工信版(中职）电机与控制第三章教学课件.ppt

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工信版(中职）电机与控制第三章教学课件.ppt

Y CF(中职）电机与控制第三章教学课件第三章单相串励电动机第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理第二节单相串励电动机的运行特性第三节单相串励电动机的反转和调速第四节单相串励电动机常见故障的检修返回第三章单相串励电动机本章概述小型单相串励电动机结构相似于一般励磁式直流电动机，主要由定子、电枢、电刷架、机座、端盖等部分组成。单相串励电动机转速快，效率及功率因数较高，单位功率的体积及质量较小，因此，在手电钻、手持砂轮、吸尘器等电器中得到了广泛的应用。但单相串励式电动机与直流电动机的结构类似，具有电枢、换向器和电刷，因此，换向器及电刷故障较多。下一页返回第三章单相串励电动机教学目标 1.掌握单相串励电动机的基本结构和工作原理;2.了解单相串励电动机的运行特性;3.单相串励电动机的反转和调速;4.掌握单相串励电动机的常见故障及检修。上一页返回第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理一、单相串励电动机的结构 1.定子定子由定子铁芯和绕组构成，为减小涡流损耗，单相串励电动机的定子铁芯由0.5 mm 厚的硅钢片叠装而成。定子上装有励磁绕组，功率大于几百瓦的电动机还另装有补偿绕组和换向绕组。容量很小的一种单相串励电动机的定子冲片如图3-1 所示，它用0.5 mm 硅钢片叠装后，再用空心铆钉铆接成定子铁芯。定子为凸极式，采用集中式励磁绕组。这种电动机的特点是既没有换向极，也没有补偿极，它的最大容量不过数百瓦。主要用于各种电动工具，如手电钻、电锤及家用电器等。单相串励电动机的功率小于200 W，一般制成2 极，功率大于200 W 时一般制成4 极。下一页返回第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理 2.电枢电枢即电动机转子，由铁芯、绕组、轴、换向器、风扇组成，与直流电动机的电枢结构相同。电枢铁芯用0.5 mm 厚的硅钢片沿轴向叠装后，将转轴压入其中。电枢铁芯冲片的槽形一般均为半闭口槽，在槽内嵌有电枢绕组。电枢绕组各线圈元件的首尾端与换向器的换向片相焊接，构成一个闭合的整体绕组，单相串励电动机的电枢冲片如图3-2 所示。上一页下一页返回第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理为了简化工艺，电枢铁芯的槽一般做成与转轴轴线平行的直槽，如图3-3(a)所示。也可以叠装成斜槽形式，即槽与转轴轴线间有一个夹角，如图3-3(b)所示。斜槽结构虽然在工艺上较为复杂，但它可以使磁极极面与电枢铁芯间的磁阻变化较小，从而起到减弱电动机运行时产生噪声的作用。单相串励电动机电枢上的换向器结构与直流电动机中的换向器相同，它是由许多换向片围抱而成的，换向片间则用云母片绝缘。换向铜片加工成楔形，各换向铜片下部的两端有V 形槽，在两端的槽里压制塑料，使各换向片紧固成一整体，并使转轴与换向器相互绝缘。这样的机械和绝缘结构，可以承受高速旋转时所产生的离心力而不变形。上一页下一页返回第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理电动工具中，单相串励电动机采用的换向器一般有半塑料换向器和全塑料换向器两种结构，全塑料换向器就是在换向铜片之间采用耐弧塑料绝缘的换向器。3.电刷架电刷架一般用胶木粉压制底板，它由刷握和盘式弹簧组成。单相串励电动机的刷握按其结构形式，可分为管式和盒式两大类。目前，国内单相串励电动机的刷握结构大部分采用盒式结构。盒式结构的刷握具有结构简单、加工容易和调节方便等优点，特别适合于需要移动电刷位置以改善换向的场合。盒式刷握的缺点是刚性差、变形大，不适用于转速高、振动大的电动机。上一页下一页返回第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理管式结构刷握具有可靠、耐用等优点，它恰好能弥补盒式结构的不足。但是管式结构刷握的加工工艺要求较高，而且外形也较难安排。电刷也是单相串励电动机的一个重要附件，它不但担负电枢与外电路的连通，而且还与换向器配合共同完成电动机的换向工作。