电机的常识.docx
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电机的常识
1，马达的名词解释：
马达又叫电机（中国大陆叫电机或电动机）在西方的国家都叫马达，是由美国的一为铁匠发明，雨田电机前期主要是经营进口马达为主所以在工作中习惯叫马达，（以下的培训课程全部用马达）；马达是一种把电能转变为机械能的机器；如果这种电能是交流电，则马达为交流马达，如果电能是直流电，则为直流马达。
绝大部分情况下，是先有交流电源，再通过整流设备，把交流电转化成为直流电。
比如，我们经常看到的水力发电，风力发电，核能发电，热电厂，等等，他们生产的电能均为交流电源。
马达的使用范围非常广。
而且，随着生活水平的提高，自动化程度的提高，人类变得越来越“懒”时，这种趋势更加明显。
没有特殊指出，本文所指的马达，是指没有减速器的单一马达。
2，马达的基本参数：
要了解一个电机，首先要知道马达的铭牌数据，马达的铭牌相当于一个人的身份证，从这些铭牌数据，我们可以基本了解这个马达。
马达的铭牌数据大致如下：
2.1型号（TYPE）：
这是马达最基础的特征
我们现在的马达大致可以分下面几种：
单相交流马达、三相交流马达、直流马达、等等，具体的型号命名方法见雨田电机资料和到雨田马达网查阅。
2.2电压（VOLTAGE）：
国际单位是伏特，V
这个电压可以是交流（AC），也可以是直流（DC），并分别对应交流马达和直流马达。
发电机的最高电压可以达到10万伏以上，这个高电压便于电力的传输，减少电力传输过程中损耗，它的缺点是有很大的危险。
较低的电压，如我们经常使用的由小干电池提供的直流电压，用于驱动小功率的直流马达。
我们现在的电机中，交流电机的电压有：
24V，100V，110V，115V，120V，200V，220V，230V，240V，380V，400V，415V，440V等等。
我们的马达的电压主要单相马达110V和220V，三相马达220V，380V，440
直流马达的电压有：
1.5V，3V，6V，9V，12V，24V，36V，48V，90V，110V，220V。
我们的直流马达电压主要有：
12V，24V，36V，48V，90V，110V，180V，220V等
在理论上，不同于上述电压的电机均可以设计和生产。
2.3功率（POWER）：
国际单位是瓦特，W（瓦），KW（千瓦）
没有特别说明的情况下，铭牌上所说的功率均是指马达在额定电压、额定转速下的额定输出功率，也称为马达的轴功率。
马达的输出功率、转速、输出转矩之间有下列关系：
（功率的单位除了瓦特外好叫马力，马力的单位为匹HP读“匹”，马力和瓦特之间的单位换算；1马力=1HP（1匹）=735W=0.735KW）
T=9.55*P2/N
其中：
T——马达的转矩，N.M（牛.米）
P2——马达的输出功率，W
N——马达的转速，RPM（每分种多少转）
马达还有另外的几种功率的定义，如输入功率，它反应的是马达所消耗的电能，输入功率乘以马达的效率后，就是马达的输出功率。
马达的最大输出功率反应了马达的过载能力，就是说，马达能短时间承受超过额定的负载。
比如我们的80-25W马达，额定功率是25W，实际上它的最大输出功率有35W左右。
2.4电流（CURRENT）：
国际单位是安培，A
当马达的功率、电压确定后，马达的电流也基本确定。
铭牌上提供电流的主要目的，是给用户配置马达引出线的线规时提供依据。
在马达设计时，马达的大小决定了漆包线直径的大小。
电流越大，线规越大。
马达的电流、电压、功率等等有下面的相互关系：
单相马达：
P2=P1xη=UxIxCOSΦxη
三相马达：
P2=P1xη=1.732*UxIxCOSΦxη（1.732=根号3）
直流马达：
P2=P1xη=UxIxη
其中：
P1——马达的输入功率，W，可以在交流电参数表中显示
P2——马达的输出功率，W，可以在测功机的配套仪表中显示
