情境四其它電機

情境四

其它常用電機的應用與維修任務一單相交流電動機的應用與維修任務二步進電動機的應用與維修任務三伺服電動機的應用與維修任務一單相交流電動機的應用與維修任務目標：1、掌握單相交流電動機的結構；2、理解單相交流電動機的原理；3、掌握單相交流電動機的啟動方法。

單相異步電動機在結構上與三相籠形異步電動機類似，轉子繞組也為一籠形轉子。定子上有一個單相工作繞組和一個啟動繞組，為了能產(chǎn)生旋轉磁場，在啟動繞組中還串聯(lián)了一個電容器，其結構如圖5-1所示。

圖5-1單相異步電動機結構圖

一、單相異步電動機的基本結構一相定子繞組通電的異步電動機

a)正半周b)負半周c)脈振磁勢變化曲線

圖5-2單相繞組通電時的脈振磁場

二、單相異步電動機的工作原理常用的方法有分相式和罩極式兩種。常用的方法分相式罩極式單相分相式異步電動機單相電阻分相啟動異步電動機單相電容分相啟動異步電動機單相電容運轉異步電動機單相雙值電容異步電動機單相罩極式(磁通分相式)異步電動機三、單相異步電動機的啟動方法

1、單相分相式異步電動機

單相分相式異步電動機結構特點是定子上有兩套繞組，一相稱主繞組(工作繞組)，另一相為副繞組(輔助繞組)，它們的參數(shù)基本相同，在空間相位相差90°的電角，如果通入兩相對稱相位相差90°的電流，就能實現(xiàn)單相異步電動機的啟動，如圖5-3所示。圖5.-3兩相繞組通入兩相電流時的旋轉磁場1）單相電阻分相啟動異步電動機

單相電阻分相啟動異步電動機的定子上嵌放兩橢圓磁動勢單相異步繞組，如圖5-4所示。兩個繞組接在同一單相電源上，副繞組(輔助繞組)中串一個離心開關。開關作用是當轉速上升到80%的同步轉速時，斷開副繞組使電動機運行在只有主繞組工作的情況下。圖5-4單相電阻分相啟動2）單相電容分相啟動異步電動機單相電容分相啟動異步電動機的電路，如圖5-5所示。從圖5-5中可以看出，當副繞組中串聯(lián)一個電容器和一個開關時，如果電容器容量選擇適當，則可以在啟動時通過副繞組的電流在時間和相位上超前主繞組電流90°電角，這樣在啟動時就可以得到一個接近圓形的旋轉磁場，從而有較大啟動轉矩。電動機啟動后轉速達到75%～85%同步轉速時副繞組通過開關自動斷開，主繞組進入單獨穩(wěn)定運行狀態(tài)。機轉向，只要把主繞組或副繞組中任何一個繞組電源接線對調(diào)，就能改變氣隙磁場，達到改變轉向目的。

圖5-5單相電容分相異步電動機3）單相電容運轉異步電動機若單相異步電動機輔助繞組不僅在啟動時起作用，而且在電動機運轉中也長期工作，則這種電動機稱為單相電容運轉異步電動機，如圖5-6所示。圖5-6單相電容運轉異步電動機2、單相罩極式(磁通分相式)異步電動機

