電機，在設備領域無處不在。電機類型、軟啟動方式，選型步驟，損壞原因方式處理方法，優劣電機區別在哪。..。.本期我們就一同來看看。

電機旋轉原理

1、電流、磁場和力

首先，為了便于后續電機原理說明，我們來回顧一下有關電流、磁場和力的基本定律/法則。雖然有一種懷舊的感覺，但如果平時不常使用磁性元器件，就很容易忘記這些知識。

2、旋轉原理詳解

下面介紹一下電機的旋轉原理。我們結合圖片和公式來說明。

當導線框為矩形時，要考慮到作用在電流上的力。

作用于邊a、c部分的力F為：

產生以中心軸為心軸的轉矩。

例如，當考慮到旋轉角度僅為θ的狀態時，與b和d成直角作用的力為sinθ，因此a部分的轉

矩Ta由以下公式表示：

以相同的方式考慮c部分，則轉矩加倍，并生成由以下公式計算出來的轉矩：

由于矩形的面積為S＝hl，因此將其代入上述公式可得出以下結果：

該公式不僅適用于矩形，也適用于圓形等其他常見形狀。電機就是利用了該原理。

關鍵要點：

電機的旋轉原理遵循電流、磁場和力相關的定律（法則）。

直流電機 VS 交流電機

1、直流、交流電機區別

直流電機結構示意圖

交流電機結構示意圖

（1）電源方式不同：

直流電機：使用直流電做為電源；

交流電機：使用交流電做為電源。

（2）結構上不同：

直流電機的原理相對簡單，但結構復雜，不便于維護。而交流電機原理復雜但結構相對簡單，而且比直流電機便于維護。

直流電動機

（3）價格上不同：

功率相同的直流電機高于交流電機，包括控制速度的調速裝置也是直流調速裝置高于交流調速裝置的價格，當然結構和維護也有很大的差異。

（4）性能方面不同：

因為直流電機的速度穩定，轉速控制精準，是交流電機無法打到的，所以在轉速的嚴格要求下不得不采用直流電機替代交流電機。交流電機調速相對復雜，但由于化工廠使用交流電源而應用廣泛。

同步電機 VS 異步電機

同步異步指的是轉子轉速與定子旋轉磁場轉速是同步（相同）還是異步（滯后），因而只有交流能產生旋轉磁場，只有交流電機有同步異步的概念。

步進電機的工作原理

1、同步電機

原理：靠“磁場總是沿著磁路最短的方向上走”實現轉子磁極與定子旋轉磁場磁極逐一對應，轉子磁極轉速與旋轉磁場轉速相同。

特點：同步電機無論作為電動機還是發電機使用，其轉速與交流電頻率之間將嚴格不變。同步電機轉速恒定，不受負載變化影響。

2、異步電機

原理：靠感應來實現運動，定子旋轉磁場切割鼠籠，使鼠籠產生感應電流，感應電流受力使轉子旋轉。轉子轉速與定子旋轉磁場轉速必須有轉速差才能形成磁場切割鼠籠，產生感應電流。

3、同步和異步的具體區別：

（1）同步電機可以發出無功功率，也可以吸收；異步電機只能吸收無功。

（2）同步電機的轉速與交流工頻50Hz電源同步，即2極電機3000轉、4極1500、6極1000等。異步電機的轉速則稍微滯后，即2極2880、4極1440、6極960等。

（3）同步電動機的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動機是一個容性負載。同步電動機可以用以改進供電系統的功率因素。

4、三相異步電動機（鼠籠）

（1）結構：

轉子：鼠籠

定子：3繞組

（2）原理：

三相異步電機（Triple-phase asynchronous

motor）是感應電動機的一種，同時接入380V三相交流電流（相位差120度）形成旋轉磁場，鼠籠產生感應電流，進而運動。靠感應來實現運動，定子旋轉磁場切割鼠籠，使鼠籠產生感應電流，感應電流受力使轉子旋轉。轉子轉速與定子旋轉磁場轉速必須有轉速差才能形成磁場切割鼠籠，產生感應電流。

（3）啟動：

星三角啟動、降壓啟動。

（4）換向：

交換定子三相中任意兩個接頭的接線。

（5）調速：調速困難。

（6）特點：

由于三相異步電動機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電動機。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而產生電動勢和電流，并與磁場相互作用產生電磁轉矩，實現能量變換。

與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節省各種材料。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難。

普通電機 VS 變頻電機

1、普通、變頻兩類電機區別

首先，普通電機不能當變頻電機使用。普通電動機是按恒頻恒壓設計的，不可能完全適應變頻器調速的要求，因此不能多做變頻電機使用。

（1）變頻器對電機的影響主要在電動機的效率和溫升

變頻器在運行中能產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行，里面的高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗及附加損耗增加，最為顯著的是轉子銅耗，這些損耗會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小，普通電動機溫升一般要增加10%－20%。

