电机的工作原理及常见故障分析

电机的工作原理及常见故障分析第一章：概论单相异步电机是用单相电源供电，作为驱动用的一类异步电动机。它与工业上应用的三相异步电机主要不同就在于它要在单相电流条件下工作。这样，就要求单相异步电机在定子上具有适于单相电流工作的绕组结构，而在转子上则与三相异步电机相同，均为结构简单、可靠的笼形短路转子。由于它可以直接使用民用电源，并具有结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便等一系列优点，所以被广泛地应用日常生活和各行各业的小功率驱动中。◆单相异步电机与同容量的三相异步电机比较，体积较大而运行性能较差，所以多是制成小型和微型产品，随着生活水平的提高，各式驱动微电机已成为人们所不可缺少的一部分。在一些发达国家的家庭中，约有五、六十台微电机在服务着；◆我们志高电机厂主要是生产空调风扇电机，也属于单相异步微电机类，产量已从1999年开厂时的十几万台增加到至今的上千万台，这就表明单相异步电机的市场潜力很大，这同时也要求我们向组织自动化大批量生产，使电机质量提高，成本降低的方向发展。现电机厂已逐步用机械落线取代手工落线。同时在设计方面吸收国外先进国家的设计方法，如日本的合成电流分析法，美国的MATLAB分析法编入计算机运行程序，对电机的优化设计起了关键性的作用，从为公司提供物美价廉的产品提供了必备的条件。第二章：电动机原理及基本结构1、概述◆电动机（以下简称电机）是把电能通过磁场作为中间媒介转变为机械能的装置，用来带动各种机械的动力。电机工作时可分为直流电机和交流电机。◆按交流电机的相数，又可分为单相电机和多相电机，常见的多相电机是三相电机，按使用交流电的频率又可分为低频，中频和高频电机，常用的是使用50HZ，60HZ的二频电机，单相交流电机的种类按结构原理可分为单相同步电机，步进电机，罩极电机和异步电机等。◆电机厂目前生产的各种空调风扇电机都是单相低频（50HZ、60HZ）异步电机。2、电机的基本结构2.1、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。◆转子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。2.2、转子绕组有鼠笼型和绕线型两种。◆鼠笼式电动机的转子是由铁芯和嵌在铁芯上闭合导体构成的。闭合体由嵌在铁芯槽中的铝条（或铜条）和铁芯两端分别有环形端环把所有导条连接在一起的。这些导体的铝条是铸成的，形状像个鼠笼，故称这种电机叫鼠笼式电机。◆绕型转子则是在每个槽内嵌有对称的绕组，这些绕组都是用绝缘导线绕成的，这些绕组用一定的方法规律有机的连成整体构成电机电路的一部分。◆电机厂生产的空调风扇电机的转子是采用鼠笼式转子。3、电机原理3.1、异步电机的定转子构成的电磁关系◆在定子磁场的一对NS极之间放置一只可自由转动的鼠笼状绕组（转子）。当定子磁极逆时针旋转时，转子是静止的，鼠笼转子的绕组与旋转磁场之间存在相对运动，转子的导体被切割磁力线，在导体中产生感应电动势和电流，根据右手定则可知转子导体上半部的电动势和电流方向由外向里，用X表示；下半部则又里向外，用⊙表示。又因为载流导体在磁场中受力的作用，力F方向可用左手定则确定，转子上半部分导体所受的力F方向向左，下半部分F的方向向右，这一对力大小相等，方向相反，因此形成转动力矩（简称转矩），这个鼠笼式转子受转矩作用顺着磁场方向转动起来。由上述可见，鼠笼式转子要能转动，首先具备条件是定子必须有旋转磁场作用。