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现场答辩及思考题(15%教学目标3)
概念思路,回答条理(15%)
总评:
电机生产工艺实训报告
一、实训目的
(1)深入了解电机的内部结构,加强对电机定子绕组的认识;
(2)熟练掌握电机绕组拆卸、装配过程,掌握一定的电机装配常识及电机下线的基本工序与工艺技巧;
(3)了解电机下线及总装所用工具、仪表、材料的正确使用方法,掌握电机通电试机前的基本测试项目及方法;
(4)巩固已学过的理论、方法,提高发现、分析和解决问题的能力。
二、三相异步电机基本结构原理简述
(1)三相异步电动机的基本结构
异步电动机是基于旋转磁场理论,将交流电能转换为机械能的一种旋转电机。
三相鼠笼式异步电动机的基本结构有定子和转子两大部分。
定子主要由定子铁芯、定子三相对称绕组和机座等组成,是电动机的静止部分。
机座也称机壳,除了固定定子铁芯,方便安装,机壳上还有电机铭牌和接线盒。
三相定子绕组一般有六根引出线,出线端从机座外面的接线盒引出,再接三相交流电源。
根据三相电源相电压/线电压的数值关系不同,应先将三相定子绕组可以接成星形(Y)或三角形(△),然后与三相交流电源相连。
一般在接线盒盖的内侧都会注明两种解法的具体端接形式。
电机铭牌上标明了电机的定子绕线接法、转速转矩等,电机的型号除了表明电机的中心高,还表示了电机的极数。
如“YP2-71M1-2”表明这是一台YP2系列短铁芯异步电动机,它的轴中心到底座安装平面的高度为71mm,极数为2。
“YP2-71M1-4”是一台安装尺寸与“YP2-71M1-2”相同的4极异步电机。
同样,“YP2-71M1-6”即为6极。
转子主要由转子铁心、转轴、铸铝转子导条及轴承组成。
转子导条为铝水浇铸而成,一般手段无法将导条从转子铁芯中分离出来。
(2)三相异步电动机的运行原理
三相异步电动机的绕组有两部分,即嵌置在定子铁心槽内与电源相联接的定子绕组,以及经短路后自成回路的转子绕组。
当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时,电动机定、转子气隙中将产生一个旋转磁场。
旋转磁场切割定、转子绕组而分别在其中感生电动势,转子电动势则在自成闭合回路中的转子绕组内产生短路电流。
转子电流与气隙中旋转磁场相互作用而产生电磁转矩,使转子以机械能去拖动负载旋转。
转子必须与旋转磁场保持一定的速度差,才可能切割磁力线,所以转子的转速永远也不可能达到同步速,异步电动机由此取名。
因为转子电流是靠定子侧旋转磁场感应产生的,在不引起理解错误的情况下异步电机又称为感应电动机。
三、实训过程记录
1.电机拆装过程记录
三相异步电动机的拆卸分为定转子分离、绕组拆除两部分
(1)用螺丝刀拧下后端风扇罩上的3个定位螺钉,取下风扇罩。
用扳手拧下电机前后端盖上的8个六角螺栓。
打开接线盒,拆下所有螺母,取下所有6个接线端子。
再拆下整个接线盒和露出的陶瓷接线座。
取下陶瓷线座及下面的橡胶绝缘皮后,会露出一个小型的定子铁芯定位螺丝,拧下此螺丝及机座底部对称位置的另一个定子铁芯定位螺丝后,才可将定子铁芯拆下。
拧下两个定位螺丝后,将机座竖直放置。
用木棒抵住铁芯,敲击木棒顶端将定子铁芯顶出机座。
图中为定子与转子分离
(2)选定一槽开始取出绕组。
注意铁芯的放置方式,从下方的槽开始取线。
取下一槽的线圈之后不要急于取出此元件的另一边。
取下一槽线圈后,接着取临近一槽(相自己靠近方向)的线圈。
到一个极相组的线圈全部出槽后再将线圈从定子腔内取出。
图中为线圈从定子中拆下
(3)将所有线圈取下后,注意分组和整形。
如果线圈有损伤则需要重新绕组线圈。
