第三章單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

1、第三章 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī),第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 第二節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 第三節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和調(diào)速 第四節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障的檢修,返回,第三章 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī),本章概述 小型單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相似于一般勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)，主要由定子、電樞、電刷架、機(jī)座、端蓋等部分組成。 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快，效率及功率因數(shù)較高，單位功率的體積及質(zhì)量較小，因此，在手電鉆、手持砂輪、吸塵器等電器中得到了廣泛的應(yīng)用。但單相串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，具有電樞、換向器和電刷，因此，換向器及電刷故障較多。,下一頁(yè),返回,第三章 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī),教學(xué)目標(biāo) 1.掌握單相串

2、勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理; 2.了解單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性; 3.單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和調(diào)速; 4.掌握單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障及檢修。,上一頁(yè),返回,第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,一、單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 1.定子 定子由定子鐵芯和繞組構(gòu)成，為減小渦流損耗，單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯由0. 5 mm厚的硅鋼片疊裝而成。定子上裝有勵(lì)磁繞組，功率大于幾百瓦的電動(dòng)機(jī)還另裝有補(bǔ)償繞組和換向繞組。容量很小的一種單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的定子沖片如圖3-1所示，它用0. 5 mm硅鋼片疊裝 后，再用空心鉚釘鉚接成定子鐵芯。定子為凸極式，采用集中式勵(lì)磁繞組。這種電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是既沒(méi)有換向極，也沒(méi)有補(bǔ)

3、償極，它的最大容量不過(guò)數(shù)百瓦。主要用于各種電動(dòng)工具，如手電鉆、電錘及家用電器等。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的功率小于200 W，一般制成2極，功率大于200 W時(shí)一般制成4極。,下一頁(yè),返回,第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,2.電樞 電樞即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子，由鐵芯、繞組、軸、換向器、風(fēng)扇組成，與直流電動(dòng)機(jī)的電樞結(jié)構(gòu)相同。 電樞鐵芯用0. 5 mm厚的硅鋼片沿軸向疊裝后，將轉(zhuǎn)軸壓入其中。電樞鐵芯沖片的槽形一般均為半閉口槽，在槽內(nèi)嵌有電樞繞組。電樞繞組各線圈元件的首尾端與換向器的換向片相焊接，構(gòu)成一個(gè)閉合的 整體繞組，單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞沖片如圖3-2所示。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

4、的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,為了簡(jiǎn)化工藝，電樞鐵芯的槽一般做成與轉(zhuǎn)軸軸線平行的直槽，如 圖3-3(a)所示。也可以疊裝成斜槽形式，即槽與轉(zhuǎn)軸軸線間有一個(gè)夾角，如圖3-3(b)所示。斜槽結(jié)構(gòu)雖然在工藝上較為復(fù)雜，但它可以使磁極極面與電樞鐵芯間的磁阻變化較小，從而起到減弱電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 時(shí)產(chǎn)生噪聲的作用。 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)電樞上的換向器結(jié)構(gòu)與直流電動(dòng)機(jī)中的換向器相同，它是由許多換向片圍抱而成的，換向片間則用云母片絕緣。換向銅片加工成楔形，各換向銅片下部的兩端有V形槽，在兩端的槽里壓制塑料，使各換向片緊固成一整體，并使轉(zhuǎn)軸與換向器相互絕緣。這樣 的機(jī)械和絕緣結(jié)構(gòu)，可以承受高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力而不變形。,上一

5、頁(yè),下一頁(yè),返回,第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,電動(dòng)工具中，單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)采用的換向器一般有半塑料換向器和全塑料換向器兩種結(jié)構(gòu)，全塑料換向器就是在換向銅片之間采用耐弧塑料絕緣的換向器。 3.電刷架 電刷架一般用膠木粉壓制底板，它由刷握和盤式彈簧組成。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的刷握按其結(jié)構(gòu)形式，可分為管式和盒式兩大類。目前，國(guó)內(nèi)單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的刷握結(jié)構(gòu)大部分采用盒式結(jié)構(gòu)。盒式結(jié)構(gòu)的刷握具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易和調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于需要移動(dòng)電刷 位置以改善換向的場(chǎng)合。盒式刷握的缺點(diǎn)是剛性差、變形大，不適用于轉(zhuǎn)速高、振動(dòng)大的電動(dòng)機(jī)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工

