毕业设计(论文)电动机电机启动及常见故障分析与处理.doc
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1、西 京 学 院本科毕业设计(论文)电动机电机启动常见故障分析与处理院、 系: 机电工程系 学科专业: 机械设计制造及其自动化 学 生: 学 号: 0600020336 指导教师: 2010年04月电动机电机启动及常见故障分析与处理中文摘要电动机做为我国机械化设备的主要能源转化装置,在我国使用广泛,电动机具有结构简单,运行可靠,使用方便,价格低廉等特点。但由于大部分电机使用年限较长,电机烧毁的事故常有发生,而且呈上升趋势。在现代化生产程度很高的今天,企业的生产,产品的加工制造以及人们的日常生活都离不开电动机的使用,本论文就针对电动机常见的一些故障进行系统的归纳和研究。关键词:电动机, 电机 ,维
2、修, 故障 ,处理方法。Motor Electric Start and common fault analysis and treatment ofabstract: Motor mechanized equipment in China as the main energy conversion devices, widely used in China, the motor has a simple structure, reliable operation, easy to use, low price and so on. However, as most of the long l
3、ife motors, electrical burn accidents often occur, but also on the rise. In todays high level of modern production enterprises of production, product processing and manufacturing, as well as peoples daily lives are inseparable from the use of electric motors, this paper will address some of the comm
4、on electrical fault system, summarized and research.Keywords: electric (al) motor ,motor ,maintenance, fault ,handling ,methods目 录中文摘要(1)英文摘要(2)1 绪 论(1) 1.1 电动机介绍(1)1.2 课题背景(2)1.3 本文主要研究工作(2)2 电动机的发展概况(3)2.1电动机的发展(3)2.2电动机的分类(5)3 电动机的选择 (10)4 电动机的常见故障分析 (11) 4.1启动故障 (11) 4.2运行中的故障 (11)5 电动机常见故障的原因与处
5、理办法(13)6 电动机的维修(16)7 电动机的维护(18)8 结论 (19)9 致谢 (20)10 参考文献 (21)1 绪 论1.1电动机介绍 电能是能量的一种形式。与各种形式的能量相比,电能具有明显的优越性,它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。故电能在工农业及人类生活中获得广泛的应用。作为与电能生产、输送和应用有关的能量转换装置电机,在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。电力工业中,将机械能转换为电能的发电机以及将电网电压升高或降低的变压器都是电力系统中的关键设备。在工矿企业中,各种工作母机、压缩机、起重机、水泵、风机;
6、交通运输中的汽车电器、电力机车;农业中的电力排灌、农产品加工;日常生活中的各种电器;以及国防、文教、医疗等领域都需要不同特性的电机来驱动和控制。随着工业企业电气化、自动化、电脑化的发展,还需要众多的各种容量的精密控制电机,作为整个自动控制系统中的重要元件。显然,电机在国民经济建设中起着重要的作用,随着生产的发展和科学技术水平的提高,它本身的内容也在不断的深化和更新。电机的用途广泛,种类很多,按照电机在应用中的能量转换职能来分,电机可以分为下列各类。(1)将机械功率转换为电功率发电机。(2)将电功率转换为机械功率电动机。(3)将电功率转换为另一种形式的电功率,又可分为:输出和输入有不同的电压变压
7、器;输出与输入有不同的波形,如将交流变为直流变流机;输出与输入有不同的频率变频机;输出与输入有不同的相位移相机。(4)不以功率传递为主要职能,而在电气机械系统中起调节、放大和控制作用的各种控制电机。按照所应用的电流种类,电机可以分为直流电机和交流电机。电机还可以按原理和运动方式来分,同步速度决定于该电机的极数和频率,同步速度的确切意义将在后文说明。电机可分类如下。(1)没有固定的同步速度直流电机。(2)静止设备变压器。(3)作为电动机运行时,速度永远较同步速度为小,作为发电机运行时,速度永远较同步速度为大异步电机。(4)速度等于同步速度同步电机。(5)速度可以在宽广范围内随意调节,可以从同步速
8、度以下调至同步速度以上交流换向器电机。电动机作为我国机械方面的能源转换装置也分很多类比如旋转电机,控制电机,功率电机,信号电机等。本论文主要对电动机电机启动方面的故障及其处理方法做一个比较详细的研究。1.2 课题背景 人类在21世纪初进入一个崭新的机械化时代,这就意味着机械知识将成为最重要的资源,成为社会经济发展的主要依赖因素,知识创新成为民族进步、国家兴旺的根本动力。机械化时代知识创新需要依靠具备探求态度和具有批判、创新与实践能力的人才。仅仅沿用原来固定模式的学习来维持现在的问题已很难使教育所培养的人才具有可持续发展的能力,具有应对急剧变化、不断创新的社会变革的能力,我国正面临着严重的人才问
