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节能改造关注问答
1、

推进电机节能的意义是什么

电机是一种应用量大、使用范围广的高耗能动力设备。据统计,我国电机耗电约占工业用电总量的60%~70%。实际应用中,我国电机的整体运行状况,同国外相比差距很大,机组效率约为75%,比国外低10%左右;系统运行效率为30~40%,比国际先进水平低20~30%。因此,我国的电机应用具有极大的节能潜力,推行电机节能势在必行。

一、目前电机能耗状况

改革开放20多年来,我国在能源利用上取得“GDP翻两番,而能源消费仅翻一番”的成就。但是,与发达国家相比,我国电力能源利用效率仍然较低,尤其是工业用电设备电能消耗高,浪费情况较为严重。大量的工业设备如风机、泵类设备以及传统的工业缝纫机、机械加工设备等,多采用交流电动机恒速传动的方案运行,导致交流电动机效率普遍较低。

风机、泵类设备也多采用调节风门和阀门的办法来调节流量,这种调节方法虽然简单易行,但它是以耗费大量能源为代价;在工业缝纫机、机械加工设备中,往往采用离合器、摩擦片调节速度,造成大量的待机损耗和制动能耗。

1.风机、泵类设备

在工业生产、产品加工制造业中,风机设备主要用于锅炉燃烧系统、烘干系统、冷却系统、通风系统等场合,根据生产需要对炉膛压力、风速、风量、温度等指标进行控制和调节以适应工艺要求和运行工况。而最常用的控制手段则是调节风门、挡板开度的大小来调整受控对象。这样,不论生产的需求大小,风机都要全速运转,不能随运行工况的变化进行相应的调节,白白浪费了大量的能量。在生产过程中,不仅控制精度受到限制,而且容易造成设备损耗,从而导致生产成本增加,设备使用寿命缩短,设备维护、维修费用居高不下。

泵类设备在生产领域同样有着广阔的应用空间,提水泵站、水池储罐给排系统、工业水(油)循环系统、热交换系统均使用离心泵、轴流泵、齿轮泵、柱塞泵等设备。根据不同的生产需求往往采用调整阀、回流阀、截止阀等节流设备进行流量、压力、水位等信号的控制。这样,不仅造成大量的能源浪费,管路、阀门等密封性能的破坏;还加速了泵腔、阀体的磨损和汽蚀,严重时损坏设备、影响生产、危及产品质量。

2.工业缝纫机、机械加工设备

传统的工业缝纫机电机是一款交流离合器电机,效率仅为40~50%;电机在工作时,不论缝制布料厚薄,始终全功率输出;在缝纫机待料待机时,电机通过离合器脱开负载,继续空载运行,造成极大的待机损耗。

在中低档机械加工设备中往往采用摩擦片调节速度,利用摩擦片的摩擦作用降低电机转速,从而达到调节速度的目的,不仅造成大量的制动能耗,还加快了电机轴的磨损,降低电机使用寿命。

目前,我国在家电行业已逐步采用变频调速控制技术以降低能耗,而工业控制领域中的许多速度调节方法还停留在传统技术层面上。根据美国能源部的一项数据显示,如果采用最新的高效率电机设备和一定的变频调速装置来替代旧的电机设备,工业用户至少能在现有基础上节省电能18%以上。

目前,许多国家均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式,我国也在积极鼓励工业企业采用高效、节能的电动机、锅炉、窑炉、风机、泵类等设备。

二、以电子信息技术改造传统产业,达到节能降耗目的

随着电子技术、信息技术的发展,电子信息技术在产品中的应用日趋成熟,传统的电机技术与电子信息技术相结合,产生了“机电一体化”产品。“机电一体化”又称“机械电子学”,是在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进了电子技术,并将机械装置、电子设备以及软件等有机地结合起来构成的系统的总称。“机电一体化”电机与传统电机有着质的区别,“机电一体化”电机包含了控制部分既控制器及嵌入式软件和驱动部分既电机,它是利用嵌入式软件实现对系统的智能化模糊控制。这种智能化模糊控制不仅能有效提高系统的运行精度,而且可以根据系统负载变化实时调整电机输出转速、输出功率,充分达到节能降耗的目的。下面举两个例子来说明“机电一体化”电机的使用效果:

1.高效节能伺服控制电机在工业缝纫机领域的应用

前面提到传统的工业缝纫机电机是一款交流离合器电机,效率仅为40~50%;电机在工作时,不论缝制布料厚薄,始终全功率输出;在缝纫机待料待机时,电机通过离合器脱开负载,继续空载运行,造成极大的待机损耗。而高效节能伺服控制电机采用直流无刷电机作为驱动元件,效率达到70~80%;伺服控制系统内含嵌入式软件,系统随时检测缝制布料的厚薄,将信息实时传递给嵌入式软件,通过软件调节电机的输出转速和输出功率,始终使电机工作在最合理、最节能状态;在缝纫机待料待机时,系统停止工作,没有待机损耗。通过高效节能伺服控制电机替代交流离合器电机在工业缝纫机领域推广应用,可在该领域节能50~60%,每台缝纫机可节电576千瓦时/年,据缝纫机行业协会估算,全国现在生产使用的工业缝纫机至少200万台,那么随着高效节能伺服控制电机的替代使用,可为社会节电11.52亿千瓦时/年。

高效节能伺服控制电机不仅可以在缝纫机行业推广应用,也可以在工业集尘设备、机械加工设备中替代传统的交流电机,其节电效果普遍达到30%以上。

2.变频调速电机在风机、泵类设备中的应用

风机、泵类设备年耗电量占全国电力消耗的1/4,大量的电能由于交流电动机只能恒速输出、无法根据工况变化自行调节而浪费。变频调速技术是20世纪80年代末兴起的一种新型电力传动调速技术,它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强,可靠性高,操作简便,便于通信等功能优于以往的传统调速方式(如变极调速、调压调速、滑差调速等)。变频调速运行,是根据负载转速的变化要求,改变供电电流的频率,并配合电压的调节,以获得合理的电机运行工况。在不同的转速情况下,均保持较高的运行效率。变频控制技术的应用,不仅降低了电能消耗,同时能改善启动性能,保护电动机及负载设备免受瞬时启动的冲击,延长其工作寿命,还提高电动机及负载设备的工作精确度。

