《維修電工實訓(初、中級)》課件第5章

第5章電動機5.1三相異步電動機基礎知識5.2單相異步電動機的基礎知識5.3直流電動機的基礎知識 5.1三相異步電動機基礎知識

5.1.1三相異步電動機的工作原理

三相異步電動機又稱為交流感應式電動機，它是靠旋轉著的定子磁場切割轉子導體產生感應電流，此旋轉磁場又對轉子中的感應電流作用而帶動轉子轉動，從而實現(xiàn)了機電能量的轉換。

電動機有三相對稱定子繞組，當定子繞組通入三相對稱電流時，電動機內部氣隙中就產生一個旋轉磁場。設某瞬間的電流及兩極磁場如圖5.1所示，并以n1轉速順時針旋轉。由于轉子導體與旋轉磁場間的相對運動而在轉子導體中產生感應電動勢。因為轉子繞組是閉合的，所以會產生與感應電動勢同方向的感應電流。

圖5.1異步轉動原理圖通電(載流)導體在磁場中受到電磁力作用，故載有感應電流的轉子導體與旋轉磁場相互作用便產生電磁力F，其方向可用左手定則判斷。此力對轉軸形成一個與旋轉磁場同向的電磁轉矩，使得轉子沿著旋轉磁場的方向以n的轉速旋轉起來。5.1.2三相異步電動機的結構

三相異步電動機的結構主要由兩大部分組成，一是固定不動的部分，簡稱定子；二是可以自由旋轉的部分，簡稱轉子。定子與轉子之間有一個很小的氣隙。此外，還有機座、端蓋、軸承、接線盒、風扇等其他部分。

異步電動機根據(jù)定子繞組的結構不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。鼠籠式異步電動機的轉子繞組本身自成閉合回路，整個轉子形成一個堅實的整體，其結構簡單牢固、運行可靠、價格便宜，應用最為廣泛，小型異步電動機絕大部分屬于這類。繞線式異步電動機的結構比鼠籠式復雜，但啟動性能較好，需要時還可以調節(jié)電動機的轉速。如圖5.2所示為三相鼠籠式異步電動機的結構圖。圖5.2三相鼠籠式異步電動機的結構

1．定子

定子是用來產生旋轉磁場的，主要由定子鐵芯、定子繞組和機座等部分組成。鼠籠式和繞線式異步電動機的定子結構是完全一樣的。

(1)定子鐵芯。定子鐵芯是三相異步電動機磁路的一部分，其槽中嵌放定子繞組。由于旋轉磁場相對于定子鐵芯以同步轉速旋轉，因此鐵芯中的磁通是交變的。為減小由旋轉磁場在定子鐵芯中引起的渦流和磁滯損耗，定子鐵芯通常采用導磁性能較好、厚度為0.35～0.5mm、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，硅鋼片的內圓表面沖有均勻分布的槽。若鐵芯直徑小于1m，則采用整圓硅鋼片疊裝；若鐵芯直徑大于1m，則采用扇形硅鋼片疊裝。定子鐵芯如圖5.3所示。

(2)定子繞組。定子繞組是異步電動機定子的電路部分，其作用是通入三相交流電后產生旋轉磁場。它是用高強度漆包線繞制成固定形式的線圈，嵌入定子槽內，再按照一定的接線規(guī)律相互連接而成的。

三相異步電動機的定子繞組通常有六根出線頭，根據(jù)電動機的容量和需要可接成星形(Y)或三角形(△)。對于大、中型異步電動機，通常采用△接法；對于中、小容量異步電動機，則可按不同的要求接成星形接法和三角形接法。圖5.3定子鐵芯

2．轉子

轉子是異步電動機的轉動部分，它在定子繞組旋轉磁場的作用下獲得一定的轉矩而旋轉，通過聯(lián)軸器或皮帶輪帶動其他設備做功。轉子由轉子鐵芯、轉子繞組和轉軸等部分組成。

(1)轉子鐵芯。轉子鐵芯也是電動機磁路的一部分，通常由厚度為0.35～0.5mm的硅鋼片疊裝而成，鐵芯固定在轉軸上或套在轉軸的支架上，整個轉子鐵芯的外表面呈圓柱形。硅鋼片的外圓周表面沖有均勻分布的槽。為了旋轉，轉子鐵芯與定子鐵芯之間有一定的間隙，稱為氣隙，其大小通常在0.25～1.5mm之間。

(2)轉子繞組。轉子繞組是閉合的，在氣隙磁場的作用下產生感應電動勢和電流，產生電磁轉矩。按照轉子繞組結構形式的不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。

①鼠籠式轉子。鼠籠式轉子繞組是自行閉合的短路繞組。對于大、中型異步電動機，一般在轉子鐵芯的每個槽中插入一根銅條，在伸出鐵芯兩端的槽口處，銅條兩端分別焊在兩個銅環(huán)(端環(huán)或短路環(huán))上，構成轉子繞組。為了節(jié)約用銅，小型及微型異步電動機一般都采用鑄鋁轉子，這時導條、端環(huán)以及端環(huán)上的風扇葉片鑄在一起，整個轉子形成一個堅實的整體，如果去掉鐵芯，繞組的外形就像一個“鼠籠”，如圖5.4所示，所以稱為鼠籠式轉子，其構成的電機稱為鼠籠式異步電動機。圖5.4鼠籠式鑄鋁轉子(a)無軸鼠籠式鑄鋁轉子(b)鼠籠式轉子繞組1—轉子；2—風扇葉片；3—端環(huán)；4—導條②繞線式轉子。繞線式轉子繞組與定子繞組相似，是用絕緣導線繞制而成的，嵌于轉子槽內，其與定子繞組形成的極對數(shù)相同，連接成Y接法，繞組的三個出線端分別接到軸的三個滑環(huán)上，再通過電刷引出，如圖5.5所示。繞線式轉子的特點是可以通過滑環(huán)和電刷在轉子繞組回路中串入附加電阻，以改善電動機的啟動性能或調節(jié)電動機的轉速。有的繞線式電動機還裝有短路提刷裝置，在電動機啟動完畢后，移動手柄，電刷即被提起，同時三只滑環(huán)彼此短接，以減少電刷或滑環(huán)的摩擦損耗，從而提高運行的可靠性。圖5.5繞線式轉子電動機示意圖7—轉子繞組；8，10—轉軸；11—電刷；12—附加電阻

