电的可靠性，并可根据负载