交流串激电机基本知识(new)123

单相交流串激电机基本知识培训刘明刚培训目录•一.单相交流串激电机的特点•二.转子的生产工艺流程及每个工序注意要点•三.定子的生产工艺流程及每个工序注意要点•四.单相交流串激电机主要零部件材料简介•五.单相交流串激电机火花产生的原因•六.单相交流串激电机绕组温升的计算方法及控制绕组温升的措施七.单相串激电机火花等级的划分八.单相串激电机能量损耗及效率低的原因九.单相串激电机转子最大残余不平衡量的计算方法及解决振动的措施十.单相串激电机噪音的计算方法及解决噪声措施十一.单相串激电机转速调整的方法十二.改善电机换向和EMC的措施十三.现有铁芯与交流产品规格对照表十四.电机改变电压后的参数计算方法十五.电机电磁负荷的选择及电机参数的简单计算方法十六.电机参数的详细计算方法(仅供参考）十七.无刷电机的特点及工作原理（仅供参考）十八.单相异步电机的特点及工作原理（仅供参考）一.单相串激电机的特点1.串激电机转速范围广,转速与频率无关,转速公式:n=(Ucos￠－IR－△U)/Ke×Ø(rpm)或者=60√2×E×10/N×Ø,根据不同产品要求，转速可以从4000rpm至35000rpm以上,运用范围广,电动工具用的电机转速达（10000～38000）rpm以上；如电磨头电机的转速已经超过了38000rpm,高速角磨的电机转速也达35000rpm以上。而其他交流电机的转速都与电源频率有关,当电源频率为50Hz时,其转速不会超过3000RPM(n=60f/p,p=1,f=50Hz),因而其使用范围受到一定的限制.转速公式中各字母的意义在后面的电机计算公式中会介绍.2.与其他交流电机相比,在同样功率下，产品体积缩小许多，材料节省，重量轻，适合大批量生产,制造成本低。3.起动转矩大,过载能力强。起动转矩高达额定转矩的4-6倍,起动瞬间因转子机械惯性大，n=0,感应电势E=0,由电压平衡式可知U=E+IaR,Ia=U-E/R=U/R,起动电流很大，因Ia(电枢电流）=If（激磁电流），If产生磁通φ也很大，因此起动转矩T=Ct×Ia×φ也很大,不易被卡住,适合于使用在启动比较困难的地方.8一.单相串激电机的特点4.功率因数cos￠高。串激电机额定转速比较高，定、转子匝数相对比较少，(定转子安匝比:8W1/N=0.85-1.5之间(常用1.05—1.3之间),W1为定子单个线圈的导体数,N为转子的所有导体数,N=转子铁芯槽数×4×线圈匝数,如定子单个线圈的匝数为260匝,转子匝数为38匝,则该电机的定转子匝数比为8×260/12×4×38=1.14.此比值不能太大,太大了说明定子匝数过多,将造成定子铜耗的增加,造成激磁磁场过于饱和,铁耗增加,温升升高,效率下降,材料的利用率降低,还造成定子的电抗增加,使功率因数cos￠降低,使电机的特性变硬,需要对定转子参数进行配合调整,一般情况,输出功率大于400W定转子安匝比取比值较小,输出功率小于400W定转子安匝比取比值较大),因此绕组电感也较少，电流和电压的相位差夹角较小,所以功率因数cos￠比较高，一般来说,电机空载转速在10000-15000之间,cos￠=0.88-0.95,空载转速在15000-20000之间,cos￠=0.95-0.97,空载转速在20000—30000以上,cos￠=0.97-0.99I:电流相量;U:电压相量;E:反电势相量;IR:电阻压降相量;JIX:电抗压降相量.功率因数相量图一.单相串激电机的特点•5.采用双重绝缘结构1234123451.漆包线(导体);2.基本绝缘;3.转子轴;4.附加绝缘(转子轴绝缘)1.转子轴绝缘(附加绝缘);2.工作绝缘(基本绝缘);3.转子铁芯;4.导电体(漆包线.换向器)5.加强绝缘(由轴绝缘和换向器的绝缘部分构成)6.转子轴6顺便介绍一下定子的绝缘结构:1.基本绝缘:DMD或青壳纸2.附加绝缘:塑料机壳•简单介绍一下爬电距离、电气间隙和绝缘穿通距离的概念：•1.