20210607电机的工作原理及常见故障分析A2

电机的工作原理及常见故障分析2021编制人：邱仕春部门：质量部常州新骏电机有限公司01020304电机分类及应用原理及参数说明电机的基本结构常见故障及原因目录CONTENTS01电机分类及应用电动机直流电动机交流电动机他励电动机并励电动机串励电动机复励电动机

同步电动机异步电动机

单相电动机三相电动机

交流电动机异步电动机单相电动机电动机电动机分类电动机是将电能转换成机械能的装置。广泛应用于现代各种机械中作为驱动。电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵。单相异步电动机伙凌桅胃奸慢副菲俭拖茬贵疑妊锚国最垮裙跟后全投器屹周耐队侵岳赂未电机常见故障判断分析与处理电机常见故障判断分析与处理异步电动机优缺点异步电机应用最为广泛的一种电动机，在动力负载中，异步电动机的使用约占85％左右；在工业农业方面，拖动各类机械——三相异步电机；在家用电器方面的电扇、电冰箱、空调机等——单相异步电机；作异步发电机使用，多是单机使用，常用于电网尚未到达的地区，或用于风力发电等特殊场合。单相异步电机（感应电机）的用途优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。缺点：①转速不易调节②鼠笼式异步电动机的起动性能较差③功率因数滞后异步电机优缺点电动机主要参数介绍空载输入电流：是指电机在额定工作电压、额定电源频率、额定电容下、空载运行（轴上输出功率为零）情况下，流入电动机的电流称为空载电流。单位：A或mA。空载输入功率：是指电机在额定工作电压、额定电源频率、额定电容下、空载运行（轴上输出功率为零）情况下，输入电动机的功率。这部分功率消耗主要表现在磁场储能，定、转子绕组铜耗和铝耗，交变磁通在铁芯损耗，通风、轴承磨擦产生机械损耗。单位：W（瓦）负载输入电流：是指电动机在额定工作电压、额定电源频率、额定电容、带额定负载运行在额定转速下，所输入电机的电流。单位：A或mA。额定负载输出功率：是指电动机在额定电压、额定电源频率、额定电容、带额定负载运行在额定转速下，轴伸所输出的有功功率。单位：W（瓦）温升：指电动机在额定测试条件下运行，内部绕组与铁芯部分的温度相对于测试环境温度的升高值。目前较常用的测试温升方法为绕组电阻法。噪音：电机噪音可分为机械噪音和电磁噪音。机械噪音通常由电机装配不良定、转子摩擦及轴承声等形成。电磁噪音通常由定、转子气隙不均匀或磁场过于饱和造成，定、转子气隙不均匀受装配零部件同轴度的影响较大，磁场过于饱受所设计功率较大电机的材料限制造成。噪音用分贝dB表示。电动机主要参数介绍额定频率fN：我国电力网的频率为50赫兹（Hz），额定转速nN：是指电动机在额定电压、额定频率下,输出端有额定功率输出时,转子的转速,单位为转/分(r/min)。由于生产机械对转速的要求不同,需要生产不同磁极数的异步电动机,因此有不同的转速等级。最常用的是四个极的异步电动机(n0=l500r/min)。额定效率ηN：是指电动机在额定情况下运行时的效率,是额定输出功率与额定输入功率的比值。异步电动机的额定效率ηN约为75%～92%，在额定功率的75%左右时效率最高。

电动机主要参数介绍绝缘等级：电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。绝缘的温度等级A级E级B级F级H级最高允许温度（℃）105120130155180绕组温升限值（K）607580100125

电动机主要参数介绍纶缅维砂像嗓渐许吩荤怂无争凡馋悠蕾糊怯巩邱施挥漆诊房俊注杨项帐打电机常见故障判断分析与处理电机常见故障判断分析与处理电动机铭牌数据每台电动机铭牌上标注额定数据,一般包括以下内容：