(3)轉軸。轉軸一般用中碳鋼制作。轉子鐵芯套在轉軸上，它支撐著轉子，使轉子能在內腔均勻地旋轉。轉軸的軸身端上有鍵槽，通過鍵槽、聯(lián)軸器與生產機械相連，傳導三相電動機的輸出轉矩，其外形如圖5.6所示。圖5.6三相電動機的轉軸

3．機座

機座是電動機的外殼和支架，它的作用是固定和保護定子鐵芯、定子繞組并支撐端蓋，所以要求機座具有足夠的機械強度和剛度，能承受運輸和運行過程中的各種作用力。

中、小型異步電動機通常采用鑄鐵機座，定子鐵芯緊貼在機座的內壁，電動機運行時鐵芯和繞組產生的熱量主要通過機座表面散發(fā)到空氣中去，因此，為了增加散熱面積，在機座外表面裝有散熱片。

對大型異步電動機，一般采用鋼板焊接機座，此時為了滿足通風散熱的要求，機座內表面與定子鐵芯間隔適當距離，以形成空腔，作為冷卻空氣的通道。5.1.3三相異步電動機的分類和銘牌

1．三相異步電動機的分類

三相異步電動機種類繁多，應用廣泛，通常按照電動機結構尺寸、防護形式、冷卻方式、運行工作制、轉速類別、機械特性、轉子結構形式以及使用環(huán)境不同進行分類。

2．三相異步電動機的銘牌

銘牌是電動機使用和維修的依據(jù)，必須按銘牌上所寫額定值和要求去使用和維修。

通常電動機銘牌上要標出電動機型號、額定功率、額定電壓、額定電流、額定頻率、額定效率、額定轉速、額定功率因數(shù)、轉子電壓、轉子電流、絕緣等級、溫升、防護等級、噪聲等級等，除此之外，還要標出標準編號、工作制或定額、出廠編號、出廠單位、出廠日期等。如圖5.7所示為某廠的三相異步電動機銘牌。圖5.7三相異步電動機銘牌

(1)型號。以Y200M-4為例，說明電動機型號，其中，Y表示異步電動機，200表示機座中心高(mm)，L表示機座長度代號(S表示短號，M表示中號，L表示長號)，4表示磁極數(shù)。

(2)額定功率PN表示電動機在額定電壓、額定頻率和額定負載時，轉軸上輸出的機械功率，單位用kW表示。通常使負載處于PN的75%～100%時電動機效率和功率因數(shù)較高。如果電動機實際輸出功率P遠遠小于額定功率PN，電動機的效率和功率因數(shù)均較低，這時電動機處于“大馬拉小車”狀態(tài)，是不合理的運行方式。相反，電動機實際輸出功率P遠遠大于額定功率PN時，電動機處于過載運行，相當于“小馬拉大車”狀態(tài)，因轉速降低，轉子銅耗增大，電動機繞組嚴重過熱，電動機會因溫升過高而被燒毀。對于三相異步電動機，其額定功率為

(3)額定頻率fN表示電動機正常工作時所要求的電源頻率。我國工頻為50Hz，國外有60Hz的。頻率的大小對電動機性能有很大影響，尤其國外60Hz的電動機，通常不能直接使用在國內50Hz的電源上。

(4)額定電壓UN是指電動機正常工作時電動機三相定子繞組上所加的線電壓，國內電源電壓有10kV、6kV、3kV、380V、220V等。一般中、小型三相異步電動機額定電壓為380V，要求電源電壓波動不可超過額定電壓的?±5%，比如電動機額定電壓為380V時，電源電壓波動范圍應在361～399V之間。電源電壓過低，電動機啟動困難(因啟動轉矩與電壓的二次方成正比)，甚至不能啟動；電源電壓過高會使電動機過熱，甚至燒毀電動機。

(5)額定電流IN是指當電動機在額定狀態(tài)下運行時定子繞組的線電流。?電動機運行時定子線電流不可超過電動機銘牌上標出的額定電流。若電動機電流過大，則說明電動機過載了。電動機過載將導致電機溫升超限，這時要及時處理，并分析過載原因。

(6)額定轉速nN表示電動機接入額定電壓、額定頻率和額定負載時，電動機轉軸上的轉速，單位為r/min。電動機過載時的轉速比nN低，空載時的轉速要比nN高些。

(7)絕緣等級及溫升。電動機的絕緣等級取決于所用絕緣材料的耐熱等級，按材料的耐熱程度有A、E、B、F、H級五種常見的規(guī)格。環(huán)境溫度規(guī)定為40℃時，各絕緣等級的極限工作溫度如表5.1所示。電動機運行時所產生的損耗變成熱能，使繞組溫度升高，繞組絕緣最熱點的溫度不可超過極限工作溫度，比如電動機是F絕緣等級，絕緣最熱點溫度不可超過155℃，否則會加速電動機絕緣老化，縮短電動機絕緣壽命，甚至燒毀電動機。

電動機運行時由于發(fā)熱，繞組溫度高于環(huán)境溫度，我國環(huán)境溫度規(guī)定的標準是40℃，電動機的溫升應為繞組絕緣最高允許溫度減去環(huán)境溫度再減去熱點溫差所得的值。比如F級絕緣的溫升為155-40-15=100?K(電阻法)；又如B級絕緣的溫升為130-40-10?=?80K。

繞組溫升限度與測量方法有關，常用的測量方法有溫度計法、電阻法和埋置檢溫計法。

(8)繞組接線方式。普通三相電動機的三相定子繞組每相有兩個端頭，三相共6個端頭，電動機內部三相繞組與接線板連接如圖5.8所示。電動機的接線方法有兩種，星形連接與三角形連接，連接方法如圖5.9所示。必須注意的是，同一臺電動機使用不同的連接方法時，其相應使用的電壓也不同。例如：銘牌上電動機接法是Y/△連接，額定電壓為380/220V，即意味著Y連接時，額定電壓必須是380V，△連接時，額定電壓必須是220V。有些電動機的定子繞組每相中間有抽頭，這樣每三相共有9個端頭，可以接成△連接、Y連接、延邊三角形連接和雙速電動機繞組接線。具體如何連接，一定要按銘牌指示操作，否則電動機不能正常運行，甚至燒毀。圖5.8電動機內部接線圖5.9電動機的接線

