變壓器及電動機1

變壓器交流電動機直流電機交流電動機的拆裝

變壓器與電動機3.1.1變壓器的用途在日常生產(chǎn)和生活中，常需要各種高低不同的交流電壓。如應用較廣的三相異步電動機的額定電壓為380V或220V；一般照明電壓為220V；機床局部照明及某些電動工具的額定電壓為36V、24V、12V；在電子設備中也需要各種不同的供電電壓。變壓器在輸電方面，為減少線路損耗，縮小導線截面而采用高壓輸電。輸電電壓一般為110kV、220kV或500kV，這么高的電壓是不可能由發(fā)電機直接發(fā)出的；另外，若對每種不同電壓都用一套專用的發(fā)電和輸電設備也是不可能的。變壓器的結(jié)構變壓器種類繁多，但它們的作用、原理都是一樣的。不同類型的變壓器，盡管其外形、體積和重量等有很大差別，但其基本結(jié)構都是相同的，如圖3.1所示。變壓器工作原理變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。分類按冷卻方式分類：干式（自冷）變壓器、油浸（自冷）變壓器、氟化物（蒸發(fā)冷卻）變壓器。變壓器油的作用是：(1)絕緣作用。(2)散熱作用。(3)消滅電弧作用按防潮方式分類：開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器。按鐵芯或線圈結(jié)構分類：芯式變壓器（插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、殼式變壓器（插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。按電源相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。按用途分類：電源變壓器、調(diào)壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器。電源變壓器的特性參數(shù)二、電源變壓器的特性參數(shù)1工作頻率

變壓器鐵芯損耗與頻率關系很大，故應根據(jù)使用頻率來設計和使用，這種頻率稱工作頻率。2額定功率

在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。3額定電壓

指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時不得大于規(guī)定值。4電壓比

指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負載電壓比的區(qū)別。5空載電流

變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流。空載電流由磁化電流（產(chǎn)生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。對于50Hz電源變壓器而言，空載電流基本上等于磁化電流。6空載損耗：

指變壓器次級開路時，在初級測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗，其次是空載電流在初級線圈銅阻上產(chǎn)生的損耗（銅損），這部分損耗很小。7效率

指次級功率P2與初級功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大，效率就愈高。8絕緣電阻

表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關。圖3.1變壓器的基本結(jié)構及符號原理

變壓器的基本原理是電磁感應原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理（如上圖）：當一次側(cè)繞組上加上電壓ú1時，流過電流í1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通?1，這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應電勢é1，é2，感應電勢公式為：E=4.44fN?m

式中：E--感應電勢有效值

f--頻率

N--匝數(shù)

?m--主磁通最大值

由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應電勢E1和E2大小也不同，當略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓ú1和ú2大小也就不同。

當變壓器二次側(cè)空載時，一次側(cè)僅流過主磁通的電流（í0），這個電流稱為激磁電流。當二次側(cè)加負載流過負載電流í2時，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流í0，一部分為用來平衡í2，所以這部分電流隨著í2變化而變化。當電流乘以匝數(shù)時，就是磁勢。

上述的平衡作用實質(zhì)上是磁勢平衡作用，變壓器就是通過磁勢平衡作用實現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞。最簡單的單相變壓器由一個閉合的鐵心(構成磁路)和繞在鐵心上的兩個匝數(shù)不同、彼此絕緣的繞組(構成電路)構成。鐵心是變壓器的磁路部分，為了減小渦流及磁滯損耗，鐵心多用厚度為0.35～0.5mm的硅鋼片兩側(cè)涂有絕緣漆疊加組成，使疊片相互絕緣。按鐵心的構造，變壓器又可分為芯式和殼式兩種，如圖3.2所示。圖3.2芯式變壓器和殼式變壓器(a)芯式;(b)殼式圖3.3小型變壓器鐵心形式圖3.11互感器在電力系統(tǒng)中的接線原理3.2.1交流電動機的用途及分類1.交流電動機的用途交流電動機的應用非常廣泛,特別是三相異步電動機，它具有結(jié)構簡單，運行可靠，維護方便，效率高，重量輕，價格低等特點。3.2交流電動機2.交流電動機的分類按照電源性質(zhì)，交流電動機可分為三相交流電動機和單相交流電動機；按照電機轉(zhuǎn)速，交流電動機可分為同步電動機和異步電動機；按照轉(zhuǎn)子結(jié)構，三相異步電動機可分為籠型電動機和繞線型電動機；按照勵磁方式，單相交流電動機可分為自勵式和他勵式電動機。3.2.2三相異步電動機1.概述

