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1.由于電機本身密封不良,加之環境跑冒滴漏,使電機內部進水或進入其它帶有腐蝕性液體或氣體,電機繞組絕緣受到浸蝕,最嚴重部位或絕緣最薄弱點發生一點對地、相間短路或匝間短路現象,從而導致電機繞組局部燒壞。
相應對策:①盡量消除工藝和機械設備的跑冒滴漏現象;②檢修時注意搞好電機的每個部位的密封,例如在各法蘭涂少量704密封膠,在螺栓上涂抹油脂,必要時在接線盒等處加裝防滴濺盒,如電機暴漏在易侵入液體和污物的地方應作保護罩;③對在此環境中運行的電機要縮短小修和中修周期,嚴重時要及時進行中修。
2.由于軸承損壞,軸彎曲等原因致使定、轉子磨擦(俗稱掃膛)引起鐵心溫度急劇上升,燒毀槽絕緣、匝間絕緣,從面造成繞組匝間短路或對地“放炮”。嚴重時會使定子鐵心倒槽、錯位、轉軸磨損、端蓋報廢等。軸承損壞一般由下列原因造成:①軸承裝配不當,如冷裝時不均勻敲擊軸承內圈使軸受到磨損,導致軸承內圈與軸承配合失去過盈量或過盈量變小,出現跑內圈現象,裝電機端蓋時不均勻敲擊導致端蓋軸承室與軸承外圈配合過松出現跑外圈現象。無論跑內圈還是跑外圈均會引起軸承運行溫升急劇上升以致燒毀,特別是跑內圈故障會造成轉軸嚴重磨損和彎曲。但間斷性跑外圈一般情況下不會造成軸承溫度急劇上升,只要軸承完好,允許間斷性跑外圈現象存在。②軸承腔內未清洗干凈或所加油脂不干凈。例如軸承保持架內的微小剛性物質未徹底清理干凈,運行時軸承滾道受損引起溫升過高燒毀軸承。③軸承重新更換加工,電機端蓋嵌套后過盈量大或橢圓度超標引起軸承滾珠游隙過小或不均勻導致軸承運行時磨擦力增加,溫度急劇上升直至燒毀。④由于定、轉子鐵心軸向錯位或重新對轉軸機加工后精度不夠,致使軸承內、外圈不在一個切面上而引起軸承運行“吃別勁”后溫升高直至燒毀。⑤由于電機本體運行溫升過高,且軸承補充加油脂不及時造成軸承缺油甚至燒毀。⑥由于不同型號油脂混用造成軸承損壞。⑦軸承本身存在制造質量問題,例如滾道銹斑、轉動不靈活、游隙超標、保持架變形等。⑧備機長期不運行,油脂變質,軸承生銹而又未進行中修。
相應對策:①卸裝軸承時,一般要對軸承加熱至80℃~100℃,如采用軸承加熱器,變壓器油煮等,只有這樣,才能保證軸承的裝配質量。②安裝軸承前必須對其進行認真仔細的清洗,軸承腔內不能留有任何雜質,填加油脂時必須保證潔凈。③盡量避免不必要的轉軸機加工及電機端蓋嵌套工作。④組裝電機時一定要保證定、轉子鐵心對中,不得錯位。⑤電機外殼潔凈見本色,通風必須有保證,冷卻裝置不能有積垢,風葉要保持完好。⑥禁止多種油脂混用。⑦安裝軸承前先要對軸承進行全面仔細的完好性檢查。⑧對于長期不用的電機,使用前必須進行必要的解體檢查,更新軸承油脂。
3.由于繞組端部較長或局部受到損傷與端蓋或其它附件相磨擦,導致繞組局部燒壞。
相應對策:電機在更新繞組時,必須按原數據嵌線。檢修電機時任何剛性物體不準碰及繞組,電機轉子抽芯時必須將轉子抬起,杜絕定、轉子鐵芯相互磨擦。動用明火時必須將繞組與明火隔離并保證有一定距離。電機回裝前要對繞組的完好性進行認真仔細的檢查確診。
4.由于長時間過載或過熱運行,繞組絕緣老化加速,絕緣最薄弱點碳化引起匝間短路、相間短路或對地短路等現象使繞組局部燒毀。
相應對策:①盡量避免電動機過載運行。②保證電動機潔凈并通風散熱良好。③避免電動機頻繁啟動,必要時需對電機轉子做動平衡試驗。
5.電機繞組絕緣受機械振動(如啟動時大電流沖擊,所拖動設備振動,電機轉子不平衡等)作用,使繞組出現匝間松馳、絕緣裂紋等不良現象,破壞效應不斷積累,熱脹冷縮使繞組受到磨擦,從而加速了絕緣老化,最終導致最先碳化的絕緣破壞直至燒毀繞組。
相應對策:①盡可能避免頻繁啟動,特別是高壓電機。②保證被拖動設備和電機的振動值在規定范圍內。
二、三相異步電動機一相或兩相繞組燒毀(或過熱)的原因及對策
如果出現電動機一相或兩相繞組燒壞(或過熱),一般都是因為缺相運行所致。在這里不作深刻的理論分析,僅作簡要說明。