(9)轉子電壓。對于繞線轉子異步電動機，轉子電壓是指轉子不轉及轉子繞組開路時，對定子施加額定電壓，在集電環(huán)上所測出的轉子繞組感應電壓。用這種方法也可以判別繞組重繞時，線圈匝數(shù)是否有誤，以及并聯(lián)支路數(shù)是否正確。

(10)轉子電流是將轉子繞組出線端短接后，轉子繞組中流動的電流稱為轉子電流。銘牌上的轉子電流是當電動機在額定負載下正常運轉時的額定轉子電流。

(11)額定功率因數(shù)cosφN是當電動機在額定狀態(tài)下運行時，?定子相電壓與相電流之間的相位差cosφN，稱為額定功率因數(shù)。

(12)額定效率ηN是指電動機在額定工作狀態(tài)下，軸上輸出功率P2與電源輸入功率P1的比值，稱為電動機的額定效率ηN，用百分數(shù)表示，即

(13)標準編號是指電動機產品按此標準生產，其技術數(shù)據(jù)能達到這個標準的要求。

(14)電動機定額或工作制。電動機定額是指由制造廠按照GB755-87標準規(guī)定的條件，在電動機銘牌上標定的全部電氣量和機械量的數(shù)值以及運行的持續(xù)時間和順序。常用的定額分為連續(xù)定額、短時定額和斷續(xù)定額。全部按定額運行的方式稱為額定運行。

(15)出廠編號。每個制造廠為了區(qū)別每種規(guī)格和每臺電動機，便于記錄各臺電動機的情況，建立檔案，因此要給每臺電動機進行出廠編號。5.1.4實訓

實訓1三相異步電動機的拆裝與日常維護

1．實訓目的

(1)掌握電動機的拆卸。

(2)掌握電動機的裝配。

(3)掌握電動機的日常維護。

2．實訓器材

三相籠型異步電動機，鉗形電流表，兆歐表，轉速表，拉鉤，活絡扳手，一字改錐，錘子，紫銅棒，鋼套筒，刷子等常用電工工具。

3．實訓內容與步驟

(1)電動機的拆卸。

①拆卸前，要備齊拆卸工具，選好合適的拆裝地點，清潔整理好現(xiàn)場環(huán)境，熟悉被拆裝電動機的結構特點，做好必要的記錄。

②拆卸聯(lián)軸器或傳動帶輪。松開帶輪或聯(lián)軸節(jié)頂絲，取下聯(lián)軸器或傳動帶輪上的定位螺釘或銷子，用拉鉤卸掉帶輪或聯(lián)軸節(jié)。裝上拉鉤，如圖5.10所示，拉鉤絲杠尖端對準電動機轉軸中心，轉動絲杠，慢慢將聯(lián)軸器或傳動帶輪拉出。若拉不出，不可硬拉，在定位螺孔內注入煤油，幾小時后再拉。在拆卸過程中，要注意：不可以用錘子直接敲打聯(lián)軸器或傳動帶輪，以防碎裂或使電動機軸變形。圖5.10聯(lián)軸器的拆卸③拆卸軸承蓋和端蓋。卸下軸承蓋螺栓，拆下軸承蓋外蓋；在端蓋與機座接縫處的任一位置做好復位記號。卸掉后端蓋固定螺釘，然后用錘子均勻向外敲打端蓋四周(敲打時墊上墊木)，將端蓋取下。若外部有強迫通風的風扇，應先拆去防護罩，再拆下風扇。小型電動機只拆卸風扇一側的端蓋，同時將另一側的軸承蓋螺栓拆下，將轉子、端蓋和風扇一起抽出。

④抽出轉子。將轉子與后端蓋一起取出。抽出轉子的過程中，應小心緩慢，始終沿著轉子軸徑的中心線向外移動，特別要注意不可歪斜著往外抽。應防止轉子碰傷繞組。當轉子抽出，重心移到機外時需墊支架，并包好軸伸端，以免弄傷或碰壞。⑤拆卸軸承。軸承的拆卸可以在兩個部位上進行。一種是在轉軸上拆卸，另一種是在端蓋內拆卸。

在轉軸上拆卸常用以下三種方法：第一種是選用大小合適的拉鉤，其絲杠中心對準電動機的轉軸中心，開始拉力要小，將軸承慢慢拉出，如軸承良好，則不必拆卸；第二種是在沒有拉鉤的情況下，用端部呈楔形的銅棒，在傾斜方向頂住軸承內圈，邊用榔頭敲打，邊將銅棒沿軸承內圈移動，以使軸承周圍均勻受力，直到卸下軸承；第三種是用兩塊厚鐵板在軸承內圈下邊夾住轉軸，并用能容納轉子的圓筒或支架支住，在轉軸上端墊上厚木板或銅板，敲打取下軸承。在端蓋內拆卸軸承：有的電動機端蓋軸承孔與軸承外圈的配合比軸承內圈與軸承的配合更緊，在拆卸端蓋時，使軸承留在端蓋軸承孔中。拆卸時將端蓋止口面向上平穩(wěn)放置，在端蓋軸承孔四周墊上木板，但不能抵住軸承，然后用一根直徑略小于軸承外沿的銅棒或其他金屬棒，抵住軸承外圈，從上方用榔頭將軸承向下敲出。

(2)電動機的裝配。

①清洗。用壓縮空氣或皮老虎將定子內灰塵吹凈。用煤油清洗軸承及其他零件的油污。用壓縮空氣將軸承內油吹凈，并用布或棉紗把所有零件擦干。在繞組端噴上一層灰瓷漆以加強絕緣和防潮，待油漆干后再進行裝配。

②軸承的裝配。軸承用敲打法冷裝。在軸和軸承配合部位涂上潤滑脂后，把軸承套在軸上，用一根內徑大于軸頸直徑的鋼套筒，一端頂在軸承的內圈上，用錘子敲打鐵管的另一端，將軸承逐漸敲打到位。也可用加熱方法安裝，將軸承放在機油鍋里加熱，油溫約100℃，時間5～10min，然后輕打裝上。③安裝后端蓋。

