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电动机的结构原理与拆装

更新时间:2023-05-15      点击次数:893

第一节概述:


     异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换的一种交流电机。
     异步电动机同其他类型的电机相比较,具有结构简单、运行可靠、价格便宜、坚固耐用、维修方便等一系列优点。其缺点是功率因数低,调速性能差。


第二节异步电动机的简单工作原理:

如图为三相异步电动机工作原理的示意图:

image.png

 异步电动机的定子有三相绕组Ax、By、Cz,转子有一闭合绕组。当定子三相绕组通以三相电流时,在气隙中便产生旋转磁场,其转速为

n1=60f1/p


式中   n1——同步转速,r/min;
f1——定子电流频率,Hz
p——旋转磁场磁极对数。
     由于旋转磁场与转子绕组存在着相对运动,旋转磁场切割转子绕组,转子绕组中便产生感应电势。因为转子绕组自成闭合回路,所以就有感应电流流通。
     转子绕组感受应电势的方向由右手定则确定,若略去转子绕组电抗,则感应电势的方向即是感应电流的方向。转子绕组中的感应电流与旋转磁场相作用,在转子上产生电磁力F,电磁力的方向按左手定则确定。
     电磁力所产生的电磁转矩,驱动转子沿着旋转磁场的方向转动,这就是三相异步电动机的工作原理。
     转子转动的方向虽与旋转磁场转动方向相同,但转子的转速n不可能达到同步转速,即n<n1
     因为,二者如果相等,转子与旋转磁场就不存在相对运动,转子中也就不会感应出电势和电流,这样,转子不会受到电磁转矩的作用,当然不可能继续转动。由此可见异步电动机转子的转速n总是和同步转速n1存在一定的差异,异步因而得名。
由此便得出转差率:


s=( n1——n)/ n1


     由此可知,异步电动机的转速范围为0—n1,对应的转差率为1—0。异步电动机额定运行时的转差率为0.02—0.06.
     异步电动机进行时,因需激励自身的磁场,要从电网吸取滞后无功电流,从而使电网的功率因数降低。
     由于转子旋转方向与定子旋转方向是一致的,所以只要改变电源电压的相序,即可改定子旋转的转动方向,便可使是动机反转。
第一节中小型三相异步电动机的分类和结构:
一、按照不同的特征可分类如下:
1、按照转子结构形式分
鼠笼式与绕线式
2、按机壳防护形式分
防护式、封闭式、开启式等
3、按机座号分
小、中、大型电机
4、按相数分
三相、单相电机
5、按冷却方式分
空冷和液体冷却
6、按安装方式
立式和卧式
7、Y系列异步电动机按中心高分
短机座S、中机座M、长机座L
二、异步电动机的结构:
    由两个基本部分组成:定子、转子,定转子之间有定的气隙。
 1、定子 它是由定子铁心,定子绕组和机壳组成。
1)定子铁心。
     定子铁心是磁路的一部分,它由0.5mm厚的硅钢片叠压而成,片与片之间绝缘,以减少涡流损失。硅钢片的内圆上冲有定子槽,有的还有通风沟等。
2)定子绕组。
     定子绕组是电机的电路部分,由许多线圈联接而成,每个线圈有两个有效边。分别放在两个槽内。每个槽内有槽楔、槽绝缘、层间绝缘等。
3)机壳
     主要作用是用来固定和支撑定子铁心。一般采用铸铁机座,也有用钢板卷焊而成。封闭式电机机座表面有散热筋片用来散热。
2、转子
     主要由转子铁心和转子绕组组成,是由硅钢片叠压而成。异步电机的转子绕组一般采用鼠笼式绕组。一般用铸铝来做。
     且转子槽不与转轴平行,而是扭斜一个角度,端环上还铸有风扇叶片,供电机内部搅拌空气,使电机内部温度均匀。大型电机上转子铁心上留有径向通风沟和轴向通风孔。
     转子绕组除鼠笼式外还有绕线式。它的转子绕组和定子绕组一样都有线圈组成,转子绕组所形成的磁极数应与定子相同。在转子的非传动端装有集电环,通过电刷装置将内部和外部联系起来。
     绕线式转子的特点是可以通过集电环和电刷在转子回路中接入附加电阻,用以改善起动性能及调节电动机的转速。
第二节交流电机的绕组
     本节内容我们只要了解线圈放在槽内的直线部分是线圈的有效边,电磁能量转换通过该部分进行,在槽外的部分称为端部,它的作用仅是把线圈的两个有效边联接起来,不直接转换电磁能量。为了节省材料,在嵌线工艺许可下,应尽可能缩短端部。其它关于电机下线工艺方面略。
第三节异步电动机的参数
1、额定功率PN。是指轴上输出的机械功率,W或KW。
2、额定电压UN。是电机额定运行时电源的线电压,V或KV。
3、额定电流IN。是电机额定运行时的线电流,A
4、额定频率fn。是电机在额定运行时的电源频率,Hz。
5、额定转速nN。是电机在额定运行时的转速,r/min。
6、接法。指电机在额定电压下,定子三相绕组应采用的联接方法。目前给出两种:Y/△。
     允许温升(或绝缘等级)。是运行时电动机温度高出环境温度的数值。允许温升的大小与电动机采用的绝缘材料有关,电机允许温升与绝缘等级的关系如下: 