η——马达的效率，%，一般情况下，功率越大，效率越高
U——马达的工作电压，V，可以在交流电参数表中显示
I——马达的工作电流，A，可以在交流电参数表中显示
COSΦ——功率因数，单相马达一般在0.9以上，三相马达在0.7以上，直流马达为1。
2.5频率（FREQUENCY）：
国际单位是赫兹，Hz
交流马达的铭牌有时候要表明电源的频率；直流马达的频率为0，一般知道直流就可以不用再次说明。
马达的频率一般由发电厂确定，现在通用的频率由两种，50Hz和60Hz。
交流马达的电压和频率要配套说明，不同国家有不同的电压和频率，如国内有220V/50Hz，美国有115V/60Hz，欧洲有230V/50Hz，日本有100V/50Hz/60Hz，韩国有220V/60Hz，澳洲有240V/50Hz，等等。
2.6相数（PHASE）：
一般情况下，交流马达有单相和三相之分。
对于我们工厂的马达，他们最大的区别就是单相马达有电容，三相马达没有电容。
同样输出功率下，单相马达的缺点是成本要比三相的高，马达的性能要相对要差，但是，它的优点是单相电源的获得比较方便，一般的家庭或者办公场地均有。
直流马达没有相数的区别。
2.7转速（SPEED）：
一般的单位是每分钟多少转，RPM（RATATIONSPERMINUTE）
马达的转数用极数来定，用字母P表示读“极”。
一般分为2P（2极）2800转/分，4P（4极）1400/分，6P（6极）960转/分，8P（8极）600/分，还有12P（12极）等，我们现在的交流减速马达均为4极，在50Hz和60Hz的情况下，马达的同步转速分别为1500RPM和1800RPM（RPM，也可以表达为r/min，指电机每分钟多少转）。
由于我们的马达是异步电机，马达的实际转速肯定要比上面的同步转速低，并且，负载越大转速越低。
一般情况下，马达在额定功率时的转速为1300RPM（50Hz）和1550RPM（60Hz）。
我们现在的有些光马达，马达的极数为2P，转速比较高，马达的额定转速可以达到2800RPM（50Hz）和3300RPM（60Hz）左右。
直流马达的转速范围很广，小功率的直流马达最高的转速有20000转/分以上。
我们现在的直流马达中，转速范围大致在3300RPM到800RPM。
（直流马达不讲极数）。
2.8极数：
2.9转向（DIRECTION）：
顺时针或者逆时针，CW或者CCW（COUNTERCLOCKWISE）
马达的转向有时候对用户非常重要，如水泵马达和风扇马达，由于叶轮有方向性，马达的转向一定要惟一确定。
我们现在的单相交流减速马达，由于绝大部分均采用了定子主付绕组的对称设计，马达正反转的性能一样，同时，外部接线很方便，只要把电容同主付绕组的接头对调就可以。
但是，当用户对马达的转向有非常明确的要求时，一定要表明不同颜色接线时的马达转向。
三相马达的转向调换很方便，只要对调任意两根引线的位置就可以，马达的性能也一样。
按照标准，三相马达的三根引出线颜色应该区别，同时表明特定相序时的马达转向。
我们现在的大部分马达均没有做到这点。
单马达的转向同齿轮减速马达的转向又是两回事情，而且非常容易搞错。
在我们最新样本上的接线图中，表明了不同接线颜色时，马达的旋转方向——这个旋转方向实际上指的是单马达的旋转方向，而不一定是减速马达整机的转向，整机的转向同减速的级数有关系。
当齿轮箱为2、4级偶数级减速时，减速马达整机的转向同单马达的转向一样；当齿轮箱为3、5级奇数级减速时，减速马达整机的转向同单马达的转向相反。
2.9绝缘等级（INSULATIONCLASS）：
它反应了马达耐高温的能力。
我们现在大部分马达的绝缘等级为B级，也就是说，马达可以长时间承受130℃的高温，我们可以这样理解，马达最容易烧毁的部件是定子，而定子在浸漆过程中，就已经经过了4个小时的130℃高温固化。
在我们的产品使用说明中，一般规定马达使用环境的最高温度不超过40℃，所以，我们经常说，马达的温升不要超过80℃，是来自下面的温度计算公式：