6、作原理,管式結(jié)構(gòu)刷握具有可靠、耐用等優(yōu)點(diǎn)，它恰好能彌補(bǔ)盒式結(jié)構(gòu)的不足。但是管式結(jié)構(gòu)刷握的加工工藝要求較高，而且外形也較難安排。 電刷也是單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要附件，它不但擔(dān)負(fù)電樞與外電路的連通，而且還與換向器配合共同完成電動(dòng)機(jī)的換向工作。因此，電刷與換向器組成了單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)薄弱而又重要的環(huán)節(jié)，電刷與換向器之間不但有較大的機(jī)械磨損和機(jī)械振動(dòng)，而且在配合不當(dāng)時(shí)還將產(chǎn) 生嚴(yán)重火花，故電刷是良好運(yùn)行的保證。 電刷的選擇，主要是根據(jù)電刷的溫升和換向器的圓周速度而定。電刷的溫升與電刷的電流密度、電刷與換向器的接觸電壓降、機(jī)械損耗以及電刷的導(dǎo)熱性有關(guān)。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本

7、結(jié)構(gòu)和工作原理,而圓周速度過(guò)高則容易引起電刷和換向器發(fā)熱，使火花增大。此外，在選擇電刷時(shí)，還要考慮電刷的硬度和磨損性能等因素的影響。電動(dòng)工具中的單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)采用的電刷多為DS型電化石墨電刷。 4.機(jī)座和端蓋 機(jī)座一般由鋼板、鋁板或鑄鐵制成，定子鐵芯用雙頭螺栓固定在機(jī)座上。用于家用電器上的電動(dòng)機(jī)則無(wú)固定的機(jī)座形式，它的機(jī)座常常直接制造成為機(jī)器的一部分。 和其他電動(dòng)機(jī)類似，端蓋用螺栓緊固于機(jī)座的兩端，軸承裝于端蓋內(nèi)孔。小型串勵(lì)電動(dòng)機(jī)常將一只端蓋與機(jī)座鑄成一個(gè)整體，只有一只端蓋可拆卸。端蓋內(nèi)孔中的軸承用于支撐電樞并將電樞精確定位。同時(shí)，在一只端蓋上開(kāi)有兩個(gè)相對(duì)的圓孔或方孔，用來(lái)裝設(shè)電刷。,上一頁(yè),

8、下一頁(yè),返回,第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,二、單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作原理 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作原理是建立在直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作原理基礎(chǔ)上的。因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是由定子磁場(chǎng)方向和電樞中電流方向兩者之間的相對(duì)關(guān)系來(lái)決定的，所以，如果改變其中的一個(gè)方向，則電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向就會(huì)改變。如果同時(shí)改變磁場(chǎng)方向和電樞電流的方向，則兩者的相對(duì)極性沒(méi)有改變，電動(dòng)機(jī)不會(huì)改變方向。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖3-4所示。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第一節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,由于勵(lì)磁繞組和電樞繞組串接在同一單相電源上，當(dāng)交流電處于正半波時(shí)，電流通過(guò)勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子繞組的方向(即磁場(chǎng)方向)以

9、及電樞電流的方向如圖3-4(b)所示。勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電樞繞組電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)左手定則，電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);當(dāng)交流電處于負(fù)半波時(shí)，勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和轉(zhuǎn)子繞組的電流方向同時(shí)改變，如圖3 -4(c)所示，用左手定則判斷出轉(zhuǎn)子仍為逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，方向不變。所以，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與電源極性無(wú)關(guān)。,上一頁(yè),返回,第二節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,一、單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 無(wú)論是使用直流電或是交流電，單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性都與直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相似，如圖3-5所示。在前面章中已介紹過(guò)，這種機(jī)械特性稱為“軟”特性。因此單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不適用于轉(zhuǎn)速要求穩(wěn)定的場(chǎng)合，但在電動(dòng)工