1、定额。


     铭牌所标的定额是指电机允许持续使用的时间,分为三种:连续定额、短时定额、断续定额等。注意,短时定额和断续定额运行的电动机不能按容量作连续定额运行,否则电机将过热而烧毁。
2、电机的防护等级。
     指外壳的防护,IP□□。第一种防护是对固体异物进入内部以及对人体触及内部带电部分或运动部分的防护;第二种防护等级是对水进入内部的防护。


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     9、电机型号。分产品代号、规格代号、特殊环境代号、电机极数、功率等几部分。


第六节 检修前的检查
1、检查机座、端盖和转子轴向窜动
1)检查电机端盖和机座有无裂纹;
2)检查转子轴向窜动。
2、检查定子,转子气隙
     用塞尺在四个位置上测量,重复三次,每次把转子转动120度,最大差值不应超过其算术平均值的10%,测量时分别在电机两端测量,塞尺要放在定转子的齿顶上。异步电机的平均气隙值(mm)


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3、测量定、转子绕组的直流电阻


     1)在冷态下测量,同时用酒精温度计测量绕组温度,温度计与被测处可靠接触。
1)电桥法
2)电压降法
     要点:定子绕组各相或支路绕组的直流电阻,相互间的差别不应超过2%。
4、测量定、转子绕组的绝缘电阻
     1)电动机电压在1000V以上时应使用2500V摇表,500-1000V时使用1000V摇表,500V以下使用500V摇表;电压在1000V及以上的电动机还应测量吸收比(R60/R15),其值大于1.3。
     电压为1000V及以上电机的绝缘电阻在接近运行温度时,定子绕组不应低于1MΩ/KV,转子红组不应低于0.5 MΩ,每次测得的绝缘电阻不应有明显变化。
第七节 电机的拆卸
1、拆卸前的准备
     1)清扫电机各部,做好拆卸前的记录及必要的记号;
     2)拆开对轮螺栓,地脚螺栓,引入线电缆头和接地线,将拆卸的零部件和螺丝作好记录。将电机吊运至检修场所。
     2、拆卸靠背轮:用大小适合的专用拉具,螺杆对准轴的中心线,注意受力的平衡情况。当靠背轮不易拉出时,可用煤油浸润,并用铜棒轻敲靠背轮;b、可用烤把将靠背轮均匀加热,不得用铁锤敲下靠背轮;c、拆卸油迷宫环、两端轴承盖。
3、拆卸端盖
1)防止出错,必须在两端盖打上不同的记号;
2)装滚动轴承的电动机,先要拆轴承盖,再卸端盖;装滑动轴承的电动机在拆卸轴承端前,应先将油放出。线绕式电动机一定要举起电刷。拆卸时后卸负荷端。小型电动机在拆除另一端时,可以连带风扇和转子一块抽出。
3)拆卸端盖时:
a、先拧出端盖与机壳的固定螺丝,然后用木锤或紫铜棒沿端盖边缘轻轻敲打,使端盖从机座上脱离。
b、如果端盖上备有拆盖用的顶丝螺孔,可用顶丝螺杆拧在顶丝孔内,并对角拧紧螺杆,便能把端盖拆下来。
c、对于大的端盖,拆卸前用起重工具把它系牢,以免端盖脱离机壳时,轧伤线圈绝缘。
    d、端盖离开口后,应用手扶持将其慢慢移出放在木架上,端盖止口应向上。
4、抽出转子
     1)小型电动机的转子可用手抬出,但注意不要擦伤铁芯或绕组。转子风扇直径大于定子膛孔时,应将转子从风扇侧取出。有滑环的电机应从滑环侧取出。
     2)大中型电动机,必须用起重工具抽出转子。抽转子的方式有多种,一般选用一段内径比轴颈大10~20毫米且管口无毛刺的钢管作为假轴,套在轴的一端,套假轴时,轴颈上必须包上保护物。在专用支架中抽出转子,如图所示:


