电动机基础知识

来源:子昂电机维修 日期:2023-09-23 17:44:27

1、电动机简介

      电动机是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。

      电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电动机,可以是同步电动机或者是异步电动机(电动机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。

      电动机主要由定子与转子组成,通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。


2、电动机的分

① 按工作电源分类

       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。

② 按结构及工作原理分类

       电动机按结构及工作原理可分为直流电动机,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布电动机。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和罩极异步电动机等。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。

③ 按启动与运行方式分类

电动机按启动与运行方式可分为电容启动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容启动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。

④ 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(包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具)用电动机、家电(包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等)及其他通用小型机械设备(包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

⑤ 按转子的结构分类

电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机(旧标准称为鼠笼型异步电动机)和绕线转子感应电动机(旧标准称为绕线型异步电动机)。

⑥ 按运转速度分类

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。

⑦ 按防护形式分类

a.开启式(如IP11、IP22)。

电动机除必要的支撑结构外,对于转动及带电部分没有专门的保护。

b.封闭式(如IP44、IP54)。

电动机机壳内部的转动部分及带电部分有必要的机械保护,以防止意外的接触,但并不明显的妨碍通风。防护式电动机按其通风防护结构不同,又分为如下几种。

ⓐ 网罩式。

电动机的通风口用穿孔的遮盖物遮盖起来,使电动机的转动部分及带电部分不能与外物相接触。

ⓑ 防滴式。

电动机通风口的结构能够防止垂直下落的液体或固体直接进入电动机内部。

 ⓒ 防溅式。

电动机通风口的结构可以防止与垂直成100°角范围内任何方向的液体或固体进入电动机内部。

ⓓ 封闭式。

电动机机壳的结构能够阻止机壳内外空气的自由交换,但并不要求完全的密封。

ⓔ 防水式。

电动机机壳的结构能够阻止具有一定压力的水进入电动机内部。

ⓕ 水密式。

当电动机浸在水中时,电动机机壳的结构能阻止水进入电动机内部。

ⓖ 潜水式。

电动机在额定的水压下,能长期在水中运行。

ⓗ 隔爆式。

电动机机壳的结构足以阻止电动机内部的气体爆炸传递到电动机外部,而引起电动机外部的燃烧性气体的爆炸。公众号《机械工程文萃》,工程师的加油站!

⑧ 按通风冷却方式分类

a.自冷式。

电动机仅依靠表面的辐射和空气的自然流动获得冷却。

b.自扇冷式。

电动机由本身驱动的风扇,供给冷却空气以冷却电动机表面或其内部。

 c.他扇冷式。

供给冷却空气的风扇不是由电动机本身驱动,而是独立驱动的。

d.管道通风式。

冷却空气不是直接由电动机外部进入电动机或直接由电动机内部排出,而是经过管道引入或排出电动机,管道通风的风机可以是自扇冷式或他扇冷式。

e.液体冷却。

电动机用液体冷却。

f.闭路循环气体冷却。

冷却电动机的介质循环在包括电动机和冷却器的封闭回路里,冷却介质经过电动机时吸收热量,经过冷却器时放出热量。

g.表面冷却和内部冷却。

冷却介质不经过电动机导体内部称为表面冷却,冷却介质经过电动机导体内部称为内部冷却。

⑨ 按安装结构形式分类

电动机安装形式通常用代号表示。

代号采用国际安装的缩写字母IM表示,

在IM 的第一个字母表示安装类型代号,B表示卧式安装,V表示立式安装;

第二位数字表示特征代号,用阿拉伯数字表示。

⑩ 按绝缘等级分类

      A级、E级、B级、F级、H级、C级。电动机绝缘等级分类见下表。



⑪ 按额定工作制分类

 连续、断续、短时工作制。

连续工作制(SI)。电动机在铭牌规定的额定值条件下,保证长期运行。

短时工作制(S2)。电动机在铭牌规定的额定值条件下,只能在限定的时间内短时运行。短时运行的持续时间标准有四种:10min 、30min 、60min及90min。

断续工作制(S3)。电动机在铭牌规定的额定值条件下只能断续周期性使用,用每周期10min的百分比表示。如:FC=25%;其中,包括S4~S10都属于几种不同条件的断续运行工作制。