130℃-40℃-10℃=80℃。
其中的10℃是考虑到电压波动、负载波动等影响
马达内部要体现绝缘等级的主要另部件有：
漆包线、槽绝缘纸、槽楔、绑扎线、绝缘漆、套管、引出线等，均为定子的零件。
这里说的长时间，一般是指马达在正常条件下，可以一天24小时的连续工作2年以上（轴承内部的油脂更换除外）。
如果马达的温度比130℃低，则可以工作更长的时间。
如果温度超过了130℃，则马达的寿命减短，并且有下面的参考寿命计算方法：
每超过上述温度限值8℃，马达的寿命减短一半。
如马达工作时由于马达发热或者环境温度比较高，而使马达内部的温度达到了138℃，则马达的使用寿命只能保证1年。
实际上，我们现在的马达温升均很低，一般不超过60℃，所以正常情况下可以使用5年以上。
在我们的返修马达中，几乎没有因为马达发热而烧毁的，如果有，也是另外原因造成的，如引出线连接不良，如定子和转子相檫，如电容毁坏，如电源错误。
等等。
用户在使用过程中经常抱怨说，马达表面用手摸上去太热，担心马达烧毁。
其实，这些担心完全是多余的，想想我们的定子在130℃的烘箱内承受的高温就可以了。
当然，用户提出的要求我们应该理解，如果用户一定要坚持低温，只有两个办法：
降低其他性能要求，或者增加成本。
我们已经开发了一种高温马达，其绝缘等级为F级，也就是说马达能长时间承受155℃的温度，在生产过程中，除了前面说到的定子的零件要达到F级，马达的轴承也要能承受高温。
我们的部分马达已经通过UL认证。
由于美国UL公司对马达的绝缘等级审核要求非常严格，虽然我们现在使用的材料均达到B级的要求，但是要得到他们的承认，需要花费很多时间和费用。
所以，现在我们的UL马达的绝缘等级为A级，这是最低的绝缘等级，UL公司自动认可，相当于我们降低了自己的要求，A级绝缘的最高允许温度为95℃，而不是我们实际可以承受的130℃。
2.10工作制（DUTY）：
马达的工作制大致分为连续工作S1、短时工作S2、短时周期工作S3等，相当于我们样本上的“额定时间”。
我们现在的马达大部分是适合连续工作的。
短时工作制S2要说明工作的时间，如同样本上所表明的“30min”。
如果短时工作后马达又要工作，按照标准规定，再次工作时，马达内部的温度不能超过环境温度2℃。
短时周期工作制S3要说明工作周期的时间，其中多少时间停机多少时间工作。
比如，正在开发的杭州速普的90-120W刹车马达，它的工作制为S3-50%-6S，就是3秒工作3秒停机。
马达在实际使用时，有时很难确定短时工作的时间和再次工作的时间，就把S3改为S2，并根据情况适当加长工作时间。
了解了马达的工作制，我们在设计马达时就可以有针对性。
比如，同样的90-90W马达，按连续工作设计，温升为60℃时，马达的最大功率大致在110W；同样的电机成本，如果是30min的短时工作，马达的温升也是60℃，马达的最大功率可以达到150W以上；反之，如果这个短时间工作的马达只要110W的最大功率，那么，马达的成本就可以下降。
2.11防护等级（PROTECTIONCLASS）：
用IPxx表示
防护等级有2位数字表示：
前面1位数字表示马达外壳对人和马达内部的防护等级，有6个数字，具体如下：
0：
无防护等级——无专门防护
1：
防护大于50mm的固体——防止人的手进入马达内部
2：
防护大于12mm的固体——防止人的手指进入马达内部
3：
防护大于2.5mm的固体——防止小的工具进入马达内部
4：
防护大于1.0mm的固体——防止小的导线进入马达内部
5：
防尘——允许有少量灰尘进入马达内部，但对马达使用没有影响。
后面1位数字表示马达防止外壳进水的能力，有9个数字，具体如下：
0：
无防护等级——无专门防护
1：
防滴水——垂直滴水对马达没有影响
2：
防15°滴水——滴水同垂直线夹角为15°，对马达没有影响
3：
防淋水——滴水同垂直线夹角为60°，对马达没有影响