风机、泵类等设备采用变频调速技术实现节能运行是我国节能的一项重点推广技术,受到国家政府的普遍重视,《中华人民共和国节约能源法》把它列为通用技术加以推广。实践证明,变频电机用于风机、泵类设备驱动控制场合取得了显着的节电效果,普遍节电达到30%~50%。

三、电机节能的远景目标和发展方向

随着电子信息技术的发展,电机节能的前景十分看好。据国家能源部的初步估算:如果全面启动电机节能工程,推广变频调速、永磁调速等先进电机调速技术,改善风机、泵类电机系统调节方式,逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调节方式,全国的用电量将下降15~20%而GDP保持不变。

通过研发高效节能的变频调速技术,在工业、交通、办公自动化等领域推广使用,将电机的平均能耗下降20~30%,这是电机行业“十一五”期间的节能目标。



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2、

电机扭矩试验台的结构组成

电机微扭矩检测试验台主要分硬件部分和软件部分,硬件部分由气缸、伺服电机、伺服卡、采集卡、工控机等来协调待测EPS电机的运转。软件部分主要是驱动伺服、气缸协同工作,控制设备的运行来完成检测,并从采集卡实时采集角度、扭矩传感器输出电压等数据参数,根据各项试验的数据绘制图表报告,计算产品损耗扭矩、波动扭矩,并标定产品是否合格。

测试台硬件本试验的硬件部分主要是来控制扭力传感器和电机、气缸的协调动作,实时进行数据采集,主要包含如下部分:

(1)气缸:测试过程开始前将伺服与待测EPS电机键槽推送到位。

(2)伺服电机:用来控制待测EPS电机的转动,并反馈角度。

(3)采集卡:用来采集各项实时参数,包括角度、扭矩。选用NIPCI6280采集卡。

(4)伺服卡:用来驱动伺服电机,精准控制电机运行动作。

选用研华PCI1240U(四轴)伺服卡。

硬件部分的工作原理主要是根据所确定的动作来完成。采用多功能采集卡进行模拟、数字信号的输入输出采集,伺服卡控制电机的各种运动状态(不同转速、方向)。



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3、

电子式感应电机软启动研究

为抑制电动机的启动电流,本文对软起动作了研究,主要论述了软启动设备的系统结构及其仿真。

电机起动分为直接起动和软起动。直接起动为全压起动,所用设备简单,投资少,但启动电流大,在配电系统产生较大压降,影响同母线连接设备运行,尤其是起动转矩过大对电机及传动机械产生巨大的冲击,加速电机的老化及机械的损坏。软启动能抑制电动机起动电流,在限定时间内将它驱动到额定转速,并在必要情况下多次连续起动。该过程兼有若干保护功能,当短路、过载、起动超时、欠电压、系统异常等故障时,软启动装置能做出相应防护并发出警示信号。

软启动过程以计算机为工具,利用软件,通过建立输入电动机、电网和负载数学模型,根据选定控制策略作出离线模拟。其中电子式感应电机软启动,选用微处理器和晶闸管电子元件组成启动器控制。

启动器开启时,微处理器发出脉冲加到晶闸管触发极上,控制晶闸管导通角,使晶闸管输出电流电压大小受触发脉冲宽度来决定。缓慢调节微处理器,控制晶闸管输出电压由零缓慢升至全压,此时电动机转速也由零升至额定转速。在发出停机指令后,微处理器监测电压电流和电动机反馈信号,晶闸管可使输出电压按一定要求下降,使电动机由全压逐渐降为零而实现软停止。

实际应用中,软启动具有如下优点:①起动电流小,通过调节起动转矩实现低速起动,频繁起动和软停止。②在起停时过渡自然,不易伤害设备,节电效果良好。③当多台同容量水泵工作,可采用一台电子式软启动器,操作方便。④软启动离线仿真研究可以预知在硬起动过程中电机转速、电流、线电压和其它机械特性,对产品设计和用户使用有重要指导作用。

1电路结构

1.1系统框图

电子式感应电机软启动框图如图1所示。信号采集及对应的处理电路采集同步信号作为相角移动控制基础参考,确保信号正确触发;信号感应电路对信号发生反应,如电流和功率因数角等,为起动控制和保护控制提供必要信息;启动控制电路为软启动选择合适控制策略;保护控制电路对过压、过流等进行监控,确保电机安全运行;相角移动控制电路产生脉冲,控制触发角时刻和大小。

1.2感应电机软启动主电路

软启动器是从速度控制装置得到的,其主电路见图2,三对可控晶闸管形成固态三相电压调节器,通过均匀控制可控晶闸管触发角,灵活的控制电机在额定电压下运行。

1.3控制电路模型

控制电路模型是由4个控制子系统构成。

每个子系统直接由仿真模块建立。在交流电路模块控制角开始时,每相电压为零,同步信号应从电源相电压信号获得。

根据同步脉冲产生原理,可由普通仿真模块组成脉冲发生器模型。笔者采用6同步脉冲发生器,电机起动电流值可以应用RMS模块获得。软启动过程关键要限制启动电流,当电压逐步升高,直到接近给定限制电流时,保持电压不变。

2软启动仿真

2.1感应电机软启动系统

软启动子系统的内部结构,它由两个双向晶闸管封装而成。系统仿真电路图中,三相电源由三个单相电源组成。系统采用鼠笼式感应电机,异步电机测量系统可以测出很多参数,如定子、转子电流,电压等。同步信号采集器将A、B、C三个相电压转化成A-C、B-A、C-B三个线电压输入脉冲发生器。脉冲发生器产生宽脉冲,触发三对双向晶闸管来控制机端电压。触发控制器根据定子电流反馈来控制脉冲发生器触发角。

2.2参数设置

①三相电源:每一相电源电压为380V,频率为50Hz,第一个单向电源的相角为0°,第二个单向电源的相角为120°,第三个单向电源的相角为-120。②电机:视在功率3×746VA,线间电压为380V,频率50Hz,其它参数为默认值。③触发系统:频率50Hz。④仿真时间:3s。