9、题,怎样培育出优秀的人才,具有电动机方面能力的精英,是我们的目标。3 本文主要研究工作 本文主要对电动机的故障分析和处理进行相关研究,电动机发展历史较长,也多种多样。怎样选择电动机,怎样使用电动机,怎样找出电动机的故障以及怎样维修电动机做出详细的归纳和研究。以电动机在农业,工业和机械上常见的故障和电动机的一些日常维修办法,日常维护条件等做出归纳。2 电动机的发展概况2.1电动机的发展电动机原理最早的提出者是英国的科学家法拉第,他首先证明了电力可以转变为旋转动力,而后据说是德国的雅克比最先将之付诸实践,制造出了第一台电动机。电动机最早先的样子是在两个U型磁铁中间安装了一个六臂轮,并在每个臂上带两
10、根棒型磁铁,通电后磁铁的吸引力和排斥力推动轮轴转动。(如图)电动机在雅克比手上还有进一步的发展,他制造了一个大型的装置为小艇提供动力,并在易北河上试航,虽然当时的时速只达到了2.2公里,但这不影响电动机实验的成功。电动机的另一个发展者美国的达文波特,在几乎相同的时间里,也成功的制造了电动的印刷机,只可惜这个型号的印刷机成本太大,几乎没有商业价值。电动机被广泛应用的推动力来自直流电动机的问世,在1870年时比利时的工程师格拉姆发明了这种实用机械,并把它大量制造出来,而后还不断的对电动机的效率进行提高。电动机的另一个研究单位德国西门子也在努力研究,几乎也是在格拉姆成功的同一时间,西门子推出了电机车
11、,这个不烧油的车在柏林工业展览会上获得一片喝彩声。交流电动机的发明是由美国发明家特斯拉完成的,最早的交流电动机根据电磁感应 原理设计,结构比起直流电动机更为简单,同时也比起只能使用在电车上的直流电动机用途更广泛,它的发明让电动机真正进入了家庭电器领域。交流电动机问世之后,同步电动机、串激电动机、交流换向器电动机(如图)等也逐步被人们发明出来,并投入实际的生产,为人们的生活提供更多便利。电动机的发明和使用对人类来说具有极大的意义,可以说它为人类生活带来了翻天覆地的变化。直线电机的历史,据有关文献最早可追溯到1840年惠斯登(Wheatstone)开始提出和制作了略具雏形但并不成功的直线电机,从那
12、时至今,已有160多年的历史了,在这不算短的历史过程当中,直线电机经历了探索实验、开发应用和实用商品化三个时代:18401955年为探索实验时期: 从1840年到1955年的116年期间,直线电机从设想到实验到部分实验性应用,经历了一个不断探索,屡遭失败的过程。自从Wheatsone提出和试制了直线电机以后,最早明确地提到直线电机文章的是1890年美国匹兹堡市的市长,在他所写的一篇文章中,首先明确地提到了直线电机以及它的专利。然而,由于当时的制造技术、工程材料以及控制技术的水平,在经过断断续续20多年的顽强努力后,最终却未能获得成功。 至1905年,曾有两人分别建议将直线电动机作为火车的推进机
13、构,一种建议是将初级放在轨道上,另一种建议是将初级放在车辆底部。这些建议无疑是给当时直线电机研究领域的科研人员的一剂兴奋剂,以致许多国家的科研人员都投入了这些研究工作。1917年出现了第一台圆筒形直线电动机,事实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电动机,人们试图把它作为导弹发射装置,但其发展并没有超出模型阶段。 至此,从19301940年期间,直线电机进入了实验研究阶段,在这个阶段中,科研人员获驭了大量的实验数据,从而对已有理论有了更深一层的认识,奠定了直线电机在今后的应用基础。 从19401955年期间世界一些发达国家科研人员,在实验的基础上,又进行了一些实验应用工作。1945年,美国西屋
14、电气公司首先研制成功的电力牵引飞机弹射器,它以7400kW的直线电动机为动力,成功地用4.1s的时间将一架重4535kg,的喷气式飞机在165m的行程内由静止加速的188km/h的速度,它的试验成功,使直线电动机可靠性好等优点受到了应有的重视,随后,美国利用直线电机制成的、用作抽汲钾、钠等液态金属的电磁泵,为的是核动力中的需要。1954年,英国皇家飞机制造公司利用双边扁平型直流直线电机制成了发射导弹的装置,其速度可达1600km/h。在这个阶段中,尤需值得一提的是,直线电机作为高速列车的驱动装置得到了各国的高度重视并计划予以实施。在18401955年期间,是直线电机探索实验和部分实验应用时期,
15、在直线电机与旋转电机的相互竞争中,由于直线电机的成本和效率方面没有能够战胜旋转电机,或者说,直线电机还没能找到唯独它能解决问题的领域,以及直线电机在设计方面也没有突破性的成功,所以直线电机在这一时期始终未能得到真正的应用。19561970年为开发应用时期: 自1955年以来,直线电机进入了全面的开发阶段,特别是该时期的控制技术和材料的惊人发展,更加助长了这种势头。在这段时期,申请直线机的专利件数也开始急速增加,该时期直线电机专利的增长率超过了所有其他技术领域的平均增长率。 到1965年以后,随着控制技术和材料性能的显著提高,应用直线电机的实用设备被逐步开发出来,例如采用直线电机的MHD泵、自动
16、绘图仪、磁头定位驱动装置、电唱机、缝纫机、空气压缩机、输送装置等。(如图) 1971年至今为实用商品时期: 从1971年开始到目前的这个阶段,直线电机终于进入了独立的应用时代,在这个时代,各类直线电机的应用得到了迅速的推广,制成了许多具有实用价值的装置和产品,例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、电动窗、电动纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车,其速度已超500km/h,接近了航空的飞行速度,且试验行程累计已达数十万千米。 2.2电动机的分类从广义上讲,电机是电能的变换装置,包括旋转电机和静止电机。旋转电机是根据电磁感应原理实现电能与
