作者：孙克军 主编 刘骏 副主编
出版社：化学工业出版社
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电动机维修入门与提高试读：
前言
随着我国电力事业的飞速发展，电动机在工业、农业、国防、交通运输、城乡家庭等各个领域均得到了日益广泛的应用。为了满足广大电动机维修人员的需要，我们组织编写了这本《电动机维修入门与提高》。
本书在编写过程中，从当前中小微型电机维修的实际情况出发，面向生产实际，搜集、查阅了大量与电动机维修有关的技术资料，以基础知识和操作技能为重点，简要介绍了三相异步电动机、单相异步电动机、小型潜水电泵及深井泵用电动机等各种中小微型电机的基本结构、工作原理、使用与维护、常见故障及其排除方法，并介绍了电动机绕组的拆除、线圈的绕制、嵌线、绕组的接线、绕组的焊接、绕组的烘干与浸漆、绕组改绕的简易计算方法以及有关计算实例等。
本书着重于基本原理、基本方法、基本概念和基本操作技能，尽量联系电动机使用与维修的生产实践，力求做到重点突出，以帮助读者提高解决实际问题的能力，而且在编写体例上尽可能适合自学的形式。本书的特点是密切结合生产实际，图文并茂、深入浅出、通俗易懂，书中列举了大量实例，具有实用性强，易于迅速掌握和运用的特点。
本书由孙克军主编，刘骏副主编。第1、2章由孙克军编写，第3、4章由刘骏编写，第5、6章由刘庆瑞编写，第7、8章由李斌编写，第9、10章由孙丽华编写，第11章由付占稳编写，第12章由高晓芝编写。编者对关心本书出版、热心提出建议和提供资料的单位和个人在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平所限，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。编 者第1章常用电动机的基础知识1.1 三相异步电动机1.1.1 三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机主要由两大部分组成：一个是静止部分，称为定子；另一个是旋转部分，称为转子。转子装在定子腔内，为了保证转子能在定子内自由转动，定、转子之间必须有一定的间隙，称为气隙。此外，在定子两端还装有端盖等。笼型三相异步电动机的结构如图1-1所示，绕线式三相异步电动机的结构如图1-2所示。图1-1 笼型三相异步电动机的结构图1-2 绕线式三相异步电动机的结构图1—转子；2—定子；3—集电环；4—定子绕组；5—出线盒；6—转子绕组；7—端盖；8—轴承（1）定子
定子主要由机座、定子铁芯、定子绕组三部分组成。
①机座。机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁芯及定子绕组并支撑端盖。中小型异步电动机的机座一般都采用铸铁铸成，小机座也有用铝合金铸成的。大型异步电动机的机座大多采用钢板焊接而成。机座上设有接线盒，用以连接绕组引线和接入电源。为了便于搬运，在机座上面还装有吊环。
②定子铁芯。定子铁芯是电动机的磁路的一部分，一般用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。定子硅钢片的表面涂有绝缘漆或硅钢片经氧化处理表面形成氧化膜，使片间相互绝缘，以减小交变磁通引起的涡流损耗。定子铁芯直径小于1m时，用整圆硅钢冲片；定子铁芯直径大于1m时，用扇形冲片拼成。在定子冲片的内圆均匀地冲有许多槽，用以嵌放定子绕组。定子铁芯如图1-3所示。图1-3 定子铁芯
③定子绕组。定子绕组是电动机的电路部分。三相异步电动机有三个独立的绕组（即三相绕组），每相绕组包含若干线圈，每个线圈又由若干匝构成。中小型电动机的线圈一般采用高强度漆包圆铜线绕制而成，大中型电动机一般采用外层包有绝缘的扁铜线做成成型线圈。三相绕组按照一定的规律依次嵌放在定子槽内，并与定子铁芯之间绝缘。定子绕组通以三相交流电时，便会产生旋转磁场。（2）转子