爬电距离：在两个导电零件之间或导电零件与电器、工具界面（即外壳表面）之间沿绝缘材料表面的最短距离。如在加强绝缘上的带电零件(换向器的铜排端面）与其他金属零件之间（转子轴）的距离不能小于8mm；由基本绝缘（槽绝缘）将带电的漆包线与转子铁芯隔开的沿绝缘材料表面的最短距离不能小于2mm；•2.电气间隙：在两个导电零件之间或导电零件与电器、工具界面（即外壳表面）之间通过空气量得的最短距离。如机壳表面与铁芯表面的电气间隙的最短距离不能小于4mm;•3.绝缘穿通距离：在附加绝缘或加强绝缘隔开的金属零件之间，穿过绝缘量得的最短距离。如将电机轴与铁芯隔开的轴绝缘的最短距离不能小于1mm,一般取为1.25mm.6.定子采用深槽结构深槽定子是随着定子自动绕线机的采用而发展起来的，由于定子极身磁密较低，因此可将定子槽向定子极身中心靠近，不会增加过多的激磁安匝，采用深槽定子，不仅仅是为了增加放定子线圈的窗口面积，以便放更多定子线圈，主要是为了增大转子直径而不致过多的减少放定子线圈的窗口面积。采用深槽定子，由于增大了转子的直径，并又缩短了定子线圈的跨距匝长，既可减少漆包线的成本，又可以提高电机的功率10—20%。深槽定子极身一.单相串激电机的特点7.简单介绍一下不同转子芯片槽数安匝比的计算公式:A.8槽转子安匝比=8W1/N=8W1/8×4W2=W1/4W2(电磨头产品)B.12槽转子安匝比=8W1/N=8W1/12×4W2=W1/6W2(大多数产品采用12槽铁芯)C.14槽转子安匝比=8W1/N=8W1/14×4W2=W1/7W2(目前还未使用)D.16槽转子安匝比=8W1/N=8W1/16×4W2=W1/8W2(切割机、斜断锯、台锯、230角磨等大功率产品)E.马蹄形定子（C形定子）安匝比=8W1/12×8W2=W1/12W2(部分平板砂等小功率产品）其中W1为定子单个线圈的匝数,W2为转子单个线圈的匝数8.串激电机的定子绕组与电枢绕组是串联的，见图1（单相串激电机原理图），定子电流就是电枢电流，定子产生磁通φ与电枢电流几乎同相位。若电机在运行过程中负载增大时，电流和磁通也增加，但转速下降，维持输出功率不变。P2=M×n/9.55(W),其中M为转矩(N.m),n为转速(rpm).一.单相串激电机的特点图1.单相串激电机原理图一.单相串激电机的特点•9.单相串激电机工作原理图一.单相串激电机的特点10.单相串激电机的特性曲线电机转速随着负载的增加而降低的特性称为串激电机的软特性一.单相串激电机的特点11.单相串激电机的一些常用公式:1.输入功率P1=U×I×cos￠N×ηN(W)2.输出功率P2=M×n/9.55(W)3.效率ŋ=P2/P1×100%4.转速n=(Ucos￠－IR－△U)/Ke×Ø(rpm)=60√2×E×10/N×Ø5.转矩T=Ct×Ø×I(N.m)6.温升△T=(R2-R1)/R1×(234.5+T1)－(T2－T1)(K)7.噪声:声压级Lp=20㏒P/P。(dB)8.噪声:声功率级Lw=Lp+11dB(dB)(A)9.转子的最大残余重心偏移距离e=9550×G/n(µm)10.转子的最大残余不平衡量m=M×e/r(g)811.定转子之间的单边气隙δ=转子直径D2的1/100mm或者δ=(0.3τA/B)×10(mm)(极距τ=3.14D2/2,线负荷A=100-145A/cm,气隙磁密B=0.35-0.55T)(单边气隙长度一般在0.3-0.8mm之间,大功率,高转速电机取气隙较大值,小功率,低转速电机取气隙较小值)12.转子铁芯长度与转子外径之比L/D2=0.5-1.713.D2L=Pi×6×√2×10/α*B*A*n(cm)14.极弧系数α=θ/π=0.667-0.7(θ为定子极弧对应角度，一般为120度）15.换向器外径与转子铁芯外径之比一般在0.6-0.72之间16.