情境四其它电机

情境四

其它常用电机的应用与维修任务一单相交流电动机的应用与维修任务二步进电动机的应用与维修任务三伺服电动机的应用与维修任务一单相交流电动机的应用与维修任务目标：1、掌握单相交流电动机的结构；2、理解单相交流电动机的原理；3、掌握单相交流电动机的启动方法。

单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机类似，转子绕组也为一笼形转子。定子上有一个单相工作绕组和一个启动绕组，为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个电容器，其结构如图5-1所示。

图5-1单相异步电动机结构图

一、单相异步电动机的基本结构一相定子绕组通电的异步电动机

a)正半周b)负半周c)脉振磁势变化曲线

图5-2单相绕组通电时的脉振磁场

二、单相异步电动机的工作原理常用的方法有分相式和罩极式两种。常用的方法分相式罩极式单相分相式异步电动机单相电阻分相启动异步电动机单相电容分相启动异步电动机单相电容运转异步电动机单相双值电容异步电动机单相罩极式(磁通分相式)异步电动机三、单相异步电动机的启动方法

1、单相分相式异步电动机

单相分相式异步电动机结构特点是定子上有两套绕组，一相称主绕组(工作绕组)，另一相为副绕组(辅助绕组)，它们的参数基本相同，在空间相位相差90°的电角，如果通入两相对称相位相差90°的电流，就能实现单相异步电动机的启动，如图5-3所示。图5.-3两相绕组通入两相电流时的旋转磁场1）单相电阻分相启动异步电动机

单相电阻分相启动异步电动机的定子上嵌放两椭圆磁动势单相异步绕组，如图5-4所示。两个绕组接在同一单相电源上，副绕组(辅助绕组)中串一个离心开关。开关作用是当转速上升到80%的同步转速时，断开副绕组使电动机运行在只有主绕组工作的情况下。图5-4单相电阻分相启动2）单相电容分相启动异步电动机单相电容分相启动异步电动机的电路，如图5-5所示。从图5-5中可以看出，当副绕组中串联一个电容器和一个开关时，如果电容器容量选择适当，则可以在启动时通过副绕组的电流在时间和相位上超前主绕组电流90°电角，这样在启动时就可以得到一个接近圆形的旋转磁场，从而有较大启动转矩。电动机启动后转速达到75%～85%同步转速时副绕组通过开关自动断开，主绕组进入单独稳定运行状态。机转向，只要把主绕组或副绕组中任何一个绕组电源接线对调，就能改变气隙磁场，达到改变转向目的。

图5-5单相电容分相异步电动机3）单相电容运转异步电动机若单相异步电动机辅助绕组不仅在启动时起作用，而且在电动机运转中也长期工作，则这种电动机称为单相电容运转异步电动机，如图5-6所示。图5-6单相电容运转异步电动机2、单相罩极式(磁通分相式)异步电动机