转子由转子铁芯、转子绕组和转轴三部分组成。
①转子铁芯。转子铁芯也是电动机磁路的一部分，一般用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，在硅钢片的外圆上均匀地冲有许多槽，如图1-4所示，用以浇铸铝条或嵌放转子绕组。转子铁芯压装在转轴上。图1-4 转子铁芯
②转子绕组。转子绕组分为笼型和绕线型两种。
a.笼型转子绕组。该绕组是由插入每个转子铁芯槽中的裸导条与两端的环形端环连接组成。如果去掉铁芯，整个绕组就像一只笼子，故称为笼型转子绕组，如图1-5所示。中小型异步电动机的笼型转子绕组，一般都用熔化的铝液浇入转子铁芯槽中，并将两个端环与冷却用的风扇翼浇注在一起，如图1-5（a）所示。对于容量较大的异步电动机，由于铸铝质量不易保证，常用铜条插入转子槽中，再在两端焊上端环，如图1-5（b）所示。图1-5 笼型转子绕组
b.绕线型转子绕组。绕线型转子绕组与定子绕组相似，也是把绝缘导线嵌入槽内，接成三相对称绕组，一般采用星形（Y）连接，三根引出线通过转轴内孔分别接到固定在转轴上的三个铜制的互相绝缘的集电环（俗称滑环）上，转子绕组可以通过集电环和电刷与外接变阻器相连，用以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。绕线转子如图1-6（a）所示。绕线转子绕组与外加变阻器的连接，如图1-6（b）所示。图1-6 绕线转子1—转轴；2—转子铁芯；3—集电环；4—转子绕组引出线头；5—电刷；6—刷架；7—电刷外接线；8—三相转子绕组；9—镀锌钢丝箍
③转轴。转轴一般由中碳钢制成，它的作用主要是支承转子，传递转矩，并保证定子与转子之间具有均匀的气隙。气隙也是电机磁路的一部分，气隙越小，功率因数越高，空载电流越小。中小型异步电动机的气隙为0.2～1mm。气隙太小，会使定子铁芯与转子铁芯发生“扫膛”现象，并给装配带来困难，因此电动机的气隙量是经过周密计算的。1.1.2 三相异步电动机的工作原理
三相异步电动机工作原理的示意图如图1-7所示。在一个可旋转的马蹄形磁铁中，放置一个可以自由转动的笼型绕组，如图1-7（a）所示。当转动马蹄形磁铁时，笼型绕组就会跟着它向相同的方向旋转。这是因为磁铁转动时，它的磁场与笼型绕组中的导体（即导条）之间产生相对运动，若磁场顺时针方向旋转，相当于转子导体逆时针方向切割磁力线，根据右手定则可以确定转子导体中感应电动势的方向，如图1-7（b）所示。由于导体两端被金属端环短路，因此在感应电动势的作用下，导体中就有感应电流流过，如果不考虑导体中电流与电动势的相位差，则导体中感应电流的方向与感应电动势的方向相同。这些通有感应电流的导体在磁场中会受到电磁力f的作用，导体受力方向可根据左手定则确定。因此，在图1-7（b）中，N极范围内的导体受力方向向右，而S极范围内的导体的受力方向向左，这是一对大小相等、方向相反的力，因此就形成了电磁转矩T，使笼型绕组（转e子）朝着磁场旋转的方向转动起来。这就是异步电动机的简单工作原理。图1-7 异步电动机工作原理示意图
实际的三相异步电动机是利用定子三相对称绕组通入三相对称电流而产生旋转磁场的，这个旋转磁场的转速n又称为同步转速。三相s异步电动机转子的转速n不可能达到定子旋转磁场的转速，即电动机的转速n不可能达到同步转速n。因为，如果达到同步转速，则转子s导体与旋转磁场之间就没有相对运动，因而在转子导体中就不能产生感应电动势和感应电流，也就不能产生推动转子旋转的电磁力f和电磁转矩T，所以，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速e之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。由于转子电流由感应产生的，故这种电动机又称为感应电动机。
旋转磁场的转速为