4：
防溅水——能承受任何方向的溅水
5：
防喷水——能承受任何方向的喷水
6：
防海浪——能承受猛烈的海水冲击或强烈喷水，马达内部允许有进水量，但对使用没有影响
7：
防浸水——在规定压力水中浸规定时间后，内部进水量对马达的使用没有影响
8：
防潜水——在规定的条件下长期潜水。
从上面的介绍可以看到，象我们这样的减速马达，马达的出线孔对防护等级影响最大，其次是马达的转轴上的风叶端（如果有的话），最后是齿轮箱的输出轴端。
对于三相90-90W普通减速马达，如果马达带接线盒，并在接线后盒内罐满还氧胶，再在马达转轴的风叶端加上O形圈，马达的防护等级可以达到IP55以上。
防护等级越高，马达的成本越高。
对于有些使用环境比较好的马达，可以减低马达的防护等级，就会减低马达的成本，比如，DSB的120W马达，在办公室内使用，所以马达的铁心可以外露，马达的散热条件好，成本就相对比较低。
2.12噪声（NOISE）：
用A计权声功率级别表达，dB（A）。
马达的噪声是马达一个非常重要的指标。
一般在空载时测试。
对于减速马达，它要分齿轮箱的噪声和光的马达的噪声。
引起齿轮箱噪声的原因主要有：
齿轮上的毛刺、齿轮之间的间隙、齿形和齿相、齿轮轴向间隙、油脂质量、轴承同轴的配合、轴承质量、装配质量等等。
光马达噪声分机械噪声和电磁造成，一个很简单的办法可以把它们两者区分：
把马达的电压适当降低，如果噪声明显下降，则，噪声为电磁声，反之，是机械声。
这是因为马达的电压稍微减低后，马达内部的磁通密度很快下降，对减低电磁声非常有效，而马达的空载速度下降很少，由于转子转动而造成的机械声应该变化很少。
产生光马达噪声的主要原因是：
为了用较少的材料做出较大的功率，或者电容匹配太大，等等原因，导致马达的磁密较高；气隙不均匀；轴向间隙不合理；轴承质量问题；装配质量问题。
2.13马达的接线（WIRECONNECTION）
马达的接线包括定子内部接线和用户外部接线，包括单相、三相、直流。
单相马达的接线：
我们现在的绝大部分单相马达的主付绕组对称，也就是说，主相和付相绕组的线规和圈数完全一样。
样本上标明的颜色规格如下：
公共线——红色、主线——白色，蓝线——付线，此时，从马达的出轴端看，转向为顺时针。
如果在定子内部接线时把蓝线和白线位置对换，再按照样本上接线时，马达的转向就会相反。
这是在马达内部通过改变马达的转向。
在马达的外部改变转向如样本所示，这里有一个先决条件：
主付绕组对称！
如果不对称的话，用这个方法改变转向后，马达的出力会下降很多。
而用前面的通过定子内部改变转向的方法，在绕组不对称时也可以做到马达的出力不变。
绕组不对称的单相马达要做到在外部通过改变接线而改变转向，同时又要保证马达的出力不变，只有用4根引出线，就是马达的主绕组和付绕组分别引出。
我们最早的马达就是这样的。
三相马达的接线：
大部分人都知道，三相马达的换向很方便，只要对换三根引线中的任意2根就可以。
但是，很少有人知道：
如果马达的三根引出线颜色规定好，每根引出线的相序规定好，马达的转向又有要求，如何在定子内部接线时，确保符合上述要求！
上海三拓公司的高温马达就要求我们这样做。
三相马达还有一个电压互换特点，也就是我们平常说的Δ和Y接法。
理论上，任何一台6根出线的三相马达通过马达外部接线的改变，也就是Δ和Y接法的改变，可以适用两种不同的电压而其性能完全一样，这里的两种电压必须符合1.732倍的关系。
譬如，一台按220V电压设计的马达在定子下线完成后，可以接成下面三种方式：
Δ接法——3根出线，适用电压为220V
Y接法——3根出线，适用电压为380V
不确定——6根出线，Δ接法时适用电压为220V，Y接法时适用电压为380V
直流马达的接线：
通过对换马达红色和黑色的引出线可以方便的改变马达的转向。
要在马达内部改变转向，可以通过对换磁瓦的位置，就是把带磁瓦的机壳旋转180度。
2.14单马达的力矩：