因此，电刷与换向器组成了单相串励电动机薄弱而又重要的环节，电刷与换向器之间不但有较大的机械磨损和机械振动，而且在配合不当时还将产生严重火花，故电刷是良好运行的保证。电刷的选择，主要是根据电刷的温升和换向器的圆周速度而定。电刷的温升与电刷的电流密度、电刷与换向器的接触电压降、机械损耗以及电刷的导热性有关。上一页下一页返回第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理而圆周速度过高则容易引起电刷和换向器发热，使火花增大。此外，在选择电刷时，还要考虑电刷的硬度和磨损性能等因素的影响。电动工具中的单相串励电动机采用的电刷多为DS 型电化石墨电刷。4.机座和端盖机座一般由钢板、铝板或铸铁制成，定子铁芯用双头螺栓固定在机座上。用于家用电器上的电动机则无固定的机座形式，它的机座常常直接制造成为机器的一部分。和其他电动机类似，端盖用螺栓紧固于机座的两端，轴承装于端盖内孔。小型串励电动机常将一只端盖与机座铸成一个整体，只有一只端盖可拆卸。端盖内孔中的轴承用于支撑电枢并将电枢精确定位。同时，在一只端盖上开有两个相对的圆孔或方孔，用来装设电刷。上一页下一页返回第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理二、单相串励电动机的工作原理单相串励电动机的工作原理是建立在直流串励电动机工作原理基础上的。因为直流电动机的旋转方向是由定子磁场方向和电枢中电流方向两者之间的相对关系来决定的，所以，如果改变其中的一个方向，则电动机的旋转方向就会改变。如果同时改变磁场方向和电枢电流的方向，则两者的相对极性没有改变，电动机不会改变方向。单相串励电动机的工作原理如图3-4 所示。上一页下一页返回第一节单相串励电动机的基本结构和工作原理由于励磁绕组和电枢绕组串接在同一单相电源上，当交流电处于正半波时，电流通过励磁绕组和转子绕组的方向(即磁场方向)以及电枢电流的方向如图3-4(b)所示。励磁绕组产生的磁场与电枢绕组电流相互作用产生电磁转矩，根据左手定则，电动机逆时针方向旋转;当交流电处于负半波时，励磁绕组产生的磁场方向和转子绕组的电流方向同时改变，如图3-4(c)所示，用左手定则判断出转子仍为逆时针方向旋转，方向不变。所以，串励电动机的转向与电源极性无关。上一页返回第二节单相串励电动机的运行特性一、单相串励电动机的机械特性无论是使用直流电或是交流电，单相串励电动机的机械特性都与直流串励电动机的机械特性相似，如图3-5 所示。在前面章中已介绍过，这种机械特性称为“软”特性。因此单相串励电动机不适用于转速要求稳定的场合，但在电动工具和诸如吸尘器等日用电器中，这种特性却可以起到自动调整转速的作用。当负载加重时，转速自动降低;当负载变轻时，转速自动升高。二、单相串励电动机的其他主要特性 1.启动性能好单相串励电动机具有较好的启动性能，启动转矩大，启动电流也无限大。下一页返回第二节单相串励电动机的运行特性启动后随着转速的上升电流随之减小，因此适合在启动困难的场合使用。2.转速高、调速方便单相串励电动机在交流工频供电时转速可高达4 00040 000r/min，而且电动机的转速越高，体积越小，质量也就越轻，因而特别适合于用在需要高速的设备中，如电动工具的电动机最高转速为15 000 r/min 左右，医疗器械的电动机最高转速可达20 000 r/min 左右，而家用吸尘器则要求电动机最高转速达30 000 r/min。单相串励电动机不仅转速高，而且调速性能好，调速方法简便(见下一节)。上一页下一页返回第二节单相串励电动机的运行特性 3.不允许空载启动和运行由于单相串励电动机空载时转速很高，容易造成电动机的损坏，所以一般不允许电动机空载启动和运行。电动工具使用的串励电动机，因一般带有减速器，所以空载转速不会很高，在设计时一般限制空载转速为额定转速的1.7 倍左右。而对于在一般日用电器中使用的串励电动机，因其功率较小、自身阻转矩较大，所以空载转速也不会很高。4.换向性能差单相串励电动机的突出缺点是换向性能差，换向火花大，产生的无线电干扰强，这在很大程度上影响了电动机的性能和使用寿命。上一页下一页返回第二节单相串励电动机的运行特性此外，这种电动机运行时产生的振动和噪声也比一般直流电动机大得多，其来源为:一是由于转速高产生的机械振动和噪声;二是风叶产生的噪声;三是在作交流电机使用时，由于磁场周期性地变化，使电机部件在交变磁场的作用下产生的振动和噪声。因此，单相串励电动机在选材和制造工艺上都必须采取一些措施，以改善其换向性能，尽量减少运行时的振动和噪声。