电机的旋转原理,结构,类型,故障排除全解（电机旋转原理图解）

电机在设备领域随处可见。电机类型、软启动方法、选型程序、损坏原因及处理方法、好坏电机有什么区别。 ……本期我们一起来看看吧。

电机转动原理

1.电流、磁场和力

首先，为了方便后续讲解电机原理，我们回顾一下关于电流、磁场、力的基本定律/规律。虽然有一种怀旧的感觉，但如果不经常使用磁性元件，很容易忘记这些知识。

2、旋转原理详解

下面介绍电机的旋转原理。我们用图片和公式来说明。

当引线框架为矩形时，必须考虑作用在电流上的力。

作用在边a和c上的力F为：

产生以中心轴为中心的扭矩。

例如，当考虑旋转角度只有的状态时，与b和d成直角作用的力为sin，因此a部分的旋转

力矩Ta由下式表示：

以同样的方式考虑c 部分，扭矩加倍，得出的扭矩计算如下：

由于矩形的面积为S=hl，将其代入上式可得到以下结果：

该公式不仅适用于矩形，也适用于圆形等其他常见形状。电机就利用了这一原理。

要点：

电机的旋转原理遵循与电流、磁场和力有关的定律（定律）。

直流电机VS交流电机

1、直流电机和交流电机的区别

直流电机结构图

交流电机结构图

(1)不同的电源模式：

直流电机：采用直流电作为动力源；

交流电机：采用交流电作为动力源。

(2)结构上的不同：

直流电机的原理比较简单，但结构复杂，维护不方便。交流电机原理复杂，但结构相对简单，比直流电机更容易维护。

直流电机

（3）价格不同：

相同功率的直流电机比交流电机性能要高，包括控制转速的调速装置。直流调速装置的价格高于交流调速装置。当然，结构和维护也有很大不同。

(4)性能方面不同：

由于直流电机速度稳定，调速精确，这是交流电机无法实现的，所以在对速度要求严格的情况下，不得不采用直流电机来代替交流电机。交流电机调速相对复杂，但由于化工厂使用交流电源而应用广泛。

同步电机VS异步电机

同步异步是指转子速度与定子旋转磁场速度是同步（相同）还是异步（滞后）。因此，只有交流才能产生旋转磁场，也只有交流电机才有同步和异步的概念。

步进电机的工作原理

1、同步电机

原理：依靠“磁场总是沿着磁路最短方向运动”，转子磁极与定子旋转磁场极一一对应，转子磁极速度与旋转磁极相同。场速。

特点：同步电机无论用作电动机还是发电机，其转速与交流频率之间的关系都将严格保持不变。同步电机的转速恒定，不受负载变化的影响。

2、异步电机

原理：运动是通过感应来实现的。定子的旋转磁场切割鼠笼，使鼠笼产生感应电流。感应电流迫使转子旋转。转子转速与定子旋转磁场速度之间必须存在转速差，才能形成磁场切割鼠笼并产生感应电流。

3、同步和异步的具体区别：

(1)同步电机既可以发出无功功率，也可以吸收无功功率；异步电动机只能吸收无功功率。

(2)同步电机的转速与50Hz的交流电源同步，即2极电机为3000转/分，4极电机为1500转/分，6极电机为1000转/分，异步电机转速稍显滞后，即2极2880、4极1440、6极960等。

(3)同步电机的电流同相超前电压，即同步电机是容性负载。同步电动机可用于改善供电系统的功率因数。

4、三相异步电动机（鼠笼式）

(一)结构：

转子：鼠笼式

定子：3个绕组

（二）原理：

三相异步电动机

电机）是感应电机的一种。同时通380V三相交流电（相位差120度），形成旋转磁场。鼠笼产生感应电流然后移动。运动是通过感应实现的。定子的旋转磁场切割鼠笼，使鼠笼产生感应电流。感应电流迫使转子旋转。转子转速与定子旋转磁场速度之间必须存在转速差，才能形成磁场切割鼠笼并产生感应电流。

(3)开始：

星三角启动、降压启动。

(4)反转：

交换定子三相中任意两个接头的接线。

(5)调速：调速困难。

（六）特点：

由于三相异步电动机的转子和定子的旋转磁场同向、不同速度旋转，存在转差率，故称为三相异步电动机。三相异步电动机的转子转速低于旋转磁场的转速。转子绕组因与磁场的相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁扭矩，实现能量转换。

与单相异步电动机相比，三相异步电动机具有更好的运行性能，并且可以节省各种材料。根据转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼型和绕线型。笼型转子异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格低廉，得到了广泛的应用。其主要缺点是调速困难。

