第2章

電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

宋文超

楊波主編目錄CATALOGUE01單相異步電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用02直流電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用03三相異步電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編01單相異步電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編單相異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子包含硅鋼片疊壓成的鐵心及主副繞組，而轉(zhuǎn)子則根據(jù)具體結(jié)構(gòu)類型（內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子或凸極式罩極）有所不同。基本結(jié)構(gòu)當(dāng)單相交流電通過(guò)主副繞組時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)交互作用使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并運(yùn)行。通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度和相位，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及調(diào)速功能。工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理單相罩極異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用罩極結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變極面形狀和磁路結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生均勻的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和運(yùn)行，適用于低轉(zhuǎn)速或恒速運(yùn)行場(chǎng)合。電阻分相啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)通過(guò)電阻分相啟動(dòng)，利用電阻的阻尼作用產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，適用于輕載或空載啟動(dòng)的場(chǎng)合。電容分相啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用電容分相啟動(dòng)，利用電容的容性電流與主繞組感性電流的相位差產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和運(yùn)行。單相異步電動(dòng)機(jī)的種類串聯(lián)PTC調(diào)速通過(guò)在電路中串聯(lián)PTC元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻），利用其阻值隨溫度變化的特性，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速。溫度升高時(shí)，PTC元件阻值增大，電流減小，轉(zhuǎn)速降低。晶閘管調(diào)速利用晶閘管的開(kāi)關(guān)特性，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速方式具有調(diào)速范圍廣、調(diào)節(jié)平滑等特點(diǎn)。串聯(lián)電抗調(diào)速通過(guò)在電路中串聯(lián)電抗器或電感線圈，利用其感抗作用減小電流，從而降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方式適用于需要平滑調(diào)速或降低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。繞組抽頭調(diào)速通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)繞組抽頭的接線方式，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和電壓，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。L型接線適用于低電壓高電流的場(chǎng)合，T型接線適用于高電壓低電流的場(chǎng)合。單相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程關(guān)鍵，需克服靜摩擦與機(jī)械阻力，確保電動(dòng)機(jī)順暢進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。正反轉(zhuǎn)控制方法通過(guò)調(diào)整繞組連接或改變磁場(chǎng)方向，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)控制，滿足不同工作需求。單相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與反轉(zhuǎn)控制故障排查遇到電源電壓正常但電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)的情況，應(yīng)檢查電路、繞組及啟動(dòng)裝置，確保無(wú)故障。故障處理接通電源后熔絲熔斷，應(yīng)立即檢查電路中是否存在短路或過(guò)載情況，及時(shí)排除故障。運(yùn)行監(jiān)控運(yùn)行時(shí)溫度過(guò)高，需檢查通風(fēng)散熱情況，確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中不過(guò)熱，延長(zhǎng)使用壽命。噪聲振動(dòng)原因運(yùn)行時(shí)噪聲大或振動(dòng)過(guò)大，可能是機(jī)械故障或不平衡引起，需檢查并調(diào)整。絕緣性能維護(hù)絕緣性能下降導(dǎo)致外殼帶電，應(yīng)檢查絕緣材料及安裝環(huán)境，避免漏電事故發(fā)生。單相異步電動(dòng)機(jī)典型故障處理0102030405單相異步電動(dòng)機(jī)典型故障處理1.電源電壓正常，但通電后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)；2.接通電源后熔絲熔斷；3.運(yùn)行時(shí)溫度過(guò)高；4.