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1、可调支架 2、横粱  3、滚轮  4、链条葫芦  5、假轴  6、木台

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    将转子轴两端挂在链条葫芦上,拉动链条,使转子稍微抬起,经检查牢固可靠后,由专人用灯光监视间隙,慢慢移动滚轮将转子抽出定子膛孔,放在木台上。或者用行车略微吊起转子,将其重心称出定子膛口,放在临时支架上,再用行车吊住转子重心处,慢慢将转子抽出。


抽转子(或放转子)必须遵守下列规定:
     1)出(或放进)转子时,如使用钢丝绳,则钢丝绳不应碰到转子的滑动面(轴颈)、风扇、滑环和绕组。
2)将转子放在硬木衬垫上。
     3)特别注意不使转子碰到定子。因此,在抽出(或放进)转子时,必须使用透光法进行监视。
     4)丝绳缚转子的部位,必须衬以木垫,以防止损坏转子和防止钢丝绳在转子上打滑。
5、轴承的拆卸
     1)滚动轴承的拆卸,要用拆卸轴承的专用工具进行拆卸,如图所示:
     冼掉轴承的油污,为了不使轴承的外套受力而被拉脱,专用工具的卡板应卡在轴承的内套上,将螺杆对准转子轴端头的中心孔,旋动螺杆略加力后,用手转动轴承外套时应能自由活动,并且请注意卡板不要与轴相碰,然后搬动螺杆对轴承内套加力,在此同时用手锤轻敲卡板内套(不要直接敲打轴承内套),当轴承略松动时,再用力旋紧螺杆将轴承拉出轴外。若轴承过紧不能拉动时,可在轴承内套上浇注热油使内套受热膨胀,便能拉出。
2)整体式滑动轴承的拆卸:
     拆卸前应先把端盖油箱内的润滑油倒出,然后拆卸外壳上的油挡,拧出轴承


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的固定螺钉,用特殊工具将轴承拔出。拆卸时应将油环提起,不得使油环受力以免卡坏油环。

第八节 电机的组装  


     电动机组装前必须进行清理工作,用刮刀乔去止口、定子和转子表面以及其他配合的绝缘漆,并用蘸有煤油的纱头擦净各部件上的油垢和脏物,再用2~3公斤/厘米2的压缩空气吹净定子和转子,在绕组端部喷上一层灰磁漆以加强绝缘和防潮,待漆干后可按拆卸时相反的程序进行组装。


1、对于用滚动轴承的电动机的组装


     1)先在轴上套进内轴承盖,盖的凹槽内应加黄油,然后擦净轴颈,热套轴承至轴颈肩胛为止。热套的方法是将洗净的轴承放入油槽内的支架上,使轴承悬于油中,油槽逐步加温(一般以每小时100℃的速度升温,因为油温上升太快时,使轴承内、外套膨胀不一致会引起破裂),当油槽温上升到70℃左右时停止加热,保持半小时后,继续加温到90~100℃左右,便取出轴承套于轴上。
     套轴承时,不允许用铁锤在轴承周围敲打,可采用特打钢套,钢套一端镶一个铜圈,将有铜圈的一端贴在轴承里圈的侧面,朝套入方向敲打钢套,轴承套就会逐渐向前移动至预定位置。待冷缩后便紧紧地箍在轴颈上。在滚珠轴承空间涂上黄油,黄油约占空间容积的1∕2~2∕3为宜。


     2)把转子放入定子膛内。小型转子可以直接放入,较大的转子需用起重工具将转子平行的送入膛中。装入转子时应注意转子轴伸出端和线盒的相对位置。

     3)端盖装配前先装上挡风板。清除端盖内的灰尘,擦去锈蚀的地方并涂上红丹漆.