普通电机VS变频电机

一、普通电机和变频电机的区别

首先，普通电机不能用作变频电机。普通电机是按照恒频、恒压设计的，不能完全适应变频器的调速要求，因此不能作为变频电机使用。

(1)变频器对电机的影响主要是电机的效率和温升。

变频器在运行过程中会产生不同程度的谐波电压和电流，导致电机在非正弦电压和电流下运行。内部的高次谐波会导致电机的定子铜损、转子铜损、铁损和附加损耗增加。最显着的是转子铜损。这些损耗会导致电机产生额外的热量，降低效率，并降低输出功率。普通电机温升一般增加10%-20%。

(2)电机绝缘强度问题

变频器的载波频率从几千到十几千赫兹，这使得电机定子绕组要承受非常高的电压上升率，这相当于给电机施加了一个陡峭的冲击电压，使电机的内部电压升高。匝间绝缘经受严峻考验。

(3)谐波电磁噪声和振动

当普通电机采用变频器供电时，由电磁、机械、通风等因素引起的振动和噪声将变得更加复杂。变频电源中含有的各种谐波干扰电机电磁部分固有的空间谐波，形成各种电磁激振力，从而增加噪声。由于电机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电机各结构件的固有振动频率。

(4)低速时的冷却问题

当电源频率较低时，电源中高次谐波造成的损耗较大；其次，当电机转速降低时，冷却风量与转速的三次方成正比减少，导致电机热量无法散发，温度急剧升高。增大，难以实现恒扭矩输出。

2、如何区分普通电机和变频电机？

(1)绝缘等级要求较高

一般变频电机的绝缘等级为F级或更高。应加强对地绝缘强度和线匝绝缘强度。特别应考虑绝缘承受冲击电压的能力。

(2)变频电机的振动和噪声要求较高

变频电机必须充分考虑电机部件和整个机体的刚性，尽量提高其固有频率，避免与各个力波产生共振。

(3)变频电机冷却方式不同

变频电机一般采用强制通风冷却，即主电机冷却风扇由独立电机驱动。

（四）防护措施要求不同

容量超过160KW的变频电机应采取轴承绝缘措施。主要是容易产生磁路不对称，还会产生轴电流。当其他高频元件产生的电流共同作用时，轴电流会大大增加，导致轴承损坏，因此一般需要采取绝缘措施。对于恒功率变频电机，当转速超过3000转/分钟时，应使用专用耐高温润滑脂来补偿轴承的温升。

(5)冷却系统不同

变频电机冷却风扇采用独立电源供电，保证持续散热。

步进电机

步进电机是一种直接将电脉冲转换为机械运动的机电装置。通过控制施加在电机线圈上的电脉冲的顺序、频率和数量，可以控制步进电机的转向、速度和旋转角度。

无需采用带有位置传感的闭环反馈控制系统，采用由步进电机及其配套驱动器组成的控制简单、成本低廉的开环控制系统即可实现精确的位置和速度控制。

基本结构：

工作准则：

步进电机驱动器根据外部控制脉冲和方向信号，通过其内部逻辑电路控制步进电机的绕组按一定的时序正转或反转通电，使电机正转/反转，或锁死。

以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定到位。保持电机在额定电流下保持锁定的最大扭矩为保持扭矩。如果一相绕组中的电流改变方向，电机将沿给定方向旋转一步（1.8 度）。

同样，如果另一个绕组中的电流改变方向，电机将沿与前一个绕组相反的方向旋转一步（1.8 度）。当流经线圈绕组的电流改变方向并依次励磁时，电机将按预定方向实现连续的旋转步进，并且运行精度很高。对于1.8度的两相步进电机来说，旋转一圈需要200步。

两相步进电机有两种绕组类型：双极和单极。双极电机的每一相上只有一个绕组线圈。当电机连续旋转时，电流必须改变方向并依次在同一线圈中励磁。驱动电路设计需要八个电子开关进行顺序切换。

单极电机每相有两个极性相反的绕组线圈。当电机继续旋转时，只需对同一相的两个绕组线圈交替通电和励磁即可。驱动电路设计只需要四个电子开关。在双极驱动模式下，由于每相绕组线圈都被100%励磁，因此双极驱动模式下电机的输出扭矩比单极驱动模式下高约40%。

电机选型步骤

电机选型所需的基本内容包括：所驱动的负载类型、额定功率、额定电压、额定转速等条件。

负载类型

直流

异步电机

同步电机

对于连续运行、负载稳定、对起动、制动无特殊要求的生产机械，应优先选用普通鼠笼式异步电动机，广泛应用于机械、水泵、风机等。

频繁起动、制动，需要较大起动、制动力矩的生产机械，如桥式起重机、矿井提升机、空气压缩机、不可逆轧机等，宜选用绕线异步电动机。

同步电动机用于无调速要求、要求恒速或需要提高功率因数的场合，如中、大容量水泵、空压机、提升机、磨机等。

调速范围要求在1：3以上，要求连续、稳定、平滑调速的生产机械宜采用他励直流电机或鼠笼异步电机或变频调速的同步电机，如大型精密机械工具、龙门刨床、轧机、电梯等

要求启动扭矩大、机械性能软的生产机械采用串励或复励直流电动机，如有轨电车、电力机车、重型起重机等。

一般来说，通过提供所驱动负载的类型、电机的额定功率、额定电压、额定转速即可大致确定电机。但如果要最佳地满足负载要求，这些基本参数还远远不够。还需要提供的参数包括：频率、工作制、过载要求、绝缘等级、防护等级、转动惯量、负载阻力矩曲线、安装方式、环境温度、海拔高度、室外要求等，根据需要提供到具体情况。