單相罩極式異步電動機的結構有凸極式和隱極式兩種，其中以凸極式結構最為常見，如圖5-7所示。

圖5-7單相罩極式異步電動機

故障現(xiàn)象故障原因故障排除電動機不能啟動①熔斷器熔絲熔斷，檢查熔絲容量；②保護系統(tǒng)溫度設置過低③無電壓或電壓過低④電機接線錯誤⑤引線開路⑥一次繞組或二次繞組開路⑦—次繞組或二次繞組短路⑧電容器損壞⑨開關損壞⑩軸承磨損或軸承裝配不良①更換熔絲②重新設置③測量調(diào)整電壓④檢查并糾正；⑤用萬用表找出開路處并重新焊接⑥用萬用表確定故障，重新?lián)Q線圈⑦用短路偵察器確定故障，重繞線圈⑧更換同規(guī)格電容器⑨更換開關⑩更換軸承，重新裝配調(diào)整，使轉動靈活電機發(fā)熱①電機接線錯誤②繞組有匝間短路③電壓不正常④電源頻率不對⑤定轉子氣隙中有雜物，通風條件不好⑥軸承潤滑脂干固，軸承損壞⑦電機過載⑧機械分件不靈活⑨啟動開關未能打開⑩周圍室溫太高①檢查接線，改正錯誤②更換繞組③測量電壓，并采取措施使電壓正常④檢查電機是否60Hz頻率用于50Hz電源⑤清除雜物，清除通風道阻塞物⑥清洗軸承，換上新的潤滑脂，潤滑脂的容量不超過軸承室容積的2／3更換軸承⑦減少負載或更換較大容量電機⑧檢修機械傳動部分⑨調(diào)整開關⑩改善周圍通風條件或選用別的電機四、常見故障及維修電機聲音異常①轉子未平衡好或轉子斷條②軸承磨損過多③離心開關發(fā)出“格格”聲④轉子軸向竄動⑤電動機底腳螺釘松動⑥電動機附件，如出線盒、電容器座未緊固⑦電動機與負載軸中心未對準⑧氣隙中有臟物⑨電機軸彎曲⑩電機與負載共振①重新平衡轉子或更換轉子②換軸承③調(diào)整或更換離心開關④軸上增加墊片⑤緊固螺釘⑥緊固螺釘⑦調(diào)整聯(lián)軸器或用彈性連接⑧清理臟物⑨要校直或換軸⑩用彈性連接隔振電機轉速降低①定子繞組有匝間短路②軸承磨損造成阻力轉矩加大③電源電壓太低④軸承缺油⑤電容器損壞①更換定子繞組②更換軸承③調(diào)整電源電壓④清洗軸承補充新油⑤更換電容器電機振動大①和被連接的機械負載之間中心未較好②各處螺釘未上③繞組有匝間短路④轉軸彎曲①重新校中心②緊緊固螺釘③用萬用表分別測每個繞組的直流電阻，找出有匝間短路的繞組進行更換④更換轉軸電機外殼帶電①電機外殼帶電一般是絕緣損壞②若引線絕緣破裂①更換損壞繞組②可包扎絕緣帶磁場故障①磁場圈短路或接線錯誤所致①檢查并排除短路或接地故障電樞故障①電樞繞組引線與換向器連接錯位②電樞繞組引線接反③電樞繞組斷路①找出中性線后移動刷架或在浸漆前校正接線②從換向器上熔下接線改正后重焊③用壓降法查出故障點，若故障點在引線端則解開綁扎線焊好即可；若故障在槽內(nèi)則要重繞。任務二步進電動機的應用與維修任務目標：1、掌握步進電動機的結構；2、理解步進電動機的原理；3、掌握步進電動機的維修方法。圖5-8三相反應式步進電動機的結構示意圖

反應式步進電動機和一般旋轉電動機一樣，分為定子和轉子兩大部分。定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組；轉子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結構。圖5-8所示為一臺三相反應式步進電動機的結構示意圖。定子上有6個磁極，每兩個相對的磁極上繞有一相控制繞組，即有A、B、C三相繞組。轉子上是4個均勻分布的凸齒，上面沒有繞組。ABC一、反應式步進電動機的結構