可见，旋转磁场的转速n与电源频率f和定子绕组的极对数p有s1关。例如：一台三相异步电动机的电源频率f=50Hz，若该电动机是1四极电机，即电动机的极对数p=2，则该电动机的同步转速=1500r/min，而该电动机的转速n应略低于1500r/min。1.1.3 改变三相异步电动机转向的方法（1）三相异步电动机的接法
三相异步电动机的接法是指电动机在额定电压下，三相定子绕组6个首末端头的连接方法，常用的有星形（Y）和三角形（△）两种。
三相定子绕组每相都有两个引出线头，一个称为首端，另一个称为末端。按国家标准规定，第一相绕组的首端用U1表示，末端用U2表示；第二相绕组的首端和末端分别用V1和V2表示；第三相绕组的首端和末端分别用W1和W2表示。这6个引出线头引入接线盒的接线柱上，接线柱标出对应的符号，如图1-8所示。图1-8 接线盒的接线方法
三相定子绕组的6根端头可将三相定子绕组接成星形（Y）或三角形（△）。星形连接是将三相绕组的末端连接在一起，即将U2、V2、W2接线柱用铜片连接在一起，而将三相绕组的首端U1、V1、W1分别接三相电源，如图1-8（b）所示。三角形连接是将第一相绕组的首端U1与第三相绕组的末端W2连接在一起，再接入一相电源；将第二相绕组的首端V1与第一相绕组的末端U2连接在一起，再接入第二相电源；将第三相绕组的首端W1与第二相绕组的末端V2连接在一起，再接入第三相电源。即在接线板上将接线柱U1和W2、V1和U2、W1和V2分别用铜片连接起来，再分别接入三相电源，如图1-8（c）所示。一台电动机是接成星形或是接成三角形，应视生产厂家的规定而进行，可从铭牌上查得。
三相定子绕组的首末端是生产厂家事先预定好的，绝不能任意颠倒，但可以将三相绕组的首末端一起颠倒，例如将U2、V2、W2作为首端，而将U1、V1、W1作为末端。但绝对不能单独将一相绕组的首末端颠倒，如将U1、V2、W1作为首端，将会产生接线错误。（2）改变三相异步电动机转向的方法
由三相异步电动机的工作原理可知，电动机的旋转方向（即转子的旋转方向）与三相定子绕组产生的旋转磁场的旋转方向相同。倘若要想改变三相异步电动机的旋转方向，只要改变其三相绕组产生的旋转磁场的旋转方向就可实现。即只要把三相异步电动机的三相绕组与三相电源接线中的任意两根电源线对调，就可以改变三相异步电动机中旋转磁场的转向，也就能达到改变三相异步电动机旋转方向的目的，如图1-9所示。图1-9 改变三相异步电动机旋转方向的方法1.1.4 三相异步电动机的分类
由于三相异步电动机具有结构简单、制造容易、工作可靠、维护方便、价格低廉等优点，现已成为工农业生产中应用最广泛的一种电动机。例如，在工业方面，它被广泛用于拖动各种机床、风机、水泵、压缩机、搅拌机、起重机等生产机械；在农业方面，它被广泛用于拖动排灌机械及脱粒机、碾米机、榨油机、粉碎机等各种农副产品加工机械。
为了适应各种机械设备的配套要求，异步电动机的系列、品种、规格繁多，其分类方法也很多。三相异步电动机的主要分类见表1-1。表1-1 三相异步电动机分类1.1.5 三相异步电动机的型号
国产三相异步电动机（又称三相感应电动机）的型号一律采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字来表示。三相异步电动机的型号一般由三部分组成，排列顺序及含义如下：注：大型异步电动机的规格代号由功率（kW）-极数/定子铁芯外径（mm）三个小节组成。表1-2 常用异步电动机的特点代号表1-3 特殊环境代号
三相异步电动机的型号示例：
Y100L2-4——三相异步电动机，中心高为100mm、长机座、2号铁芯长、4极。
Y2-132S-6——三相异步电动机，第二次系列设计、中心高为132mm、短机座、6极。
YZR630-10/1180——大型起重冶金用绕线型异步电动机，功率为630kW、10极、定子铁芯外径为1180mm。1.1.6 三相异步电动机的额定值