④安裝轉子。轉子安裝時不得碰擦定子繞組。當端蓋與機座合攏時，應將拆卸時所做的端蓋與機座間的位置標記對齊，然后裝上端蓋螺栓并旋緊。

⑤安裝前端蓋。將前端蓋對準與機座的標記，用木錘均勻敲打端蓋四周，不可單邊著力，并擰緊端蓋的緊固螺栓。擰緊前后端蓋的緊固螺栓時，也要四邊著力。

⑥風扇葉、風罩的安裝。風扇葉和風罩安裝完畢后，用手轉動轉軸，轉子應轉動靈活、均勻，無停滯或偏重現(xiàn)象。⑦帶輪或聯(lián)軸器的安裝。安裝帶輪時，將拋光布卷在圓木上，把帶輪或聯(lián)軸器的軸孔打磨光滑，用拋光布把轉軸的表面打磨光滑，然后對準鍵槽把帶輪或聯(lián)軸器套在轉軸上，調整好帶輪或聯(lián)軸器與鍵槽的位置，將木板墊在鍵的一端，輕輕敲打，使鍵慢慢進入槽內。安裝大型電動機的帶輪時，可先用固定支持物頂住電動機的非負荷端和千斤頂?shù)牡撞?，再用千斤頂將帶輪頂入。實?三相異步電動機定子繞組首末端的判斷

1．實訓目的

(1)掌握用36V交流電源和燈泡判別異步電動機三相定子繞組首末端。

(2)學會用剩磁法判別異步電動機三相定子繞組首末端。

2．實訓器材

三相鼠籠式異步電動機1臺，36V交流電源1個，燈泡1個，電流互感器或鉗形電流表1塊，干電池1節(jié)，萬用表1塊，交流電壓表1塊，交流電流表2塊。

3．實訓內容與步驟

三相異步電動機三相定子繞組的6個線頭在出廠前(或維修后)均按規(guī)定的位置排成上下兩排，連接在電動機接線盒內的接線板上，當電動機接線板損壞，定子繞組的6個線端分辨不清時，不可盲目接線，以免引起故障。在判定三相繞組的首末端前，先用萬用表電阻擋(或兆歐表)分別找出同相繞組的兩個線頭，并假設編號為U1、U2，V1、V2，W1、W2，然后采用下列方法進行首末端的判定。

(1)用36V交流電源和燈泡判別首末端。如圖5.11所示，先將每組的V1、U2相連，在U1、V2端接一只燈泡，然后在W1、W2兩端接上36V的交流電源。若燈泡發(fā)亮，說明假定的U1、U2和V1、V2的編號正確；若燈泡不亮，則將U1、U2或V1、V2中任意兩個線頭的編號對調即可。再依此方法，對W1、W2兩線端進行判別。圖5.11用36V交流電判別首末端

(2)剩磁法。電動機經過運轉后，它的轉子鐵芯會存在一定強度的剩磁，旋轉轉子時，定子繞組與剩磁切割，在定子繞組中產生微弱的感生電勢，而且是三相對稱的，這是剩磁法操作的依據(jù)。

①如圖5.12所示，將U1、V1、W1及U2、V2、W2分別并接在一起，再并接毫伏表(或萬用表微安擋)。

②用手慢慢轉動電動機轉子，同時看毫伏表指針，若指針不動(有時會有微小的擺動)，則表明原先暫定的編號正確；若指針出現(xiàn)較明顯的擺動，則表明原先所暫定的編號不對，這時應將其中一相的編號對調后重測，最多經三次對調便可判別出三相繞組的首末端。圖5.12剩磁法

(3)交流法。交流法是一種運用變壓器原理來判別三相繞組首末端的方法。

①如圖5.13所示，將U2、V2、W2接在電源的一端，再將U1、V1、W1中任意一端，如W1接到電源另一端。

②將余下的兩端U1、V1相互碰撞，若無火花，則表明這兩端同為首端(或同為末端)；若有火花，對調這兩相中任意一相兩個線頭編號，重新按前面的方法操作。

③將W1上的電源線換接到V1上，相互碰撞U1、W1，若無火花，則U1、V1、W1同為首端(或同為末端)；若有火花，則對調W1、W2兩線頭編號，重新再測。圖5.13交流法

(4)直流法。直流法是根據(jù)同一磁路中多個線圈會產生互感現(xiàn)象的原理來進行判斷的。

①如圖5.14所示，將直流毫伏表(也可以用萬用表微安擋)并接在W1、W2上，干電池一個極接到U1上。

②將U2與干電池的另一個極碰一下，觀察兩者接觸瞬間毫伏表指針的偏轉反向。若毫伏表指針正偏，則與電池正極、毫伏表負極相接的線頭同為首端(或同為末端)，即U1、W1同為首端；若毫伏表指針反偏，則與電池正極、毫伏表正極相接的線頭同為首端，即U1、W2同為首端，對調編號W1、W2。

③將毫伏表接到V1、V2上，用同樣方法判別出剩下一相的首末端。圖5.14直流法5.2單相異步電動機的基礎知識

采用單相交流電源的異步電動機稱為單相異步電動機。這種電動機為小功率電動機，其容量從幾瓦到幾百瓦，凡是有220V單相交流電源的地方均能使用。由于它結構簡單，因此其成本低廉，噪聲小，移動安裝方便，對電源無特殊要求，所以在只需要小功率電動機的用電設備中，以及電風扇、洗衣機、電冰箱、空調機、鼓風機、吸塵器等家用電器中常常采用單相異步電動機。5.2.1單相異步電動機的工作原理

一般的三相交流感應電動機在接通三相交流電后，電機定子繞組通過交變電流后產生旋轉磁場并感應轉子，從而使轉子產生電動勢，并相互作用而形成轉矩，使轉子轉動。但單相交流感應電動機，只能產生極性和強度交替變化的磁場，不能產生旋轉磁場，因此單相交流電動機必須另外設計使它產生旋轉磁場，轉子才能轉動。常用的單相異步電動機有電容式和罩極式兩種類型。