     4)把第一个端盖的轴承室套在外痤圈套上时,要用紫铜棒轻敲端盖四周,禁止用铁锺直接敲打端盖,以免造成端盖裂纹。
     5)用螺栓把内外轴承盖固定在端盖上。拧螺栓时,应将对角位置的螺栓轮流进行拧,不要一个螺栓一次就拧紧,防止轴承盖破裂或发生歪斜而卡住轴端。
     6)装端盖时只许用紫铜棒(或铅锺)轻敲四周,使端盖和机座止口互相吻合五小部分后,再用螺栓把止口安全拧合。
     装第二个端盖时,应把转子吊成水平,接着把止口对合,拧上螺栓。用手搬动转子,检查两个端盖装得是否同心和平正。若端盖稍有歪斜。转子就会被卡住。
     若端盖上没有通风孔时,必须在端盖未装好前用长螺杆或铁丝穿过端盖上的螺孔,把内轴承盖上没有通风孔时,必须在端盖未装好前用长螺杆或铁丝穿过端盖上的螺孔,把内轴承盖拉住,否则端盖装好后,难对准内轴承盖的丝口了。


image.png

2、滑环式电动机的组装


     滑环式电动机的组装,除了与滚动轴承式电动机相同的部分外,还要组装滑环和举刷装置。
1)把保护盒固定在端盖上。
2)套上短路环,使其能在轴上灵活滑动,而径向转动则被键所限制。
3)热套滑环,并检验滑环上的三个插手表脚和短路环上的三个插座的连接情况是否良好。
4)把举刷杆和刷握装到保护盒上,注意举刷杆要全部套上绝缘。
5)装上举刷杆和手柄等,以及接好电气线路和盖好保护盖。
     举起装置组装后,必须检查它的可靠性,即电刷举起前短路环必先短接,短路环离开时,电刷一定要接触滑环。
6)滑动轴承的电动机组装后,还须进行下列检查和调整:
①定子与转子的气隙的最大偏差不得超过平均值的10℅。否侧应进行调整。
②转子的轴向窜动应在范围之内。当转子受热伸长时,转子对轴承的端面会产生很大的摩擦力,甚至会被卡住,故应调整到规定的范围内。
3、电动机组装后的测量
     电动机组装后,还应测量定子绕组和转子绕组(绕线式电机)对机壳和对转子轴的绝缘电阻,各相绕组的直流电阻等,然后才能试转或做必要的试验,并填写检修后的各项记录。
第九节 电机检修的注意事项
一、电机的定期大修
1、检修定子及吹灰扫除
1)、地脚,应无开焊、裂纹和损伤变形。
      2)用压力为2~3公斤/厘米2的干净压缩空气,把通风沟和绕组部吹净。用破布蘸
     汽油擦掉积灰和油垢(注意防火,并用干净破布擦净),如果油垢较厚,可用木或绝缘板制成的剔片清除(不可用金属工具,以免损伤绝缘)。
     3)芯各部应紧固完整,没有过热变色、锈斑、磨损、变形、折断和松动等异常现象。可用小刀或螺丝刀试验铁芯的松紧,若铁芯松驰,就在松弛处打入绝缘板制成的楔子。
     发现有局部过热烧成的蓝色痕迹,应作铁芯发热试验。同时还要详细查看铁芯与机壳筋键结合处,应是牢固可靠、没有开焊和位移等异常现象。通风沟、孔应畅通。
     4)检查槽楔是否松动,用木锺轻敲应无空振声,槽口一段尤其应紧固。如果松动的槽楔超过全长的1/3以上,需退出加绝缘垫重新打紧。更换槽楔后应喷漆或涂漆,并按规程规定做耐压试验。槽楔伸出铁芯端面长度应适当,一般100千瓦以上的电动机为10~15毫米。
     1)查定子绕组表面漆膜应完整、平滑光亮,绕组绝缘应紧固而柔韧。从风道处检查应平直完整没有膨胀。端部垫块、隔木及绑线应齐全,紧固可靠。若漆膜脱落、膨胀、变焦和有裂纹等,应刷漆修补。脱落严重时应在清除后,重喷原质绝缘漆。端部如松弛或断裂时应补全垫块,重新绑扎牢固。
2)查引线绝缘、引线瓷瓶产否完好,引线是否断裂。否则应重包绝缘,焊接引线,修补或更换瓷瓶。
3)对定子 检查须仔细进行两次:第一次在抽出转子以后,第二次应在装端盖以前。
2、修转子及吹灰扫除
1)用压力为2 公斤/厘米2的干燥压缩空气吹扫转子各部灰尘,用破布蘸汽油擦掉积灰和油垢,再用干净破布擦净。
2)查转子各部,对鼠笼转子,笼条及短路环应紧固可靠,没有断裂和松动。对绕线式绕组,还要检查转子两端钢扎线应紧固可靠,没有松动位移、断裂、过热、开焊等现象。
3)对绕线式滑环,电刷装置的检修,除汽轮发电机的转子的滑环、电刷检修装置的检修外,还需检查举刷装置,动作灵活可靠,短路环触头接触良好,把手位置正确并有文字标记。
4)检查风扇叶片应紧固,铆钉齐全丰满,用锤轻敲叶片,声音清脆。平衡块紧固、无位移。
5)检查转轴滑动面应清洁光滑,无碰伤、锈斑及椭圆变形。
3、检查及清洗轴承
 1)清除轴承内油污杂物,用汽油或煤油清洗各部,再用干净破布擦拭干净。
2)滑动轴承瓦胎与钨金应紧密结合。钨金面应圆润光亮,无砂眼,碰伤等现象,与轴的接触部分,用着色法检查,上瓦不承担负载每平方厘米应有一个渍点,下瓦在60°-90°承力圆弧内每平方厘米最少有两点。轴承的油槽,油环、轴颈均完好。
  3)轴承内外圈必须光滑、无伤痕、锈迹。用手拨动转动灵活,无咬住、制动、摇摆及轴向窜动等缺陷。
1)测量轴承的间隙:
     A、 整体或滑动轴承间隙用塞尺测量,塞尺插入深度必须大天或等于轴瓦轴向长度。分装式滑动轴承间隙用压铅丝的方法来测量,在轴颈上面沿着它的全长放置一根直径为1~2mm的铅丝,在下半瓦的结合面上沿轴向各放一根同样的铅丝,装好上轴承盖并拧紧螺丝,于是铅丝被压扁了。
     轴承间隙Lf就等于轴颈上被压扁的铅丝厚度C与轴承侧面上两铅丝的平均厚度之差。
轴承间隙符合下表之规定:
滑动轴承的允许间隙


