电气自动化电动机技术发展现状工作原理和运行维护.docx

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电气自动化电动机技术发展现状工作原理和运行维护

电动机技术发展现状、工作原理和运行维护

班级：

姓名：

指导老师：

一，摘要………………………………………………………………………2

二，关键词………………………………………………………………………2

三，引言…………………………………………………………………………2

1电动机分类、发未来…………………………………………………………3

1.1电动机分类………………………………………………………………3

1.2电动机的发展现状…………………………………………………………3

1.3电动机的未来……………………………………………………………4

2电动机的工作原理…………………………………………………………4

2.1.1三相异步电动机的结构.……………………………………………7

2.1.2三相异步电动机的工作原理…………………………………………8

3电动机的运行维护……………………………………………………103.1电动机启动前的准备………………………………………………10

3.2启动时应注意问题……………………………………………………103.3电动机运行中监视……………………………………………………11

3.4电动机的定期检查和保养…………………………………12四，论文总结……………………………………………………………13

五，参考文献…………………………………………………………………13

摘要：

近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。

特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。

由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。

电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。

本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理和电动机的运行维护。

关键词技术现状 工作原理 运行维护

AbstractInrecentdecades,withthepowerelectronics,microelectronicstechnologyandthedevelopmentofmoderncontroltheory,mediumandsmallpowermotorsintheindustrialandagriculturalproductionandpeople'sdailylivesareverybroadapplication.Particularlyinthetownshipenterprisesandhouseholdelectricalappliances,needalargenumberofmediumandsmall-powermotors.Becauseofthismotordevelopmentandwideapplication,itsuse,maintenanceandrepairworkhasbecomeincreasinglyimportant.Electricalmachinesarewidelyused,awiderangeofdifferentproperties,classificationofalot.Thispaperdescribesthedevelopmentandcurrentsituationoftheelectricmotortechnology,workingprincipleandmotoroperationandmaintenance.

Keywordsprincipleofoperationandmaintenanceoftechnicalstatus

引言

电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。

常见的电动机可分为交流电动机和直流电动机。

电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。

从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。

它应用广泛，种类繁多。

性能各异，分类方法也很多。

电机常用的分类方法主要有两种：

一种是按功能用途分，可分为发电机﹑电动机，﹑压器和控制电机四大类。

电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占全国总发电量的60%~70%。

另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机。

在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。

拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。

由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。

   按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。

　　纵观电力拖动的发展过程，交，直流两种拖动方式并存于各个生产领域。

在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。

由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。

第一章 电动机分类、发展现状及未来

1.1 电动机分类

电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。

1.根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

2.电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。

同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。

感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。

交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

3.电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运转式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。

按用途分类。

电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。

驱动用电动机又分为电动工具用电动机、家电用电动机及其它通用小型机械设备用电动机。

控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

4.电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。

5.电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

1.2 电动机技术发展现状

电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。

它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。

从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。

电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。

在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。

拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。

由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。

按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。

纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。

在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。

由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。

虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器（又称整流子），使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制（如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用），其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。

所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。

尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。

诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。

除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。

1.3 电动机的未来

经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。

随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。

电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。

未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。

第二章 电动机的工作原理

 目前较常用的主要是交流电动机，它可分为两种：

1、三相异步电动机。

2、单相交流电动机。

第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。

下面以三相异步电动机为例介绍其基本工作原理。

当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。

由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。

由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。

转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。

电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：

当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，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，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

旋转磁场

（一）定子旋转磁场产生的原理

旋转磁场：

指磁场的轴线位置随时间而旋转的磁场。

在三相异步电动机的定子铁心中放置三组结构完全相同的绕组U1U2、V1V2、W1W2，各相绕组在空间互差120°电角度，向这三相绕组中通入对称的三相交流电，则在定子与转子的空气隙中产生一个旋转磁场。