當電機不論何種原因缺相后,電動機雖然尚能繼續運行,但轉速下降,滑差變大,其中B、C兩相變為串聯關系后與A相并聯,在負荷不變的情況下,A相電流過大,長時間運行,該相繞組必然過熱而燒毀。
三相異步電動機繞組為Y接法的情況:電源缺相后,電動機尚可繼續運行,但同樣轉速明顯下降,轉差變大,磁場切割導體的速率加大,這時B相繞組被開路,A、C兩相繞組變為串聯關系且通過電流過大,長時間運行,將導致兩相繞組同時燒壞。
這里需要特別指出,如果停止的電動機缺一相電源合閘時,一般只會發生嗡嗡聲而不能啟動,這是因為電動機通入對稱的三相交流電會在定子鐵心中產生圓形旋轉磁場,但當缺一相電源后,定子鐵心中產生的是單相脈動磁場,它不能使電動機產生啟動轉矩。因此,電源缺相時電動機不能啟動。但在運行中,電動機氣隙中產生的是三相諧波成分較高的橢圓形旋轉磁場,所以,正在運行中的電動機缺相后仍能運轉,只是磁場發生畸變,有害電流成分急劇增大,最終導致繞組燒壞。
相應對策:無論電動機是在靜態還是動態,缺相運行帶來的直接危害就是電機一相或兩相繞組過熱甚至燒壞。與此同時,由于動力電纜的過流運行加速了絕緣老化。特別是在靜態時,缺相會在電機繞組中產生幾倍于額定電流的堵轉電流。其繞組燒壞的速度比運行中突然缺相更快更嚴重。所以在我們對電機進行日常維護和檢修的同時,必須對電機相應的MCC功能單元進行全面的檢修和試驗。尤其是要認真檢查負荷開關、動力線路、靜動觸點的可靠性。杜絕缺相運行。
關鍵詞 探究式教學法 單相異步電動機 缺相
中圖分類號:G424 文獻標識碼:A
The Design and Application of Inquiry-based Teaching Methods in the Teaching of Single-phase Induction Motor
Abstract Studying from three-phase asynchronous motor and the design of its open-phase running experimental, the inquiry teaching method in single-phase asynchronous motor is discussed. The teaching practice has proved that the inquiry teaching method is effective. Not only students' interest in learning has been cultivated through the integration of theory with practice, and students' subjective initiative has been greatly improved. Its result is very good.
Key words inquiry teaching method; asynchronous motor; open-phase
電機是所有電相關專業的學生必學的重要設備之一。目前,大部分作者在安排有關電機方面教材的篇章思路基本上是分為兩大篇,直流電機篇和交流電機篇。交流電機篇主要是對三相異步電動機的工作原理及性能參數進行分析,對單相異步電動機則是一概而過,然而在實際生活中使用最多的還是單相異步電動機,例如電風扇、電冰箱、空調、洗衣機等,因此,讓學生學好單相異步電動機的工作原理具有很強的實踐意義。經過幾次教學后發現,按照傳統的講授式的方式分析單相異步電動機工作原理后,達不到理想的效果。經比較分析多種教學方法,后著重采用了探究式教學方法來設計分析單相異步電動機,效果較好。
1 知識準備
一般,單相異步電動機是在三相異步電動機介紹之后才進行,而且三相異步電動機的介紹詳細,單相異步電動機的介紹簡略,所以教學的思路期望能從三相異步電動機來推導單相異步電動機的工作原理。