10、具和諸如吸塵器等日用電器中，這種特性卻可以起到自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速的作用。當(dāng)負(fù)載加重時(shí)，轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低;當(dāng)負(fù) 載變輕時(shí)，轉(zhuǎn)速自動(dòng)升高。 二、單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的其他主要特性 1.啟動(dòng)性能好 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有較好的啟動(dòng)性能，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流也無(wú)限大。,下一頁(yè),返回,第二節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,啟動(dòng)后隨著轉(zhuǎn)速的上升電流隨之減小，因此適合在啟動(dòng)困難的場(chǎng) 合使用。 2.轉(zhuǎn)速高、調(diào)速方便 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在交流工頻供電時(shí)轉(zhuǎn)速可高達(dá)4 00040 000r/min，而且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，體積越小，質(zhì)量也就越輕，因而特別適合于用在需要高速的設(shè)備中，如電動(dòng)工具的電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速為15 000 r/min左右，醫(yī)療器

11、械的電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20 000 r/min左右，而家用吸塵器則要求電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)30 000 r/min。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)不 僅轉(zhuǎn)速高，而且調(diào)速性能好，調(diào)速方法簡(jiǎn)便(見(jiàn)下一節(jié))。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第二節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,3.不允許空載啟動(dòng)和運(yùn)行 由于單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)轉(zhuǎn)速很高，容易造成電動(dòng)機(jī)的損壞，所以一般不允許電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)和運(yùn)行。電動(dòng)工具使用的串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，因一般帶有減速器，所以空載轉(zhuǎn)速不會(huì)很高，在設(shè)計(jì)時(shí)一般限制空載轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的1. 7倍左右。而對(duì)于在一般日用電器中使用的串勵(lì)電 動(dòng)機(jī)，因其功率較小、自身阻轉(zhuǎn)矩較大，所以空載轉(zhuǎn)速也不會(huì)很高。 4.換向性能差 單相串勵(lì)電

12、動(dòng)機(jī)的突出缺點(diǎn)是換向性能差，換向火花大，產(chǎn)生的無(wú)線電干擾強(qiáng)，這在很大程度上影響了電動(dòng)機(jī)的性能和使用壽命。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第二節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,此外，這種電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲也比一般直流電動(dòng)機(jī)大得多，其來(lái)源為:一是由于轉(zhuǎn)速高產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)和噪聲;二是風(fēng)葉產(chǎn)生的噪聲;三是在作交流電機(jī)使用時(shí)，由于磁場(chǎng)周期性地變化，使電機(jī)部件在交變磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲。因此，單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在選材和制造工藝上都必須采取一些措施，以改善其換向性能，盡量減少運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪聲。,上一頁(yè),返回,第三節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和調(diào)速,一、單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn) 與串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的原理一樣，只要

13、改變電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組或者電樞繞組的接線，就可以改變單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向如圖3-6所示，當(dāng)勵(lì)磁繞組和電樞繞組采用如圖(a)、(b)的接法時(shí)，電動(dòng)機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);當(dāng)采用圖(c)、(d)接法時(shí)，電動(dòng)機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 二、單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 如上所述，單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速性能，多用于電動(dòng)工具和各種小型日用電器中，這些電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)整性能要求不高，調(diào)整范圍也不寬(調(diào)速比一般為3:55:1)，所采用的調(diào)整方法也簡(jiǎn)單實(shí)用為原則，主要有調(diào)壓、調(diào)磁和改變電阻三種方法。,下一頁(yè),返回,第三節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和調(diào)速,1.調(diào)壓調(diào)速 常用的調(diào)壓調(diào)速方法有: (1)

14、電子調(diào)速器調(diào)速常采用調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角的調(diào)壓調(diào)速。 (2)整流器調(diào)速當(dāng)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)采用交流電供電時(shí)，若串入一只整流二極管，如圖3 -7所示，只讓半波通過(guò)電動(dòng)機(jī)，則只得到一半的功率。圖3-7電路可得到高、低兩種速度，常用于電吹風(fēng)、電動(dòng)按摩器、食品攪拌機(jī)等小型家用電器中。 此外，還有采用自耦變壓器和串入電抗器等調(diào)壓調(diào)速方法。 2.串聯(lián)電阻調(diào)速,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第三節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和調(diào)速,電路如圖3 -8所示，在串勵(lì)電動(dòng)機(jī)電路中串入可變(或分級(jí)可調(diào))電阻器。可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這實(shí)際上也是一種降壓調(diào)速的方法，較常見(jiàn)的是用于家用電動(dòng)縫紉機(jī)的調(diào)速控制，調(diào)速電阻器用腳踏控制器控制。 3.改變磁通