以两极电机即2p=2为例说明，对称的三相绕组U1U2、V1V2、W1W2假定为集中绕组，三相绕组接成星形，并通以三相对称电流iA、iB、iC。

如动画演示所示。

假定电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，末端流出。

电流流入端用“×”表示，电流流出端用“﹒”表示。

wt=0时，iA=0；

iB为负值，即iB由末端V2流入，首端V1流出；

iC为正值，即iC由首端W1流入，末端W2流出。

电流流入端用“×”表示，电流流出端用“﹒”表示。

利用右手螺旋定则可确定在wt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如动画演示所示。

可见合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向一致，上方是北极，下方是南极。

wt=π/2时，iA为正最大值，即iA由首端U1流入，末端U2流出；

iB为负值，即iB由末端V2流入，首端V1流出；

iC为负值，即iC由W2流入，W1流出。

可见合成磁场方向以较wt=0时按时针方向转过90o。

同理可画出wt=π，wt=3π/2，wt=2π时的合成磁场，可看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共转过360o，即旋转一周。

综上所述，在三相交流电动机定子上布置有结构完全相同在空间位置各相差120o电角度的三相绕组，分别通入三相交流电，则在定子与转子的空气隙间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，故称旋转磁场。

（二）旋转磁场的旋转方向

U相、V相、W相绕组的电流分别为iA、iB、iC。

三相交流电的相序A——B——C。

旋转磁场的旋转方向为U相——V相——W相（顺时针旋转）

若U相、V相、W相绕组的电流分别为iA、iC、iB（即任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序）

旋转磁场的旋转方向为逆时针旋转。

综上所述，旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序。

只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。

（三）旋转磁场的旋转速度

两极三相异步电动机（即2P=2）定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。

故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n1=60f1=3000转\分。

四极三相异步电动机（即2P=4）定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场只旋转了半圈。

故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半，即n1=60f1/2=1500转/分。

综上所述，当三相异步电动机定子绕组为p对磁极时，旋转磁场的转速为   n1=60f1/p

式中 n1:

旋转磁场转速（又称同步转速），转/分

f1:

三相交流电源的频率，赫；p:

磁极对数。

二、三相异步电动机的转动原理

问题：

为什么称“异步”电动机？

正常情况下，转子转速n总是略低于旋转磁场转速即同步转速n1，若n=n1，则旋转磁场和转子导体间将不存在相对运动，因而转子导体电动势为零。

n和n1总存在差异，异步电动机的名称由此而来。

异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原理产生感应电动势和电流，故又可称为感应电动机。

三、异步电动机的转差率

分析n和n1间的关系：

1、当n=0，转子切割旋转磁场的相对转速n1－n=n1为最大，故转子中的感应电动势和电流最大。

2、当转子转速n增加时，则n1－n开始下降，故转子中的感应电动势和电流下降。

3、当n=n1，则n1－n=0，转子导体不切割定子旋转磁场，故转子中没有感应电动势。

转差率：

同步转速n1与转子转速n之差对同步转速之比值，用S表示。

S是恒量异步电动机性能的一个重要参数，分析几个特定工作状态下的S值。

1、电动机静止或在启动的瞬间，n=0，S=1。

2、电动机空载时，需克服的阻力很小，故转速很高，S很小。

3、电动机额定负载时的转差率S约为0.01~0.07。

4、电机处于电动机状态运行时0﹤S﹤1。

下图所示为一台三相笼型异步电动机的示意图。

在定子铁心里嵌放着对称的三相绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2。

转子槽内放有导条，导条两端用短路环短接起来，形成一个笼型的闭合绕组。

定子三相绕组可接成星形，也可以接成三角形。

由旋转磁场理论分析可知，如果定子对称三相绕组被施以对称的三相电压，就有对称的三相电流流过，并且会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个磁场的转速n1称为同步转速，它与电网的频率f1及电机的磁极对数p的关系为：

n1=60f1/p 

转向与三相绕组的排列以及三相电流的相序有关，图中U、V、W相以顺时针方向排列，当定子绕组中通人U、V、W相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转向。