9.2.3 电动机常见故障

电动机在长期运行过程中经常会出现各种故障。

如与减速机之间的连接器传递扭矩较大,法兰面上的连接孔出现严重的磨损,增大了连接的配合间隙导致传递扭矩不平稳;电动机轴轴承损坏后,造成的轴承位磨损;轴头、键槽间的磨损等。该类问题发生后,传统方法多以补焊或刷镀后机加工修复为主,但两者均存在一定弊端。

补焊高温产生的热应力无法完全消除,易出现弯曲或断裂;而电刷镀受涂层厚度限制,容易剥落,且以上两种方法都是用金属修复金属,无法改变“硬对硬”的配合关系,在各力综合作用下,仍会造成再次磨损。

当代西方国家针对以上问题多采用高分子复合材料的修复方法。应用高分子材料修复,既无补焊热应力影响,修复厚度也不受限制,同时产品所具有的金属材料不具备的退让性,可吸收设备的冲击振动,避免再次磨损的可能,并延长了设备部件的使用寿命,为企业节省大量的停机时间,创造巨大的经济价值。

(1)故障现象:电动机接通后不能启动

原因及处理方法如下。

① 定子绕组接线错误——检查接线,纠正错误。

② 定子绕组断路,短路接地,绕线转子电动机绕组断路——找出故障点,排除故障。

③ 负载过重或传动机构被卡住——检查传动机构和负载。

④ 绕线转子电动机转子回路开路(电刷与滑环接触不良,变阻器断路,引线接触不良等)——找出断路点,加以修复。

⑤ 电源电压过低——检查原因并排除。

⑥ 电源缺相——检查线路,恢复三相。

(2)故障现象:电动机温升过高或冒烟

原因及处理方法如下。

① 负载过重或启动过于频繁——减轻负载,减少启动次数。

② 运行过程中缺相——检查线路,恢复三相。

③ 定子绕组接线错误——检查接线,加以纠正。

④ 定子绕组接地,匝间或相间发生短路——查出接地或短路部位,加以修复。

⑤ 笼型转子绕组断条——更换转子。

⑥ 绕线转子绕组缺相运行——找出故障点,加以修复。

⑦ 定子与转子相擦——检查轴承,转子是否变形,进行修理或更换。

⑧ 通风不良——检查风通是否畅通。

⑨ 电压过高或过低——检查原因并排除。

(3)故障现象:电动机振动过大

原因及处理方法如下。

① 转子不平衡——校平平衡。

② 带轮不平衡或轴伸弯曲——检查并校正。

③ 电动机与负载轴线不对齐——检查调整机组的轴线。

④ 电动机安装不妥——检查安装情况及底脚螺钉。

⑤ 负载突然过重 ——减轻负载。

(4)故障现象:运行时有异声

原因及处理方法如下。

① 定子与转子相擦——检查轴承,转子是否变形,进行修理或更换。

② 轴承损坏或润滑不良——更换轴承,清洗轴承。

③ 电动机缺相运行 ——检查断路点并加以修复。

④ 风叶碰机壳——检查并消除故障。

(5)故障现象:电动机带负载时转速过低

原因及处理方法如下。

① 电源电压过低——检查电源电压。

② 负载过大——核对负载。

③ 笼形转子绕组断条——更换转子。

④ 绕线转子线组一相接触不良或断开——检查电刷压力,电刷与滑环接触情况及转子绕组。

(6)故障现象:电动机外壳带电

原因及处理方法如下。

① 接地不良或接地电阻太大——按规定接好地线,排除接地不良故障。

② 绕组受潮——进行烘干处理。

③ 绝缘损坏,引线碰壳——浸漆修补绝缘,重接引线。9.2.4 电动机操作规程

① 在拆卸前,要用压缩空气吹净电动机表面灰尘,并将表面污垢擦拭干净。

② 选择电动机解体的工作地点,清理现场环境。

③ 熟悉电动机结构特点和检修技术要求。

④ 准备好解体所需工具(包括专用工具)和设备。

⑤ 为了进一步了解电动机运行中的缺陷,有条件时可在拆卸前做一次检查试验。为此,将电动机带上负载试转,详细检查电动机各部分温度、声音、振动等情况,并测试电压、电流、转速等,然后再断开负载,单独做一次空载检查试验,测出空载电流和空载损耗,做好记录。公众号《机械工程文萃》,工程师的加油站!