电机名称、型号、额定电压或电压范围、额定频率、输出功率、额定电流、额定转速、工作制、绝缘等级、防护等级、制造商和生产日期型号命名方式及说明Y*K-*W-4（****）1234561：异步电机；2：S双轴,D单轴；3：空调；4：输出功率；5：电机极数4极；6：客户代码（用数字0-9或字母A-Z表示，此标注可以省略）具体用在这些设备（器具）的哪方面呢？电动机的应用领域还有其它的应用吗？举常见的例子说明并指出它们是交流还是直流电机手机震动器电机打印机卷纸电机电风扇电机电吹风电机流水线动力电机电动自行车。。。。。。电动机的应用领域02原理及参数说明单相电容运转异步电动机单相异步电机是指由单相电源供电的电动机，但它并不表示电机的定子上只有一相绕组，它是由空间上相差90°相位角的两套绕组构成，二者共同产生旋转磁场，在转子上产生转矩而旋转的电动机。单相电容运转异步电动机工作原理单相电容运转异步电机与三相电机的区别;三相电机的绕组在空间按120°电角度分部，单相异步电机则按则按90°电角度分部，见右图在单相电机中，由于单相绕组产生的是脉振磁场，电机没有起动转矩，不能起动，如右图表示：i=Icosωt要使单相电机具有起动转矩并旋转，就必须使其分相，一般的，单相电机分相有以下几种型式：1、电阻分相