单相罩极式异步电动机的结构有凸极式和隐极式两种，其中以凸极式结构最为常见，如图5-7所示。

图5-7单相罩极式异步电动机

故障现象故障原因故障排除电动机不能启动①熔断器熔丝熔断，检查熔丝容量；②保护系统温度设置过低③无电压或电压过低④电机接线错误⑤引线开路⑥一次绕组或二次绕组开路⑦—次绕组或二次绕组短路⑧电容器损坏⑨开关损坏⑩轴承磨损或轴承装配不良①更换熔丝②重新设置③测量调整电压④检查并纠正；⑤用万用表找出开路处并重新焊接⑥用万用表确定故障，重新换线圈⑦用短路侦察器确定故障，重绕线圈⑧更换同规格电容器⑨更换开关⑩更换轴承，重新装配调整，使转动灵活电机发热①电机接线错误②绕组有匝间短路③电压不正常④电源频率不对⑤定转子气隙中有杂物，通风条件不好⑥轴承润滑脂干固，轴承损坏⑦电机过载⑧机械分件不灵活⑨启动开关未能打开⑩周围室温太高①检查接线，改正错误②更换绕组③测量电压，并采取措施使电压正常④检查电机是否60Hz频率用于50Hz电源⑤清除杂物，清除通风道阻塞物⑥清洗轴承，换上新的润滑脂，润滑脂的容量不超过轴承室容积的2／3更换轴承⑦减少负载或更换较大容量电机⑧检修机械传动部分⑨调整开关⑩改善周围通风条件或选用别的电机四、常见故障及维修电机声音异常①转子未平衡好或转子断条②轴承磨损过多③离心开关发出“格格”声④转子轴向窜动⑤电动机底脚螺钉松动⑥电动机附件，如出线盒、电容器座未紧固⑦电动机与负载轴中心未对准⑧气隙中有脏物⑨电机轴弯曲⑩电机与负载共振①重新平衡转子或更换转子②换轴承③调整或更换离心开关④轴上增加垫片⑤紧固螺钉⑥紧固螺钉⑦调整联轴器或用弹性连接⑧清理脏物⑨要校直或换轴⑩用弹性连接隔振电机转速降低①定子绕组有匝间短路②轴承磨损造成阻力转矩加大③电源电压太低④轴承缺油⑤电容器损坏①更换定子绕组②更换轴承③调整电源电压④清洗轴承补充新油⑤更换电容器电机振动大①和被连接的机械负载之间中心未较好②各处螺钉未上③绕组有匝间短路④转轴弯曲①重新校中心②紧紧固螺钉③用万用表分别测每个绕组的直流电阻，找出有匝间短路的绕组进行更换④更换转轴电机外壳带电①电机外壳带电一般是绝缘损坏②若引线绝缘破裂①更换损坏绕组②可包扎绝缘带磁场故障①磁场圈短路或接线错误所致①检查并排除短路或接地故障电枢故障①电枢绕组引线与换向器连接错位②电枢绕组引线接反③电枢绕组断路①找出中性线后移动刷架或在浸漆前校正接线②从换向器上熔下接线改正后重焊③用压降法查出故障点，若故障点在引线端则解开绑扎线焊好即可；若故障在槽内则要重绕。任务二步进电动机的应用与维修任务目标：1、掌握步进电动机的结构；2、理解步进电动机的原理；3、掌握步进电动机的维修方法。图5-8三相反应式步进电动机的结构示意图

反应式步进电动机和一般旋转电动机一样，分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组；转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构。图5-8所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图。定子上有6个磁极，每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组，即有A、B、C三相绕组。转子上是4个均匀分布的凸齿，上面没有绕组。ABC一、反应式步进电动机的结构