經詳細分析三相異步電動機的工作原理后,得知三相異步電動機工作原理大體上可分為兩部分內容:一要產生旋轉磁場,二轉子在旋轉磁場的作用下產生感應電流受力后能轉動。產生旋轉磁場是關鍵,這也需兩個條件:一是各相繞組在空間上要相隔一定角度;二是流進各相繞組的電流要有相位差。
單相異步電動機與三相異步電動機均屬于異步電動機類,從大類上來說工作原理相類似,最大的區別就在于前者供電電源為單相交流電,而后者為三相。經電路分析知,三相交流電若缺任一相后就相當于單相交流電了,以此類推,那么三相異步電動機缺相后的運行情況就跟單相異步電動機相類似了。
2 探究式教學法的課堂設計
2.1 課堂前的實驗設計
經上節分析,只要知道三相異步電動機缺一相后的運行情況就能類推單相異步電動機的工作原理。可經過實驗設計三相異步電動機缺一相后的運行情況。
主要實驗設備:三相交流電源(對稱)、三相鼠籠式異步電動機。
實驗內容:(1)采用三相交流電源將三相鼠籠式異步電動機全壓起動,觀察起動情況;待電動機運行平穩一段時間后,突然拆出其供電電源中的任一相電源(注意小心操作,以免觸電),觀察電動機的運行情況;(2)斷電待電動機完全停穩后,讓電動機在缺一相電的情況下起動,觀察起動情況。實驗完畢后,得觀察結果如表1。
實驗可以在上課前單獨準備,也可作為學生實驗內容的一部分,由于實驗存在一定的危險性,建議一定需注意安全。需注意的是在實驗前需排除三相異步電動機在缺相情況自起動的可能性,可依據文獻①進行操作。
2.2 探究式教學法的課堂設計
以上述實驗為基礎,進行課堂教學設計。在課堂教學設計中始終堅持探究式教學的目標性、主體性、環境性、方法性、過程性及終結性六個原則,②設計流程如下:
(1)由缺相不能起動①不能起動原因是沒有形成旋轉磁場嗎?②沒產生旋轉磁場的原因是不是流進兩相繞組(不包括缺相對應的那相繞組)的電流不存在相位差?
(2)引入圖1③若采用圖1電路,仍由單相電源供電,流入A、B繞組的電流是否存在相位差?
(3)畫出、的向量圖如圖2
④、的相位差能否通過選擇電容量使其接近90度?
進而分析、相位差為9 0度時的磁場情況,得出單相異步電動機起動原理。
(4)由缺相能運行⑤異步電動機在正常起動后,各相繞組電流不存在相位差的情況下可不可以運行?⑥圖1所示異步電動機正常起動后,斷開開關S電動機能否繼續運行?
分析電容起動式單相異步電動機運行原理。
(5)由缺相運行存在輕微異常聲響,可推出此時三相異步電動機運行不是特別平穩,同時可推斷電容起動式單相異步電動機對運行平穩性能要求不是很高。⑦若對單相異步電動機運行平穩性能要求很高,仍需在正常起動后,斷開開關S嗎?
引出電容起動式單相異步電動機。
由于電阻式、電容起動和運轉式等其它單相異步電動機的起動及運轉原理與電容起動式單相異步電動機類似,所以無需再一一分析。
3 探究式教學法與傳統教學法的比較
探究式教學方法注重引導學生提出問題,思考問題,從而解決問題。實踐證明,這種教學方法能夠激發學生的學習興趣,能培養學生的發散思維能力,能開闊學生的創新思路,能提高學生實踐及理論推導能力,最重要的是它是提高課堂教學質量的重要途徑和手段。③④用探究式教學方法來講解單相異步電動機工作情況,與傳統的教學方法相比較,存在以下的不同:
4 總結
本論文從三相異步電動機的缺相起動及缺相運行出發,采用探究式教學法對單相異步電動機的教學進行了探討,經教學實踐證明,該方法的有效性,學生的主觀能動性得到了較大的提高。但是今后還有很多地方需要繼續努力,在以后的教學中仍需繼續重視以人為本的教學原則,因材施教,仍需注重培養學生的學習興趣以便更好地培養其學習的主觀能動性。總之,教學方法的研究是需要不斷地探索、不斷地更新,才能有利于培養更高素質的人才。
注釋
① 梅素珍.三相異步電動機電源缺相也能自起動的原因[J].電工技術,1995.11:50-60.
② 唐智松.探究式教學的基本原則[J].中國教育學刊,2001.5:13-16.