2.3结果分析

设置好参数后,单击运行可进行离线仿真,双击显示器可查看参数曲线。如直接启动时的定子电流和转矩曲线,可知系统启动瞬时,产生较大的冲击量(约为稳定时的10倍),过程变化突然,在0.1s后趋于平稳。并可查看电子式软启动下的情形,可看出定子电流和转矩在启动瞬时冲击明显减弱,变化趋于平缓,有利于系统稳定和保护设备。

3结束语

电子式软启动以计算机为工具,在已知并输入电动机,电网和负载数学模型基础上,根据选定控制策略做出离线模拟。本文通过设计系统框图和仿真模拟电路,得到软启动下电机定子电流和转矩的变化曲线,较好的改善了直接启动所带来的巨大冲击。该方法在小容量电机中得到广泛应用,收到较好的经济效益。



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4、

三相交流异步电动机故障处理方法

三相交流异步电动机是工农业生产中最常见的电气设备,其作用是把电能转换为机械能。其中用得最多的是鼠笼型异步电动机,其结构简单,起步方便,体积较小,工作可靠,坚固耐用,便于维护和检修。为了保证异步电动机的安全运行,电气工作人员必须掌握有关异步电动机的安全运行的基本知识,了解对异步电动机的安全评估,做到尽可能地及时发现和消除电动机的事故隐患,保证电动机安全运行。


电动机在运行中由于种种原因,会出现故障,故障分机械与电气两方面

一、械方面有扫膛、振动、轴承过热、损坏等故障。

1、异步电动机定、转子之间气隙很小,容易导致定、转子之间相碰。一般由于轴承严重超差及端盖内孔磨损或端盖止口与机座止口磨损变形,使机座、端盖、转子三者不同轴心引起扫膛。如发现对轴承应及时更换,对端盖进行更换或刷镀处理。

2、振动应先区分是电动机本身引起的,还是传动装置不良所造成的,或者是机械负载端传递过来的,而后针对具体情况进行排除。属于电动机本身引起的振动,多数是由于转子动平衡不好,以及轴承不良,转轴弯曲,或端盖、机座、转子不同轴心,或者电动机安装地基不平,安装不到位,紧固件松动造成的。振动会产生噪声,还会产生额外负荷。

3、如果轴承工作不正常,可凭经验用听觉及温度来判断。用听棒(铜棒)接触轴承盒,若听到冲击声,就表示可能有一只或几只滚珠扎碎,如果听到有咝咝声,那就是表示轴承的润滑油不足,因为电动机要每运行3000-5000小时左右需换一次润滑脂。例如在球磨机电机其型号是JR138--8-245KW,由于运转一年多后,轴承发出不正常的声音,用听棒接触轴承盒,听到了“咝咝”的声响,同时还有微小“哒哒”的冲击声,对其进行检修,打开发现轴承盒内缺油,同时轴承滚柱有的以有细微的麻痕。这样对轴承进行了更换,添加润滑油脂。在添润滑脂时不易太多,如果太多会使轴承旋转部分和润滑脂之间产生很大的磨擦而发热,一般轴承盒内所放润滑脂约为全溶积二分之一到三分之二即可。在轴承安装时如果不正确,配合公差太紧或太松,也都会引起轴承发热。在卧式电动机中装配良好的轴承只受径向应力,如果配合过盈过大,装配后会使轴承间隙过小,有时接近于零,用手转动不灵活,这样运行中就会发热。

二、电气方面有电压不正常绕组接地绕组短路绕组断路缺相运行等。

1、电源电压偏高,激磁电流增大,电动机会过分发热,过分的高电压会危机电动机的绝缘,使其有被击穿的危险。电源电压过低时,电磁转矩就会大大降低,如果负载转距没有减小,转子转数过低,这时转差率增大造成电动机过载而发热,长时间会影响电动机的寿命。当三相电压不对称时,即一相电压偏高或偏低时,会导致某相电流过大,电动机发热,同时转距减小会发出“翁嗡”声,时间长会损坏绕组。总之无论电压过高过低或三相电压不对称都会使电流增加,电动机发热而损坏电动机。所以按照国家标准电动机电源电压在额定值±5%内变化,电动机输出功率保持额定值。电动机电源电压不允许超过额定值的±10%,;三相电源电压之间的差值不应大于额定值的±5%。

2、电动机绕组绝缘受到损坏,及绕组的导体和铁心、机壳之间相碰即为绕组接地。这时会造成该相绕组电流过大,局部受热,严重时会烧毁绕组。出现绕组接地多数是电动机受潮引起,有的是在环境恶劣时金属物或有害粉末进入电动机绕组内部造成。电动机出现绕组接地后,除了绝缘已老化、枯焦、发脆外都可以局部处理,绕组接地一般发生在绕组伸出槽外的交接处(绕组端部),这时可在故障处用天然云母片或绝缘纸插入铁心和绕组之间,在用绝缘带包扎好涂上绝缘漆烘干即可,如果接地点在铁心槽内时,如果上成边绝缘损坏,可以打出槽楔修补槽衬或抬出上成线匝进行处理,若故障在槽底或者多处绝缘受损,最好办法就是更换绕组。

3、绕组中相邻两条导线之间的绝缘损坏后,使两导体相碰,就称为绕组短路。发生在同一绕组中的绕组短路称为匝间短路。发生在两相绕组之间的绕组短路称为相间短路。不论是那一种,都会引起某一相或两相电流增加,引起局部发热,使绝缘老化损坏电动机。出现绕组短路时,短路点在槽外修理并不难。当发生在槽内,如果线圈损坏不严重,可将该槽线圈边加热软化后翻出受损部分,换上新的槽绝缘,将线圈受损的部位用薄的绝缘带包好并涂上绝缘漆进行烘干,用万用表检查,证明已修好后,再重新嵌入槽内,进行绝缘处理后就可继续使用,如果线圈受损伤的部位过多,或者包上新绝缘后的线圈边无法嵌入时,只好更换新的绕组。

