电机及拖动系统状态监测与故障诊断技术(一)

　　　　一、电机的结构、运行及其故障形式
　　　　在任何工业电气设备中，电动机是一项极其关键的设备，电动机能否正常运行从根本上决定了工业电气设备工作是否正常。
　　　　图９．３．１为电机的基本结构图．
　　　　电机的转子通常具有较大的转动惯量。它由两个轴承支撑。这两个轴承或是分别安装在两个单独的轴承座上，或是安装在电机的端盖上。

　　　　滚动轴承一般用于小型电机，这种电机轴的圆周速度一般较低，而滚动轴承则用于大型电机。垂直安装的电机则通常要在机壳的下端安装推力轴承。
　　　　通常转子本体都要开槽，以便放置转子绕组。发电机转子绕组由冷拉铜棒绕制而成，并以浸渍环氧树脂或甲醛树脂的布为其绝缘．鼠笼异步电动机的转子绕组有两种型式，一种为带有很薄的绝缘铜棒嵌入叠片转子槽中形成鼠笼转子，另一种则是由铝绕铸而成。绕线式异步电动机的转子绕组与直流电机或一般交流电机定子绕组十分相似。
　　　　所有交流电机的定子均采用带有薄绝缘的硅铜片叠制而成，电工钢的强度还是不错的，其中加入硅元素虽然磁性级得到改善，但强度的结构钢要差，而且质量也比较脆。另外，由于定转子要传递负荷力矩，定转子叠片就必须具有好的振动。为此，定子硅钢片要用铸钢的或焊接的压圈把它压紧，而后用键固定在机壳内。大型电机的铁芯通常在用夹板夹紧之前，大型螺栓来紧固压圈。在小型电机上，则常常使用连锁键，甚至用焊接的方法来固定压板。在直流电机中，叠片式的定转子磁极则用螺栓固定在一个钢的磁扼麻圈上。这个座圈的固有强度要比叠片式铁芯大得多。
　　　　所有交流电机的定子绕组都是由硬拉铜股线组成，它们既可以是串联的，也可以是并联的，每一根股线都要绕上层纸或玻璃丝带。组装好的线棒要再绕以同样的绝缘材料，然后进行浸渍。定子绕组的槽部线棒与绝缘材料一起加压、加热，形成一个整体，或在压力和真空下采用浸渍的方法成型。定子的端部绕组的绝缘则稍有不同，这里的绝缘没有经过成型，所含的浸渍树脂也较少，因此较有韧性，这样才使端部绕组能承受较强的电磁力。定子结构的一个很重要的问题是这些端部绕组的支撑方式。端部绕组通常靠在后面强度很高的托架上，并用尼龙或涤纶绑带加以紧固。这些托架一般由浸渍层压板或磁性钢制成。在特大型发电机上，则常用带绝缘螺栓的玻璃纤维高强塑料的支撑环。支撑环的结构则取决于发电机的额定功率、定子绕组的端部的长度及电机的极对数等。
　　　　磁扼（或定子铁芯）装配到在机壳内的机架上，在小型电机及标准电机的设计中，定子铁芯直接固定在简单设计的电机架上。但在大型发电机上，定子铁芯有其内部机架。这一机架是与外部机架相分离的。这样做的优点是便于将定子铁芯抽出机壳外进行修理。　　　　定子绕组的引出线是由铜母线和电缆组成的，通过机壳的穿芯套管引到接线盒上。为防止环境的不良影响，母线排需要经过绝缘处理，即母线上绕铸环氧树脂形成穿芯套管。但是，老式电机使用的穿心套管是由绝缘纸带叠绕而成的。电机的引出线的支撑必须非常牢固，因为，只有这样它们才能经得起由故障电流引起的强大的电磁力的冲击。在电机端盖内，汇流排或电缆做成的引出线的布置必须得当，并且还应该根据电机的工作环境做专门的设计。比如，工作于易燃环境中的电动机就需专门设计机壳，采取各种特殊的密封措施。这样做的目的在于确保上述机壳内出现闪络现象时也不致点燃接线盒外的易燃气体。
　　　　许多电机都装有电刷装置，以便通过集电环或换向器与转子绕组相连接。集电环是钢或铜制的，换向器则是铜制的。换向器是一种精心设计的部件，换向器中铜的换向片彼此用云母片隔开，换向片与转子绕组相连，整个换向器要能承受作用于其上的离心力。集电环通常采用热套的方法装到一个绝缘筒之上，绝缘套筒要安装在转子轴上的一个凸起的部位。转子绕组集电环的引线必须作绝缘处理，并安装固定，以便能承受离心力的作用。电刷装在黄铜制的刷握内，每个电刷都用弹簧加压，使之与集电环或换向器圆周有良好的接触。 　　　　电机的冷却系统的热交换器安装在机壳的上面，有时也可能是机壳的一个组成部分。