1．電容式電動機

該類電動機可分為電容分相啟動電機和永久分相電容電機。電容式電動機結構簡單，啟動快速，轉速穩(wěn)定，被廣泛應用在電風扇、排風扇、抽油煙機等家用電器中。電容分相式電動機在定子繞組上設有主繞組W和副繞組S(啟動繞組)，并在啟動繞組中串聯(lián)大容量啟動電容器，這兩個繞組在空間位置上相差90°。啟動繞組串接電容器C后與工作繞組并聯(lián)接入電源，如圖5.15所示。在同一單相電源作用下，選擇適當?shù)碾娙萜魅萘?，使工作繞組的電流和啟動繞組的電流相位差近乎90°。分析表明，當具有90°相位差的兩個電流通過空間位置相差90°的兩相繞組時，產生的合成磁場為旋轉磁場。籠型轉子在這個旋轉磁場的作用下就產生電磁轉矩而旋轉。從而能產生較大的啟動轉矩，使轉子啟動運轉。圖5.15電容式電動機原理示意圖電容式啟動電動機，由于其運行繞組分正、反相繞制設定，所以只要將啟動繞組或工作繞組接到電源的兩個端子對調，即可方便實現(xiàn)電機逆、順方向運轉。

如果在啟動繞組電路中串入一個離心開關，當電動機啟動運轉后，依靠離心力的作用使開關斷開，啟動繞組斷電，電動機仍能繼續(xù)運轉。這種電動機稱為電容啟動電動機。如果不串入離心開關，啟動后啟動繞組仍通電運行，則稱為電容運轉電動機或永久分相電容電動機。由于永久分相電機其啟動的轉矩較小，因此很適于排風機、抽風機等要求啟動力矩低的電器設備中應用。

2．罩極式電動機

罩極式單相交流電動機結構簡單，其電氣性能略差于其他單相電機，但由于制作成本低，運行噪聲較小，對電器設備干擾小，所以被廣泛應用在電風扇、電吹風、吸塵器等小型家用電器中。罩極式電動機根據(jù)定子外形結構的不同，又分為凸極式罩極電動機和隱極式罩極電動機。

凸極式罩極電動機只有主繞組，沒有副繞組(啟動繞組)，定子繞組套裝在這個磁極上，并在每個磁極表面開一個凹槽，將磁極分成大小兩部分，在較小的一部分上套著一個短路銅環(huán)，也稱為電極罩極圈，凸極式罩極電動機結構如圖5.16所示。當電動機通電后，由于圖5.16凸極式罩極電動機結構1—定子鐵芯；2—短路銅環(huán)；3—定子繞組；4—轉子；短路環(huán)中感應電流的作用，使通過磁極的磁通分成兩部分，這兩部分磁通數(shù)量上不相等，在相位上也不同，通過短路環(huán)的這一部分磁通滯后于另一部分磁通。所以電動機的磁場是一個移動的磁場。這種電動機的旋轉方向是由磁極沒加短路環(huán)部分向套有短路環(huán)部分的方向旋轉。罩極式單相電動機還有一個特點，即可以很方便地轉換成二極或四極轉速，以適應不同轉速電器配套使用。

單向異步電動機的最大特點就是能適用于單相電源的場合。但是它的效率、功率因數(shù)和過載能力都比較低，因此容量一般在1kW以下。5.2.2單相異步電動機的結構特點

單相異步電動機的結構與三相異步電動機類似，即由定子鐵芯與繞組和轉子鐵芯與繞組兩大部分組成。定子鐵芯與繞組用于產生旋轉磁場，轉子鐵芯和繞組產生感應電動勢、電流并形成電磁轉矩。

定子鐵芯是由硅鋼片疊壓而成的，定子繞組由兩套線圈組成，一套是工作繞組(主繞組)，一套是啟動繞組(副繞組)。兩套繞組的中軸線在空間上錯開一定角度。兩套繞組若在同一槽中時，一般將工作繞組放在槽底部，啟動繞組放在槽內上部。

轉子鐵芯也是由硅鋼片疊壓而成，套裝在轉軸上，轉子鐵芯槽內裝有籠型轉子繞組。

電動機使用場合的不同，其結構形式也各不相同，大體上可分以下幾種：

1．內轉子結構形式

內轉子結構形式的單相異步電動機與三相異步電動機的結構類似，即轉子部分位于電動機內部，主要由轉子鐵芯、轉子繞組和轉軸組成。定子部分位于電動機外部，主要由定子鐵芯、定子繞組、機座、前后端蓋(有的電動機前后端蓋可代替機座的功能)和軸承等組成。如圖5.17所示的電容運行臺扇電動機即為此種結構形式。圖5.17電容運行臺扇電動機結構1—前端蓋；2—定子；3—轉子；4—軸承蓋；5—油氈圈；6—后端蓋

2．外轉子結構形式

這種結構形式的單相異步電動機定子與轉子的布置位置與內轉子結構形式正好相反，即定子鐵芯及定子繞組置于電動機內部，轉子鐵芯、轉子繞組壓裝在下端蓋內。上、下端蓋用螺釘連接，并借助滾動軸承與定子鐵芯及定子繞組一起組合成一臺完整的電動機。電動機工作時，上下端蓋及轉子鐵芯與轉子繞組一起轉動。如圖5.18所示的電容運行吊扇電動機即為此種結構形式。圖5.18電容運行吊扇電動機結構1—上端蓋；2，6，7—擋油罩；3—定子；4—下端蓋；5—引出線

3．罩極式電動機結構形式

罩極式電動機是單向交流電動機中最簡單的一種，通常采用籠型斜槽鑄鋁轉子。它根據(jù)定子外形結構的不同，可分為凸極式罩極電動機和隱極式罩極電動機。

凸極式罩極電動機的定子鐵芯外形為方形、矩形或圓形的磁場框架，磁極凸出，每個磁極上均有一個或多個起輔助作用的短路銅環(huán)，即罩極繞組。凸極磁極上的集中繞組作為主繞組。

隱極式罩極電動機的定子鐵芯與普通單相電動機的鐵芯相同，其定子繞組采用分布繞組，主繞組分布于定子槽內，罩極繞組不用短路銅環(huán)，而是用較粗的漆包線繞成分布繞組(串聯(lián)后自行短路)嵌裝在定子槽中(約為總槽數(shù)的1/3)，起輔助組的作用。主繞組與罩極繞組在空間相距一定的角度。5.2.3實訓