image.png

     B、滚动轴承间隙,用塞尺或铅丝测量。将塞尺或铅丝插在滚动体中间,拨转机轴,使塞尺或铅丝被夹入座圈与滚动体中间,测出轴承的径向间隙。径向间隙表明轴承的磨损情况,应符合下表之规定,否则应更换新轴承。

动轴承径向间隙(毫米)

image.png


     5)轴承内润滑油脂应清洁无杂质,产色下常,稀稠适当。新添润滑油脂牌号必须正确,不得同时使用两种不同的油。添油时轴承内不得留有火油及其他杂质,新油必须清洁。添油量应适当。


2)承盖、轴承、放油门及轴头都要严密,以防油甩到线圈上。
3)组装滚动轴承时,有型号的一面应朝外。滑动轴承组装要正确,防止转子窜动。
4、检修及清扫冷却系统
   1)检查空气导管和风门,消除泄漏现象。必要时,空气导管应重新涂漆。
2)清除空气过滤器上的积灰和油垢。
异步电动机检修后,还须按规程规定进行电气试验。
二、定子绕组接地故障的检修
1、定子绕组接地的检修
    1)不接地可采用冒烟法,即在定子铁芯与绕组间加一较低电压(为防止烧坏铁芯,应限制电流在5安以下)电流通过故障点时会发热,绝缘烧损而冒白烟和电火花;
    2)对于金属性接地,一般用电压降法:在抽出转子以后,将交流或直流电源接于故障相的两端如图;测量U1、U2、U3电压表的读数,因为U1+U2=U3,按电压的比例求出接地点距离引线长度的百分数L:如距离D点的%
     对于金属性接地,还可用开口变压器法:先确定故障相,在故障相与定子铁芯间加一低压交流电源,这样在电流导入端至接地之间,所有串联的线圈都有电流,而接地点以后的线圈则无电流流过。
     这时用开口变压器跨接在槽的上面,开口变压器的线圈接一微安表,逐槽测量,在每槽上顺轴向移动开口变压器,当全槽都有感应电压产生时,说明接地点还在后槽内,当开口变压器在某槽移动时,到某个地方微安表的指示消失(或减少)则表示故障点在该的这一点上。



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