（力矩也称为转矩）T
马达的力矩真正反映了马达的使用性能，也决定了是马达的主要原材料（矽钢片、漆包线、电容等）。
马达的力矩大致有三种：
启动力矩、额定力矩、最大力矩。
它们三者互相关联。
启动力矩（STARTINGTORQUE）：
Tst（N.M）
马达在刚刚通电时的输出力矩称为启动力矩，由于此时马达的转速为0，相当于马达被堵住不动，所以，启动力矩也称为堵转力矩。
马达的使用场合不同，对马达启动力矩的要求也不一样。
象水泵、风扇一类的负载，对马达的启动力矩要求比较低；象DSB类似的办公设备或者麻将机，对马达的启动力矩要求比较高；针对不同的启动要求，我们要单独设计，当然，启动力矩要求大的马达，成本相对会高。
我们现在大部分单相马达的启动力矩在额定力矩的0.5倍左右。
三相马达的启动力矩均很高，有额定力矩的1.5倍以上。
直流马达的启动力矩比三相马达的更大。
额定力矩（RATEDTORQUE）：
Tn（N.M）
马达的额定力矩同马达的额定功率和额定转速有相互关系，具体见前面2.2条的解释。
最大力矩（MAXIMUMTORQUE）：
Tm（N.M）
马达的最大力矩也反应了马达的抗过载能力。
由于各种原因，马达所驱动的负载很可能突然短时间变大，这时如果马达有较大的最大力矩，马达还能短时工作。
我们的大部分单相马达的最大力矩在额定力矩的1.6倍左右。
三相马达的启动力矩均很高，有额定力矩的1.5倍以上。
直流马达的启动力矩比三相马达的更大。
马达的转速从空载——额定转速——失控转速——0，对应的马达输出力矩分别为0——额定力矩——最大力矩——启动力矩。
当一台马达的启动力矩和最大力矩确定后，它的额定力矩也基本确定。
2.15马达的通风
2，3，马达的基本结构
3.1交流马达：
端盖；机壳；定子；转子；轴承；电容；漆包线；矽钢片；风叶；风罩；保护器。
3.2直接马达：
端盖；机壳；轴承；漆包线；矽钢片磁性材料（定子）；电枢（转子）；换向器；碳刷。
4，马达出厂的最基本的要求：
安全性能——耐压测试，时间，电流。
3，马达的基本结构及组成
3.1定子（STATOR）：
交流马达的定子是马达在工作时，在把电能转化为机械能的过程中，输入电能的主要部件。
定子主要有下列零部件组成：
定子铁心（矽钢片），漆包线，绝缘纸、绝缘漆、引出线、热保护器、套管、扎线等等。
定子是马达中最容易出故障的部件，不光是因为定子本身的加工要求很高，很容易出问题，最主要的原因是马达的其他各种问题最后大部分会反应到定子上，造成定子烧毁，因为定子特别是漆包线，是整个马达中最容易受伤的。
交流定子在加工过程要注意的主要问题有：
1）绕组的线规、匝数；引出线的长度、规格、颜色、主付绕组接线；
2）端部尺寸（内孔、外圆、高度）
3）安全性能：
匝间耐压，对地高压，绝缘电阻；等等
直流马达的定子有磁瓦和钢管组成，加工过程的主要问题有：
1）磁瓦的充磁。
既要充分饱和，又要分布均匀。
2）钢管两端止口的加工质量。
3.2转子（ROTOR）：
转子是马达在工作时，把电能转化为机械能的过程中，输出机械能的主要部件。
交流马达的转子主要有下列零部件组成：
转子铁心（矽钢片），转子压铸，轴等等。
交流马达的转子在加工过程要注意的主要问题有：
1）磨加工后的轴承挡外圆尺寸，这个尺寸太大或者太小均会造成整机工作时轴承发出异常噪声。
2）转子外圆尺寸，也就是定转子气隙的控制。
气隙太小会造成定子同转子相擦，太大又会使马达的发热过分，功率下降。
3）动平衡校正。
特别是要保证动平衡胶泥的牢固性。
4）轴向尺寸控制。
直流马达的转子主要有下列零部件组成：
转子绕组、转子冲片、换向器、轴、绝缘材料等等。
直流马达的转子在加工过程要注意的主要问题有：
1）压入换向器时，换向器的槽或者钩同转子冲片槽的相对位置。
如果没有按图纸要求压入，就会造成马达正反转性能不一致。
2）绕线时，特别注意线圈的钩线位置。