4、绕组断路是指电动机的定子或转子绕组碰断或烧断造成的故障。定子绕组断部,各绕组元件的接头处及引出线附近。这些部位都露在电动机座壳外面导线容易碰断,接头处也会因焊接不实长期使用后松脱,发现后重新接好,包好并涂上绝缘漆后就可使用。例如电机其型号是Y132M-47.5KW在工作中突然发出声响后停车,经检查后发现绕组一相断路。打开电动机瓦盖后,发现电动机壳外导线与绕组连接处断开,其原因就是焊接不实,长期使用后松脱。打开捆绳,处理后重新焊接,包好涂上绝缘漆后继续使用。如果因故障造成的绕组被烧断则需要更换绕组。如转子绕组发生断路时,可根据电动机转动情况判断。一般表现为转速变慢,转动无力,定子三相电流增大和有“嗡嗡”的现象,有时不能起动。出现转子绕组断路时,要抽出转子先查出断路的部位,一般是滑环和转子线圈的交接处开焊断裂所引起,重新焊接后就可使用。如果是线圈内部一般使用断条侦察器等专用设备来确定断路部位。例如:电动机型号JZR212-63.5KW在开车时,突然发现小车无力,并且伴有翁翁的响声。经检查发现转子一相断路。打开抽出转子看到滑环和转子线圈交接处开焊,把接头处用纱布处理干净,重新用电烙铁焊接,焊接后又可继续使用。

5、三相异部电动机在运行过程中,断一根火线或断一相绕组就会形成缺相运行(俗称单相),如果轴上负载没有改变,则电动机处于严重过载状态,定子电流将达到额定值的二倍甚至更高,时间稍长电动机就会烧毁。在各行业中,因缺相运行而烧毁的电动机所占比重最大。一般电动机缺相是由于某相熔断器的熔体接触不良,或熔丝拧的过紧而几乎压断,或熔体电流选择过小,这样通过的电流稍大就会熔断,尤其是在电动机起动电流的冲击下,更容易发生熔体非故障性熔断。有时电动机负荷线路断线,一般是安装不当引起的断线,特别是单芯导线放线时产生的小圈扭结,接头受损等都可能使导线在运行过程中发生断线。由于电动机长期使用使绕组的内部接头或引线松脱或局部过热把绕组烧断电动机出现缺相运行时。总之,不管是什么样的缺相,只要能及时发现,对电动机不会造成大的危害。为了预防电动机出现缺相运行,除了正确选用和安装低压电器外,还应严格执行有关规范,敷设馈电线路,同时加强定期检查和维护。

6、电动机的接地装置。电动机接地是一个重要环节,可是有的单位往往忽视了这一点,因为电动机不明显接地也可以运转,但这给生产及人身安全埋下了不安全隐患。因为绝缘一旦损坏后外壳会产生危险的对地电压,这样直接威胁人身安全及设备的稳定性。所以电动机一定要有安全接地。所谓的电动机接地就是将电气设备在正常情况下不带电的某一金属部分通过接地装置与大地做电气连接,而电动机的接地就是金属外壳接地。这样即使设备发生接地和碰壳短路时电流也会通过接地向大地做半球形扩散,电流在向大地中流散时形成了电压降,这样保证了设备及人身安全。

三、结束语

综上所述,为了能采用正确的方法进行电动机的故障修理,就必须熟悉电动机常见故障的特点及原因,才能少走弯路,节省时间,尽快地将故障排除,恢复电动机故障,使电动机处于正常的运转状态。做好电动机的定期检查和维护工作,也是保证电动机安全运行,延长寿命的有效措施之一。



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5、

鼠笼式交流异步电动机起动技术

1引言

三相鼠笼式交流异步电动机因其结构简单,性能稳定及无需维护等特点,在各个行业中得到了广泛的应用,但由于其在起动过程中会产生过大的起动电流,会对电网和其他用电设备造成冲击,受电网容量限制和保护其他用电设备正常工作的需要,要在电机起动过程中采取必要的措施。总的来说,在不需要调速的场合,考虑经济的因素,异步电动机的起动可以有两种方法:直接起动和降压起动。

2直接起动

直接起动也就是全压起动,起动方法简单,但交流异步电动机的起动电流大,可达到额定电流的4~7倍,对于国产电动机的实际测量,某些笼形异步电动机甚至可达到8~12倍。过大的起动电流会造成电动机发热,影响电动机寿命;电动机绕组(特别是端部)在电动力作用下,会发生变形造成短路而烧坏电动机;过大电流会使线路压降增大,造成电网电压下降而影响到同一电网的其他用电设备的工作。所以,一般情况下规定,异步电动机的功率低于7.5kw时允许直接起动,如果功率大于7.5kw,在条件不允许的情况下,就需要采用其他方法进行起动。

3降压起动

3.1电阻降压起动

起动原理图如图1所示。q1和q2为接触器;r为起动电阻。

(1)简介

电阻降压起动就是通常所说的定子串电阻起动。在定子电路串联电阻,起动时电流会在电阻上产生压降,降低了电动机定子绕组上的电压,起动电流也从而得到减小。起动时,q1闭合,q2断开,起动完成后,闭合q2。

(2)优点

起动平稳,运行可靠,结构简单,如果采用电阻降压起动,在起动阶段功率因数较高。

(3)缺点

由于起动转矩和定子电压的平方成正比,所以起动时电压降低将造成起动转矩减小,适用于轻载和不频繁起动的场合;起动时电能损耗大,起动成本高。

3.2自耦变压器降压起动

起动原理图如图2所示,q1和q2为接触器。

(1)简介

自耦变压器降压起动利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压,以减小起动电流。自耦降压起动的起动电流参照式(1),起动电压参照式(2),起动转矩参照式(3)。

式中,i1为自耦变压器原边电流,即使用自耦变压器时的电机起动电流;

ist为电机直起时的起动电流;ux为自耦变压器起动时的起动电压;t为自耦变压器起动时的起动转矩;tst为电机直起时的起动转矩;w2、w1分别为自耦变压器副边和原边匝数。

为满足不同负载要求,自耦变压器的二次绕组一般有三个抽头分别为电源电压的40%、60%、80%(55%、64%、73%)。

(2)优点

三个电压抽头适合不同负载起动时选择;可以适用于较大容量电动机;

