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交流电机 图片来自阿里巴巴

交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器（见直流电机的换向），因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。20世纪80年代初，最大的汽轮发电机已达150万千瓦。

发明者

交流电机是由美籍塞尔维亚裔科学家尼古拉·特斯拉发明的。

分类

根据统计，交流电机的分类可以按以下两种方式：

按功能

交流电机按其功能通常分为交流发电机、交流电动机和同步调相机几大类。由于电机工作状态的可逆性，同一台电机既可作发电机又可作电动机。

把电机分为发电机与电动机并不很确切，只是有些电机主要作发电机运行，有些电机主要作电动机运行。

按品种

交流电机按品种分有同步电机、异步电机两大类。同步电机转子的转速ns与旋转磁场的转速相同，称为同步转速。ns与所接交流电的频率（f）、电机的磁极对数（P）之间有严格的关系。

ns=60f/P

在中国，电源频率为50赫，所以三相交流电机中一对极电机的同步转速为3000转/分，三相交流电机中两对极电机的同步转速为1500转/分，余类推。异步电机转子的转速总是低于或高于其旋转磁场的转速，异步之名由此而来。异步电机转子转速与旋转磁场转速之差（称为转差）通常在10%以内。

主轴介绍

交流电机是一个非常广义分类，电机本身的种类就是非常大的，交流电机本身也可以分低速跟高速，低速的可以叫低速电机、交流低速电机，高速的可以叫高速电机，高速电动机，交流高速电机，而高速电机又可以被称为电主轴，高速电主轴等等。

电主轴：

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。

电主轴所融合的技术：

高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限；

高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；

润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。

内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。

自动换刀装置：为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。

高频变频装置：要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。

电源变频

一、交流电机电源

交流电机一般采用三相制，因为三相交流电机与单相电机相比，无论在性能指标，原材料利用和价格等方面均有明显的优越性。同样功率的三相电机比单相电机体积小，重量轻，价格低。三相电动机有自起动能力。单相电机没有起动转矩，为解决起动问题，需采取一些特殊的措施。单相电机的转矩是脉动的，噪声也比较大，但所需的电源比较简单，特别是在家庭中使用十分方便。因此小型家用电机和仪用电机多采用单相电机。

二、交流电机变频调速

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电机的电力传动元件。

交流电动机调速变频器的特点：

■低频转矩输出180% ，低频运行特性良好

■输出频率最大600Hz，可控制高速电机

■全方位的侦测保护功能（过压、欠压、过载）瞬间停电再起动

■加速、减速、动转中失速防止等保护功能

■电机动态参数自动识别功能，保证系统的稳定性和精确性

■高速停机时响应快

■丰富灵活的输入、输出接口和控制方式，通用性强

电机原理

用单相电容式电机说明：单相电机有两个绕组，即起动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差90度。在起动绕组上串联了一个容量较大的电容器，当运行绕组和起动绕组通过单相交流电时，由于电容器作用使起动绕组中的电流在时间上比运行绕组的电流超前90度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，电机转子中产生感应电流，电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。

故障解析

单相接地故障定义：

三相电力系统中，仅在一相导线与地之间出现的绝缘破坏。

广义来说，单相接地故障包括单相接地短路，单相接地短路是单相接地故障中的一种特殊现象，只有变压器中性点接地系统才会有。

狭义来说，单相接地故障和单相接地短路是两个概念。一个是故障，一个是事故。

电力系统的故障和事故是用狭义区分的。

单相接地短路是指火线（任何一相电）没有经过负载直接和地线接通，在380/220供电系统或其它接地系统中，由于变压器的中性线是接地的，而且接地电阻很小，火线（任何一相电）没有经过负载直接和地线接通，瞬间将产生很大的电流，烧断电线、配电设备或跳闸等，所以单相接地短路是严重的事故，是电力系统尽量要避免的。

在电力系统中，有很多地方是用不接地系统供电，比如在粉尘严重，易燃易爆等特殊场地，我们国家所有6—10千伏，35千伏供电系统等，采用的都是中性点不接地或经大电阻接地的供电系统，这样的系统单相接地后，由于没有回路或没有产生大电流的回路，没有接地电流或没有大的接地电流，所以不影响系统的正常运行。虽然不影响系统的正常运行，但单相接地是一种故障，为了防备接地扩展为两相接地或使接地设备进一步损坏等，规程规定发生了单相接地故障后，要在2小时内查明原因，作出处理，2小时内查不出原因或无法处理的，要停电处理后才能供电。