步進電動機的工作原理，其實就是電磁鐵的工作原理。如圖5-9所示。設先對A相繞組通電，B相和C相都不通電。由于磁通總是要沿著磁阻最小的路徑閉合。圖5-9a中轉子齒1和3的軸線與定子A極軸線對齊，即在電磁吸力作用下，將轉子1、3齒吸引到A極下，此時，因轉子只受徑向力而無切線力，故轉矩為零，轉子被自鎖在這個位置上，此時，B、C兩相的定子齒則和轉子齒在不同方向各錯開30o。隨后，如果A相斷電，B相控制繞組通電，則轉子齒就和B相定子齒對齊，轉子順時針旋轉30o（見圖5-9b）。然后使B相斷電，C相通電，同理轉子齒就和C相定子齒對齊，轉子又順時針旋轉30o（見圖5-9c）。可見，通電順序為A—B—C—A時，轉子便按順時針方向一步一步轉動。每換接一次，則轉子前進一個步距角(30o)。電流換接3次，磁場旋轉一周，轉子前進一個齒距角（90o）。欲改變旋轉方向，則只要改變通電順序即可。例如通電順序改為A—C—B—A，轉子就反向轉動。a)A相通電b)B相通電c)C相通電圖5-9反應式步進電動機的工作原理二、反應式步進電動機的工作原理通電方式步進電動機的精度和轉速既取決于控制繞組通電的頻率，也取決于繞組通電方式，三相步進電動機一般有單三拍、單雙六拍及雙三拍等通電方式?！皢巍笔侵该看瓮姇r，只有一相繞組通電；“雙”是指每次有兩相繞組通電；而從一種通電狀態(tài)轉換到另一種通電狀態(tài)叫做“一拍”，此時電動機轉子轉過的空間角度稱為步距角θs。步進電動機若按A—B—C—A方式通電，因為定子繞組為三相，每一次只有一相繞組通電，而每一個循環(huán)只有3次通電，故稱為三相單三拍通電方式。在這種通電方式下，三相步進電動機的步距角θs為30o，如圖5-10所示。如果按照A—AB—B—BC—C—CA—A的方式循環(huán)通電，就稱為三相六拍（或單雙六拍）方式，如圖5-10所示。a)A相通電b）A、B相通電c）B相通電圖5-10單、雙六拍工作示意圖1．步進電動機的基本特點1）步進電動機的輸出轉角與輸入的脈沖個數(shù)嚴格成正比，故控制輸入步進電動機的脈沖個數(shù)就能控制位移量，且步距角?s愈小，控制精度越高。2）步進電動機的轉速只取決于脈沖頻率、轉子齒數(shù)和拍數(shù)。當步進電動機的通電方式選定后，其轉速只與輸入脈沖頻率成正比，改變脈沖頻率就可以改變轉速，故可進行無級調(diào)速，調(diào)速范圍很寬。3）同時步進電動機具有自鎖能力，可以實現(xiàn)停車時轉子定位，從而可省去機械制動裝置。4）改變通電相序即可改變電動機轉向。5）步進電動機存在齒間相鄰誤差，但是不會產(chǎn)生累積誤差。6）步進電動機轉動慣量小，啟動、停止迅速。由于步進電動機有這些特點，所以在開環(huán)控制系統(tǒng)中獲得廣泛應用。三、反應式步進電動機的主要工作特性2．脈沖信號頻率特性當脈沖信號頻率很低時，控制脈沖以矩形波輸入，電流波形比較接近于理想的矩形波。如果脈沖信號頻率增高，由于電動機繞組中的電感有阻止電流變化的作用，因此電流波形發(fā)生畸變。在開始通電瞬間，由于電流不能突變，其值不能立即升起，故使轉矩下降，使啟動轉矩減小，有可能啟動不起來，在斷電的瞬間，電流也不能迅速下降，而產(chǎn)生反轉矩致使電動機不能正常工作。如果脈沖頻率很高，則電流還來不及上升到穩(wěn)定值就開始下降，于是，電流的幅值降低，產(chǎn)生的轉矩減小，致使帶負載能力下降。故頻率過高會使步進電動機啟動不了或運行時失步而停下。