上一页返回第三节单相串励电动机的反转和调速一、单相串励电动机的反转与串励式直流电动机的原理一样，只要改变电动机的励磁绕组或者电枢绕组的接线，就可以改变单相串励电动机的旋转方向。单相串励电动机的旋转方向如图3-6 所示，当励磁绕组和电枢绕组采用如图(a)、(b)的接法时，电动机按逆时针方向旋转;当采用图(c)、(d)接法时，电动机按顺时针方向旋转。二、单相串励电动机的调速如上所述，单相串励电动机具有良好的调速性能，多用于电动工具和各种小型日用电器中，这些电器对电动机的调整性能要求不高，调整范围也不宽(调速比一般为3:55:1)，所采用的调整方法也简单实用为原则，主要有调压、调磁和改变电阻三种方法。下一页返回第三节单相串励电动机的反转和调速 1.调压调速常用的调压调速方法有:(1)电子调速器调速常采用调节晶闸管导通角的调压调速。(2)整流器调速当串励电动机采用交流电供电时，若串入一只整流二极管，如图3-7 所示，只让半波通过电动机，则只得到一半的功率。图3-7 电路可得到高、低两种速度，常用于电吹风、电动按摩器、食品搅拌机等小型家用电器中。此外，还有采用自耦变压器和串入电抗器等调压调速方法。2.串联电阻调速上一页下一页返回第三节单相串励电动机的反转和调速电路如图3-8 所示，在串励电动机电路中串入可变(或分级可调)电阻器。可改变电动机的转速。这实际上也是一种降压调速的方法，较常见的是用于家用电动缝纫机的调速控制，调速电阻器用脚踏控制器控制。3.改变磁通调速改变磁通可以在一定范围调节电动机的转速:增加，转速下降;减小，转速上升。常用的方法有:如图3-9(a)所示，改变两励磁绕组的串、并联接法。若将串联改为并联，励磁电流只有电枢电流的一半，因而减小，转速升高;反之，若将并联改为串联，增加，转速下降。上一页下一页返回第三节单相串励电动机的反转和调速将励磁绕组用抽头分级换接，如图3-9(b)所示，抽头位置不同，则励磁绕组匝数改变，达到调磁调速的目的。以上这两种调磁调速的方法常用于食物搅拌器的单相串励电动机。如图3-9(c)所示，与励磁绕组并联电阻，调节电阻可改变励磁电流，从而实现调磁调速。这种方法由于电阻消耗功率使效率降低，所以较少采用。上一页返回第四节单相串励电动机常见故障的检修 1.通电后，电动机不转(1)电源线断路或短路可用万用表或检验灯检查，必要时更换新电源线。(2)开关损坏或接触不良用万用表查出后修理或更换开关。(3)炭刷和换向器之间接触不良调整弹簧压力，更换炭刷或用干布、细砂布打磨换向器表面，以改善其接触情况。(4)定子绕组断路如果断路点在绕组的引线部位，应重新焊接;若断线不好查找，则需重新绕制。(5)转子绕组开路若是引线脱焊或断开，则可焊接复原;若线圈的线匝断在铁芯槽内，只有重新绕制。下一页返回第四节单相串励电动机常见故障的检修(6)电动工具电动机主轴齿轮磨损或齿轮箱内齿轮损坏这种情况只有更换齿轮，检查时应先脱开传动齿轮，试转动电动机部分看其传动是否正常。2.转速明显减慢(1)转子绕组短路和断路用短路侦探器检查，短路严重或断路在槽内时都应重绕。(2)定子磁极绕组接地或短路接地问题可用兆欧表查出，绕组短路严重时有焦臭味，绕组表面颜色明显变深或烧黑，故障点若在引线附近可修复，严重者需重绕。(3)轴承和齿轮损坏。查出轴承损坏或电动工具传动齿轮损坏的，应及时更换。上一页下一页返回第四节单相串励电动机常见故障的检修 3.电动机在运转时发热定子、转子绕组短路，严重者需重绕。弹簧压力过大或轴承过紧，应做调整。负载过大，如果是电动工具，则应更换容量较大的来替用。上一页返回图3-1 单相串励电动机定子冲片返回图3-2 电枢冲片返回图3-2 电枢冲片图3-3 电枢铁芯返回(a)直槽;(b)斜槽图3-4 单相串励电动机的工作原理返回(a)交流电流变化曲线;(b)电流为正半波时，转子的旋转方向(c)电流为负半波时，转子的旋转方向图3-5 单相串励电动机的机械特性曲线返回图3-5 单相串励电动机的机械特性曲线图3-6 单相串励电动机的旋转方向返回图3-6 单相串励电动机的旋转方向图3-7 单相串励电动机的整流器调速电路返回图3-7 单相串励电动机的整流器调速电路图3-8 单相串励电动机串电阻调速电路返回图3-8 单相串励电动机串电阻调速电路图3-9 单相串励电动机调磁调速电路返回图3-9 单相串励电动机调磁调速电路

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