2、电容分相

3、罩极分相空调风机用单相异步电机几乎均采用第二种方式，即要使单相电机既能运转又能独立启动，就必须在电机定子铁芯中嵌放轴线在空间相隔90°电角度的两相绕组，其中一相绕组称为主绕组（用M表示）。另一相称为副绕组或起动绕组（用A表示）。副绕组串接一移相元件电容器，形成事实上的两相电源。原理如7页图示：在单相电机中，若定子上的主、副两相绕组完全对称，两相绕组接到两相对称电源上，则与4页三相电机图示一样也产生在空间旋转的圆形旋转磁势和磁场。可见对称两相绕组通入对称两相电流产生的旋转磁势与三相电机产生旋转磁势一样。其旋转速度与电源频率和电机极数有关：即n＝2×60f/p，其中“f”—电源频率（Hz）“p”—电机极对数“n”—磁场旋转转速，即电机同步转速（r/min）当电机中磁场以n速度旋转时，处于旋转磁场中的转子导条就会切割磁力线而产生感应电势和感应电流，感应电流在磁场的作用下产生电磁力和电磁力矩，行成一定的转速n’。一般情况下电机转速n’不等于旋转磁场转速n。因为n’=n时，转子导条相对旋转磁场是静止的，导条中就不会产生感应电势和感应电流，电机就不会产生电磁力矩，电机转速就会自然下降。因转子速度始终低于旋转磁场速度，故称此种电机为“单相异步电动机”。前面讲到，单相绕组产生的是一个脉振磁势，因此单相电机的启动转矩为零，即电机不能自行启动，要使单相电机能够自行启动，就必须如同三相异步电机一样，在电机内部产生一个旋转磁场。产生旋转磁场最简单的方法是在两相绕组中通入相位不同的两相电流。因此在单相异步电机中必须有两套绕组，一套为工作绕组，另一套为副绕组或启动绕组，工作绕组或主绕组M与副绕组A的轴线在空间相隔90°电角度，副绕组串联一个适当的电容C（电容选配不当会使电机系统变差，如片面增大或减小电容量,负序磁场可能加强，使输出功率减小性能变坏，磁场可能会由圆形或近似圆形变为椭圆形）再与工作绕组并接于电源。由于副绕组串联了电容，所以副绕组中的电流在相位上超前于主绕组电流，这样由单相电流分解成具有时间相位差的两相电流M和A(也就是事实上的两相电流)，因而电机的两相绕组就能产生圆形或椭圆形的旋转磁场。由于大多数情况下两相绕组总是不对称的，谐波分量较多，因此单相异步电机的性能总要比三相异步电机差得多。谐波对电机的影响主要有以下三个方面：1、使电机的附加损耗增加；2、引起电机振动并产生噪音；3、产生附加转矩，使电机的启动发生困难（某些位置较大、某些位置又较小、某些位置干脆就不能启动，削弱办法之一，就是采用斜槽转子。这就是我们看到的转子槽是斜的原因之一）电机的调速方法及原理作为单相异步电动机其调速方法有三种：（1）变极调速；（2）降压调速；（3）抽头调速。变极调速（简介）在单相电机中，有倍极调速和非倍极调速之分。倍极调速电机一般定子上只有一套绕组，用改变绕组端部联接方法获得不同的极对数以达到调整旋转磁场的转速。在极数比较大的变极调速中，定子槽中安放两套不同极数的独立绕组，实际上相当于两台不同极数的单速电机的组合，其原理和性能与一般单相异步电机一样。降压调速降压调速方法很多，如串联电抗器（吊扇）、串联电容、自耦变压器和串连可控硅调压调速。空调中最常用的调压调速是可控硅（塑封）调压调速。可控硅调速是改变可控硅导通角的方法，改变电动机端电压的波形，从而改变了电动机的端电压的有效值。可控硅导通角α1=180°时，电机端电压为额定值，α1＜180°时电压波形如下图实线部分，电机端电压有效值小于额定值，α1越小，电压越低，如下图：塑封PG电机就是可控硅降压调速。对于塑封PG电机，其绕组工作原理与抽头电机一致，但不同之处在于塑封PG电机的输入电压不是直接接到电源上的，而是通过电控的输出端施加电压于电机上的，其电控的输出电压是可调节的。其电气原理图见图3，调速是利用电机输出转矩与电机输入电压成近似一次关系，通过改变电机输入电压来改变电机的输出转矩，起到调节电机转速的作用，其原理如下图示：该结构是在电机的轴上装有一个磁环，它一般有6极磁环及2极磁环2种。当电机转子旋转一圈时，磁环也旋转一圈，磁环与PG板中的霍尔元件相感应，6极磁环会在PG板的OUTPUT（白）脚中输出3个脉冲，2极磁环会输出1个脉冲，这样根据输出脉冲的数量就可以知道电机的转速。在电控中设定有预定的转速值，将它与从PG块中采样取得的转速值相比较，当转速偏低时，则提高电控的输出电压（可控硅导通角变大），当转速偏高时，则降低电控的输出电压（可控硅导通角变小），这样通过PG信号的反馈调节电控输出电压就实现了对电机的平滑调速。由于电控的输出电压不会高于其输入电压，因此在电机设计时要保证电机达到高风档的转速时其电控的电压不高于工作的额定电压。如我国额定电压为220VAC，则设计时的电控电压一般设计为180VAC~200VAC左右。此参数值设定太低则造成电机材料浪费，且电控若损坏击穿后电机直通市网电压，其电机温升会较高；若此参数值设定过高则会造成市网电压降低时，有可能达不到设定的额定转速，影响空调的能力抽头调速（重点）电容运转电动机在调速范围不大时，普遍采用定子绕组抽头调速。此时定子槽中放置有主绕组、副绕组及调速绕组，通过改变调速绕组与主、副绕组的联接方式，调整气隙磁场大小及椭圆度来实现调速的目的。