因此，對脈沖信號頻率是有限制的。3．轉子機械慣性機械慣性對瞬時運動的物體要發(fā)生作用，當步進電動機從靜止到起步，由于轉子部分的機械慣性作用，轉子一下子轉不起來，因此，要落后于它應轉過的角度，如果落后不太大，還會跟上來，如果落后太多，或者脈沖頻率過高，電動機將會啟動不起來。另外，即使電動機在運轉，也不是每走一步都迅速地停留在相應的位置，而是受機械慣性的作用，要經(jīng)過幾次振蕩后才停下來，如果這種情況嚴重，就可能引起失步。因此，步進電動機都采用阻尼方法，以消除（或減弱）步進電動機的振蕩。步進電動機又稱脈沖電動機，其驅動的輸入信號是一系列的電脈沖。步進電動機驅動系統(tǒng)框圖如圖5-11所示。圖5-11步進驅動裝置框圖四、反應式步進電動機的驅動裝置故障現(xiàn)象故障原因故障排除電動機過熱報警有些系統(tǒng)會報警，顯示電動機過熱。用手摸電動機，會明顯感覺溫度不正常，甚至燙手①工作環(huán)境過于惡劣，環(huán)境溫度過高②參數(shù)選擇不當，如電流過大，超過相電流③電壓過高①重新考慮機床應用條件，改善工作環(huán)境②根據(jù)參數(shù)說明書，重新設置參數(shù)③建議穩(wěn)壓電源驅動器或步進電動機發(fā)出刺耳的尖叫聲，然后電動機停止不轉①輸入脈沖頻率太高，引起堵轉②輸入脈沖的突調(diào)頻率太高③輸入脈沖的升速曲線不夠理想引起堵轉①降低輸入脈沖頻率②降低輸入脈沖的突調(diào)頻率③調(diào)整輸入脈沖的升速曲線電動機故障①磁路混合式或永磁式轉子磁鋼退磁后以單步運行或在失步區(qū)，如永磁單向旋轉步進電動機的定向機構損壞①更換電動機工作過程中停車①驅動電源故障②驅動電路故障③電動機故障繞組燒壞④電動機線圈匝間短路或接地⑤雜物卡?、儆萌f用表測量驅動電源的輸出，更換驅動器②發(fā)生脈沖電路故障更換驅動器③更換電動機④用萬用表測量線圈間是否短路更換電動機⑤可目測消除外界的干擾因素即在工作過程中，某軸有可能突然停止，俗稱“悶車”①驅動器端故障②電動機端故障，電動機繞組碰到機殼，發(fā)生相間短路或者線頭脫落或者電動機軸斷③電動機定子與轉子之間的氣隙過大④負載過大或切削條件惡劣①檢查驅動器，確保有輸出，②更換驅動器，更換電動機③專業(yè)電動機維修人員調(diào)整好氣隙或更換電動機④重新考慮負載和切削條件五、常見故障與分析步進電動機失步或多步①負載過大，超過電動機的承載能力②負載忽大忽小，是否毛坯余量分配不均勻等③負載的轉動慣量過大，啟動時失步、停車時過沖④傳動間隙大小不均⑤傳動間隙產(chǎn)生的零件有彈性變形⑥電動機工作在震蕩失步區(qū)⑦干擾⑧電動機故障，如定、轉子相檫，有的嚴重的情況，聽聲音度可以感覺出來①重新調(diào)整加工程序切削參數(shù)②調(diào)整加工條件③可在不正式加工的條件下進行試運行，判斷是否有此想象發(fā)生，重新考慮負載的轉動慣量④進行機械傳動精度的檢驗，進行螺距誤差補償⑤重新考慮這種材料的工件的加工方案⑥分析電動機速度及電動機頻率調(diào)整加工切削參數(shù)⑦處理好接地，做好屏蔽處理⑧更換電動機電動機已開始就不轉①步進驅動器與電動機連線斷線，保險絲是否熔斷，當動力線斷線時，二線式步進電動機是不能轉動的，但三相五線制電動機仍可轉動，但力矩不足。