實訓1風扇的拆裝

1．實訓目的

(1)熟悉單相異步電動機的結構。

(2)能進行熟練正確拆卸、組裝吊扇電動機。

2．實訓器材

萬用表，兆歐表各一塊，吊扇一臺，常用電工工具。

3．實訓內容與步驟

(1)吊扇電動機的拆卸。

①拆卸前的準備。拆卸前應先了解吊扇的基本構造、電動機的型號和主要參數(shù)、調速方式、電容器規(guī)格等。

牢記拆卸步驟。在拆卸時，首先要考慮到以后的裝配，一般情況下，兩者順序正好相反，即先拆的后裝，后拆的先裝。對初次拆卸者來說，最好是一邊拆一邊記錄拆卸的順序。

電動機的零部件要集中放置。由于單相異步電動機的許多零部件體積都很小，電動機拆卸后，需要對定子繞組進行修理或更換時，間隔時間較長。為保證零部件不丟失、不損壞，必須將所有零部件集中放置在盒子或袋子內，妥善保管。保證電動機各個零部件的完好。在拆裝時要特別注意輕打、輕敲，不允許用與電動機鐵芯及端蓋等同樣硬度的金屬物敲擊電動機，必須借助于紫銅棒、紫銅板、木板等才能敲擊電動機。由于電動機定子繞組的線徑很細，所以不允許直接碰撞電動機定子繞組。在拆卸電動機時，要注意防止各個零部件直接跌落在地上或鉗臺上，造成零部件的變形或損壞。②拆卸吊扇。拆卸吊扇前應切斷交流電源，然后拆下風扇葉，取下吊扇，拆除啟動電容器、接線端子及風扇電動機以外的其他附件。此時，必須記錄下啟動電容器的接線方法及電源接線方法。

③風扇電動機的拆卸。拆卸風扇電動機應按以下步驟進行：拆除上下端蓋之間的緊固螺絲(拆卸時，應按照對角交替順序分步旋松螺絲)：取出上端蓋；取出定子鐵芯和定子繞組組件；使外轉子與下端蓋脫離；取出滾動軸承。

(2)吊扇電動機的裝配。將吊扇各零部件清洗干凈，并檢查完好之后，按與裝卸相反的步驟進行裝配。

如圖5.19所示，電容器傾斜裝在吊桿上端的上罩內的吊攀中間，防塵罩套上吊桿，扇頭引出線穿入吊桿；先拆去扇頭軸上的制動螺釘，再將吊桿與扇頭螺絲擰合，直至吊桿孔與軸上的螺孔對準為止；并且將兩只制動螺釘裝上旋緊，然后握住吊桿拎起扇頭，用手輕輕轉動看看是否轉動靈活。圖5.19吊扇裝配示意圖

(3)吊扇電動機裝配后的通電試運轉。在確認裝配及接線無誤后方可通電試運轉。在試運轉時，必須密切注意風扇的啟動情況、轉向及轉速。如發(fā)現(xiàn)不正常應立即停電檢查。如有調速器，可將調速器接入，觀察調速情況。

裝配好的吊扇并應觀察風扇的運轉情況是否正常。 5.3直流電動機的基礎知識

直流電動機是實現(xiàn)直流電能和機械能相互轉換的一種旋轉電動機。由直流電源供電，拖動機械負載旋轉，輸出機械能的電動機稱為直流電動機；由原動機拖動旋轉，將機械能轉變?yōu)橹绷麟娔艿碾妱訖C稱為直流發(fā)電機。直流電動機結構復雜，成本高，消耗銅較多，換向器制造比較復雜，而且電刷和換向器易磨損，因此運行維護比較麻煩。但直流電動機具有優(yōu)良的性能，即能在寬廣的范圍內平滑而又方便地調節(jié)轉速，可實現(xiàn)頻繁的快速啟動、制動和反轉，有較強的過載能力，能承受頻繁的沖擊負載，可以滿足生產過程自動化控制系統(tǒng)的各種特殊要求；同時直流電動機還具有使用方便可靠，波形好，對電源干擾小等優(yōu)點。所以直流電動機在現(xiàn)代工業(yè)和人民生活中仍占有重要地位，在冶金、采礦、運輸、化工、紡織、造紙、印刷和機床等工業(yè)部門中得到廣泛應用。5.3.1直流電動機的工作原理

如圖5.20所示是最簡單的直流電動機模型。在兩個空間位置固定的磁極N、S之間，由兩根導體ab和cd連成一個線圈，將線圈的首、末端分別連到兩個弧形換向片上，換向片上安裝有電刷A和B(固定不動)。當電樞(這里即為線圈)轉動時，電刷A只與轉到N極下面的換向片相接觸，而電刷B只與轉到S極下面的換向片相接觸。在實際的電動機中，線圈的匝數(shù)很多，通常稱為電樞繞組。圖5.20直流電動機工作原理電流從電源的正極流出，經電刷A和換向片進入繞組abcd，再經另一換向片和電刷B流到電源的負極。電流的流向如圖5.18中的箭頭所示，在ab段是從a到b，cd段是從c到d。根據(jù)左手定則，可以確定ab段導體在磁場中的受力方向是向左，cd段導體的受力方向是向右，于是繞組在磁場力的作用下作逆時針方向旋轉。

隨著繞組的轉動，導體ab與cd的位置發(fā)生變化，ab段向下轉入S極，cd段向上轉入N極。此時在上面的導體是dc，在下面的導體是ba，電流從電源的正極流出，經電刷A和換向片進入導體dc，電流方向為從d到c，然后再從b到a，經另一換向片和電刷B，回到電源負極。由于換向片的作用，雖然導體ab和cd的位置相互轉換，但是導體中電流的方向跟著轉換，保證電樞繞組按原來的方向連續(xù)運轉。5.3.2直流電動機的結構

直流電動機由兩個主要部分組成：靜止部分和轉動部分。靜止部分稱為定子，由主磁極、換向磁極、機座和電刷等裝置組成，主要用來建立磁場。轉動部分稱為轉子和電樞，由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風扇、轉軸等組成，是機械能變?yōu)殡娔芎碗娔茏優(yōu)闄C械能的樞紐。在靜止和轉動部分之間，有一定的間隙，稱為氣隙。如圖5.21所示為直流電動機結構圖，圖5.22為直流電動機組成部件。圖5.21直流電動機結構圖圖5.22直流電動機組成部件