清点所有分解出来的元件种类、数量,设计表格登记造册。
图中为整理之后的线圈元件
2.测绘项目
拆解完成后,查阅定义,测算以下数据:
铁芯长、定转子槽数、每极每相槽数、定子槽距角(机械/电角度)、极距、节距、元件数、线圈匝数、每槽导体数。
铁芯长:
8cm
定子槽数;
18
转子槽数:
16
每极每相槽数:
每极每相槽数是指每相绕组在每一个磁极所分占的槽数,每极每相绕组内应绕的线圈数就依据它确定,通常用q来表示:
,
为定子绕组相数
经计算q为3
定子槽距角(机械/电角度):
槽距角
电机铁心两相邻槽之间的电气角度称为槽距角,通常用
表示:
为定子槽数
经计算
为20度
机械角度与电气角度
从空间几何的角度把圆等分成360°
,这个360°
称为的机械角度
。
电工学中计量电磁关系的角度单位叫做电气角度,它是将正弦交流电的每一周在横坐标上等分为360°
,也就是导体空间经过一对磁极时在电磁上相应变化了360°
电气角度
电气角度与机械角度在电机中的关系为:
为极对数
极距:
绕组的极距是指每磁极所占铁心圆周表面的距离。
一般常指电机铁心相邻两磁极中心所跨占的槽距,定子铁心以内圆气隙表面的槽距计算;
转子则以铁心外圆气隙表面的槽距来计算。
通常极距以槽数表示:
为定子内径
经计算极距为9
节距:
电机绕组每个线圈两元件边之间所跨占到的铁心槽数叫做节距,也称跨距,用
表示。
节距的表示方法常用的有两种,例如“
”表示一个线圈的两个元件边所在位置之间隔有8个槽。
同样的线圈,在生产中常用“
”的形式,表示此线圈的一个边嵌放1号定子槽,另一边钱放在9号槽中,这样的表示方式更加具体。
经计算节距为8
元件数:
9
线圈匝数:
电机内的绕组是由各种大小不一形状各异的线圈组成的。
由于每线圈都有两个元件边嵌入铁心槽内,也就是说每个线圈要嵌入两个槽。
在单层绕组中因每槽内只嵌一个线圈元件边,所以总线圈数就只等于总槽数的一半;
双层绕组中因每槽内上下层要嵌入两个线圈元件边,因此它的总线圈数就等于的铁心槽数。
经测量线圈数为9
每槽导体数:
0.5
3.绕组绕制过程记录
(1)绕组绕制,检查线模的尺寸与作业的电机型号的线圈尺寸要求是否相符。
将各卷导线抽头抽出聚拢,一起套入导线保护套。
将保护套置于绕线夹板内,用夹板夹紧,松紧程度适当。
将线模安置于绕线机出轴上,装入压板用螺母固定。
将绕线机计数器拨至“0”,把绑扎棉纱线嵌入线模的扎线槽中。
将玻璃丝管套入需要的并绕根数进行绕线,绕至需要匝数后停机,用棉纱线把绕好的绕线扎紧。
拆下螺母和压板,卸下线模后取出线圈,至于搁架上。
两根出线应留有约10cm的出线用于端接,并应各套上一段6cm左右的玻璃丝管。
4.绕组下线过程记录
(1)检查定子铁芯槽是否平整,无毛刺、焊渣,否则需用锉刀休整。
将已裁剪好的槽绝缘纸纵向折成"
U"
形插入槽中,绝缘纸光面向里,便于向槽内嵌线。
下线前检查:
a、槽绝缘露出铁芯两端的长度是否对称,均为5mm左右;
b、槽绝缘在槽中的位置是否均匀,是否有单边现象(覆盖半边,裸露半边)。
如图为放入U型绝缘纸
(2)绕组下线。
每一槽嵌线时都要注意注意:
a、下线前先把线圈边捏紧、搓扁,方便通过槽口。
在准备下线的槽口预先放置两片引导纸片,引导导线进入槽内的同时防止槽口铁质刮蹭导线漆膜;
b、已嵌好线的槽要插入折成“
”型的覆盖绝缘,防止绕线漏出;
c、插好覆盖后,用压线板把线圈压紧、压平,再插入槽楔;
d、吊边处理的线圈要垫上纸片,放置漆膜损伤;
e、最终6个接线端子用三种不同颜色的电工胶带标识。
本次实训采用独立线圈下线,嵌线完成后再接线的方式。
下线时注意将所有的出线端从定子的同一端(面端)引出,方便接线。
另一端(底端)不留引出线。