②驅動器報警(過電壓、欠電壓、過電流、過熱)，驅動器使能信號被封鎖，驅動器電路故障③接口信號線接觸不良④系統(tǒng)參數(shù)設置不當如：工作方式不對⑤電動機卡死⑥長期在潮濕場所存放，造成電動機部分生銹⑦指令脈沖太窄、頻率過高、脈沖電平太低⑧安裝不正確⑨電動機本身軸承等故障①確定連線正常，更換保險絲，確保動力線的連接正常②按相關報警方法解除，通過PLC觀察是否使能信號正常最好用交換法，確定是否驅動器電路故障，更換驅動器電路板或驅動器③重新連接好信號線④依照參數(shù)說明書，重新設置相關參數(shù)⑤主要是機械故障，排除卡死的故障原因，經(jīng)驗證，確保電動機正常后，方可繼續(xù)使用⑥更換步進電動機⑦會出現(xiàn)尖叫后不轉的現(xiàn)象，按尖叫后不轉的故障處理⑧一般發(fā)生在新機調(diào)試時，重新安裝調(diào)成⑨重新進行機械的調(diào)整電動機不能旋轉①保險絲是否熔斷②動力線短線③參數(shù)設置不當④電動機卡死⑤生銹或故障①更換保險絲②確保動力線連接良好③依照參數(shù)說明書，重新設置相關參數(shù)④主要是機械故障，排除卡死的故障原因，經(jīng)驗證，確保電動機正常后，方可繼續(xù)使用⑤更換步進電動機電動機尖叫①CNC中與伺服驅動有關的參數(shù)設定、調(diào)整不當引起的①正確設置參數(shù)電動機發(fā)熱異常①動力線R、S、T連線不搭配①正確連接R、S、T線工作噪聲特別大，低頻旋轉時有進二退一現(xiàn)象，高速上不去①檢查相序②電動機運行在低頻區(qū)或共振區(qū)③純慣性負載、正反轉頻繁①正確連接動力線②分析電動機速度及電動機頻率后，調(diào)整加工切削參數(shù)③重新考慮機床的加工能力圖5-12KT350步進電動機驅動裝置的外形及接口圖圖5-13撥動開關示意圖控制信號輸入插座2-電源指示燈3-脈沖信號指示燈4-電動機輸入端接線端子5-驅動電源接線端子6-四位撥動開關CBA六、步進電動機的應用任務三伺服電動機的應用與維修任務目標：1、掌握伺服電動機的結構；2、理解伺服電動機的原理；3、掌握伺服電動機的維修方法。1.直流伺服電動機的結構直流伺服電動機的基本結構與普通他勵直流電動機一樣，所不同的是直流伺服電動機的電樞電流很小，換向并不困難，因此都不裝換向磁極，并且轉子做得很細長，氣隙較小，磁路不飽和，電樞電阻較大。為了滿足自動控制系統(tǒng)的要求，減小轉子的轉動慣量，其電樞結構常用型式有無槽電樞、盤型電樞、空心杯電樞等。結構圖如圖5-14所示。1).盤形電樞直流伺服電動機定子是由永久磁鋼和前后磁軛組成的，轉軸上裝有圓盤。電機的氣隙位于圓盤的兩側，圓盤上有電樞繞組，繞組可分為印制繞組和繞線盤式繞組兩種形式。盤形電樞上電樞繞組中的電流沿徑向流過圓盤表面，并與軸向磁通相互作用而產(chǎn)生轉矩。5-14盤形電樞直流伺服電動機結構一、直流伺服電動機2).無槽電樞直流伺服電動機無槽電樞直流伺服電動機的電樞鐵心為光滑圓柱體，其上不開槽，電樞繞組直接排列在鐵心表面，與電樞鐵心粘成一個整體，定轉子間氣隙大。定子磁極采用永久磁鐵或電磁式結構。這種電動機的轉動慣量大，動態(tài)性能較差。結構如圖5-15a）所示。3).空心杯電樞直流伺服電動機由一個外定子和一個內(nèi)定子構成定子磁路。通常外定子由兩個半圓形的永久磁鐵組成，而內(nèi)定子則由圓柱形的軟磁材料制成。空心杯電樞是一個用非磁性材料制成的空心杯形圓筒，直接裝在電機軸上。當電樞繞組流過一定的電流時，空心杯電樞能在內(nèi)定子間的氣隙中旋轉，并帶動電機轉軸旋轉。結構如圖5-15b）所示。