（2）電動機的絕緣強度問題

變頻器載波頻率從幾千到十幾千赫，使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴重的考驗。

（3）諧波電磁噪聲與震動

普通電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次諧波與電動機電磁部分固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力，從而加大噪聲。由于電動機的工作頻率范圍寬，轉速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各結構件的固有振動頻率。

（4）低轉速時的冷卻問題

當電源頻率較低時，電源中的高次諧波所引起的損耗較大；其次變通電機轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成正比減小，致使電機熱量散發不出去，溫升急劇增加，難以實現恒轉矩輸出。

2、如何區分普通電機和變頻電機？

（1）絕緣等級要求更高

一般變頻電機的絕緣等級為F級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。

（2）變頻電機的振動、噪聲要求更高

變頻電機要充分考慮電動機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。

（3）變頻電機冷卻方式不同

變頻電機一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動。

（4）保護措施要求不同

對容量超過160KW變頻電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。對恒功率變頻電動機，當轉速超過3000/min時，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。

（5）散熱系統不同

變頻電機散熱風扇采用獨立電源供電，保證持續的散熱能力。

步進電機

步進電機是一種直接將電脈沖轉化為機械運動的機電裝置， 通過控制施加在電機線圈上的電脈沖順序、 頻率和數量， 可以實現對步進電機的轉向、 速度和旋轉角度的控制。

在不借助帶位置感應的閉環反饋控制系統的情況下、 使用步進電機與其配套的驅動器共同組成的控制簡便、 低成本的開環控制系統， 就可以實現精確的位置和速度控制。

基本結構：

工作原理：

步進電機驅動器根據外來的控制脈沖和方向信號， 通過其內部的邏輯電路， 控制步進電機的繞組以一定的時序正向或反向通電， 使得電機正向/反向旋轉， 或者鎖定。

以1.8度兩相步進電機為例：當兩相繞組都通電勵磁時， 電機輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機保持鎖定的最大力矩為保持力矩。如果其中一相繞組的電流發生了變向， 則電機將順著一個既定方向旋轉一步（ 1.8度）。

同理， 如果是另外一項繞組的電流發生了變向， 則電機將順著與前者相反的方向旋轉一步（ 1.8度）。當通過線圈繞組的電流按順序依次變向勵磁時， 則電機會順著既定的方向實現連續旋轉步進， 運行精度非常高。對于1.8度兩相步進電機旋轉一周需200步。

兩相步進電機有兩種繞組形式：雙極性和單極性。雙極性電機每相上只有一個繞組線圈， 電機連續旋轉時電流要在同一線圈內依次變向勵磁， 驅動電路設計上需要八個電子開關進行順序切換。

單極性電機每相上有兩個極性相反的繞組線圈， 電機連續旋轉時只要交替對同一相上的兩個繞組線圈進行通電勵磁。驅動電路設計上只需要四個電子開關。在雙極性驅動模式下， 因為每相的繞組線圈為100%勵磁， 所以雙極性驅動模式下電機的輸出力矩比單極性驅動模式下提高了約40%。

電機的選型步驟

電機選型需要的基本內容有：所驅動的負載類型、額定功率、額定電壓、額定轉速、其他條件。

負載類型

直流電機

異步電機

同步電動機

負載平穩，對起、制動無特殊要求的連續運行的生產機械，宜優先選用普通鼠籠型異步電動機，其廣泛用于機械、水泵、風機等。

起動、制動比較頻繁，要求有較大的起動、制動轉矩的生產機械，如橋式起重機、礦井提升機、空氣壓縮機、不可逆軋鋼機等，應采用繞線式異步電動機。

無調速要求，需要轉速恒定或要求改善功率因數的場合，應采用同步電動機，例如中、大容量的水泵，空氣壓縮機、提升機、磨機等。

調速范圍要求在1∶3以上，且需連續穩定平滑調速的生產機械，宜采用他勵直流電動機或用變頻調速的鼠籠式異步電動機或同步電機，例如大型精密機床、龍門刨床、軋鋼機、提升機等。

要求起動轉距大，機械特性軟的生產機械，使用串勵或復勵直流電動機，例如電車、電機車、重型起重機等。

一般來說，提供了驅動的負載類型、電機的額定功率、額定電壓、額定轉速便可以將電機大致確定下來。但如果要最優化地滿足負載要求，這些基本參數就遠遠不夠了。還需要提供的參數包括：頻率，工作制，過載要求，絕緣等級，防護等級，轉動慣量，負載阻力矩曲線，安裝方式，環境溫度，海拔高度，戶外要求等，根據具體情況提供。