15、調(diào)速 改變磁通可以在一定范圍調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速: 增加，轉(zhuǎn)速下降; 減小，轉(zhuǎn)速上升。常用的方法有: 如圖3 -9(a)所示，改變兩勵(lì)磁繞組的串、并聯(lián)接法。若將串聯(lián)改為并聯(lián)，勵(lì)磁電流只有電樞電流的一半，因而減小，轉(zhuǎn)速升高;反之，若將并聯(lián)改為串聯(lián)， 增加，轉(zhuǎn)速下降。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第三節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和調(diào)速,將勵(lì)磁繞組用抽頭分級(jí)換接，如圖3 -9(b)所示，抽頭位置不同，則勵(lì)磁繞組匝數(shù)改變，達(dá)到調(diào)磁調(diào)速的目的。 以上這兩種調(diào)磁調(diào)速的方法常用于食物攪拌器的單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。 如圖3 -9(c)所示，與勵(lì)磁繞組并聯(lián)電阻，調(diào)節(jié)電阻可改變勵(lì)磁電流，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)磁調(diào)速。這種方法由于電阻消耗功率使效

16、率降低，所以較少采用。,上一頁(yè),返回,第四節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障的檢修,1.通電后，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn) (1)電源線斷路或短路可用萬(wàn)用表或檢驗(yàn)燈檢查，必要時(shí)更換新電源線。 (2)開(kāi)關(guān)損壞或接觸不良用萬(wàn)用表查出后修理或更換開(kāi)關(guān)。 (3)炭刷和換向器之間接觸不良調(diào)整彈簧壓力，更換炭刷或用干布、細(xì)砂布打磨換向器表面，以改善其接觸情況。 (4)定子繞組斷路如果斷路點(diǎn)在繞組的引線部位，應(yīng)重新焊接;若斷線不好查找，則需重新繞制。 (5)轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路若是引線脫焊或斷開(kāi)，則可焊接復(fù)原;若線圈的線匝斷在鐵芯槽內(nèi)，只有重新繞制。,下一頁(yè),返回,第四節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障的檢修,(6)電動(dòng)工具電動(dòng)機(jī)主軸齒輪磨損或齒

17、輪箱內(nèi)齒輪損壞這種情況只有更換齒輪，檢查時(shí)應(yīng)先脫開(kāi)傳動(dòng)齒輪，試轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)部分看其傳動(dòng)是否正常。 2.轉(zhuǎn)速明顯減慢 (1)轉(zhuǎn)子繞組短路和斷路用短路偵探器檢查，短路嚴(yán)重或斷路在槽內(nèi)時(shí)都應(yīng)重繞。 (2)定子磁極繞組接地或短路接地問(wèn)題可用兆歐表查出，繞組短路嚴(yán)重時(shí)有焦臭味，繞組表面顏色明顯變深或燒黑，故障點(diǎn)若在引線附近可修復(fù)，嚴(yán)重者需重繞。 (3)軸承和齒輪損壞。查出軸承損壞或電動(dòng)工具傳動(dòng)齒輪損壞的，應(yīng)及時(shí)更換。,上一頁(yè),下一頁(yè),返回,第四節(jié) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障的檢修,3.電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)熱 定子、轉(zhuǎn)子繞組短路，嚴(yán)重者需重繞。 彈簧壓力過(guò)大或軸承過(guò)緊，應(yīng)做調(diào)整。 負(fù)載過(guò)大，如果是電動(dòng)工具，則應(yīng)更換容量較大的來(lái)替用。,上一頁(yè),返回,圖3-1單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)定子沖片,返回,圖3-2電樞沖片,返回,圖3-2電樞沖片,圖3-3電樞鐵芯,返回,(a)直槽;(b)斜槽