(3)缺点

体积大,质量大,价格高,需要维护检修。

3.3星-三角起动

起动原理图如图3所示,q1和q2为接触器。

(1)简介

星-三角起动要求电机每个绕组有两个出线端,共6个出线端。起动时接成星形,起动完成后必须为三角形。起动时连接成星形的定子绕组电压与电流只有三角形连接时的1/1.732。连接成星形起动时的线电流只有连接成三角形直接起动线电流的1/3;起动转矩和电压平方成正比,因此也是直接起动转矩的1/3。

(2)优点

体积小,重量轻,运行可靠,检修方便。

(3)缺点

只适用于正常运行时接成三角形的电动机;只适用于轻载或空载起动;起动电压是定值,不能根据负载调整。



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6、

电力拖动逆向思维排故法的探索浅析

一、序言

电力拖动是机电专业一门必修课,在整个专业课中占有重要的一席之地。也是电气工作人员必须学习的一门专业知识。

所谓电力拖动简单一点说就是把电力能转换为机械能的一种转换方式和过程。其中包括:识图,绘图,选材,安装,排故等等。其中排故是电力拖动的核心部分,可以说掌握了电力拖动排故就等于掌握了电力拖动的精髓,因为排故需要识图,绘图,选材,安装四项技术的铺垫才可能达到敏捷的思维,准确的判断,快速排除。使故障在最短时间内消失,恢复电气系统正常运行的高手水准。

二、电力拖动故障解读

所谓的故障就是电路{系统}延失规定功能称为故障。包括硬故障,软故障和间歇性故障。

1、硬故障:又称为多发性故障,是由于电机,电器元件或导线,过载,短路,接地或者绝缘击穿,所引起的局部发热。火花,冒烟等症状。

2、软故障:又称为渐发型故障。多数是由于电器问题引起。如电器元件调整不当,机械动作失灵,线头接触不良或脱落引起的症状。

3、间歇性故障:是由于元件老化,容差不足,接触不良的因素造成的,只在某种情况下才表现出来的故障。

三、电力拖动的传统排故思维

1、排除法:根据状况判断是机械故障还是电气故障。例如:电磁阀不工作就要分清楚是阀门问题还是电磁线圈的问题,是让钳工还是让电工解决。

2、逻辑分析法;就是根据电气原理图的工作原理和电器元件的工作现象来判断故障面和故障点。其中有三种方法:

A,电阻法,就是用万用表的电阻档测量线路的各点,确定故障点。

B,电压法,就是用万用表的电压档测量线路的各点,确定故障点。

C,分段测量法,无论是电压法还是电阻法利用这两种方法去进行分段测量,先判断故障段再判断点。

四、逆向思维排故浅析

所谓的逆向思维排故就是不按照常规的思维方法,而是从另外的角度出发反过来想是哪里出现问题才会造成这样的结果。现仅举两例说明。

1、现在用一例家庭最常用的AC220V民用电故障说明问题,引入论证。

这是本人亲自碰到的案例.在一个220V的灯头上,用万用表测量有220V电压,用电笔测量火线有电,灯泡是好的,但是灯泡就是不亮,这岂不是很怪异?若从正面考虑只能说:这怎么可能?很难得出答案。那么从反面去思考呢?有可能是回路阻抗太大,当灯泡接上灯头时电流无法从回路中流过,所以灯泡无法发光。那么是哪里造成的阻抗大呢?是火线还是零线呢?火线?可能性不大,因为已经用电笔测试过火线有电。为了找到问题所在,为了证明是零线问题,我们另外接了一根零线,结果灯泡亮了。于是我们顺着原来的零线方向寻找下去,结果发现是零线断落在一片潮湿的朽叶上,故障找到了。那么为什么用万用表又可以测量出220V的电压呢?原来电压表是高内阻表,通过的电流微乎其微,所以可以测出电压。

而灯泡是个低阻负载,是要通过零线回到变压器中性线进行工作接地的,接地电阻要小于4欧姆。现在零线断落在地面上阻抗很大,不能形成回路电流无法通过,灯泡自然不亮。这就是逆向思维的一个例子。

2、请看:

故障现象;这是一块新安装的电拖板,试机时按下SB2时候,KM1交流接触器嘭,嘭,嘭不断地跳动,无法正常吸合。

这是一个电力拖动教程一个基础教案。是交流接触器触点互锁正反转控制的典型线路,前面的故障按照传统的思维方法用一定的时间可以找出问题所在,我不多加说明。那么按照逆向思维排故法应该怎样去判别呢?电器元件吸合有力,节奏感强,应该不是元件问题。那么一定是控制线路接错了,我们可以这样反过来想,怎样安装才能使试机时候出现这样的现象而且交流接触器触不能正常吸合呢?根据线路原理图分析只要把交流接触器触的常闭触点错误的窜接自身的回路中就能出现这样的现象。这就是逆向思维排故法。

那么上面所分析的故障原因到底是不是如此呢?我们再验证一下,再按一下SB3时候KM2交流接触器也嘭,嘭,嘭不断地跳动,无法正常吸合,这就说明很有可能我们的判断是正确的。再经过检测果然如此,KM1,KM2常闭触点相互接错了。问题解决了。

五、小结:

1、使用逆向思维排故法,能很快的确定故障点,大大的缩短故障排除时间,节约大量人力。

2、使用逆向思维排故法,要对该电气原理图以及工作原理了如指掌,这样才能灵活判断,准确定位。最好有一定的维修经验积累。

3、其实逆向思维排故法就融合在排除法和逻辑分析法中,人们在排故的时候会有意无意的用到它,只是人们平时不多加以总结而已。所有我在这里作一个小结,希望大家能灵活运用,立杆见影,举一反三。



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7、

浅谈行动导向教学法在电力拖动控制培训中的应用

企业间竞争的加剧,提高员工素质是提升企业竞争力的重要途径,培训是企业持续的动力源泉。电力拖动控制是维修电工必学的内容,这些知识与技能掌握的好坏,直接将影响着维修电工基本素质的培养。为了更好地提高培训职工素质帮助其取得过硬的技能,以及顺利通过技能考核,通过运用行动导向教学法中的启发式教学法取得了较好的培训效果。