電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設備。在機械、冶金、石油、煤炭、化學、航空、交通、農(nóng)業(yè)以及其他各種工業(yè)中，電動機被廣泛地應用著。隨著工業(yè)自動化程度不斷提高，需要采用各種各樣的控制電機作為自動化系統(tǒng)的元件，人造衛(wèi)星的自動控制系統(tǒng)中，電機也是不可缺少的。此外在國防、文教、醫(yī)療及日常生活中(現(xiàn)代化的家電工業(yè)中)電動機也愈來愈廣泛地應用起來2.結(jié)構及各部分的作用

一般電動機主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。另外還有端蓋、風扇、罩殼、機座、接線盒等。

定子的作用是用來產(chǎn)生磁場和作電動機的機械支撐。電動機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子繞組鑲嵌在定子鐵心中，通過電流時產(chǎn)生感應電動勢，實現(xiàn)電能量轉(zhuǎn)換。機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。電動機運行時，因內(nèi)部損耗而發(fā)生的熱量通過鐵心傳給機座，再由機座表面散發(fā)到周圍空氣中。為了增加散熱面積，一般電動機在機座外表面設計為散熱片狀。

圖3.21三相異步電動機的外形和剖視圖(a)籠型異步電動機外形;(b)繞線型異步電動機外形;(c)籠型異步電動機剖視圖;(d)繞線型異步電動機剖視圖圖3.22電動機的基本結(jié)構3.原理

電動機的工作原理是建立在電磁感應定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎上的。圖6-10-1是三相交流異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理圖(圖中只示出兩根導條)，當磁極沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導條，導條中就感應出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因為運動是相對的，假如磁極不動，轉(zhuǎn)子導條沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則導條中同樣也能感應出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導條受到電磁力F，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。1）定子異步電動機的定子由定子鐵心、定子繞組以及機座、端蓋、軸承等組成。(1)定子鐵心。定子鐵心是電動機磁路的一部分，是由硅鋼片疊裝壓緊而成的。(2)定子繞組。定子繞組有成型硬繞組和散嵌軟繞組兩類。圖3.23定子槽的形狀2）轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和軸承組成，其外形如圖3.24（a）所示。

轉(zhuǎn)子繞組的形式有兩種：一種是籠型繞組，其剖視圖如圖3.24(b)所示；另一種是繞線型繞組。它們的結(jié)構不同，但工作原理基本相同。電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是作為電動機磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應電動勢，通過電流而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)軸是支撐轉(zhuǎn)子的重量，傳遞轉(zhuǎn)矩，輸出機械功率的主要部件。圖3.24鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子外形及剖視圖(a)外形圖；（b）剖視圖(2)繞線型轉(zhuǎn)子。繞線型轉(zhuǎn)子用絕緣導線做成線圈，嵌入轉(zhuǎn)子槽中，再連接成三相繞組，一般都接成星形。圖3.27所示為繞線型轉(zhuǎn)子和電刷裝置。圖3.27繞線型轉(zhuǎn)子和電刷裝置（a）繞線型轉(zhuǎn)子;（b）電刷裝置3）氣隙定子、轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為異步電動機的氣隙，氣隙的大小對于異步電動機的性能影響很大。氣隙大則磁阻大，勵磁電流就大，但由于異步電動機的勵磁電流是取自電網(wǎng)的，增大氣隙將使氣隙中消耗的磁勢增大，因而導致電機的功率因子降低。2.三相異步電動機系列我國電機的產(chǎn)品系列型號是根據(jù)機械工業(yè)部頒發(fā)的電工產(chǎn)品型號編制辦法和申請辦法指導性文件統(tǒng)一編制的，以免同一產(chǎn)品型號各異或不同產(chǎn)品型號重復，便于使用、制造、設計部門等進行業(yè)務聯(lián)系，簡化技術文件中有關產(chǎn)品名稱、規(guī)格、型式等的文字敘述。電機產(chǎn)品型號前些年一律采用大寫印刷體漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字表示。1）YJO2系列三相異步電動機銘牌每臺異步電動機的機座上都釘有一塊銘牌，上面標出該電動機的主要技術參數(shù)。了解銘牌上參數(shù)的意義，才能正確選擇、使用和維修電動機，表3-4即是一臺三相異步電動機的銘牌。表3-4三相異步電動機的銘牌表3-5絕緣等級與允許溫升的關系5.三相異步電動機的運行和維1）定期小修定期小修是對電動機的一般清理和檢查，應經(jīng)常進行。小修的內(nèi)容包括：(1)清擦電動機外殼，除去運行中積累的污垢。(2)測量電動機絕緣電阻，測后注意重新恢復接線，擰緊接線頭螺釘。(3)檢查電動機端蓋、底腳螺釘是否緊固。(4)檢查電動機接地線是否可靠。(5)拆下軸承蓋，檢查潤滑油是否變臟、干涸，及時加油或換油。(6)檢查電動機與負載機械間的傳動裝置是否良好。(7)檢查電動機啟動和保護設備是否完好。

