电动机基础知识

电动机基础知识主讲人：黄妙茹目录第一部分电机基础知识一、电机及电机学概念二、电动机分类第二部分三相异步电动机一、三相异步电动机简介二、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的分类四、三相异步电动机的结构五、三相异步电动机铭牌六、三相异步电动机的检修第一部分电机基础知识一、电机及电机学概念1、电机定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电机一般包括三类：1）电动机：也称电机（俗称马达），在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用着。随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来。2）发电机：在电路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，如我厂的9000KW发电机和25000KW发电机。随着风力发电技术的日趋成熟，风电也慢慢走进我们的生活。3）变压器：在有的书上称之为静止的电机。二、电动机的分类1、按工作电源分类：2.按结构及工作原理分类：二、电动机的分类3、按起动与运行方式分类：4、按用途分类：二、电动机的分类5、按转子的结构分类：6、按运转速度分类：第二部分三相异步电动机一.三相异步电动机简介异步电动机是交流电动机中最常用的一种，它的作用是将交流电能转换成机械能。三相异步电动机应用最为广泛，因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高等特点，通常被用在金属切削机床、起重运输机械、中小型鼓风机和水泵等生产机械设备中；单相异步电动机则在实验室和家用电器产品中应用较多。但异步电动机也有一些缺点，最主要的是不能经济地实现范围较广的平滑调速：必须从电网吸取滞后的励磁电流，使电网功率因数降低。但是一般的生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采取其他办法来进行补偿。特别是由于现代电子技术迅猛发展，采用由晶闸管组成的变频电源装置，使异步电动机应用更加广泛。据统计，全国电动机用量中90％左右是异步电动机，而在电网负载中，异步电动机的用量也占有60％以上。二、三相异步电动机的工作原理•电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。当在电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度）中通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。1、按三相异步电动机转子结构形式可分为鼠笼式电动机和绕线式电动机。2、按三相异步电动机的防护型式,可分为:开启式（IP11）三相异步电动机、防护式三相异步电动机（IP22及IP23）、封闭式三相异步电动机（IP44）、防爆式三相异步电动机。开启式（IP11）：价格便宜，散热条件最好，由于转子和绕组暴露在空气中，只能用于干燥、灰尘很少又无腐蚀性和爆炸性气体的环境。防护式（IP22及IP23）：通风散热条件也较好，可防止水滴、铁屑等外界杂物落入电动机内部，只适用于较干燥且灰尘不多又无腐蚀性和爆炸性气体的环境。封闭式（IP44）：适用于潮湿、多尘、易受风雨侵蚀，有腐蚀性气体等较恶劣的工作环境，应用最普遍。3、按三相异步电动机的通风冷却方式,可分为:自冷式三相异步电动机、自扇冷式三相异步电动机、他扇冷式三相异步电动机、管道通风式三相异步电动机。4、按三相异步电动机的安装结构形式,可分为：卧式三相异步电动机、立式三相异步电动机、带底脚三相异步电动机、带凸缘三相异步电动机。5、按三相异步电动机的绝缘等级,可分为E级、B级、F级、H级三相异步电动机。6、按工作定额,可分为：连续三相异步电动机、断续三相异步电动机、间歇三相异步电动机。三、三相异步电动机的分类三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如下图示：四、三相异步电动机的结构封闭式三相笼型异步电动机结构图1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇1.定子部分•定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。（1）外壳•三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。•机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。•端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。•轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。•接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。•吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。四、三相异步电动机的结构（2）定子铁心•异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。（a）定子铁心（b）定子冲片定子铁心及冲片示意图四、三相异步电动机的结构四、三相异步电动机的结构（3）定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。这六个出线端在接线盒里的排列如下图所示，可以接成星形或三角形。（a）星形连接（b）三角形连接定子绕组的连接2．转子部分（1）转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。（2）转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。①绕线形绕组与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见图四、三相异步电动机的结构•②笼形绕组•在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图（a）所示。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。（a）铜排转子（b）铸铝转子笼形转子绕组四、三相异步电动机的结构•3.其他部分其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。•4.三相异步电动机的外部构造四、三相异步电动机的结构在三相电动机的外壳上，钉有一块牌子，叫铭牌。铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕组）三相电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下：五、三相异步电动机铭牌•1.型号（Y-112M-4）Y为电动机的系列代号，112为基座至输出转轴的中心高度（mm），M为机座类别（L为长机座，M为中机座，S为短机座），4为磁极数。旧的型号如J02-52-4：J为异步电动机，0为封闭式，2为设计序号，5为机座号，2为铁心长度序号，4为磁极数。•2.额定功率（4.0KW）额定功率是指在满载运行时三相电动机轴上所输出的额定机械功率，用PN表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为单位。•3.额定电压（380V）额定电压是指接到电动机绕组上的线电压，用UN表示。三相电动机要求所接的电源电压值的变动一般不应超过额定电压的±5%。电压过高，电动机容易烧毁；电压过低，电动机难以启动，即使启动后电动机也可能带不动负载，容易烧坏。•4.额定电流（8.8A）•额定电流是指三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流，用IN表示，以安（A）为单位。若超过额定电流过载运行，三相电动机就会过热乃至烧毁。三相异步电动机的额定功率与其他额定数据之间有如下关系式•式中——额定功率因数•——额定效率五、三相异步电动机铭牌NNNNNIUPcos3NcosN•5.额定频率(50Hz)额定频率是指电动机所接的交流电源每秒钟内周期变化的次数，用fN表示。我国规定标准电源频率为50Hz。•6.额定转速（1440r/min）额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，用nN表示，一般是略小于对应的同步转速n1。如n1=1500r/min，则nN=1440r/min。•7.绝缘等级绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。它与电动机绝缘材料所能承受的温度有关。A级绝缘为105℃，E级绝缘为120℃，B级绝缘为130℃，F级绝缘为155℃，H级绝缘为180℃。•8.接法三相电动机定子绕组的连接方法有星形（Y）和三角形（△）两种。定子绕组的连接只能按规定方法连接，不能任意改变接法，否则会损坏三相电动机。五、三相异步电动机铭牌•9.防护等级（IP44）防护等级表示三相电动机外壳的防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面的两位数字分别表示电机防固体和防水能力。数字越大，防护能力越强，如IP44中第一位数字“4”表示电机能防止直径或厚度大于1毫米的固体进入电机内壳。第二位数字“4”表示能承受任何方向的溅水。•10.定额定额是指三相电动机的运转状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短时、周期断续三种。（1）连续连续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很长，电动机的温升可以达到稳态温升的工作方式。（2）短时短时工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停机时间很长，使电动机的温升可以降到零的工作方式。（3）周期断续周期断续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停止时间也很短，使电动机的温升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。五、三相异步电动机铭牌电动机的检修项目及内容1.小修项目及内容1.1清扫电机外表、风扇罩，对粉尘场所下的电机尚需清除外风扇积尘。1.2检查电机接线盒内所有电机引线、电缆、连接线是否有发热、腐蚀、接触不紧密或飞弧情况，按要求采取补救措施。1.3检查电机定、转子的绝缘，电缆绝缘符合要求。1.4检修处理电机外壳及接地线牢固可靠，紧固各部位螺栓和底脚，定位螺栓。1.5如果是绕线式转子，检查集电环、整流子、电刷的磨损及在刷握中自由活动的情况。如果需要，则进行处理或更换碳刷。1.6当具有过滤器装置时，则应更换或清理过滤器。1.7在油润滑的轴承中，检查轴承密封是否漏油。如果已