如果没有按照图纸要求，就会出现马达正反转性能不一致，会出现马达的特性很软，形象的说，就是马达的磁力线没有的垂直通过线圈的平面，转子绕组没有100%的利用。
3）点焊。
电焊的工艺参数要明确。
对于不同的漆包线规格，需要设定不同的焊接电流、压力、时间等等参数。
3.3前后端盖（ENDCOVER）：
端盖最主要的尺寸有三个：
轴承室内径、同机壳或者定子铁心的配合止口直径、前面两个止口的轴向长度。
端盖的材料可以是铸铝、铸铁、钢板等等。
3.4机壳（FRAME）：
一般情况下，机壳的主要尺寸有：
同定子铁心外圆配合的内部直径、同前后端盖配合的止口直径、轴向长度。
机壳的材料可以是铸铝、铸铁、钢板、钢管等等。
3.5轴承（BEARING）：
马达通过轴承把静止的电能转化成运动的机械能。
外观相似的轴承因为要求的不同，价格会有很大的不同。
轴承的选用主要考虑以下几个方面：
1）根据马达负载的大小，选用不同大小的轴承。
2）马达的转速
3）马达的使用环境（包括温度、湿度、是否有腐蚀气体等）。
4）使用寿命要求
5）噪声要求
6）密封要求
7）同轴承内外直径配合的轴外圆尺寸和轴承室内圆尺寸
根据上述不同的要求，轴承加工过程中会考虑到不同的工艺和材料，如轴承钢的选用和热处理方法，适用于不同温度的油脂，轴承两面密封盖材料的选用，轴承内滚珠油隙的大小确定等等。
在实际的马达安装过程中，同轴承配合的轴和端盖的尺寸、轴承安装工艺等对轴承的影响非常大。
3.6电容（CAPACITOR）：
电容使用在我们的单相交流马达中。
电容的主要技术指标有：
容量，耐压，外形尺寸（包括安装尺寸）、引出线线规颜色长度、认证及标志。
电容的质量问题，除了本身的制造问题，同电容安装在马达后的使用也有很大的关系：
1）电容的端电压过高。
马达空载时的电容端电压最高，一般要求此时的电压不能超过电容上标注的端电压。
使用时的电容端电压越低，电容使用的安全性相对越高。
日本静冈的70-15W电机甚至要求电容的空载端电压不能超过标注电压的70%。
2）电容使用时的环境温度对电容寿命和容量的影响非常大。
我们现在使用的电容，一般要求环境温度不超过70℃，这点在电容外表上均有说明。
象我们的水泵马达的电容，由于电容装在密封的塑料盒内，如果水泵又是在暴露的太阳下使用，夏天时很有可能电容的环境温度超过70℃，就极其容易损坏。
3.7漆包线（ENAMELEDWIRE）：
我们现在使用的漆包线，绝大部分为B级，如直径为0.35漆包线，其代号为QZ-2/130，0.35
其中：
“QZ”——表示铜丝表面的绝缘漆为聚脂漆
“2”——表示绝缘漆厚度为厚的那种
“130”——表示该漆包线能长期承受130℃的高温
根据马达绝缘等级的不同，漆包线也有不同的等级，除了上面所说的B级，还有F级、H级等等，它们对应的温度等级分别为155℃，180℃。
我们说某种线规为0.35，指的是漆包线内部的导线直径为0.35，并没有包括铜丝外面的漆膜厚度。
这个漆膜厚度同漆包线的牌号有关，并随着线规的增加，漆膜厚度也增大。
如果漆包线的线规从0.14到0.90，则，对应的单边漆膜厚度大概从0.015到0.045。
由于现在国际金属市场铜价格的飞涨，很多马达生产厂家已经开始批量使用铝质漆包线来代替原来的铜质漆包线。
从电机的设计原理上讲，这种替代完全可以，而不是一般人很容易想到的偷工减料。
但是在实际生产时，必须注意下列问题：
1） 小线规的铝质漆包线现在的工艺还不是很成熟，一般要求线规在0.35以上。
2） 由于铝线同铜质的引出线是两种不同的金属材料，它们之间的焊接是铝包线刚开始大批量推广使用的最大难题。
到目前为止，国内已经有专门的针对铝包线的焊接材料，效果非常好。
3） 由于铝包线的电阻率同铜线的不同，对于原来使用铜质漆包线的马达，如果改为铝包线，理论上只要把铝包线的截面积增大到同原来的铜质包线在单位长度上的电
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