2）定期大修異步電動機的定期大修應結(jié)合負載機械的大修進行。大修時，拆開電動機進行下列項目的檢查修理：(1)檢查電動機各部件有無機械損傷。(2)對拆開的電動機和啟動設備進行清理，清理所有油泥、污垢。(3)拆下軸承，浸在柴油或汽油中徹底清洗。(4)檢查定子繞組是否存在故障。(5)檢查定子、轉(zhuǎn)子鐵心有無磨損和變形。(6)在進行以上各項修理、檢查后，對電動機進行裝配、安裝。6.異步電動機運行前的準備及啟動1）異步電動機運行前的檢查項目(1)測定電動機絕緣電阻。對新安裝或停運三個月以上的異步電動機，投運前都要用兆歐表測定絕緣電阻。(2)檢查電源是否合乎要求。(3)檢查電動機的啟動、保護設備是否合乎要求。(4)檢查電動機安裝是否符合規(guī)定。2）電動機啟動時的注意事項(1)合閘后應密切監(jiān)視電動機有無異常。(2)一般電動機連續(xù)啟動次數(shù)不能過多。(3)注意啟動電動機與電源容量的配合。2．潛水電動機的運行與維修（1）電動機試運行時要注意電動機的啟動及轉(zhuǎn)向，如發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向相反，應立即調(diào)換電動機轉(zhuǎn)向。（2）各類潛水電動機不能脫水運轉(zhuǎn)，若需在陸上試車或啟動，則運轉(zhuǎn)時間不允許超過5min。（3）電動機運行中經(jīng)常檢查水泵出水是否正常。（4）使用中電動機不能過載，可檢查揚程、流量是否合適。（5）使用時電泵不能潛入泥砂較多的水中運行，而淺水用的潛水電泵不能作排吸深水用。（6）電泵運行中，突然發(fā)現(xiàn)不轉(zhuǎn)，應檢查葉輪是否卡住、電源開關是否跳閘。（7）定期檢查密封情況是否可靠，密封是電動機能否長期運行的關鍵。（8）使用前或停用時間太長，則必須進行全面檢查。（9）長期擱置不用的潛水電動機不應浸泡在水中，應放出電動機內(nèi)的積水，妥善保管。（10）對充油式潛水電動機，要經(jīng)常檢查油量的多少，使油量在允許范圍之內(nèi)，過多過少對運行都是不利的。（11）經(jīng)常檢查電動機的絕緣電阻是否符合要求。3.2.4電動機常見故障及處理方法三相異步電動機的故障一般可分為電氣故障和機械故障。電氣故障主要包括定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、電刷等故障；機械故障包括軸承、風扇、端蓋、轉(zhuǎn)軸、機殼等故障。(1)看：觀察電動機和所拖帶的機械設備轉(zhuǎn)速是否正常；看控制設備上的電壓表、電流表指示數(shù)值有無超出規(guī)定范圍；看控制線路中的指示、信號裝置是否正常。(2)聽：必須熟悉電動機啟動、輕載、重載的聲音特征；應能辨別電動機單相、過載等故障時的聲音及轉(zhuǎn)子掃膛、籠型轉(zhuǎn)子斷條、軸承故障時的特殊聲響，可幫助查找故障部位。(3)摸：電動機過載及發(fā)生其他故障時，溫升顯著增加，造成工作溫度上升，用手摸電動機外殼各部位即可判斷溫升情況以確認是否為故障。(4)聞：電動機嚴重發(fā)熱或過載時間較長，會引起絕緣受損而散發(fā)出特殊氣味；軸承發(fā)熱嚴重時也可揮發(fā)出油脂氣味。聞到特殊氣味時，便可確認電動機有故障。(5)問：向操作者了解電動機運行時有無異常征兆；故障發(fā)生后，向操作者詢問故障發(fā)生前后電動機及所拖帶機械的癥狀，這對分析故障原因很有幫助。3.2.5定子繞組故障的檢查及排除定子繞組的常見故障有：繞組斷路、繞組通地(碰殼或漏電)、繞組短路及繞組接錯嵌反等。1.繞組絕緣不良的檢修1)原因電動機長期不用，周圍環(huán)境潮濕，電動機受日曬雨淋，長期過載運行及灰塵、油污、鹽霧、化學腐蝕性氣體等侵入，都可能使繞組的絕緣電阻下降。2)檢查方法(1)測量相與相之間的絕緣電阻：把接線盒內(nèi)三相繞組的連接片全部拆開，用兆歐表測量每兩相間的絕緣電阻。(2)測量相對機座的絕緣電阻：把兆歐表的“L”端接在電動機繞組的引出端上(可分相測量，也可以三相并在一起測量)，把“E”端接在電動機的機座上，測量絕緣電阻。(3)如測出的絕緣電阻在0.5MΩ以下，則說明該電動機已受潮或絕緣很差；若絕緣電阻為零，則繞組通地或相間短路。3)故障排除繞組受潮的電動機，需要烘干處理后才能使用。因絕緣電阻很低，不宜用通電烘干法，應將電動機兩端蓋拆下，用燈泡、電爐板烘干或?qū)⑵浞旁诤嫦渲泻娓?。烘到絕緣電阻達到要求時，加澆一層絕緣漆，以防止回潮。2.繞組接地故障的檢修所謂接地，是指繞組與機殼直接接通，使機殼帶電。1)原因造成繞組接地故障的原因有：電動機長期過載運行，致使絕緣老化；繞組受潮，絕緣電阻下降；導線松動，硅鋼片未壓緊，有尖刺等，在振動情況下擦傷絕緣；轉(zhuǎn)子與定子相擦使鐵心過熱，燒傷槽楔和槽絕緣；金屬異物掉進繞組內(nèi)部損壞絕緣；有時在重繞定子繞組時損傷絕緣，使鐵心與導線相碰等。2)檢修方法(1)用500V兆歐表測量對地絕緣電阻，兆歐表讀數(shù)為零則表示繞組接地。(2)用校驗燈檢查：先把各繞組線頭拆開，按圖3.29所示用燈泡與36V低壓電源串聯(lián)，逐相測量相與機座的絕緣情況。(3)接地故障確定后，拆開電動機端蓋，檢查繞組端部及槽口部分的絕緣是否有破裂和焦黑的痕跡；如果有，則接地點就可能在該處。3)故障排除如果接地點在槽口或槽底線圈出口處，可用絕緣紙或竹片墊入線圈的通地處，然后再用上述方法復試。如果發(fā)生在端部，可用絕緣帶包扎，復試后涂上自干絕緣漆；如果發(fā)生在槽內(nèi)，則必須更換繞組或用穿繞修補法修復。圖3.29用校驗燈檢查繞組通地3.繞組短路故障的檢修繞組短路故障分為匝間短路、線圈與線圈之間短路、極相組之間短路和相間短路。1)原因繞組短路主要是由于電動機電流過大，電壓過高，機械損傷，重新嵌繞時損傷絕緣，絕緣老化脆裂，受潮等原因引起的。2)檢修方法(1)外部檢查：使電動機空載運行20min，然后拆卸兩端蓋，用手摸線圈的端部，如果一個或一組線圈比其他線圈熱，則這部分線圈很可能短路；也可觀察線圈有無焦脆現(xiàn)象，如果有，則該線圈可能短路。(2)用萬用表檢查相間短路：拆開三相繞組的接頭，分別檢查兩相繞組間的絕緣電阻，若阻值很低，則說明該兩相間短路。3.3.1直流電機的用途直流發(fā)電機通常作為直流電源向負載輸出電能，直流電動機則作為原動機帶動各種生產(chǎn)機械工作向負載輸出機械能。3.3直流電機直流電機1.直流電機靜止部分稱作定子