电机故障排除经验总结

当电机运行或出现故障时，可采用看、听、闻、摸四种方法及时预防和排除故障，确保电机安全运行。

一看

观察电机运行过程中是否有异常现象。主要症状如下。

1.当定子绕组短路时，您可能会看到电机冒烟。

2、电机严重过载或缺相时，速度会减慢，并有较重的“嗡嗡”声。

3、电机维修网运行正常，但突然停止时，会看到连接松动冒出火花；保险丝熔断或某些部件卡住。

4、如果电机振动剧烈，可能是传动装置被卡住，电机固定不良，或地脚螺栓松动等。

5、如果电机内部的接触点和连接处出现变色、烧痕、烟痕等，则可能表明局部过热、导体连接处接触不良或绕组烧毁。

2. 听

电机正常运转时，应发出均匀、轻微的“嗡嗡”声，无杂音或特殊声音。如果噪声太大，包括电磁噪声、轴承噪声、通风噪声、机械摩擦声等，则可能是故障的前兆或故障现象。

1、关于电磁噪声，如果电机发出高、低、重的声音，原因可能有以下几种：

(1)定子与转子之间的气隙不均匀。此时，声音时高时低，高低音之间的音程保持不变。这是由于轴承磨损以及定子和转子不同心造成的。

(2)三相电流不平衡。这是由于三相绕组接地不正确、短路或接触不良造成的。如果声音沉闷，说明电机严重过载或缺相。

(3)铁芯松动。电机运行过程中，铁芯固定螺栓因振动而松动，导致铁芯硅钢片松动，产生噪声。

2、电机运行时应经常监测轴承噪声。监听方法是：将螺丝刀一端顶住轴承安装部位，另一端靠近耳朵，即可听到轴承运转的声音。如果轴承正常运转，其声音将为连续的、细小的“沙沙”声，没有突然的高低变化和金属摩擦声。

如果出现以下声音则不正常：

(1)轴承运转时有“吱吱”声。这是金属摩擦的声音。一般是由于轴承缺油造成的。应将轴承拆开并添加适量的润滑脂。

(2)如果有“叽叽喳喳”的声音，那是球转动时发出的声音。通常是由于油脂干涸或缺油造成的。可以添加适量的润滑脂。

(3)如果有“咔哒”或“吱吱”的声音，则是轴承内滚珠运动不规则造成的。这是由于轴承内的滚珠损坏或电机长期不用、油脂干涸造成的。

3、如果传动机构和从动机构发出连续的声音而不是高低不平的声音，可按以下情况处理。

(1)周期性的“噼啪”声是由于皮带接头不平整引起的。

(2)周期性的“咚咚”声是联轴器或带轮与轴之间松动以及键或键槽磨损引起的。

(3)不均匀的碰撞声是由于风扇叶片与风扇罩碰撞而产生的。

3、闻气味

还可以通过闻电机的气味来判断和预防故障。打开接线盒并闻一闻。检查是否有烧焦的气味。如果有特殊的油漆味，说明电机内部温度过高；如果有较重的烧焦味或烧焦味，则可能是绝缘层修补网已击穿或绕组已烧毁。如果没有气味，则需要用兆欧表测量绕组与套管之间的绝缘电阻低于0.5M，然后干燥。如果电阻为零，则说明已损坏。

4. 触摸

感觉电机某些部位的温度也可以判断故障原因。为了确保安全，请用手背触摸电机外壳和轴承周围的部件。如果发现温度异常，原因可能有以下几种。

1、通风不良。如风扇脱落、通风管道堵塞等。

2、超载。结果，电流过大，定子绕组过热。

3、定子绕组匝数短路或三相电流不平衡。

4、频繁启动或制动。

5、如果轴承周围温度过高，可能是轴承损坏或缺油造成的。

电机轴承温度规定、异常原因及解决方法

法规规定滚动轴承最高温度不得超过95，滑动轴承最高温度不得超过80。并且温升不超过55（温升为轴承温度减去试验时的环境温度）；

详情参见HG25103-91轴承温升过高的原因及解决方法：

(1)原因：轴弯曲，中心线不准确。

过程；重新居中。

(2)原因：地脚螺钉松动。

处理方法：拧紧基础螺钉。

(3)原因：润滑油不干净。

处理方法：更换润滑油。

(4)原因：润滑油使用时间过长，未更换。

处理方法：清洗轴承，更换润滑油。

(5)原因：轴承内的钢球或滚子损坏。

处理方法：更换新轴承。

审稿人：李茜