1．靜止部分

(1)主磁極。主磁極的作用是產生一個恒定的主磁場，它由鐵芯和勵磁繞組組成。在勵磁繞組中通入直流電流后，鐵芯中即產生勵磁磁通，并在氣隙中建立磁場。勵磁繞組是用絕緣銅線繞制的線圈，套在鐵芯外面。鐵芯一般用硅鋼片疊壓而成。主磁極總是N、S兩極成對出現(xiàn)的。主磁極的勵磁繞組相互串聯(lián)連接，連接時要保證相鄰磁極的極性按N、S交替排列。主磁極的結構如圖5.23所示。圖5.23主磁極的結構1—機座；2—主磁極鐵芯；3—勵磁繞組

(2)換向磁極。換向磁極也是由鐵芯和換向磁極繞組構成的，如圖5.24所示。其作用是減小電刷與換向器之間的火花。換向磁極安裝在相鄰兩個主磁極的中間線上，當換向磁極繞組通入直流電流時，它所形成的磁場對電樞磁場產生影響。換向磁極繞組一般總與電樞繞組串聯(lián)。圖5.24換向磁極1—換向磁極鐵芯；2—換向磁極繞組

(3)機座。機座由鑄鐵或鑄鋼制成，是磁路的一部分。它用來固定主磁極、換向磁極和端蓋。其結構如圖5.25所示。圖5.25機座1—主磁極；2—換向磁極；3—機座

(4)電刷裝置。電刷將旋轉的電樞繞組電路與靜止的外部電路相連接，把直流電流引入或將直流感應電動勢引出。直流電動機中電刷裝置由電刷及刷握、彈簧、刷桿座等部分組成。電刷裝置在刷握內，用彈簧壓緊在換向器上。一般電刷組數(shù)與主磁極極數(shù)相等。電刷裝置在換向器表面且對稱分布，可以移動，用以調整電刷在換向器上的位置。電刷裝置如圖5.26所示。圖5.26電刷裝置1—刷辮；2—壓指；3—電刷；4—刷握

2．轉動部分

(1)電樞鐵芯。電樞鐵芯是磁路的一部分，同時對放置在其上的電樞繞組起支撐作用。電動機運行時，交變的磁通會在鐵芯中產生渦流和磁滯損耗。為了減少渦流損耗，電樞鐵芯通常采用0.5mm厚且表面涂絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。每片周圍均勻分布許多齒和槽，槽內可安放電樞繞組，其結構如圖5.27(a)所示。

(2)電樞繞組。電樞繞組是直流電動機電路的主要組成部分，它是產生感應電動勢和流過電流而產生電磁轉矩，從而實現(xiàn)機、電能轉換的重要部件。電樞繞組通常用絕緣的銅線或扁銅線在模具上繞成線圈后再放置在電樞鐵芯槽中，槽口用槽楔壓緊，防止旋轉時將繞組甩開，其結構如圖5.27(b)所示。圖5.27電樞鐵芯及電樞繞組

(a)鐵芯沖片(b)電樞1—轉軸；2—電樞鐵芯；3—換向器；4—電樞繞組

(3)換向器。換向器是由許多銅質換向片組成的一個圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。換向器的結構如圖5.28所示。

換向器裝在電樞的一端，電樞繞組的兩端分別焊接在兩片換向片上。它是直流電動機的主要部件。其作用是在直流電動機中，將外加的直流電流變?yōu)殡姌欣@組中的交流電流；在直流發(fā)電機中，將電樞繞組中的交變電動勢變?yōu)殡娝⒍它c的直流電動勢。圖5.28換向器的結構1—連接器；2—換向片；3—云母環(huán)；4—V形套筒

3．氣隙

氣隙是電動機磁路的重要組成部分。一般小型電動機的氣隙為0.5～5mm，大型電動機的氣隙為5～10mm，但由于氣隙磁阻遠大于鐵芯磁阻，對電動機性能有很大的影響，因而在組裝時要特別注意。5.3.3直流電動機的分類

直流電動機一般是根據(jù)勵磁方式進行分類的，因為它的性能與勵磁方式有密切關系，勵磁方式不同，電動機的運行特性有很大差異。根據(jù)勵磁繞組與電樞繞組連接的不同，可以分為他勵式、并勵式、串勵式和復勵式直流電動機。

(1)他勵式。勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個不同的直流電源供電，即勵磁電路與電樞電路沒有電的連接。由勵磁電源產生勵磁電流If建立磁通Φ。電樞電路接通電源U后，電樞中產生工作電流Ia，電樞在磁場作用下，產生電磁轉矩T，以n的轉速旋轉，并在電樞中產生反電勢E。他勵式直流電動機的接線圖和原理圖分別如圖5.29(a)、(b)所示。圖5.29他勵式直流電動機

(2)并勵式。勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)后共同由一個直流電源供電。對于并勵式直流電動機，勵磁電壓等于電樞電壓，勵磁繞組匝數(shù)多，電阻較大?？傠娏鞯扔陔姌须娏骱蛣畲爬@組電流之和，即I?=?Ia+If，但勵磁電流只為電樞電流的一小部分。并勵電動機和他勵電動機并無本質的區(qū)別，兩者可以通用。并勵式直流電動機的接線圖和原理圖分別如圖5.30(a)、(b)所示。圖5.30并勵式直流電動機

(3)串勵式。勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)后接入直流電源，勵磁電流和電樞電流是同一個電流，即I?=?Ia?=?If。串勵式直流電動機的接線圖和原理圖分別如圖5.31(a)、(b)所示。圖5.31串勵式直流電動機(a)接線圖(b)原理圖

(4)復勵式。有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。并勵繞組匝數(shù)多而線徑細，串勵繞組匝數(shù)少而線徑粗，如圖5.32所示。復勵式電動機既可以具有串勵式電動機的某些優(yōu)點，適用于負載轉矩變化較大，需要機械特性比較軟的設備中，又可以像并勵電動機那樣在空載和輕載下運行。圖5.32復勵式直流電動機(a)接線圖(b)原理圖在一些小型直流電動機中，也有用永久磁鐵產生磁場的，這種電動機稱為永磁式電動機。由于其體積小、結構簡單、效率高、損耗低、可靠性高等特點，因而應用越來越廣泛，例如兆歐表中的手搖發(fā)電機和測速發(fā)電機、汽車用永磁電機等。5.3.4實訓