作用--產(chǎn)生磁場

由主磁極、換向極、機座和電刷裝置等組成2.直流電機轉(zhuǎn)動部分稱作轉(zhuǎn)子(通常稱作電樞)

作用--產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應電動勢

由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、軸和風扇等組成

3.3.2直流電動機工作原理直流電動機利用換向器和電刷的配合來實現(xiàn)外電路的直流電與電樞繞組中交流電之間的相互轉(zhuǎn)換，同時借助勵磁繞組和電樞繞組的合成磁動勢在氣隙內(nèi)形成靜止氣隙磁場。當原動機驅(qū)動電樞繞組在主磁極N、S之間旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組上感生出電動勢，經(jīng)電刷、換向器裝置整流為直流后，引向外部負載（或電網(wǎng)），對外供電，此時電機作直流發(fā)電機運行。如用外部直流電源，經(jīng)電刷換軍用直升機向器裝置將直流電流引向電樞繞組，則此電流與主磁極N.S.產(chǎn)生的磁場互相作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子與連接于其上的機械負載工作，此時電機作直流電動機運行。3.3.3直流電機的分類按直流電機磁場的勵磁方式，直流電機可以分為以下三大類：(1)他勵電機。所謂他勵，是指主磁極磁場繞組的勵磁電流由另外的直流電源供電，與電樞電路沒有電的連接，見圖3.51。圖3.51他勵電機