步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理。如图5-9所示。设先对A相绕组通电，B相和C相都不通电。由于磁通总是要沿着磁阻最小的路径闭合。图5-9a中转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐，即在电磁吸力作用下，将转子1、3齿吸引到A极下，此时，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被自锁在这个位置上，此时，B、C两相的定子齿则和转子齿在不同方向各错开30º。随后，如果A相断电，B相控制绕组通电，则转子齿就和B相定子齿对齐，转子顺时针旋转30º（见图5-9b）。然后使B相断电，C相通电，同理转子齿就和C相定子齿对齐，转子又顺时针旋转30º（见图5-9c）。可见，通电顺序为A—B—C—A时，转子便按顺时针方向一步一步转动。每换接一次，则转子前进一个步距角(30º)。电流换接3次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距角（90º）。欲改变旋转方向，则只要改变通电顺序即可。例如通电顺序改为A—C—B—A，转子就反向转动。a)A相通电b)B相通电c)C相通电图5-9反应式步进电动机的工作原理二、反应式步进电动机的工作原理通电方式步进电动机的精度和转速既取决于控制绕组通电的频率，也取决于绕组通电方式，三相步进电动机一般有单三拍、单双六拍及双三拍等通电方式。“单”是指每次通电时，只有一相绕组通电；“双”是指每次有两相绕组通电；而从一种通电状态转换到另一种通电状态叫做“一拍”，此时电动机转子转过的空间角度称为步距角θs。步进电动机若按A—B—C—A方式通电，因为定子绕组为三相，每一次只有一相绕组通电，而每一个循环只有3次通电，故称为三相单三拍通电方式。在这种通电方式下，三相步进电动机的步距角θs为30º，如图5-10所示。如果按照A—AB—B—BC—C—CA—A的方式循环通电，就称为三相六拍（或单双六拍）方式，如图5-10所示。a)A相通电b）A、B相通电c）B相通电图5-10单、双六拍工作示意图1．步进电动机的基本特点1）步进电动机的输出转角与输入的脉冲个数严格成正比，故控制输入步进电动机的脉冲个数就能控制位移量，且步距角Өs愈小，控制精度越高。2）步进电动机的转速只取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。当步进电动机的通电方式选定后，其转速只与输入脉冲频率成正比，改变脉冲频率就可以改变转速，故可进行无级调速，调速范围很宽。3）同时步进电动机具有自锁能力，可以实现停车时转子定位，从而可省去机械制动装置。4）改变通电相序即可改变电动机转向。5）步进电动机存在齿间相邻误差，但是不会产生累积误差。6）步进电动机转动惯量小，启动、停止迅速。由于步进电动机有这些特点，所以在开环控制系统中获得广泛应用。三、反应式步进电动机的主要工作特性2．脉冲信号频率特性当脉冲信号频率很低时，控制脉冲以矩形波输入，电流波形比较接近于理想的矩形波。如果脉冲信号频率增高，由于电动机绕组中的电感有阻止电流变化的作用，因此电流波形发生畸变。在开始通电瞬间，由于电流不能突变，其值不能立即升起，故使转矩下降，使启动转矩减小，有可能启动不起来，在断电的瞬间，电流也不能迅速下降，而产生反转矩致使电动机不能正常工作。如果脉冲频率很高，则电流还来不及上升到稳定值就开始下降，于是，电流的幅值降低，产生的转矩减小，致使带负载能力下降。故频率过高会使步进电动机启动不了或运行时失步而停下。因此，对脉冲信号频率是有限制的。3．转子机械惯性机械惯性对瞬时运动的物体要发生作用，当步进电动机从静止到起步，由于转子部分的机械惯性作用，转子一下子转不起来，因此，要落后于它应转过的角度，如果落后不太大，还会跟上来，如果落后太多，或者脉冲频率过高，电动机将会启动不起来。另外，即使电动机在运转，也不是每走一步都迅速地停留在相应的位置，而是受机械惯性的作用，要经过几次振荡后才停下来，如果这种情况严重，就可能引起失步。因此，步进电动机都采用阻尼方法，以消除（或减弱）步进电动机的振荡。步进电动机又称脉冲电动机，其驱动的输入信号是一系列的电脉冲。步进电动机驱动系统框图如图5-11所示。