一、前言

电力拖动控制有一个显着的特点,就是计算相对较少,理解的内容较多,动手能力训练的项目相对较多。那么怎样使培训学员更快、更容易、更轻松地学好它,经过近年的教学摸索,结合平时的实际技能等级考评的经验,在新的教学理念指导下,引入行动导向中的启法式教学法,使培训教学效果有了明显的提高,达到了企业职工培训之目的。

二、明确提出培训教学要求

作为教师要教好书,必须把握整个培训内容的灵魂,要有达到目标的实施计划与明确的要求,这样才能真正做到胸有成竹,达到事半功倍的效果。有的学员刚接触到电器,对电器较陌生,理解、记忆的内容较多。这时一定不能放弃,要为后面的学习打下了扎实的基础。在教学中做到心中有数,准确把握掌握、理解、了解的真正含义,在上第一次课的时候就向学员提出明确的要求:要求学员了解低压电器的结构,理解工作原理,熟练掌握选用图形符号和文字符号;掌握基本控制线路,做到熟练默画出基本控制线路,最终要求学员具备独立设计简单控制线路的能力;最后要求学员学会读图、识图;学会故障分析,掌握故障排除方法,最终达到中级维修电工的实际操作技能水平。有了明确的要求,学习起来就很轻松,一切问题就会迎刃而解。

三、灵活多变的教学方法

1.常用低压电器的教学方法。了解电器的结构,如了解接触器,运用实物讲解,通过对接触器进行拆装,要求学员把拆下的零件与图片进行对照,并说出它们的名称,加深了印象,这样就可以快速记住接触器,根本不用死记硬背。理解电器的工作原理,找一个CJl0-10/220V的接触器,把接触器的线圈两端加上额定电压,此时立刻听到“啪”的一声,接触器衔铁被吸合,带动触头动作;再断开电源,又“啪”的一声,接触器触点很快复位初始状态。掌握图形符号、文字代号,是为学习控制线路打下基础,必须在课堂内要掌握。了解电器的主要技术参数,进行对低压电器的选用,这是关键点,要求学员必须掌握的内容,也是学员解决实际问题的能力反映。

2.电动机控制线路教学方法。

(1)掌握控制线路的分析。从简单到复杂,逐步深入,如分析具有自锁正转制线路。短路保护、过载保护、欠压、失压保护是否齐全了,连续运转的电动机需要过载保护,故控制线路还要加入热继电器,问题到此解决好了。把控制线路内容讲解好了,学员对设计也有一个深层次的了解,教师的关键任务是教会学员的设计思路,慢慢地培养学员的设计能力。

(2)工作原理分析。如何解决工作原理分析,突破“死记硬背”。例如,正转控制线路原理的分析。方法是按图装接线路,这样通过实物操作按钮,观察到接触器的动作,电动机的真正转动,教师只要稍加引导就很快掌握了工作原理。其它复杂的控制线路分析按照控制要求进行,需要书写时一定要规范,让别人一目了然看清动作过程。

(3)如何培养学员的设计能力。例如三相异步电动机的正反转控制线路,首先是要明白只要改变三相电源中的任意两相相序,电动机即可实现反转,其次需要画出两个正转控制线路,在主电路接线时,只要对U相与W相的连线做小的变动,就成功地完成了正反转控制线路。最后我们可以提出问题,电路设计好了吗?学员可以自由组合讨论,可能会有学员提出,两个按钮同时按下时,主电路出现短路,自然地引入联锁的触点。只有在接触器线圈电路加上对方接触器常闭触头,才能防止短路事故的发生。

3.常用生产机械电气控制线路的教学方法。有了前面知识的准备,就能很顺利地把接下来的内容讲好,可以说很省力地完成任务。

(1)教会学员阅读电原理图的方法。首先分析主电路,主要是看电动机的名称、功率、数量;分别由什么电器控制,具有什么控制形式,如降压启动控制或双速控制,具有什么保护功能。其次分析控制线路,主要具有什么样的控制功能,如连续、正反转、两地等,以及明确接触器线路的供电回路。最后分析照明电路、指示电路。

(2)常见故障的分析。最好的方法是采用模拟机床控制线路或已经安装好的相关控制线路,教师提出几个常见故障问题,让学员自己来完成。加强学员的分析能力,培养学员的逻辑推理能力、思维能力,若分析故障的思路正确的话,其实际的故障也就很快排除。通过操作来获取故障现象,根据观察所得故障现象在原理图中分析,从而圈出故障范围,故障范围与故障现象必须一一对应。

(3)排除故障。要求必须断开三相电源,运用万用表欧姆档检测。根据结果作出准确判断,一定要排除故障,恢复正常。

四、理论联系实际

电力拖动与控制除了理论上要灵活掌握它的学习方法,还非常强调理论紧密联系实际,那就是加强实际操作训练。实际操作训练要跟理论同步教学,并且贯穿于整个教学的始终,只有这样反复的操作训练,才会取得更好的培训效果。行动导向教学的核心是关键能力的开发,促进学员的脑、心、手全方位被调动起来,真正从素质方面教育人手,把学员的培训学习转化为一种“游戏”形式,学习不枯燥。让学员愉快地在“玩”中学,在学中“玩”,愉快地、轻松地完成了培训任务。同时还培养了学员的学习能力、动手能力和解决实际问题的能力。



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8、

对永磁电机的探索

近年来,与原有的直流牵引电机系统相比,永磁电机具有明显优势,其突出优点是体积小,质量轻(其比质量为0.5-1.0kg/Kw)、效率高、基本免维护、调速范围广。

1、永磁电机的概述

在今直流电动机中,用直流电流来产生主极磁场的励磁方式,称为电流励磁;若用永久磁体取代电流励磁,以产生主极磁场,则此种电机称为永磁电动机。

在许多情况下可以实现无刷化,因此其多为小型和微型电动机所采用。采用变频电源供电时,永磁电动机亦可用于调速传动系统。随着永磁材料性能的不断提高和完善永磁电动机已在家用电器、医疗器械、汽车、航空和国防等各个领域内获得了广泛的应用。