①额定功率P。异步电动机的额定功率，又称额定容量，指电N动机在铭牌规定的额定运行状态下工作时，从转轴上输出的机械功率。单位为W或kW。
②额定电压U。指电动机在额定运行状态下，定子绕组应接的N线电压。单位为V或kV。
③额定电流I。指电动机在额定运行状态下工作时，定子绕组的N线电流，单位为A。
④额定频率f。指电动机所使用的交流电源频率，单位为Hz。我N国规定电力系统的工作频率为50Hz。
⑤额定转速n。指电动机在额定运行状态下工作时，转子每分N钟的转数，单位为r/min。一般异步电动机的额定转速比旋转磁场转速（同步转速n）低2％～5％，故从额定转速也可知道电动机的极数s和同步转速。电动机在运行中的转速与负载有关。空载时，转速略高于额定转速；过载时，转速略低于额定转速。
对于三相异步电动机，额定功率P为N
式中，cosφ为额定运行时的功率因数；η为额定运行时的效率。NN1.2 单相异步电动机1.2.1 单相异步电动机的基本结构
单相异步电动机一般由机壳、定子、转子、端盖、转轴、风扇等组成，有的单相异步电动机还具有启动元件。（1）定子
定子由定子铁芯和定子绕组组成。单相异步电动机的定子结构有两种形式，大部分单相异步电动机采用与三相异步电动机相似的结构，定子铁芯如图1-3所示，也是用硅钢片叠压而成。但在定子铁芯槽内嵌放有两套绕组：一套是主绕组，又称工作绕组或运行绕组；另一套是副绕组，又称启动绕组或辅助绕组。两套绕组的轴线在空间上应相差一定的电角度。容量较小的单相异步电动机有的则制成凸极形状的铁芯，如图1-10所示。磁极的一部分被短路环罩住。凸极上放置主绕组，短路环为副绕组。图1-10 凸极式罩极单相异步电动机1—定子铁芯；2—主绕组；3—短路环；4—转子（2）转子
单相异步电动机的转子与笼型三相异步电动机的转子相同。（3）启动元件
单相异步电动机的启动元件串联在启动绕组（副绕组）中，启动元件的作用是在电动机启动完毕后，切断启动绕组的电源。常用的启动元件有以下几种。
①离心开关。离心开关位于电动机端盖的里面，它包括静止和旋转两部分。其旋转部分安装在电动机的转轴上，它的3个指形铜触片（称动触头）受弹簧的拉力紧压在静止部分上，如图1-11（a）所示。静止部分是由两个半圆形铜环（称静触头）组成，这两个半圆形铜环中间用绝缘材料隔开，它装在电动机的前端盖内，其结构如图1-11（b）所示。图1-11 离心开关
当电动机静止时，无论旋转部分在什么位置，总有一个铜触片与静止部分的两个半圆形铜环同时接触，使启动绕组接入电动机电路。电动机启动后，当转速达到额定转速的70％～80％时，离心力克服弹簧的拉力，使动触头与静触头脱离接触，使启动绕组断电。
②启动继电器。启动继电器是利用流过继电器线圈的电动机启动电流大小的变化，使继电器动作，将触头闭合或断开，从而达到接通或切断启动绕组电源的目的。1.2.2 单相异步电动机的工作原理
单相异步电动机的工作原理：在单相异步电动机的主绕组中通入单相正弦交流电后，将在电动机中产生一个脉振磁场，也就是说，磁场的位置固定（位于主绕组的轴线），而磁场的强弱却按正弦规律变化。
如果只接通单相异步电动机主绕组的电源，电动机不能转动。但如能加一外力预先推动转子朝任意方向旋转起来，则将主绕组接通电源后，电动机即可朝该方向旋转，即使去掉了外力，电动机仍能继续旋转，并能带动一定的机械负载。单相异步电动机为什么会有这样的特征呢？下面用双旋转磁场理论来解释。
双旋转磁场理论认为：脉振磁场可以认为是由两个旋转磁场合成的，这两个旋转磁场的幅值大小相等（等于脉振磁动势幅值的1/2），同步转速相同（当电源频率为f，电动机极对数为p时，旋转磁场的同步转速），但旋转方向相反。其中与转子旋转方向相同的磁场称为正向旋转磁场，与转子旋转方向相反的磁场称为反向旋转磁场（又称逆向旋转磁场）。
单相异步电动机的电磁转矩，可以认为是分别由这两个旋转磁场所产生的电磁转矩合成的结果。