图5-11步进驱动装置框图四、反应式步进电动机的驱动装置故障现象故障原因故障排除电动机过热报警有些系统会报警，显示电动机过热。用手摸电动机，会明显感觉温度不正常，甚至烫手①工作环境过于恶劣，环境温度过高②参数选择不当，如电流过大，超过相电流③电压过高①重新考虑机床应用条件，改善工作环境②根据参数说明书，重新设置参数③建议稳压电源驱动器或步进电动机发出刺耳的尖叫声，然后电动机停止不转①输入脉冲频率太高，引起堵转②输入脉冲的突调频率太高③输入脉冲的升速曲线不够理想引起堵转①降低输入脉冲频率②降低输入脉冲的突调频率③调整输入脉冲的升速曲线电动机故障①磁路混合式或永磁式转子磁钢退磁后以单步运行或在失步区，如永磁单向旋转步进电动机的定向机构损坏①更换电动机工作过程中停车①驱动电源故障②驱动电路故障③电动机故障绕组烧坏④电动机线圈匝间短路或接地⑤杂物卡住①用万用表测量驱动电源的输出，更换驱动器②发生脉冲电路故障更换驱动器③更换电动机④用万用表测量线圈间是否短路更换电动机⑤可目测消除外界的干扰因素即在工作过程中，某轴有可能突然停止，俗称“闷车”①驱动器端故障②电动机端故障，电动机绕组碰到机壳，发生相间短路或者线头脱落或者电动机轴断③电动机定子与转子之间的气隙过大④负载过大或切削条件恶劣①检查驱动器，确保有输出，②更换驱动器，更换电动机③专业电动机维修人员调整好气隙或更换电动机④重新考虑负载和切削条件五、常见故障与分析步进电动机失步或多步①负载过大，超过电动机的承载能力②负载忽大忽小，是否毛坯余量分配不均匀等③负载的转动惯量过大，启动时失步、停车时过冲④传动间隙大小不均⑤传动间隙产生的零件有弹性变形⑥电动机工作在震荡失步区⑦干扰⑧电动机故障，如定、转子相檫，有的严重的情况，听声音度可以感觉出来①重新调整加工程序切削参数②调整加工条件③可在不正式加工的条件下进行试运行，判断是否有此想象发生，重新考虑负载的转动惯量④进行机械传动精度的检验，进行螺距误差补偿⑤重新考虑这种材料的工件的加工方案⑥分析电动机速度及电动机频率调整加工切削参数⑦处理好接地，做好屏蔽处理⑧更换电动机电动机已开始就不转①步进驱动器与电动机连线断线，保险丝是否熔断，当动力线断线时，二线式步进电动机是不能转动的，但三相五线制电动机仍可转动，但力矩不足。②驱动器报警(过电压、欠电压、过电流、过热)，驱动器使能信号被封锁，驱动器电路故障③接口信号线接触不良④系统参数设置不当如：工作方式不对⑤电动机卡死⑥长期在潮湿场所存放，造成电动机部分生锈⑦指令脉冲太窄、频率过高、脉冲电平太低⑧安装不正确⑨电动机本身轴承等故障①确定连线正常，更换保险丝，确保动力线的连接正常②按相关报警方法解除，通过PLC观察是否使能信号正常最好用交换法，确定是否驱动器电路故障，更换驱动器电路板或驱动器③重新连接好信号线④依照参数说明书，重新设置相关参数⑤主要是机械故障，排除卡死的故障原因，经验证，确保电动机正常后，方可继续使用⑥更换步进电动机⑦会出现尖叫后不转的现象，按尖叫后不转的故障处理⑧一般发生在新机调试时，重新安装调成⑨重新进行机械的调整电动机不能旋转①保险丝是否熔断②动力线短线③参数设置不当④电动机卡死⑤生锈或故障①更换保险丝②确保动力线连接良好③依照参数说明书，重新设置相关参数④主要是机械故障，排除卡死的故障原因，经验证，确保电动机正常后，方可继续使用⑤更换步进电动机电动机尖叫①CNC中与伺服驱动有关的参数设定、调整不当引起的①正确设置参数电动机发热异常①动力线R、S、T连线不搭配①正确连接R、S、T线工作噪声特别大，低频旋转时有进二退一现象，高速上不去①检查相序②电动机运行在低频区或共振区③纯惯性负载、正反转频繁①正确连接动力线②分析电动机速度及电动机频率后，调整加工切削参数③重新考虑机床的加工能力图5-12KT350步进电动机驱动装置的外形及接口图图5-13拨动开关示意图控制信号输入插座2-电源指示灯3-脉冲信号指示灯4-电动机输入端接线端子5-驱动电源接线端子6-四位拨动开关CBA六、步进电动机的应用任务三伺服电动机的应用与维修任务目标：1、掌握伺服电动机的结构；2、理解伺服电动机的原理；3、掌握伺服电动机的维修方法。1.直流伺服电动机的结构直流伺服电动机的基本结构与普通他励直流电动机一样，所不同的是直流伺服电动机的电枢电流很小，换向并不困难，因此都不装换向磁极，并且转子做得很细长，气隙较小，磁路不饱和，电枢电阻较大。为了满足自动控制系统的要求，减小转子的转动惯量，其电枢结构常用型式有无槽电枢、盘型电枢、空心杯电枢等。