此电机采用18槽2极单层交叉式绕组,其下线操作的顺序为:
①取A相绕组一个大跨距的线圈,水平拿起,将靠近自己的一边(应该被放置在2#槽的元件边)到2#槽中,远离自己的另一边(应该被放置在10#槽的元件边)先吊边。
注意整理所吊边的形状使不干扰后面的操作。
再取A相第二个大线圈元件,将近边(应该被放置在1#槽的元件边)嵌放在1#槽中,另一边(应该被放置在9#槽的元件边)元件边吊边。
②取C相绕组一个小跨距的线圈。
隔1个槽,将此线圈的近边嵌放在17#槽中,另一边吊边。
③取B相绕组一个大线圈,隔2个槽嵌放到14#槽,注意此时另一边不再吊边,而是直接嵌放进3#槽中(沉边)。
④之后的新取来的元件在隔一槽嵌放近一边之后,另一边就可以直接沉边,不再需要的吊边处理了。
⑤其他系安全全部嵌放好后,再来处理最先被吊边的3个元件边。
图中一部分元件边已放入,另一部分还处于吊边状态
⑥嵌线完成后,解开所有的线圈扎线,在线圈之间垫放相间绝缘。
按照三种极对数电机的各自连线形式端接。
端接时先将引出线末端打磨去漆(可以用砂纸、小刀、捏夹等刮掉漆膜),两根线各套上φ1mm的玻璃丝管,在在其中一根预套一段φ5mm丝管。
去漆部分扭结点焊后,把预套上的φ5mm管褪到连接处,将裸铜部分保护起来。
6个接电源的出线端套上φ1mm玻璃丝管后焊上接线鼻。
注意各段预留出线的长度不宜过短或过长。
如图为装好了层间绝缘的定子
5.电机完整装配后的测试记录及分析
装配完成的电机如上图
三相异步电动机的电气性能测试项目主要有如下几项。
(1)判别三相绕组首尾端
若接端线是注意槽编号或接线端子标识,一般可以直接判断各接线鼻的名号。
当电动机接线板损坏,定子绕组的6个线头分不清楚时,不可盲目接线,以免引起电动机内部故障,因此必须分清6个线头的首尾端后才能接线。
具体操作如下:
①先将6个线头两两分组,分清三相绕组各相的两个线头,并将各相绕组端子假设为U1和U2、V1和V2、W1和W2。
取A相两个端子,人为确定其一为U1,另一个为U2。
V1和V2、W1和W2暂不能确定。
②U1、U2间加直流电(干电池),万用表测V1和V2间电位(微安档)。
注视万用表,U相通电瞬间,若万用表示数为正,则接电池正极的线头(U1)与万用表负极所接的线头同为首端或尾端,即红笔接的是V2,黑笔接的是V1;
如万用表示数为负,则接电池正极的线头与万用表正极所接的线头同为首端或尾端。
③同样方法测C相首尾顺序。
图3-4电源法测三相绕组首尾端原理
(2)用万用表测试三相直流电阻平衡
6个接线鼻两两测试直流电阻,判断哪两个为一相绕组的首端尾端,并测试三相电阻是否平衡。
否则重新检查各处端接是否接牢,各处绝缘是否有不严密的地方。
设计表格记录三相电阻值。
用万用表依次测量ABC三相,每相的线圈电阻,。
我们组测的时候三相电阻只能测出2相。
A相电阻:
12.6Ω,B相电阻:
12.8Ω。
(3)用兆欧表测试绝缘耐压
检测三相绕组每相对地的绝缘电阻和相间绝缘电阻。
具体方法为:
将兆欧表输出电压调至1000V,根据已判断出的6个端子的相属关系,将L端接A相任一端,E端接B相任一端。
起动兆欧表输出,测试两相间绝缘耐压。
同样方式测其他相。
再将L端接绕组端子,E端接定子铁芯,启动兆欧表测试相绕组对地绝缘耐压。
各绝缘阻值不得小于0.5MΩ。
测试时将兆欧表输出电压调至1000V,依次测量定子铁芯和A,B,C三相间的绝缘电阻以及A,B,C三相之间的绝缘电阻,若兆欧表的读数显示为1MΩ,说明绕制的定子三相绕组符合要求。
四、实训总结与心得体会
思考题:
(1)由于绕组匝数减少较多,装配好的电机实际不能上电运行。
分析:
如果仍接额定220V市电会有什么结果,为什么?