運(yùn)行時(shí)噪聲大或振動(dòng)過(guò)大；5.絕緣性能下降，外殼帶電。單相異步電動(dòng)機(jī)典型故障處理1.電源電壓正常，但通電后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)2.接通電源后熔絲熔斷3.運(yùn)行時(shí)溫度過(guò)高4.運(yùn)行時(shí)噪聲大或振動(dòng)過(guò)大5.絕緣性能下降，外殼帶電02直流電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子包括機(jī)座、電樞、電刷和換向器，而轉(zhuǎn)子則為旋轉(zhuǎn)的電樞。直流電動(dòng)機(jī)出線端標(biāo)記直流電動(dòng)機(jī)出線端的標(biāo)記見(jiàn)表2-5，遵循一定規(guī)則，便于維護(hù)人員快速識(shí)別和維修。直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)直流電機(jī)控制性能佳、速度易調(diào)、技術(shù)成熟且成本低，但速度提升受限、電刷易故障、維修成本高。直流電機(jī)的種類及應(yīng)用直流電機(jī)分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)四種，每種電機(jī)都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景，如他勵(lì)電機(jī)常用于電力機(jī)車。直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及種類01020304啟動(dòng)需高轉(zhuǎn)矩、限流并簡(jiǎn)穩(wěn)裝置，采用全壓、串電阻或降壓?jiǎn)?dòng)方式。直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式多樣，包括機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)（能耗、反接、回饋）。直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電樞串電阻、變電壓或調(diào)主磁通均可調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)速度，滿足不同工況需求。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速010203直流電動(dòng)機(jī)的使用與維護(hù)直流電動(dòng)機(jī)的選用直流電動(dòng)機(jī)的選用需根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景而定，不同類型的直流電動(dòng)機(jī)適用于不同的設(shè)備和工作條件。直流電動(dòng)機(jī)使用前的檢查使用直流電動(dòng)機(jī)前，需檢查電壓、電流、轉(zhuǎn)向及機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況，確保電機(jī)正常運(yùn)行。直流電動(dòng)機(jī)的使用使用直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，需注意電壓電流匹配、啟動(dòng)停止規(guī)范、防潮防塵等，確保電機(jī)安全高效運(yùn)行。直流電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障直流電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障包括不能啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速異常、電刷火花大、過(guò)熱冒煙及機(jī)座帶電等。伺服電動(dòng)機(jī)的分類調(diào)速方式控制方式選用考慮因素電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)定子勵(lì)磁繞組直流勵(lì)磁，而永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)則采用永久磁鐵作為磁極，省去了勵(lì)磁繞組。常用的有：電樞中串入電阻調(diào)速、改變電樞電壓調(diào)速、改變電動(dòng)機(jī)主磁通調(diào)速。電磁式和永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式包括電樞控制和磁場(chǎng)控制，通過(guò)改變電樞電壓或磁通來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)性能的調(diào)節(jié)。在選用直流伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要考慮額定電壓、額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參數(shù)，以確保電動(dòng)機(jī)能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。直流伺服電動(dòng)機(jī)03三相異步電動(dòng)機(jī)及其應(yīng)用《電機(jī)與電氣控制基礎(chǔ)》楊清德

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楊波主編電動(dòng)機(jī)的種類按轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系分：同步、異步；按結(jié)構(gòu)尺寸分：大型、中型、小型；按轉(zhuǎn)速分：恒轉(zhuǎn)速、調(diào)速、變速電動(dòng)機(jī)；三相異步電動(dòng)機(jī)的種類及結(jié)構(gòu)按機(jī)械特性分：普通籠型、深槽籠型、雙籠型、特殊雙籠型、繞線轉(zhuǎn)子型；按安裝結(jié)構(gòu)分：臥式、立式、帶底腳式、帶凸緣式；按工作額度分：斷續(xù)式、連續(xù)式、間歇性；按保護(hù)方法分：開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式；按通風(fēng)降溫分：自扇冷式、自冷式、他扇冷式、管道通風(fēng)式；按絕緣等級(jí)分：E級(jí)、B級(jí)、F級(jí)、H級(jí)。三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子是固定部分，包含電磁鐵心和三相繞組；轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，由鼠籠式導(dǎo)條和鐵心組成。