电动机转子静止时，由于两个旋转磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，因此它们与转子的相对速度大小相等、方向相反，所以在转子绕组中感应产生的电动势和电流大小相等、方向相反，它们分别产生的正向电磁转矩与反向电磁转矩也大小相等、方向相反，相互抵消，于是合成转矩等于零。所以，单相异步电动机不能够自行启动。
如果借助外力，沿某一方向推动转子一下，单相异步电动机就会沿着这个方向转动起来，这是为什么呢？因为假如外力使转子顺着正向旋转磁场方向转动，将使转子与正向旋转磁场的相对速度减小，而与反向旋转磁场的相对速度加大。由于两个相对速度不等，因此两个电磁转矩也不相等，正向电磁转矩大于反向电磁转矩，合成转矩不等于零，在这个合成转矩的作用下，转子就顺着初始推动的方向转动起来。
为了使单相异步电动机能够自行启动，一般是在启动时，先使定子产生一个旋转磁场，或使它能增强正向旋转磁场，削弱反向磁场，由此产生启动转矩。为此，人们采取了几种不同的措施，如在单相异步电动机中设置启动绕组（副绕组）。主、副绕组在空间一般相差90°电角度。当设法使主、副绕组中流过不同相位的电流（即分相）时，可以产生两相旋转磁场，从而达到单相异步电动机启动的目的。当主、副绕组在空间相差90°电角度，并且主、副绕组中的电流相位差也为90°时，可以产生圆形旋转磁场，单相异步电动机的启动性能和运行性能最好。否则，将产生椭圆形旋转磁场，电动机的启动性能和运行性能较差。1.2.3 改变单相异步电动机转向的方法（1）改变分相式单相异步电动机转向的方法
分相式单相异步电动机旋转磁场的旋转方向与主、副绕组中电流的相位有关，由具有超前电流的绕组的轴线转向具有滞后电流的绕组的轴线。如果需要改变分相式单相异步电动机的转向，可把主、副绕组中任意一套绕组的首尾端对调一下，接到电源上即可。（2）改变罩极式单相异步电动机转向的方法
罩极式单相异步电动机（见图1-10）旋转磁场的旋转方向是从磁通领先相绕组的轴线（Ф的轴线）转向磁通落后相绕组的轴线（ФUV的轴线），这也就是电动机转子的旋转方向。在罩极式单相异步电动机中，磁通Ф永远领先磁通Ф，因此，电动机转子的转向总是从磁UV极的未罩部分转向被罩部分，即使改变电源的接线，也不能改变电动机的转向。如果需要改变罩极式单相异步电动机的转向，则需要把电动机拆开，将电动机的定子或转子反向安装，才可以改变其旋转方向，如图1-12所示。图1-12 将定子调头装配来改变罩极式电动机的转向1.2.4 单相异步电动机的分类与特点
单相异步电动机最常用的分类方法，是按启动方法进行分类的。不同类型的单相异步电动机，产生旋转磁场的方法也不同，常见的有以下几种：①单相电容分相启动异步电动机；②单相电阻分相启动异步电动机；③单相电容运转异步电动机；④单相电容启动与运转异步电动机；⑤单相罩极式异步电动机。
常用单相异步电动机的特点和典型应用见表1-4。表1-4 常用单相异步电动机的特点和典型应用注：1.单相电容启动与运转异步电动机，又称单相双值电容异步电动机。2.基本系列代号中括号内是老系列代号。
表1-4中的前4种电动机都具有两个空间位置上相差90°电角度的绕组，并且用电容或电阻使两个绕组中的电流之间产生相位差，从而产生旋转磁场，所以统称为分相式单相异步电动机。1.2.5 单相异步电动机的型号
单相异步电动机的型号由系列代号、设计序号、机座代号、特征代号及特殊环境代号组成，其含义如下：
单相异步电动机的型号示例：
YU6324——单相电阻启动异步电动机，轴中心高为63mm、2号铁芯长、4极。
YC90L6——单相电容启动异步电动机，轴中心高为90mm、长铁芯、6极。
BO5612——单相电阻启动异步电动机，轴中心高为56mm，1号铁芯长，2极。
DO-5014——单相电容运转异步电动机，第二次系列设计、轴2中心高为50mm、1号铁芯长、4极。1.3 电动机的绝缘等级