如果有可调电源,需要如何调整电源的电压或者频率来满足电机的安全运行条件?
同时电机的启动/额定/最大转矩值如何变化?
答:
如果仍接额电电压可能会烧毁电机,因为改变绕组数据对电机影响很大。
减少匝数那就是增大电动机空载电流。
如定子绕组匝数过少,将会影响电动机的启动力矩。
因为电动机的启动力矩随着漏电抗的增大而降低,而漏电抗却与绕组匝数的平方成正比,显然每相绕组匝数过少,将引起漏电抗小,使电机转矩变大。
(2)原设计50Hz电源使用的三相异步电机改用电压不变的60Hz电源,绕组应如何改造?
依据是什么?
1、磁通与电压与频率的比值成正比,电压相同,频率升高,磁通减小,铁芯不会饱和,可以使用
2、频率升高,转速升高,相同功率是,输出转矩下降。
3、离开具体参数谈效率,与频率没有必然联系,但是,一般而言,电机工作在额定参数下(包括额定频率),效率最高。
(3)检测发现三相绕组有一相断路,电机气隙中磁场会发生何种变化?
会对电机的启动/运行产生什么影响?
如果有一相绕组的首位端接反(一相反接),电机还能否空载起转?
能否带额定负载?
三相电动机运行中有一相断开,其气隙磁场由原来的圆形旋转磁场转换为幅值变动、非恒速旋转的椭圆形旋转磁场。
气隙磁场的椭圆度随转差率s变化,s愈大,磁场的椭圆度愈大,其机电转换能力愈差。
缺相时电机电流的变化:
正常起动或运行时,三相电机为对称负载,三相电流大小相等,小于或等于额定值。
出现一相断线后,三相电流不均衡或过大。
起动时缺相:
电动机不能起动、其绕组电流为额定电流的4~7倍。
发热量为正常温升的16~49倍,因其迅速超过允许温升而使电动机烧毁。
运行中缺相:
当满载时缺相,电动机处于过流状态?
即电流超过额定电流,电动机会从疲转变为堵转,未断相的线电流增加更多,引起电动机迅速烧毁。
轻载运行电动机断相时,未断相的绕组电流迅速增加,使这相绕组由于温升过高而被烧毁。
缺相运行对于长期工作制运行的鼠笼式电动机的危害很大,这类电动机被烧毁的事故中60%~70%是由于缺相运行引起的。
故对电动机的缺相防护十分重要。
如果有一相绕组的首位端接反,三相绕组不能形成旋转磁场,而是脉动磁势(其中一相磁势相反)。
后果就是不能启动,长时间会烧坏电机。
(4)取下面的绕组接线图作为分析对象:
画出绕组展开图(只画一项)
实训总结:
本次实训为期两天,在这次实训中,我们近距离接触到了三相异步电动机,从电机的结构的认识,运行原理的理解,到电机的拆卸,绕组取出,绕组绕制,定转子和绕组各项参数的测量,再到绕组下线,电机的组装。
我们亲手参与了电机安装与拆卸的每一个过程。
亲手拆螺丝,绕制线圈,熟悉了电机的内部结构,也对于电机有了更深入的认识。
心得体会:
在实训中也有一些令人印象深刻的体会,最明显的在于下线环节,对于我们新手来说,初次下线的难度颇高,2极电机的定子槽很窄,手艺不熟练很难操作。
这导致我们下线花了很长的时间。
期间我们也很着急,失败过多次,很让人气馁。
但最终我们逐渐摸索出来经验和技巧,同时减少了线圈匝数,最终将线圈完整的放入了定子槽中。
不过遗憾的是由于线圈匝数的减少,我们组装的电机并不能在标准220V电源上运行,因而无法测试最终性能。
在实验中我们也吃了不少苦头,手很容易就被扎破了,可能之前我们还以为实训是一件很简单的事,但是实训过后,我知道了原理简单的电动机其实内部也蕴含了丰富的电机学知识,完全弄懂它并非易事,需要全面的理论,丰富的经验,娴熟的技巧,当然,更需要耐心,细心,去认识事物,探索原理。
不光是电机学,任何学科,都是这样。
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