3.2、旋转磁场的产生在电机中，定子是固定的，怎样才能由固定的定子绕组产生出一个旋转磁场呢？当定子上的绕组是一个单相绕组，绕组接通电源后，就会产生一个脉振磁场。这个磁场的特点是它的轴线在空间保持固定位置，其NS极恒定不变，显然这不是旋转磁场，是不能带动转子的。◆如果在，在定子中，嵌入两个绕组,使其在空间相隔90°电角度，而这两个绕组分别通入90°相位差的两相交流电流，则此时两个绕组所产生的合成电磁场。不难看出，当ωt经过360°电角度后，合成磁场也在空间转360°电角度，由此，也就形成了定子旋转磁场。所以，能正常起动运行的单相异步电机，其定子必须有两个（或以上）的绕组通过不同相的电流。◆在使用单相电源作动力的情况下，要获得不同相的电流，一般是采用分相的方法是利用分相元件的特性使I2与I1不同相。分相元件可以是电阻或电容。一般串接分相元件的绕组叫付绕组，无分相元件的叫主绕组。◆利用电容使付绕组和主绕组的电流产生相位差的方法，称为电容分相法，也是单相异步电机比较广泛使用的方法，我们公司所使用的风扇电机，压缩机电机，都是采用这一方法的。3.3、转速◆在定子绕组中产生的旋转磁场的转速n1称同步转速，它由电磁频率f以及定子绕组的极对数P决定，即n1=60f/P（转/分）；必须注意，异步电机的转速n始终低于旋转磁场的转速n1，是保证异步电机运行的必要条件，只要这样转子导体才能被旋转磁场切割，才能感生电势和电流，产生转矩，使转子沿旋转磁场n1方向旋转。若n=n1旋转磁场与转子导体就相对静止，它们之间的电磁感应作用就不会发生。即不能感生电势和电流，转子就不会有转矩。所以说转子总是以低于同步转速n1的转速转动的，正因为这个道理，这种电机称为异步电动机。由于异步电机旋转以电磁感应为作用原理，因此也称感应电机。◆电机的转向是由旋转磁场的转向决定的，旋转磁场的转向决定定子电源的相序，所以任意对调定子绕组的两相电源，电机就可以反转。旋转磁场的同步转速n1与转子转速n之差称为转差，转差与同步转速之比值用S表示，称为转差率。则：S=（n1-n）/n1，转差率是分析异步电机的一个重要参数。上式可改写为n=n1（1-S），在额定负载下转差率的范围一般在0.05-0.2中，但空调柜机内机电机的转差率有时达到0.35，若转差率太高，电机效率相应会降低。3.4、定子绕组从上节我们已知，在单相笼式异步电机中，定子的主要作用是产生旋转磁场，而这又必须是由在空间互隔成90°电角度的两相绕组共同合成的，所以定子绕组是电机中关键部分之一。在电机的生产中，一般是先用带绝缘层导线绕制成线圈。然后按一定的规则把各线圈落入定子铁芯槽内，构成定子绕组。◆定子绕组的结构类型很多，一般按照定子铁心槽内线圈的有效数，把它们分为单层绕组（每个槽内只有一个线圈有效边）和双层绕组（每个槽内有上下两个有效边）两大类◆由于单层绕组槽内没有层间绝缘问题，因此不会在槽内发生层间及相间短路问题，绕线和落线较方便，但它的工作性能不够理想，只适用于小功率的电机，而双层绕组的优点是能改善电机性能，电机的技术指标比单层绕组要好。◆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。第三章、电机常见质量故障产生的原因、处理方法和预防措施在生产过程中，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：绕组断线（开路）、击穿、定子电流大、电机反转、噪音超标等。