17、机械能之间相互转换的一种能量转换装置;静止电机是根据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电压变化的一种电磁装置,也称其为变压器。这里我们主要讨论旋转电机,旋转电机的种类很多,在现代工业领域中应用极其广泛,可以说,有电能应用的场合都会有旋转电机的身影。与内燃机和蒸汽机相比,旋转电机的运行效率要高的多;并且电能比其它能源传输更方便、费用更廉价,此外电能还具有清洁无污、容易控制等特点,所以在实际生活中和工程实践中,旋转电机的应用日益广泛。不同的电机有不同的应用场合,随着电机制造技术的不断发展和对电机工作原理研究的不断深入,目前还出现了许多新型的电机。旋转电机分类在旋转电机中,由于发电机是电能的生产机器,所
18、以和电动机相比,它的种类要少的多;而电动机是工业中的应用机器,所以和发电机相比,人们对电动机的研究要多的多,对其分类也要详细的多。实际上,我们通常所说的旋转电机都是狭义的,也就是电动机俗称“马达”。众所周知,电动机是传动以及控制系统中的重要组成部分,随着现代科学技术的发展,电动机在实际应用中的重点已经开始从过去简单的传动向复杂的控制转移;尤其是对电动机的速度、位置、转矩的精确控制。由此可见,对于一个电气工程技术人员来说,熟悉各种电机的类型及其性能是很重要的一件事情。通常人们根据旋转电机的用途进行基本分类。下面我们就从控制电动机开始,逐步介绍电机中最有代表性、最常用、最基本的电动机控制电动机和功
19、率电动机以及信号电机。 控制电动机伺服电动机伺服电动机广泛应用于各种控制系统中,能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量,拖动被控制元件,从而达到控制目的。伺服电动机有直流和交流之分;最早的伺服电动机是一般的直流电动机,在控制精度不高的情况下,才采用一般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。旋转电机的分类,直流伺服电动机在机械特性上能够很好的满足控制系统的要求,但是由于换向器的存在,存在许多的不足:换向器与电刷之间易产生火花,干扰驱动器工作,不能应用在有可燃气体的场合;电刷和换向器存在摩擦,会产生
20、较大的死区;结构复杂,维护比较困难。交流伺服电动机本质上是一种两相异步电动机,其控制方法主要有三种:幅值控制、相位控制和幅相控制。一般地,伺服电动机要求电动机的转速要受所加电压信号的控制;转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化;电动机的反映要快、体积要小、控制功率要小。伺服电动机主要应用在各种运动控制系统中,尤其是随动系统。 步进电动机所谓步进电动机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构;更通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量,从而达到精确定位的目的;同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转
21、动的速度和加速度,从而达到调速的目的。目前,比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)和单相式步进电动机等。步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式,正是这个特点,步进电动机可以和现代的数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机;所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。由于步进电动机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点,所以步进电动机广泛应用在生产实践的各个领域;尤其是在数控机床制造领域,由于步进电动机不需要A/D转换,能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移,所以
22、一直被认为是最理想的数控机床执行元件。除了在数控机床上的应用,步进电机也可以用在其他的机械上,比如作为自动送料机中的马达,作为通用的软盘驱动器的马达,也可以应用在打印机和绘图仪中。此外,步进电动机也存在许多缺陷;由于步进电机存在空载启动频率,所以步进电机可以低速正常运转,但若高于一定速度时就无法启动,并伴有尖锐的啸叫声;不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大,细分数越大精度越难控制;并且,步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。力矩电动机所谓的力矩电动机是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数,以降低转矩脉动和转速脉动。力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种
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