永磁电动机的不足之处是,若使用不当,在过高温度或过低温度下工作时,在冲击电流所产生的电枢反应作用下,或者在剧烈的机械振动下.有可能产生不可逆的退磁,使电动机的性能下降,甚至无法使用。因此,使用永磁电动机时应特别予以注意。

2、永磁发电机的优点

2.1中、低速发电性能好

功率等级相同的情况下,怠速时,永磁式发电机要比励磁式发电机的输出功率高一倍,也就是说,永磁式发电机的实际等功率等级的励磁式发电机。

2.2结构简单、可靠性高

永磁式发电机省去了励磁式发电机的励磁绕组、碳刷、滑环结构,整机结构简单,避免了励磁式发电机励磁绕组易烧毁、断线,碳刷、滑环易磨损等故障,可靠性大为提高。

2.3能显着地延长蓄电池寿命,减少蓄电池维护工作

主要原因是永磁式发电机采用的是开关式的整流稳压方式,稳压精度高,充电效果好。避免了过电流充电造成的蓄电池寿命缩短。永磁式发电机的开头式整流输出对蓄电池采用小电流脉冲充电,相同的充电电流充电效果更好,从而延长蓄电池的使用寿命。

2.4体积小、重量轻、比功率大

永磁转子结构的采用,使得发电机内部结构设计排列得很紧凑,体积、重量大为减少。永磁转子结构的简化,还使得转子转动惯量减少,实用转速增加,比功率(即功率、体积之比例)达到一个很高的值。

2.5采用自启动式稳压器

无需外加励磁电源。发电机只要一旋转就能发电。当蓄电池损坏时,只要发动机处于运行状态,汽车充电系统仍可工常工作。如汽车没有蓄电池,只要摇转手把或溜车,也可实现点火运行。

2.6效率高

永磁式发电机是一种节能产品。永磁转子结构免去了产生转子磁场所需的励磁功率和碳刷、滑环之间磨擦的机械损耗,使得永磁式发电机效率大为提高。普通励磁式发电机在1500转/分至6000转/分之间的转速范围内平均效率只有45%至55%,而永磁式发电机则可高达75%至80%。

2.7无无线电干扰

永磁发电机无碳刷、无滑环的结构,消除了碳刷与滑环磨擦产生的无线电干扰;消除了电火花,特别适合于爆炸性危险程度较大的环境下工作,也降低了发电机对环境温度的要求。

2.8特别适合于在潮湿或灰尘多的恶劣环境下工作。

3、永磁电机的发动原理

3.1磁路结构和设计计算

永磁体在电机中既是磁源,又是磁路的组成部分。永磁体的磁性能不仅与生产厂的制造工艺有关,还与永磁体的形状和尺寸、充磁机的容量和充磁方法有关,具体性能数据的离散性很大。而且永磁体在电机中所能提供的磁通量和磁动势还随磁路其余部分的材料性能、尺寸和电机运行状态而变化。这些都增加了永磁发电机电磁计算的复杂性,使计算结果的准确度低于电励磁发电机。因此,必须建立新的设计概念,重新分析和改进磁路结构和控制系统;必须应用现代设计方法,研究新的分析计算方法,以提高设计计算的准确度;必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。

3.2控制问题

永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场,但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。但是,随着MOSFET、IGBTT等电力电子器件的控制技术的迅猛发展,永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制。设计时需要钕铁硼材料,电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来,使永磁发电机在崭新的工况下运行。

3.3成本问题

由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵,稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高,但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。在今后的设计中会根据具体使用的场合和要求,进行性能、价格的比较,并进行结构的创新和设计的优化,以降低制造成本。无可否认,现正在开发的产品成本价格比目前通用的发电机略高,但是我们相信,随着产品更进一步的完美,成本问题会得到很好的解决。美国DELPHI(德尔福)公司的技术部负责人认为:“顾客注重的是每公里瓦特上的成本。”他的这一说法充分说明了交流永磁发电机的市场前景不会被成本问题困扰。

3.4不可逆退磁问题

如果设计和使用不当,永磁发电机在温度过高(钕铁硼永磁)或过低(铁氧体永磁)时,在冲击电流产生的电枢反应作用下,或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁,或叫失磁,使电机性能降低,甚至无法使用。因而,既要研究开发适合于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置,又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力,以便在设计和制造时采用相应措施保证永磁式发电机不会失磁。

4、永磁电机的新发展

1993年美国能源部、商务部、贸易部、国防部、环保局、宇航局、国家科学基金会七个政府部门下美国三个最大的汽车制造公司,克莱斯勒、福特和通用,建立了新一代车辆伙伴关系,目标是开发新一代机动车技术,以增强美国汽车工业的实力。1998年至2002年期间,美国国家自然科学基金(NSF)资助美国国家电力电子中心(由美国Virginia和美国Wisconsin等四所大学组建)研发车辆电子动力驱动系统、电子伺服控制系统和各种车辆专用IC模块,提高汽车电子电气部件的可靠性,降低其成本和抢占车辆电气自动化技术的制高点,增强在国际市场的竞争力。线控的汽车电子伺服系统(X-by-wire)在未来将是十分重要的技术,该技术可将各种独立的系统(如转向、制动、悬挂等)集成到一起由计算机调控,使汽车的操纵性、安全性以及汽车的总体结构大大改善,设计的灵活度也大大增加。目前,电子动力方向盘和线控刹车已经在一些欧洲车型上被采用,在这个系统中已经削减了相当多的机械部件,如液压泵等。汽车电子伺服技术是具有革命性的技术,随着这个技术的使用,许多传统的机械部件将会在未来的汽车上消失,而越来越多的车用伺服电机将出现在未来的汽车上。

全球最大的汽车零部件企业一美国德尔福汽车系统公司预计,在未来的3-5年内全世界的汽车将逐步采用电子伺服驱动系统,如电子动力方向盘和线控刹车伺服驱动系统。目前,美国德尔福汽车系统公司正在全球范围内寻找年产300万台以上的电子动力方向盘的交流伺服电机合作伙伴。