结构图如图5-14所示。1).盘形电枢直流伺服电动机定子是由永久磁钢和前后磁轭组成的，转轴上装有圆盘。电机的气隙位于圆盘的两侧，圆盘上有电枢绕组，绕组可分为印制绕组和绕线盘式绕组两种形式。盘形电枢上电枢绕组中的电流沿径向流过圆盘表面，并与轴向磁通相互作用而产生转矩。5-14盘形电枢直流伺服电动机结构一、直流伺服电动机2).无槽电枢直流伺服电动机无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁心为光滑圆柱体，其上不开槽，电枢绕组直接排列在铁心表面，与电枢铁心粘成一个整体，定转子间气隙大。定子磁极采用永久磁铁或电磁式结构。这种电动机的转动惯量大，动态性能较差。结构如图5-15a）所示。3).空心杯电枢直流伺服电动机由一个外定子和一个内定子构成定子磁路。通常外定子由两个半圆形的永久磁铁组成，而内定子则由圆柱形的软磁材料制成。空心杯电枢是一个用非磁性材料制成的空心杯形圆筒，直接装在电机轴上。当电枢绕组流过一定的电流时，空心杯电枢能在内定子间的气隙中旋转，并带动电机转轴旋转。结构如图5-15b）所示。a）无槽电枢直流伺服电动机b）空心杯电枢直流伺服电动机图5-15直流伺服电动机结构图2.直流伺服电动机的控制方式直流伺服电动机的控制方法有两种：一种是电枢控制，就是改变电枢绕组电压的大小与方向实现对转子转速和转向的控制；另一种是磁场控制，通过改变励磁绕组电压的大小与方向实现对转子转速和转向的控制，这种控制方式主要针对电磁式直流伺服电动机。后者控制性能不如前者，所以很少采用。下面只介绍电枢控制时的直流伺服电动机特性。电枢控制是励磁电压不变，控制电枢电压的控制方式。电枢控制图如图5-16所示。图5-16直流伺服电动机电枢控制图3、直流伺服电动机的故障诊断及维修故障现象故障原因故障排除低速加工时工件表面有大的振纹①速度环增益设定不当②电动机的永磁体被局部去磁③电动机性能下降，纹波过大①检查增益参数是否与要求一致依照参数说明书，正确设置参数②采用交换法，判断重新充磁或更换永磁体更换电动机在运转、停车或变速时有振动①脉冲编码器不良②绕组内部短路或绕组对地短路③电动机接触不良①测量脉冲编码器的反馈信号，更换脉冲编码器②排除短路点，处理好屏蔽与接地③重新调整、安装电动机电动机运行噪声大①换向器接触面的粗糙，换向器的局部短路②轴向间隙过大①可拆卸下来后，目测检验更换换向器②在数控装置端进行机床的螺距误差补偿与反向间隙补偿直流伺服电动机过热报警①负载过大②换向器绝缘不正常或内部短路③磁钢去磁④制动器不释放⑤温度检测开关不良①校核工作负载是否过大改善切削条件，重新考虑切削负载。②由于切削液和电刷灰引起换向器绝缘不正常做好电动机的密封处理，定期清理电刷。③由于电枢电流大于磁钢去磁最大允更换磁钢④电动机制动线圈断线、制动器为松开、制动摩擦片间隙调整不当，更换制动器或调整制动摩擦片的间隙，制动电路故障依次排查制动电路。⑤确保正常一般用手摸能感觉到温度更换温控开关旋转时有大的冲击①负载不均匀②测速发电动机输出电压突变③输出给电动机电压的波纹太大④电枢绕组内部短路⑤电枢绕组对地短路⑥脉冲编码器不良①可目测和分析，改善切削条件②更换测速发电动机③采用稳压电源④更换驱动器⑤排除短路点，处理好屏蔽与接地⑥更换编码器直流伺服电动机不转。①依次用万用表测量动力线R、S、T端子，检查动力线是否断线或接触不良②使能信号（ENABLE）没有送到速度控制单元，如果没有使能信号，通常驱动器上的PRDY指示灯不亮③永磁体脱落，速度指令电压（VCMD）为零，测量数控装置的速度指令电压输出端口是否有输出，如果数控装置端有输出，测量速度指令线的驱动器端是否有电压④制动器未松开，检查制动器，依次排查制动电路⑤用交换法判断电动机是否有故障①正确连接动力线②确保使能的条件，正常使能确保数控装置由指令电压输出，确保指令输出电压传输到位，③更换永磁体或电动机④确保制动器能工作正常，更换制动器⑤更换电动机1、结构永磁式交流伺服电动机的结构示意图如图5-17所示。主要由定子、转子和检测元件组成。其中定子具有齿槽，内有三相绕组，形状与普通异步电动机的定子相同，但其外形多呈多边形，且无外壳，以利于散热，从而避免电动机发热对机床精度的影响。转子由多块永久磁铁和冲片组成，这种结构的优点是气隙磁通密度较高，极数较多。图5-17永磁式交流伺服电动机结构示意图1-定子2