電機故障處理 經驗總結

電動機運行或故障時，可通過看、聽、聞、摸四種方法來及時預防和排除故障，保證電動機的安全運行。

一、看

觀察電動機運行過程中有無異常，其主要表現為以下幾種情況。

1.定子繞組短路時，可能會看到電動機冒煙。

2.電動機嚴重過載或缺相運行時，轉速會變慢且有較沉重的“嗡嗡”聲。

3.電動機維修網正常運行，但突然停止時，會看到接線松脫處冒火花;保險絲熔斷或某部件被卡住等現象。

4.若電動機劇烈振動，則可能是傳動裝置被卡住或電動機固定不良、底腳螺栓松動等。

5.若電動機內接觸點和連接處有變色、燒痕和煙跡等，則說明可能有局部過熱、導體連接處接觸不良或繞組燒毀等。

二、聽

電動機正常運行時應發出均勻且較輕的“嗡嗡”聲，無雜音和特別的聲音。若發出噪聲太大，包括電磁噪聲、軸承雜音、通風噪聲、機械摩擦聲等，均可能是故障先兆或故障現象。

1. 對于電磁噪聲，如果電動機發出忽高忽低且沉重的聲音，則原因可能有以下幾種：

（1）定子與轉子間氣隙不均勻，此時聲音忽高忽低且高低音間隔時間不變，這是軸承磨損從而使定子與轉子不同心所致。

（2）三相電流不平衡。這是三相繞組存在誤接地、短路或接觸不良等原因，若聲音很沉悶則說明電動機嚴重過載或缺相運行。

（3）鐵芯松動。電動機在運行中因振動而使鐵芯固定螺栓松動造成鐵芯硅鋼片松動，發出噪聲。

2.對于軸承雜音，應在電動機運行中經常監聽。監聽方法是：將螺絲刀一端頂住軸承安裝部位，另一端貼近耳朵，便可聽到軸承運轉聲。若軸承運轉正常，其聲音為連續而細小的“沙沙”聲，不會有忽高忽低的變化及金屬摩擦聲。

若出現以下幾種聲音則為不正常現象：

（1）軸承運轉時有“吱吱”聲，這是金屬摩擦聲，一般為軸承缺油所致，應拆開軸承加注適量潤滑脂。

（2）若出現“唧哩”聲，這是滾珠轉動時發出的聲音，一般為潤滑脂干涸或缺油引起，可加注適量油脂。

（3）若出現“喀喀”聲或“嘎吱”聲，則為軸承內滾珠不規則運動而產生的聲音，這是軸承內滾珠損壞或電動機長期不用，潤滑脂干涸所致。

3.若傳動機構和被傳動機構發出連續而非忽高忽低的聲音，可分以下幾種情況處理。

（1）周期性“啪啪”聲，為皮帶接頭不平滑引起。

（2）周期性“咚咚”聲，為聯軸器或皮帶輪與軸間松動以及鍵或鍵槽磨損引起。

（3）不均勻的碰撞聲，為風葉碰撞風扇罩引起。

三、聞

通過聞電動機的氣味也能判斷及預防故障。打開接線盒用鼻子嗅。看是否有焦糊味，若發現有特殊的油漆味，說明電動機內部溫度過高;若發現有很重的糊味或焦臭味，則可能是絕緣層維修網被擊穿或繞組已燒毀。如果沒有味道，還需要用兆歐表測其繞組與外殼之間的絕緣阻值低于0.5兆，得進行烘干處理。阻值為零，說明已經損壞。

四、摸

摸電動機一些部位的溫度也可判斷故障原因。為確保安全，用手摸時應用手背去碰觸電動機外殼、軸承周圍部分，若發現溫度異常，其原因可能有以下幾種。

1.通風不良。如風扇脫落、通風道堵塞等。

2.過載。致使電流過大而使定子繞組過熱。

3.定子繞組匝間短路或三相電流不平衡。

4.頻繁啟動或制動。

5.若軸承周圍溫度過高，則可能是軸承損壞或缺油所致。

電機軸承溫度規定、出現異常的原因及處理

規程規定，滾動軸承最高溫度不超過95℃，滑動軸承最高溫度不超過80℃。并且溫升不超過55℃（溫升為軸承溫度減去測試時的環境溫度）；

具體見HG25103-91 軸承溫升過高的原因及處理：

（1）原因：軸彎曲，中心線不準。

處理；重新找中心。

（2）原因：基礎螺絲松動。

處理：擰緊基礎螺絲。

（3）原因：潤滑油不干凈。

處理：更換潤滑油。

（4）原因：潤滑油使用時間過長，未更換。

處理：洗凈軸承，更換潤滑油。

（5）原因：軸承中滾珠或滾柱損壞。

處理：更換新軸承。

審核編輯 ：李倩