由于转子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子导体因切割定子磁场而产生感应电动势，因转子绕组自身闭合，转子绕组内便有电流流通。

转子有功电流与转子感应电动势同相位，其方向可由"右手发电机定则"确定。

载有有功分量电流的转子绕组在定子旋转磁场作用下，将产生电磁力F，其方向由"左手电动机定则"确定。

电磁力对转轴形成一个电磁转距，其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着转子顺着旋转磁场的旋转方向旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。

如果电动机轴上带有机械负载，则机械负载随着电动机的旋转而旋转，电动机对机械负载做了功。

综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原理是：

（1）三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场。

（2）转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流；

（3）转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。

2.1.1三相异步电动机的结构

三相异步电动机的结构主要由两个部分组成，一是固定不动的部分（简称定子），二是可以自由旋转的部分（简称转子）。

定子与转子之间有一个很小的气隙。

此外，还有机座、端盖轴承、接线盒、风扇等其他部分。

异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。

鼠笼式异步电动机的转子绕组本身自成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价格便宜，应用最为广泛，小型异步电动机绝大部分属于这类。

绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。

图2—1所示是三相鼠笼式异步电动机的结构。

1.定子

定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。

鼠笼式和绕线式异步电动机的定子结构是完全一样的。

2.转子

转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。

转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。

3.机座

机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。

中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装有散热片。

对大型异步电动机，一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔，作为冷却空气的通道。

2.1.2三相异步电动机的工作原理

图2—2所示为用图解法分析旋转磁场的电机绕组结构图。

图中交流电机的定子上嵌放着对称的三相绕组U1—U2、V1—V2、W1—W2，电流的流入端用符号表示，流出端用⊙表示。

三相对称电流波形如图2—3所示。

假定电流从绕组首端流入为正，末端流出为负。

对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。

下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。

在图2—2中，当=0°时，U相电流达到正最大值，电流从首端U1流入，用表示，从末端U2流出，用⊙表示；V相和W相电流均为负，因此电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端V2和W2应填上，首端V1和W1应填上⊙，如图2—2（a）所示。

从图可见，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上。

当=120°时，V相电流为正的最大值，因此V相电流从首端V1流入，用表示，从末端V2流出，用⊙表示。

U相和W相电流均为负,则U1和W1端为流出电流，用⊙表示，而U2和W2为流入电流，用表示，如图2—2（b）所示。

由图可见，此时合成磁场的轴线正好位于V相绕组的轴线上，磁场方向已从=0°时的位置沿逆时针方向旋转了120°。

当=240°和=360°时，合成磁场的位置分别如图2—2（c）、（d）所示。

当=360°时，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置逆时针方向旋转了360°，即电流变化一个周期，合成磁场旋转一周。

由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场。

旋转的方向从U→V→W，正好和电流出现正的最大值顺序相同，即由电流超前相转向电流滞后相。

如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是U→W→V。

通过图解法分析可知，旋转磁场的旋转方向也为U→W→V。

综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是：

（1）三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转速为异步转速

（1）且

1=

式中：

为电源频率，单位为Hz；为电机极对数。

（2）转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。

   （3）转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速（）小于同步转速

（1）。

异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力。

因此，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。

又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。

（4）异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。

要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。

第三章 电动机的运行维护

3.1电动机启动前的准备

为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备：

（1）检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜启动。

（2）启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否良好，接线是否正确、牢固等。

（3）熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。

（4）电动机接线板上接头有无松动或氧化。

（5）检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。

（6）传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否灵活。

（7）检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是否松动、脱落等。

（8）搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。

（9）检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。

（10）对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象；观察滑环的火花是否发生异常现象。

滑环上碳刷是否要更换。

3.2启动时应注意的问题

（1）接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动