5、结束语

本文主要是从永磁电机的概述开始,详细地介绍了永磁电机的优点,从而详述了它的相关发动原理,展望永磁电机的新发展。



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9、

中小型电机维修方法

对于中小型电机维修来说,必须先要找到具体的问题,进行具体分析,采集相关的维修技术数据、参数,既要规范准确,又要科学的进行适实修正。在浸漆和烘干的程序、温度与时间的要求方面,要求更加严格,做好相应的分析与控制,保证中小型电机维修能够顺利进行下去。最后在电机修理过程中更要采用准确的实验方法,确定中小型电机维修效果得到提升。

目前,电机在我们日常生活中已经被广泛应用,达到发电站,小到加用电器、儿童玩具,电机都发挥着重要的作用。中小型电机使用范围更为广泛,二次维修利用率高,所以维护电机寿命,降低生产成本,提升电机使用效果,必须将维修一项重视起来。

1观察具体问题

1)中小型电机的外观检查。维修人员首先要对中小型电机进行相应的外观检查,对于电动机外部的紧固件松动情况、零部件毁坏情况、设备表面腐朽情况、电动机各接触点和连接处的裂痕、变色情况等内容进行相应观察,维修人员具有专业的精神,从视觉上能够直接观察到这些情况,并分析出原因。造成这些不良现象的原因有很多,比如电动机局部过热、导体接触不良、仪表指示不规范等情况都有可能造成三相电阻不平衡等失误现象的出现;2)用听诊棒听电动机的声音,如果电动机内部有故障,就能够从中听出各种杂音,这些噪声形成的原因主要有:机械不平衡、轴承故障、联轴器连接不良、紧固螺钉松动等情况,这些不良的事项能够造成电动机内容击穿故障、加速性能下降等后果。所以当听到噪声之后一定要及时排查,寻找电机“致命点”,从而能够保证机械的正常运转;3)维修人员要用手对电机的温度、运转情况进行触觉上的感官检查,返现有机械过热、不良震动的现象,就要及时进行“诊断”,判断其出现的原因,进行及时“治疗”,造成这些现象的主要原因是:电动机基础强度不够、典雅不平衡、绕组故障、匝间短路、三相电压不平衡、联轴器连接不当、定子与转子之间的摩擦等情况致使。良好的触感能够帮助维修人员及时找到故障出现的重要原因,当然,这也需要维修人员长期以来对电机灵敏度的探测训练才能达成最佳效果。

对设备定时检查,在正常安装及使用过程中,严格按照标准执行,检修时认真,仔细。从细节做起,一定可以在设备生产运行中尽量避免电动机由于人为因素、设备自身引起的电气设备故障至设备的损坏,增加设备的运行率、完好率减少由此所造成的生产企业成本的增加。

2浸漆和烘干的程序、温度与时间控制

1)首先是预热阶段,为了更好地进行浸漆的工作,必须驱除绝缘材料与绕组中的潮气,预热的温度要保持在110摄氏度左右,预热时间要保持在4h~8h以内,其中平均每个小时要进行一次绝缘测量,当绝缘电阻稳定之后方可结束预热程序;2)第二阶段是浸漆,预热程序结束之后,绕组温度保持在70℃左右的时候才能进行浸漆的工作。此项程序时间保持在15min为最佳,直到不出现气泡为止。浸漆的时候,漆太黏可以用二甲苯进行稀释。普通的电机应该进行两次浸漆,如果是供湿热带使用的电动机,则需要进行3到4次的浸漆工作;3)最后一道程序是烘干,应该分成两个阶段进行此工作。处在低温阶段时,应该将温度控制在70℃~80℃,烘干时间为2h~4h,此阶段由于溶剂挥发较慢,所以能够避免表面很快结成漆膜。高温阶段,温度要保持在120℃左右,烘烤时间要保持在8h~16h左右,此阶段使绕组表面形成坚硬的漆膜。在进行烘干工作过程中,要注意每隔一个小时就要进行一次的绝缘电阻测量,以求达到最佳效果。

3电机在修理过程中检测的实验方法

我们先对220V的交流单相电机的启动、运转进行方式进行分析,首先是分相启动式,它是由辅助式启动绕组来进行辅助启动的,它的运转速率保持在定值之内,我们在进行维修检测过程中,应该看电机指示表的值,超过是不到这个定值,说明还没有达到预期效果。第二种就是电机静止下来之后的离心开关应该是接通的,电机在接通电源之后,电容参与启动工作,转子的转速达到定值的70%到80%的时候,离心开关就会自动断开。如果离心开关没能在此“活动”中发挥出它的效能,说明电机内部还存在问题,需要二次修理。当电机启动之后,启动绕组不参与运行工作,电动机以运行绕组线圈继续动作,说明电机运行正常,带离心开关的电机如果无法在短时间内发动起来,绕组线圈就很快被烧坏,多以必须采取相应的措施,进行灵活的修复工作,才能使整个电机环境得到改观。

对电机的检修工作来说,电机配件的检测与试验是非常重要的,具体的工作程序就是:1)检查电机配件式工作表面是否光滑,是否存在裂痕、条痕等现象,光滑的工作面才是正常的,否则要进行二次修理。绝缘外侧涂封要良好,用玻璃丝带进行绑扎,不能出现松塌的现象;2)电机配件与轴配合、各环和绝缘套的配合要坚固,用小锤进行轻轻敲击,检测铜环和套筒结合处应该发出清脆的金属声音。紧密连接电刷和铜环,各刷之间的压力应该不超过平均值的1/5;3)电机配件表面不应该有烧痕、刷痕出现,如果有,可以用油石或者细锉进行轻轻打磨,保持其光滑程度不断提升。同时,不要随便对电机派件进行车削的工作,因为每次车削必将降低配件的寿命;4)电机配件的质量与技术性能直接影响着电机的正常运转工作,在电机运转过程中也将会使各配件产生较高的温度,折损电机本身与配件的寿命,所以观察温度控制情况,在每个细小的环节上都要采取降温手段,可以保证机器的正常运转,增长电机寿命。

4结论

本文将中小型电机的维修内容与关键的注意事项进行了详细分析,提出了问题分析与技术数据参数修正、浸漆与烘干注意事项、严格的检测试验方法,从这些内容上找到科学、严格的维修技巧,以确保电机能够正常工作,降低损耗,并提升生产力,达到电机最佳技术效果。



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