⑥ 切断电源,拆除电动机外部接线,做好记录。

⑦ 选用合适电压的兆欧表测试电动机绝缘电阻。为了跟上次检修时所测的绝缘电阻值相比较以判断电动机绝缘变化趋势和绝缘状态,应将不同温度下测出的绝缘电阻值换算到同一温度,一般换算至75℃。

⑧ 测试吸收比K。当吸收比K>1.33时,表明电动机绝缘不曾受潮或受潮程度不严重。为了跟以前的数据进行比较,同样要将任意温度下测得的吸收比换算到同一温度。


9.2.5 电动机的维修保养

电动机运行或故障时,可通过看、听、闻、摸四种方法来及时预防和排除故障,保证电动机的安全运行。

(1)看

观察电动机运行过程中有无异常,其主要表现为以下几种情况。

① 定子绕组短路时,可能会看到电动机冒烟。

② 电动机严重过载或缺相运行时,转速会变慢且有较沉重的“嗡嗡”声。

③ 电动机正常运行,但突然停止时,会看到接线松脱处冒火花;熔丝熔断或某部件被卡住等现象。

④ 若电动机剧烈振动,则可能是传动装置被卡住或电动机固定不良、底脚螺栓松动等。

⑤ 若电动机内接触点和连接处有变色、烧痕和烟迹等,则说明可能有局部过热、导体连接处接触不良或绕组烧毁等。

(2)听

电动机正常运行时应发出均匀且较轻的“嗡嗡”声,无杂音和特别的声音。若发出噪声太大,包括电磁噪声、轴承杂声、通风噪声、机械摩擦声等,均可能是故障先兆或故障现象。

① 对于电磁噪声,如果电动机发出忽高忽低且沉重的声音,则原因可能有以下几种。

a.定子与转子间气隙不均匀,此时声音忽高忽低且高低声间隔时间不变,这是轴承磨损从而使定子与转子不同心所致。

b.三相电流不平衡。这是三相绕组存在误接地、短路或接触不良等原因,若声音很沉闷则说明电动机严重过载或缺相运行。

c.铁芯松动。电动机在运行中因振动而使铁芯固定螺栓松动造成铁芯硅钢片松动,发出噪声。

② 对于轴承杂声,应在电动机运行中经常监听。监听方法是将螺丝刀一端顶住轴承安装部位,另一端贴近耳朵,便可听到轴承运转声。若轴承运转正常,其声音为连续而细小的“沙沙”声,不会有忽高忽低的变化及金属摩擦声。若出现以下几种声音则为不正常现象。

a.轴承运转时有“吱吱”声,这是金属摩擦声,一般为轴承缺油所致,应拆开轴承加注适量润滑脂。

b.若出现“叽里”声,这是滚珠转动时发出的声音,一般为润滑脂干涸或缺油引起,可加注适量油脂。

c.若出现“咔咔”声或“嘎吱”声,则为轴承内滚珠不规则运动而产生的声音,这是轴承内滚珠损坏或电动机长期不用,润滑脂干涸所致。

③ 若传动机构和被传动机构发出连续而非忽高忽低的声音,可分以下几种情况处理。

a.周期性“啪啪”声,为皮带接头不平滑引起。

b.周期性“咚咚”声,为联轴器或皮带轮与轴间松动以及键或键槽磨损引起。

c.不均匀的碰撞声,为风叶碰撞风扇罩引起。

(3)闻

通过闻电动机的气味也能判断及预防故障。若发现有特殊的油漆味,说明电动机内部温度过高;若发现有很重的煳味或焦臭味,则可能是绝缘层被击穿或绕组已烧毁。

(4)摸

摸电动机一些部位的温度也可判断故障原因。为确保安全,用手摸时应用手背去碰触电动机外壳、轴承周围部分,若发现温度异常,其原因可能有以下几种。

① 通风不良。如风扇脱落、通风道堵塞等。

② 过载。致使电流过大而使定子绕组过热。

③ 定子绕组匝间短路或三相电流不平衡。

④ 频繁启动或制动。

⑤ 若轴承周围温度过高,则可能是轴承损坏或缺油所致。