關鍵詞:三相異步電動機;電力拖動;機械特性;啟動;制動;調速
異步電動機具有結構簡單、運行可靠、價格低、維護方便等一系列的優點,因此,異步電動機被廣泛應用在電力拖動系統中。尤其是隨著電力電子技術的發展和交流調速技術的日益成熟,使得異步電動機在調速性能方面大大提高。目前,異步電動機的電力拖動已被廣泛地應用在各個工業電氣自動化領域中。就三相異步電動機的機械特性出發,主要簡述電動機的啟動,制動、調速等技術問題。
1三相異步電動機的機械特性論文
三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉速n與電磁轉矩Tem之間的關系。由于轉速n與轉差率S有一定的對應關系,所以機械特性也常用Tem=f(s)的形式表示。三相異步電動機的電磁轉矩表達式有三種形式,即物理表達式、參數表達式和實用表達式。物理表達式反映了異步電動機電磁轉矩產生的物理本質,說明了電磁轉矩是由主磁通和轉子有功電流相互作用而產生的。參數表達式反映了電磁轉矩與電源參數及電動機參數之間的關系,利用該式可以方便地分析參數變化對電磁轉矩的影響和對各種人為特性的影響。實用表達式簡單、便于記憶,是工程計算中常采用的形式。
電動機的最大轉矩和啟動轉矩是反映電動機的過載能力和啟動性能的兩個重要指標,最大轉矩和啟動轉矩越大,則電動機的過載能力越強,啟動性能越好。
三相異步電動機的機械特性是一條非線性曲線,一般情況下,以最大轉矩(或臨界轉差率)為分界點,其線性段為穩定運行區,而非線性段為不穩定運行區。固有機械特性的線性段屬于硬特性,額定工作點的轉速略低于同步轉速。人為機械特性曲線的形狀可用參數表達式分析得出,分析時關鍵要抓住最大轉矩、臨界轉差率及啟動轉矩這三個量隨參數的變化規律。
2三相異步電動機的啟動論文
小容量的三相異步電動機可以采用直接啟動,容量較大的籠型電動機可以采用降壓啟動。降壓啟動分為定子串接電阻或電抗降壓啟動、Y-D降壓啟動和自耦變壓器降壓啟動。定子串電阻或電機降壓啟動時,啟動電流隨電壓一次方關系減小,而啟動轉矩隨電壓的平方關系減小,它適用于輕載啟動。Y-D降壓啟動只適用于正常運行時為三角形聯結的電動機,其啟動電流和啟動轉矩均降為直接啟動時的1/3,它也適用于輕載啟動。自耦變壓器降壓啟動時,啟動電流和啟動轉矩均降為直接啟動時的l/k2(k為自耦變壓器的變比),適合帶較大的負載啟動。
繞線轉子異步電動機可采用轉子串接電阻或頻敏變阻器啟動,其啟動轉矩大、啟動電流小,適用于中、大型異步電動機的重載啟動。
軟啟動器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新型電動機控制裝置,國外稱為SoftStarter。它的主要構成是串接于電源與被控電動機之間的三相反并聯晶閘管及其電子控制電路。運用串接于電源與被控電動機之間的軟啟動器,以不同的方法,控制其內部晶閘管的導通角,使電動機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升,直至啟動結束,賦予電動機全電壓,即為軟啟動。在軟啟動過程中,電動機啟動轉矩逐漸增加,轉速也逐漸增加。軟啟動器實際上是個調壓器,用于電動機啟動時,輸出只改變電壓并沒有改變頻率。
3三相異步電動機的制動
三相異步電動機也有三種制動狀態:能耗制動、反接制動(電源兩相反接和倒拉反轉)和回饋制動。這三種制動狀態的機械特性曲線、能量轉換關系及用途、特點等均與直流電動機制動狀態類似。
4三相異步電動機的調速
三相異步電動機的調速方法有變極調速、變頻調速和變轉差率調速。其中變轉差率調速包括繞線轉子異步電動機的轉子串接電阻調速、串級調速和降壓調速。
變極調速是通過改變定子繞組接線方式來改變電機極數,從而實現電機轉速的變化。變極調速為有級調速,變極調速時的定子繞組聯結方式有三種:Y-YY、順串Y-反串Y、D-YY。其中Y-YY聯結方式屬于恒轉矩調速方式,另外兩種屬于恒功率調速方式。變極調速時,應同時對調定子兩相接線,這樣才能保證調速后電動機的轉向不變。
變頻調速是現代交流調速技術的主要方向,它可實現無級調速,適用于恒轉矩和恒功率負載。
繞線轉子電動機的轉子串接電阻調速方法簡單,易于實現,但調速是有級的,不平滑,且低速時特性軟,轉速穩定性差,同時轉子銅損耗大,電動機的效率低。串級調速克服了轉子串接電阻調速的缺點,但設備要復雜得多。