一般电容运转单相电机，主绕组与副绕组嵌在不同的槽中，绕组与铁芯间由聚酯纤维无纺布（DM或DMD）隔开，其在空间一般相差90度电角度，且副绕组通过串联一个工作电容器后与主绕组并接于电源。当电机通电后，主绕组与副绕组在气隙中共同形成一个有方向有幅值强度的旋转磁场。其方向与主、副绕组所处的空间位置等有关，它决定了电机的转向；其幅值强度则与主副绕组的参数设计有关，它决定了电机输出力矩的大小。该旋转磁场与转子鼠笼转子相互作用，使电动机按一定的方向旋转。若调换主副绕组的空间位置，则旋转磁场的旋转方向会相反，该反方向的旋转磁场与转子相互作用，使电动机的转向也会相反。抽头调速可分为T型抽头调速和L型抽头调速。L型抽头调速又可分为主绕组抽头L-1型和副绕组抽头L-2型。目前最常用的是T型抽头调速和副绕组抽头L-2型调速。原理线路图见下T型抽头调速优点：中、低档运行绕组温升低；缺点：电机高档效率低，主绕组易形成匝间短路。L型抽头调速优点：电机高档效率高，绕组不易形成匝间短路；缺点：中、低档运行绕组温升高。不论哪种调速，都各有优缺点，选用哪种除要考虑设计时要达到哪个结果，还要考虑电机的经济性，一般L型较经济）。03电机的基本结构减震圈螺母弹垫前端盖转轴挡圈铸铝转子轴承红钢纸波形垫螺钉后端盖嵌线定子机壳电机的基本结构电机主要由定子和转子两部分组成，另外还有端盖（机壳）轴承等辅助性零件构成。定子主要作用是生产电磁转矩；定子由铁芯、定子绕组组成相对固定部分。铁芯是电机磁路的一部分。由硅钢片叠压而成，定子绕组一般采用漆包线绕成的散嵌线圈，它在电机中通电后具有产生磁场的功能，也是电路的一部分。嵌线定子电机的基本结构为减少铁耗，铁心一般采用导磁性能好、比损耗小的0.5mm厚的硅钢片叠成定子铁芯定子绕组中分有主绕线和付绕线，在通常的情况下，主、付绕组的阻抗和匝数不相等，所以主、付绕组的布置情况也可以不相同。成型绕组线束组件同样是电机电路的一步份，主要用于联接电源线束组件为减少铁耗，铁心一般采用导磁性能好、比损耗小的0.5mm厚的硅钢片叠成转子铁芯转子的每个槽中放有一根导体（铜、铝），导体比铁芯长，在铁芯两端用两个端环将导体短接，形成短路绕组。若将铁芯去掉，剩下的绕组形状似松鼠笼子，故称鼠笼式绕组。铸铝转子转子组件主要由转轴、铸铝转子（绕组）、轴承组成转动部分转子组件转子组件转子的主要作用是传递电动功率（输出转矩）；转子主要由转轴、铁芯、绕组组成转动部分。转子上的铁芯是产生电动势的主体部分与定子铁芯一样由冲有均匀槽硅钢片叠压而成。但不同的电机，其定子与转子上的槽数是不相同的。转轴与铁芯紧构在一起。电机的基本结构卷板机壳一般由A3钢板冲制而成，主要用于小功率电动机当中，常见的有风盘管电机和家用柜机、外机等产品上卷板机壳铝型材机壳大多用于功率较大的异步电机当中，有利于噪单和降低温升铸铝机壳铸铝端盖主要采用ADC12压铸而成，主要用于风盘管电机，优点：铸铝端盖采用车加工工节，同心度较好。铸铝端盖端盖（机壳）电机的基本结构电机气隙定转子之间的间隙很小，一般在0.18-1mm，对电机的性能影响很大。气隙大：磁阻大，励磁电流大，功率因数低，但相对噪音会偏好。气隙小：为了降低电机的空载电流（励磁电流），提高电机的功率因数，气隙应尽可能地小，噪音会偏大（特别是负载噪音）。如果把感应电机看作变压器，显然，气隙愈小则定子和转子之间的相互感应作用就愈好。但是气隙过小，将使装配困难和运行不可靠，因此允许采用的最小气隙是受加工可能性及机械安全考虑所能达到的最小值所限制。电机的基本结构04常见故障及原因常见的问题及解决方法在生产及使用过程中，由于各种因素，如设备的运行状况、原材料质量的好坏，工艺方法的完善程度，操作人员的质量意识等，都会直接影响产品的质量，常见的质量故障有：整机噪音及振动、电机不转、转速低、击穿、电机反转、噪音超标等。整机噪音及振动：电机噪音值在某一频段存在峰值，此噪音峰值频段与整机固有频率相接近或重合，形成共鸣、共振和整机噪音。整机预防及解决措施：在电机确认阶段将电机噪音峰值频段与整机固有频率错开（这就是一般情况下一次送样不能成功的原因之一，也是我们一般遵循的，只要是系统中的对电机有影响的零部件如支架和风轮风叶等的改变，就必须装整机做噪音等测试）电机，空调钣金件上加阻尼胶，调整风叶形状、增加电机支架刚性（如04年A客户在汕头出现较多振动和噪音严重的问题，后将电机支架加强后上述现象全部消失）、电机安装脚上加胶垫，调整空调板金件的形状、厚度，调整电机极数、定转子的槽配合、定转子直径、定转子气隙、转子斜槽度、铁芯长度、轴承距离等。转速不一致：风叶的变化（不同厂家不同模号）、蒸发器片距变化、风道的变化、测试环境的变化（温度、湿度）、电机工艺波动的原因（铝环、定子端部高度控制、绕线模具变化、气隙变化、硅钢片材料变化等）。电磁声：定子椭圆、同轴度大、轴承距过大、端盖强度不够、磁路设计不对称。轴承声：装配过程轴承损坏、轴承油脂声、轴承与轴承室配合松动。摩擦声：定转子相擦、错片、异物、漆瘤及风轮风叶变形和转轴弯曲等转速低：转子导条和端环截面过小、定转子气隙偏大；温升高：铁芯长度偏低、漆包线截面偏小（即铁、铜耗过大）、散热不良；常见的问题及解决方法电机冒烟：