a）無槽電樞直流伺服電動機b）空心杯電樞直流伺服電動機圖5-15直流伺服電動機結構圖2.直流伺服電動機的控制方式直流伺服電動機的控制方法有兩種：一種是電樞控制，就是改變電樞繞組電壓的大小與方向實現(xiàn)對轉子轉速和轉向的控制；另一種是磁場控制，通過改變勵磁繞組電壓的大小與方向實現(xiàn)對轉子轉速和轉向的控制，這種控制方式主要針對電磁式直流伺服電動機。后者控制性能不如前者，所以很少采用。下面只介紹電樞控制時的直流伺服電動機特性。電樞控制是勵磁電壓不變，控制電樞電壓的控制方式。電樞控制圖如圖5-16所示。圖5-16直流伺服電動機電樞控制圖3、直流伺服電動機的故障診斷及維修故障現(xiàn)象故障原因故障排除低速加工時工件表面有大的振紋①速度環(huán)增益設定不當②電動機的永磁體被局部去磁③電動機性能下降，紋波過大①檢查增益參數(shù)是否與要求一致依照參數(shù)說明書，正確設置參數(shù)②采用交換法，判斷重新充磁或更換永磁體更換電動機在運轉、停車或變速時有振動①脈沖編碼器不良②繞組內(nèi)部短路或繞組對地短路③電動機接觸不良①測量脈沖編碼器的反饋信號，更換脈沖編碼器②排除短路點，處理好屏蔽與接地③重新調(diào)整、安裝電動機電動機運行噪聲大①換向器接觸面的粗糙，換向器的局部短路②軸向間隙過大①可拆卸下來后，目測檢驗更換換向器②在數(shù)控裝置端進行機床的螺距誤差補償與反向間隙補償直流伺服電動機過熱報警①負載過大②換向器絕緣不正?；騼?nèi)部短路③磁鋼去磁④制動器不釋放⑤溫度檢測開關不良①校核工作負載是否過大改善切削條件，重新考慮切削負載。②由于切削液和電刷灰引起換向器絕緣不正常做好電動機的密封處理，定期清理電刷。③由于電樞電流大于磁鋼去磁最大允更換磁鋼④電動機制動線圈斷線、制動器為松開、制動摩擦片間隙調(diào)整不當，更換制動器或調(diào)整制動摩擦片的間隙，制動電路故障依次排查制動電路。⑤確保正常一般用手摸能感覺到溫度更換溫控開關旋轉時有大的沖擊①負載不均勻②測速發(fā)電動機輸出電壓突變③輸出給電動機電壓的波紋太大④電樞繞組內(nèi)部短路⑤電樞繞組對地短路⑥脈沖編碼器不良①可目測和分析，改善切削條件②更換測速發(fā)電動機③采用穩(wěn)壓電源④更換驅動器⑤排除短路點，處理好屏蔽與接地⑥更換編碼器直流伺服電動機不轉。①依次用萬用表測量動力線R、S、T端子，檢查動力線是否斷線或接觸不良②使能信號（ENABLE）沒有送到速度控制單元，如果沒有使能信號，通常驅動器上的PRDY指示燈不亮③永磁體脫落，速度指令電壓（VCMD）為零，測量數(shù)控裝置的速度指令電壓輸出端口是否有輸出，如果數(shù)控裝置端有輸出，測量速度指令線的驅動器端是否有電壓④制動器未松開，檢查制動器，依次排查制動電路⑤用交換法判斷電動機是否有故障①正確連接動力線②確保使能的條件，正常使能確保數(shù)控裝置由指令電壓輸出，確保指令輸出電壓傳輸?shù)轿?，③更換永磁體或電動機④確保制動器能工作正常，更換制動器⑤更換電動機1、結構永磁式交流伺服電動機的結構示意圖如圖5-17所示。主要由定子、轉子和檢測元件組成。其中定子具有齒槽，內(nèi)有三相繞組，形狀與普通異步電動機的定子相同，但其外形多呈多邊形，且無外殼，以利于散熱，從而避免電動機發(fā)熱對機床精度的影響。轉子由多塊永久磁鐵和沖片組成，這種結構的優(yōu)點是氣隙磁通密度較高，極數(shù)較多。圖5-17永磁式交流伺服電動機結構示意圖1-定子2