1、绕组断线（开路）绕组断线占质量故障的比例最大，每个工序都有造成断线的可能，将主要方面归纳如下：序号产生原因预防措施1绕线模磨损,线圈尺寸减少，嵌线过程拉断线更换绕线模2机落线时，主组整形后乱堆放，破坏整形效果，嵌付组时把主组的导线嵌到付组去，并压断线掌握好生产节拍，零部件要严格按规定摆放序号产生原因预防措施3机落线时，把挂具上的线圈过到嵌线机工装时，不是平衡地各极一齐往下按，而是对对拉，把过江线拉长，线圈缩小，造成断线按工艺要求操作4整形操作前，未把线组理顺好，特别是跨落在定子，内园的线未挑起而压断线按工艺要求操作5没有及时更换蜡，漆包线无蜡，线散且硬，容易断线经常更换蜡6定子没有按要求摆放，在运输和装配过程中碰撞，这是造成断线的主要原因按工艺要求操作与摆放7绝缘处理炉温度过高，漆包线变脆，出口线在根部折断严禁随意调高炉温8电机装配落转子时把定子线组擦断严格按工艺要求操作9焊电源线脱漆不干净，虑焊绑扎电源线不紧，提电源线拿电机，将焊口拉断焊电源线严格按要求操作。严禁拿电源线提拉电机。2、击穿击穿是表示定子的绝缘层已经破坏，导线与铁芯、外壳、转子等直接接触或爬电距离不够（小于2mm）这样电机在使用过程中会产生漏电，危及人生安全，现将几方面列表如下：序号产生原因预防措施1铁芯槽内有铁屑，穿破槽底线铁芯压装工序把关，入绝缘前检查铁芯2装配时转子铁屑没有清理干净，通电后与定子绕组产生放电现象按要求总装前将各零部件清理干净再装配3槽底纸对折两边不等宽，低的一边包不住导线入槽绝缘工序检查，发现问题停机调整4手工落线时，槽底纸分布不对称，爬电距离不够落线时应保证槽底对称，确保爬电距离5个别导线在槽纸外面嵌线前理顺好线圈6个别导线漏扎，与铁芯接触扎线工序把关7整形效果不理想，绕组端部内园小，与转子击穿放电整形时间不得过快，定子按要求摆放3、定子电流大定子电流大表示绕组已有故障，故障若不排除，电机运行出现发热，转矩低，效率低，严重的会引起着火燃烧，所以，遇到此类故障，一定要查明原因。序号产生原因预防措施1绕组断口接线错误判断正确后才接驳线2下错线挂错线集中精神工作3绕组圈数不正确及时维修有故障的绕线机4导线绝缘层损伤造成绕组短路各程序严格按照工艺要求操作4、电机反转电机反转是引出线的次顺调错所致，其产生原因也有几方面，主要的是工作疏忽，没有按工艺要求操作造成的。序号产生原因预防措施1出线口的次顺挑错或分不清楚按工艺要求操作2焊接电源引线时将色线调错按工艺要求操作3相序调错按规定标记嵌线5、噪音噪音是许多不协调或无规律的杂乱声音组合。它使人听起来烦躁难受，影响人们的工作与休息，严重时还会损害身体健康，所以噪声已成为当前污染环境的三大公害之一。为了让人们有一个宁静舒适的工作环境，家用空调应该是做成低噪音的，然而由于空调风扇电机的电源是单相电源，且空调器多为薄壁结构，电机的切向振动极易引起薄壁结构激振，所以空调风扇产生的噪音是复杂的，需整体配合才能使噪音降低，下面分析电机产生噪音的主要原因：序号噪音类别原因分析要点处理方法及预防措施1轴承噪音轴承品质差，装配不当，轴承室，轴颈、游隙等公差配合或加工不当选用品质好的轴承设计时合理选取公差配合，加强机加检验，严格按工艺要求装配2刮边等机械噪音装配时零部件清理不干净，在转定子气隙中存在杂物。机加零件形状及位置尺寸超差，如偏心，跳动大等在装配前按要求清理干净零部件，加强机加零部件精度控制3电磁噪音磁路不平衡定子结构刚度不够，盖端，定、转子、轴等零部件形状及位置尺寸超差，使定转子间气隙不均匀，转子铸铝有空槽、断条、气孔、偏心等根据负载的工作点，合理设计参数，使磁路平衡，加强零部件的质量控制，使其达到图纸设计要求谢谢！