1）子绕组匝间短路；

2）焊接线不良致使接触电阻过大，电机发热；3）电容器击穿，致使电路的容性成分消失，电机单相运行（事实上电机无法运行，处于堵转状态）；

4）接错线电机带电：电机内部或引出线绝缘不良；电机转速下降1）电机部分绕组匝间短路；2）电容器容量衰减；3）转子断条：电机失速（保护）或不转1）霍尔元件失效或绕组匝间；2）可控硅击穿。即使霍尔元件正常，信号有反馈，但因可控硅已经击穿，电压已不可调；3）转子被异物卡滞或电机无电和烧毁；4）绕组开路常见的问题及解决方法轴承噪音因果分析图机人料法环轴承噪音分析操作不当监督不够意识不强培训不够压轴承的技能不强对轴承结构不了解缺乏培训领导意识不强态度工资定额意识不强未设立质量考核只求生产数量压轴承的工装压力没有控制空压机的压力下限范围无压力表气源不够压端盖的压机和工装压力没有控制作业指导书不明确压头不平材料硬度达不到要求材料受损、变形没有校对的工装端盖轴承室光洁度不够轴承室倒角处内孔小轴承室尺寸不符合要求倒角处无法测量倒角未按图纸要求无相应的设备轴承室与外圆同心度不好工艺、模具不完善轴供应商没有清理干净轴头有毛刺轴承档尺寸偏大外检为抽检供应商未按图纸要求轴承轴承内部进入砂砾总装环境不清洁定子内腔不清洁转子外圆不清洁滚道、钢球受损油脂不均匀搬运过程未轻拿轻放微动磨损压轴承操作往工装放轴承时用力不当培训不够压端盖操作轴承转子外圆与端盖轴承室不同心波垫放置不好端盖进入止口时不平工装设计不合理电机的流转转子放入流水线受到碰撞整机未轻拿轻放放端盖斜放用力过大包装不紧密装配现场环境纸箱变形严重气枪清洁定、转子的灰尘噪音房不封闭，影响分辨上下压头同心度不好压端盖的工步红色-表示根原因轴承压头配合不平，有间隙小包装，周转导致轴承损坏客户安装现场使用环境差，灰尘常见的问题及解决方法轴承噪音原因分析结合内部下线及客户退回的不良品，通过鱼骨图分析，导致轴承噪音问题的主要原因有以下几点：微动磨损轴承内部进入砂砾端盖车轴承室倒角处内径偏下限伺服压机工装压头间隙大常见的问题及解决方法在显微镜下对轴承滚道和钢球表面进行检查发现均有轻微压痕；钢球表面，内、外圈滚道腰上有七个深浅不一的压痕，这说明轴承在静止时钢球与滚道有干接触，产生布氏压痕。协同SRL油脂是低噪音；低粘度的特性，轴承处于静止时滚道表面未能形成较完整的油膜。运输的颠波振动加剧了接触点间的微动磨损。所以才造成接触点部位产生了磨痕，待电机工作时噪音也因此产生。微动磨损常见的问题及解决方法轴承内部进入砂砾对轴承分解后观察，内外圈沟道、钢球表面有很多轻微的拉痕，类似用沙纸打磨过一样；对轴承的润滑脂外观、溶解过滤和异物成分进行了分析,发现异物的主要成分是O、Si、Ca（水泥的成份）