绝缘等级是指电动机绕组所采用的绝缘材料的耐热等级，它表明电动机所允许的最高工作温度。电机中常用的绝缘材料，按其耐热能力可分为A、E、B、F、H五种等级。每一绝缘等级的绝缘材料都有相应的极限允许工作温度（电机绕组最热点的温度），见表1-5。电机运行时，绕组最热点的温度不得超过表1-6中的规定。否则，会引起绝缘材料过快老化（表征绝缘老化的现象，除电气绝缘性能降低外，绝缘材料变脆、机械强度降低，在振动、冲击和湿热条件下出现裂纹、起皱、断裂、寿命大大降低），缩短电机寿命；如果温度超过允许值很多，绝缘就会损坏，导致电动机烧毁。表1-5 绝缘材料的耐热等级及极限工作温度
电机某部件的温度与周围介质温度（周围环境温度）之差，就称为该部件的温升。电机在额定状态下长期运行而其温度达到稳定时，电机各部件温升的允许极限值称为温升限度（又称温升限值）。国家标准对电机的绕组、铁芯、冷却介质、轴承、润滑油等部分的温升都规定了不同的限值。表1-6给出了适用于中小型电机绕组温升的限值。表1-6 中小型电机绕组的温升限值
由表中数值可见，绕组的温升限值除了与各种绝缘等级的许用温度（即极限工作温度）有关外，还与环境温度、热点温差有关，表中各温度值与温升限值之间存在如下关系：
温升限值=许用温度-环境温度-热点温差
国家标准中规定+40℃作为环境温度。所谓热点温差是指当电机为额定负载时，绕组最热点的稳定温度与绕组平均温度（即测得的温度）之差。测量电机绕组温度的基本方法有三种，即电阻法、温度计法和埋置检温计法。测量温度的方法不同，会造成测得的温度与被测部件中最热点温度之间的差别（即热点温差）也不同，而被测部件中最热点的温度才是判断电机能否长期安全运行的关键。1.4 电动机的工作制
工作制（或定额）是指电动机在额定值条件下运行时，允许连续运行的时间，即电动机的工作方式。
工作制是对电机各种负载，包括空载、停机和断电，及其持续时间和先后次序情况的说明。根据电动机的运行情况，分为多种工作制。连续工作制、短时工作制和断续周期工作制是基本的三种工作制，是用户选择电动机的重要指标之一。
①连续工作制。其代号为S1，是指该电动机在铭牌规定的额定值下，能够长时间连续运行。适用于风机、水泵、机床的主轴、纺织机、造纸机等很多连续工作方式的生产机械。
②短时工作制。其代号为S2，是指该电动机在铭牌规定的额定值下，能在限定的时间内短时运行。我国规定的短时工作的标准时间有15min、30min、60min、90min四种。适用于水闸闸门启闭机等短时工作方式的设备。
③断续周期工作制。其代号为S3，是指该电动机在铭牌规定的额定值下，只能断续周期性地运行。按国家标准规定每个工作与停歇的周期t=t+t≤10min。每个周期内工作时间占的百分数称为负载持zgo续率（又称暂载率），用FS％表示，计算公式为式中 t——工作时间；g
t——停歇时间。o
我国规定的标准负载持续率有15％、25％、40％、60％四种。
断续周期工作制的电动机频繁启动、制动，其过载能力强、转动惯量小、机械强度高，适用于起重机械、电梯、自动机床等具有周期性断续工作方式的生产机械。1.5 电动机的防护等级
电动机的外壳防护形式分两种：第一种，防止固体异物进入电机内部及防止人体触及电机内的带电或运动部分的防护；第二种，防止水进入电机内部程度的防护。
电机外壳防护等级的标志由字母IP和两个数字表示。IP后面的第一个数字代表第一种防护形式（防尘）的等级，见表1-7；第二个数字代表第二种防护形式（防水）的等级，见表1-8。数字越大，防护能力越强。表1-7 电机的外壳按防止固体异物进入内部及防止人体触及内部的带电或运动部分划分的防护等级表1-8 电机外壳按防止水进入内部程度划分的防护等级
Y系列电机的外壳防护形式有IP23、IP44和IP54等几种。不同外壳防护形式的异步电动机的外形如图1-13所示。
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