三相異步電動(dòng)機(jī)的種類及結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，通過(guò)三相繞組中的電流相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)及其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度與電源頻率f1和磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)，公式為n1=60f1/p表示磁極轉(zhuǎn)速與電源頻率和磁極對(duì)數(shù)間的關(guān)系。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關(guān)，即電流的相序決定了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向三相異步電機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)差率是描述三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)，它表示轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度之間的差值與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度之間的比值。轉(zhuǎn)差率三相異步電機(jī)具有發(fā)電機(jī)狀態(tài)、電動(dòng)機(jī)狀態(tài)和電磁制動(dòng)狀態(tài)三種運(yùn)行狀態(tài)，可通過(guò)改變輸入電流或電壓來(lái)調(diào)整。三相異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)三相異步電機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)控制通過(guò)調(diào)整電源相序來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，具體操作是交換任意兩根電源線，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)接法三相異步電動(dòng)機(jī)的接法包括星形接法和三角形接法，星形接法是將三相繞組的末端連接在一起，首端分別接入三相電源。三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制啟動(dòng)方式有兩種種。直接啟動(dòng)簡(jiǎn)單可靠，降壓?jiǎn)?dòng)通過(guò)降低定子電壓來(lái)減小啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，適用于大容量電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的控制三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制機(jī)械制動(dòng)通過(guò)制動(dòng)裝置使電動(dòng)機(jī)迅速停止，電力制動(dòng)包括反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)，反接制動(dòng)通過(guò)改變電源相序使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)制動(dòng)。三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速用接觸器控制的雙速電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路簡(jiǎn)單可靠，用時(shí)間繼電器控制的雙速電動(dòng)機(jī)電路可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換速，變頻調(diào)速則通過(guò)改變電源頻率實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。三相異步電動(dòng)機(jī)的控制根據(jù)使用環(huán)境選擇合適的防護(hù)形式，如開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式或防爆式，以確保電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。根據(jù)負(fù)載特性和工作條件，選擇合適的電動(dòng)機(jī)功率，避免過(guò)大或過(guò)小的功率導(dǎo)致運(yùn)行效率低下或損壞電動(dòng)機(jī)。根據(jù)工作需求選擇合適的轉(zhuǎn)速，確保滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)避免因轉(zhuǎn)速不匹配導(dǎo)致的負(fù)載波動(dòng)或機(jī)械應(yīng)力過(guò)大?？紤]電動(dòng)機(jī)的效率、噪音、振動(dòng)等指標(biāo)，選擇性能優(yōu)異的電動(dòng)機(jī)，以提高生產(chǎn)效率和降低運(yùn)維成本。三相異步電動(dòng)機(jī)的選用防護(hù)形式的選用功率的選用轉(zhuǎn)速的選擇其他要求合閘后電動(dòng)機(jī)無(wú)任何動(dòng)靜可能原因是電源未接通或繞組斷路，應(yīng)檢查電源線和繞組連接。合閘后電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，但有嗡嗡聲可能是電源電壓過(guò)低或繞組接地，應(yīng)檢查電源電壓和繞組絕緣。合閘后電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，但熔體立即熔斷可能是電路中存在短路故障，應(yīng)檢查電路和電動(dòng)機(jī)繞組。三相異步電動(dòng)機(jī)典型故障的處理啟動(dòng)困難，啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速嚴(yán)重低于正常值檢查電源電壓、負(fù)載情況及傳動(dòng)裝置，確保正常運(yùn)行。三相空載電流嚴(yán)重不平衡三相空載電流過(guò)大三相異步電動(dòng)機(jī)典型故障的處理檢查繞組連接和絕緣，可能存在斷路或短路故障，需修復(fù)。檢查電源電壓、繞組絕緣及機(jī)械部分，可能因電壓過(guò)高、絕緣損壞或機(jī)械摩擦導(dǎo)致?？赡芤蜉S承損壞、傳動(dòng)部件松動(dòng)或不平衡引起，需檢查并修復(fù)。運(yùn)行中發(fā)生異響運(yùn)行中振動(dòng)劇烈軸承過(guò)熱檢查基礎(chǔ)螺栓、傳動(dòng)部件和平衡狀態(tài)，可能因松動(dòng)