等元素，推测是终端客户没有防护好外部侵入的沙砾。常见的问题及解决方法端盖加工轴承室时口部倒角受加工刀具的影响，在倒角时倒角与轴承室内壁接触置尺寸偏下限，在装配时转子装入时受口部影响导致轴承难入。端盖车轴承室倒角处内径偏下限常见的问题及解决方法伺服压机工装压头间隙大轴承伺服压机工装压嘴与底座无固定装置，轴承压装过程中容易滑动，导致同心度变差，对轴承造成损伤。常见的问题及解决方法相擦噪音流程图分析常见的问题及解决方法相擦噪音流程图分析常见的问题及解决方法相擦噪音原因分析结合内部下线及客户退回的不良品，通过过程流程图图分析，导致相擦噪音问题的主要原因有以下几点：定子内腔漆瘤与转子相擦；转子表面铁屑垃圾相擦；端盖攻丝后所产生的铝屑导致相擦。常见的问题及解决方法定子内腔漆瘤与转子相擦；（一元回归分析）序号温度绝缘漆配比

（甲：乙：丙）生产数量漆瘤PPMX1-52:1:53000X252:1:53000X3102:1:53000X4152:1:53000X5202:1:530133333X6252:1:530266667X7302:1:5305166667X8352:1:5307233333X9402:1:53010333333标准：Pvalue＞0.05不相关；Pvalue<0.05相关P值<

0.05,漆瘤与环境温度有直接关系。从验证结果来看同配比的漆，在环温越低漆瘤越少；由此推测温度越高稀释剂挥发越快，漆的粘度就越高，从而导致漆瘤产生。常见的问题及解决方法转子表面铁屑垃圾相擦；观察不良电机转子表面有明显的相擦痕迹，定子内部有转子车削后产生的铁屑。常见的问题及解决方法端盖清洁不充分导致铝屑相擦观察不良端盖表面有攻丝后产生的铝屑残留，铝屑进入电机内部，导致相擦噪音。常见的问题及解决方法匝短不良原因分析常见的问题及解决方法匝短不良原因分析结合客户退回的不良品，通过流程图分析，导致匝短问题的主要原因有以下几点：(绝缘漆+润滑脂)对匝短的影响；绝缘漆与漆包线漆膜的兼容性绕组碰伤终端客户接错线常见的问题及解决方法(绝缘漆+润滑脂)对匝短的影响（比较组）序号规格漆包线绝缘漆润滑脂生产数量匝短PPMX1QZ-3/1300.17A江苏四达利津化工50004800X2QZ-3/1300.17A艾伦斯塔利津化工5000255000X3QZ-3/1300.17B艾伦斯塔利津化工5000112200X4QZ-3/1300.17B江苏四达利津化工500071400X5QZ-3/1300.17C江苏东材艾伦斯塔5000285600X6QZ-3/1300.17C江苏四达艾伦斯塔5000142800X7QZ-3/1300.17D苏州美洁达自8QZ-3/1300.17D苏州美洁达自制25000112200标准：Pvalue＞0.05不相关Pvalue<0.05相关P值<

0.05,匝短与漆包线厂家的绝缘漆和润滑脂有直接关系。从验证结果来看江苏四达绝缘漆配利津润滑脂的匝短率最低。常见的问题及解决方法绝缘漆粘结强度优化（卡方）序号绝缘漆厂家粘度凝胶时间电气强度厚层固化能力体积电阻率粘结强度表面干燥生产数量匝短PPMX1A12s4min06s23.6MV/mS1.U1.12.2