转子外径与定子外径之比D2/D1=0.54-0.62(如54片:31/54=0.574,如58.5片:35/58.5=0.598,如65片:39.5/65=0.61,如72片:41.5/72=0.576,如90片:54/90=0.60,如98片57/98=0.584243一.单相串激电机的特点•电机定转子冲片各部分名称简介tb0h1b1D2h0h2=h0+h1+RD22R一.单相串激电机的特点bphpD1D12H'hc1定子极靴定子极身一.单相串激电机转子绕组特点最常用的转子绕线简图,Z=12槽,K=24片,槽对钩绕组形式:单迭短距绕组.特点:易于绕制,改善换向,可减小火花.几何中心线几何中心线几何中心线槽中心线槽中心线左右一.单相串激电机转子绕组线路简图•转子绕组线路简图及电流分布1+2243234225216207198189101117161513-1214碳刷位置碳刷位置III/2I/2•单相串激电机在设计上的发展趋势1.提高电机转速。由于双飞叉自动绕线机和全自动平衡机的使用，对转子的动平衡精度有了可靠的保证，因而普遍采用提高电机转速来缩小电机的体积，提高电机功率，降低电机成本；2.增大转子直径。使转子线圈的作用半径增大，因而转矩增大，直接提高电机的输出功率，目前，转子外径与定子外径之比已经由原来的0.52—0.56提高到0.54—0.62，增大转子外径，也使电机定转子绕组的温升趋于接近，以改善转子温升偏高而定子温升偏低的情况；3.定子采用深槽结构，前面已讲；4.提高磁通密度，增加激磁安匝。适当提高磁通密度，增加激磁安匝，不但可以缩小磁路系统的结构尺寸，而且有利于换向，并使机械特性趋硬，提高空载转速；5.减少电机冲片规格，提高零部件的通用性。单相串激电机主要用于电动工具和家用电器，生产批量很大，为了适应全自动大批量生产，降低制造成本，必须减少电机冲片的规格，提高通用性。否则，高速冲模具的投入将会增加较大的制造成本。6.在电磁计算上已经全部采用计算机程序软件计算，不仅计算速度快，而且计算的效率和准确性得到极大的提高；二.单相串激电机转子生产工艺流程•1.压铁芯注意要点:1.压装尺寸;2.铁芯跳动≤0.08MM;3.压装后转子的扭力检查,产品不同,扭力不同.(注:轴包塑材料为:BMC热固性塑料或WH-501或PBT)4.目前北辰采用的是一次成型，以前的成型材料为热缩性材料PPS,现在正逐步改为热固性材料BMC,一次成型都会造成转子铁芯跳动大。二.单相串激电机转子生产工艺流程•2.装绝缘端板注意要点:a.端板有颜色和长短的区分;b.端板不能有开裂或缺料变形;c.端板齿必须与转子齿对齐,不能错位.d.端板的厚度≥2.2-2.5MM;e.120V产品需用棕色阻燃端板.绝缘端板二.单相串激电机转子生产工艺流程3.测转子铁芯径向跳动注意要点:1.测试前校正百分表;2.转动转子一周,读取最大值和最小值,两个数值之差即为转子铁芯的跳动值,此值≤0.08MM;3.跳动值大于0.08MM的转子挑出车削铁芯外圆后再测试;二.单相串激电机转子生产工艺流程•4.装羊毛毡压换向器注意要点:1.羊毛毡须平整紧贴于换向器的底部;2.换向器压装尺寸和换向器扭力要求;(压装尺寸和扭力要求因产品而定)3.注意换向器钩或槽与铁芯槽的对应关系(槽对槽或槽对钩)(槽对槽:偏半片7.5°,槽对钩:不借偏，适用于正反转的电机)二.单相串激电机转子生产工艺流程•5.插槽绝缘纸注意要点:1.插纸前检查端板是否歪斜;2.槽绝缘纸应伸出铁芯两端长度≥2.2-2.5MM,并保持与端板平齐;3.槽绝缘纸应紧贴铁芯内壁.4.目前公司使用的绝缘纸为:230V产品0.25MM厚的DMD(聚酯复合薄膜)120V产品0.25MM厚的青壳纸二.单相串激电机转子生产工艺流程•6.绕线注意要点:1.线径正确、匝数正确、绕法正确;2.张力器调整到适当位置,保证两边线包高度的均匀性;(线径不同,张力不同)，两边线包高度不一致将影响后面的动平衡工序；3.钩线方式及挂钩正确;4.不能有脱钩、断线、压纸的现象.5.转子绕线后的槽满率≤65%(在设计时需考虑)二.单相串激电