實訓1直流電動機的拆裝

1．實訓目的

熟悉直流電動機的結構，熟悉直流電動機的拆卸、組裝方法。

2．實訓器材

常用電工工具，拉具，活絡扳手，手錘，紫銅棒，木槌，扁鑿；兆歐表，3V直流電源，直流毫伏表，直流電動機一臺。

3．實訓內容與步驟

(1)直流電動機的拆卸步驟如下：

①在拆卸直流電動機前，要用儀器儀表進行整機檢查，查明繞組對地絕緣以及繞組間有無短路、開路或其他故障，以便針對故障進行修理。拆卸直流電動機前應在刷架處做好明顯的標記，在端蓋與機座的連接處也做明顯的標記，便于裝配。

②拆除電動機外部的全部連接導線，并作好線頭對應連接標記。如有聯(lián)軸器的，要做好電動機軸伸端與聯(lián)軸器上的尺寸標記，拆下聯(lián)軸器對接的連接端和定位螺釘(或銷子)，用拉具拉下聯(lián)軸器。③用利器或用油漆等在端蓋與機座止口處作好明顯的標記(不能用粉筆作標記)。

④拆松電動機的底腳固定螺栓。

⑤拆除與電動機相連接的傳動裝置。

⑥拆除電動機的聯(lián)軸器或帶輪，拆除前作好電動機軸伸端與聯(lián)軸器上的尺寸標記。

⑦拆掉換向器端的軸承外蓋。

⑧打開換向器端的觀察窗，從刷盒中取出電刷，再拆下刷桿上的連接線。

⑨拆下?lián)Q向器端的端蓋，取出刷架。拆下刷架前，要作好標記，便于安裝后調整中性線位置。用白布或紙板把換向器包好。

小型直流電動機，可先把后端蓋固定螺栓松掉，用木槌敲擊前軸端，有退端蓋螺孔的用螺栓擰入螺孔，使端蓋止口與機座脫開，把帶有端蓋的電動機轉子從定子內小心抽出；中型電動機，可將后端軸承蓋拆下，再卸下后端蓋。

將電樞小心抽出，注意防止繞組盒換向器損傷。抽出的電樞必須放在木架或木板上，并用布或紙包好。

如發(fā)現(xiàn)軸承有異?，F(xiàn)象，可把軸承卸下。

清除電動機內部的灰塵和雜物，如軸承潤滑油已臟，則需更換潤滑油脂。

測量電動機各繞組的對地絕緣電阻。

(2)直流電動機的裝配步驟如下：

①清理零部件，排除故障。

②裝配定子。

③裝軸承內蓋及熱套軸承。擰緊端蓋螺絲，必須四周用力均勻，按對角線上下左右擰緊，不能先將一個螺絲擰緊后再去擰另一個螺絲。

④將刷架裝于前端蓋內。

⑤把轉子裝入定子內。將帶有刷架的端蓋裝到定子機座上，將機座立放，機座在上，端蓋在下，將電刷吊掛在刷架外側，把轉子吊入定子內，使軸承進入端蓋軸承孔。⑥裝端蓋及軸承外蓋。

⑦檢查氣隙，調整使之均勻。

⑧將電刷放入刷盒內并壓好。

⑨研磨電刷并測電刷壓力。

⑽裝出線盒及接引出線。

(11)安裝其余零部件。

(12)調整刷架，使其在中性線上。

(13)試運行。

(14)涂漆。實訓2直流電動機的檢修

1．實訓目的

掌握直流電動機定子繞組、電樞繞組、換向器的檢修方法。

2．實訓器材

常用電工工具，功率較大的電烙鐵及焊錫等，萬用表、直流毫伏表各一塊，直流電動機，6V直流電源，6V校驗燈。

3．實訓內容與步驟

(1)定子繞組的檢修。定子繞組常見的故障是并勵繞組中有少數(shù)幾匝線圈短路。常見的檢查方法有三種：

①如圖5.31所示，將電動機所有磁極的繞組串接起來，外加適當?shù)闹绷麟娫?電壓110V或更低一些)，用直流電壓表測量每只繞組兩端的電壓。如果各個電壓值大小不等，則電壓較小的繞組就是短路故障繞組。

②用電橋檢查測量各個繞組的直流電阻值。繞組正常時，各個繞組的阻值差別應不超過5%，短路故障的繞組其阻值應比非故障繞組的阻值小一些。③如圖5.33所示，將電動機所有磁極的繞組串接起來，外加適當?shù)牡蛪航涣麟娫?如交流220V)，故障部位會局部嚴重發(fā)熱，若覺得220V過高，可串接適當?shù)臒襞輥斫祲骸?/p>

故障查出后，需按照原來的線徑、匝數(shù)和原來的條件修復或更換繞組。

(2)換向極繞組和補償繞組的檢查。用電橋測量各個繞組的直流電阻。繞組正常時，各極繞組的電阻值差別應不超過5%。圖5.33用電壓降法檢查磁極繞組的短路故障

(3)電樞繞組的檢修。電樞繞組常見的故障有開路、短路、接地、錯接和接反等。

①電樞繞組開路故障的檢修。電樞繞組開路點一般發(fā)生在繞組元件引出線與換向片的焊接處。造成的原因一是焊接質量不好；二是電動機過載、電流過大造成脫焊。

電樞繞組經常由于個別元件斷線或換向片焊接不良等原因造成開路故障。直流電動機的電樞繞組是閉路繞組，若某個元件開路，當該元件轉動到電刷下時，電流將通過電刷接通與斷開使開路元件兩側的換向片被電弧灼黑，根據(jù)灼黑的換向片可以找出開路故障的位置。采用測量換向片間電壓降的方法來檢查開路故障的位置，即在換向器的相鄰換向片上(對于單疊繞組)或相隔接近一個極距的兩個換向片上(對于單波繞組)接入直流低壓電源，用直流毫伏表測量相鄰兩換向片間的電壓降。正常情況下，測得各個換向片間的電壓降一般應相等或與其平均值相差不大于±5%；若電樞繞組出