单相接地故障查找方法大全

对于小电流接地系统，如何快速查找单相接地故障，我给大家介绍一些简单可行的方法。

1、人工查找方法

如果变电站内没有安装接地选线装置，线路上也没有安装接地故障指示器或者短路接地二合一故障指示器，也没有很好的接地故障探测仪，那就只好采用人工查找的笨办法了。查找步骤如下：

⑴通过人工（或调度，以下同）依次拉闸，可知道变电站哪条出线接地，通过调度知道哪相接地。

⑵接下来有两种方法来查找故障点：一是将线路逐级分段，或者将经常有故障的线路拉开，用2.5kV摇表测接地相对地绝缘，绝缘电阻小的那段为故障段，以此缩小查找范围（当然，在变电站出线侧一定要做好挂接地线等安全保护措施）；二是将线路尽可能分段，然后逐级试合送电，与调度互动配合，有零序电压报警时该段为故障区段。

人工查找方法操作很麻烦，如果线路长、分支多、开关分段又少，那就不好操作了，再加上天色和天气不佳，那就更不好处理了。建议还是采用一些设备投资少的科技手段来配合人工查找，可取得事半功倍的效果，既提供了供电可靠性和社会效益，也创造了经济效益。

2、利用接地选线装置和故障指示器来查找

变电站一般都安装了接地选线装置，虽然有时不准，但可以为人工拉闸提供技术参考。然后在线路上安装一些接地故障指示器（或者短路接地二合一故障指示器），以此指示接地故障途径。比较可靠的接地故障检测方法是采用信号源法，比较灵敏的的接地故障检测方法是采用首半波法或者直流暂态分析法。建议采用两种接地故障指示器相结合的方法来查找接地故障比较好，以信号源法为主，以首半波法或者直流暂态分析法为辅。

3、利用馈线自动化方法来查找

如果用户有钱，则推荐使用馈线自动化方法来查找接地故障。该方法利用智能开关（电动负荷开关、分段器、断路器、重合器+FTU）的逻辑功能来代替传统的人工查找方法，并可以自动实现故障隔离、恢复和转移供电。假设一条双电源手拉手线路分成6段，即有5台智能开关（双侧配三相五柱式信号PT或者电容式PT），中间那台做联络，并以接地故障点在第一台与第二台智能开关之间为例，具体实现步骤如下：

⑴变电站将接地出线拉闸停电，线路上各分段智能开关自动分闸。

⑵变电站合闸送电，电站零序电压不报警，该区段恢复送电成功；第一台智能开关FTU检测到线电压，但没有检测到零序电压，则延时一段时间以后自动合闸，因合到接地故障上而检测到零序电压，则立即分闸并“闭锁”；第二台智能开关也检测到零序电压，开关不动并“闭锁”，取消“得电延时自动合闸”功能。

⑶中间联络开关检测到单侧失电，延时一段时间以后自动合闸，因故障点不在该区段，没有检测到零序电压，该区段转移供电成功。

⑷联络开关送电后，第二台智能开关检测到线电压，没有检测到零序电压，但是有“闭锁”在前，故取消“得电延时自动合闸”功能，开关保持在分位。

⑸至此，接地故障点区段已被隔开，其它非故障区段都已经恢复或者转移供电。

4、改变中性点接地方式来查找

配电系统采用中性点不接地或者经过消弧线圈接地方式，有利也有弊。针对故障查找困难的“弊端”和由此带来的一些人身财产安全问题，用户自己也在做进一步的思考，思考出来的方案主要有两种：

⑴将中性点改为经小电阻接地。改造以后，利用出口断路器的零序两段保护功能和短路故障指示器，基本上可以解决掉70%左右的接地故障查找问题，但还有30%左右的中阻和高阻接地故障不好查找，可能还存在与线路熔断器的保护配合问题。针对这种系统，比较好的解决方法是利用数字化的故障指示器，将线路零序电流（电缆）、线路总电流（架空）、对地绝缘电压（架空）等指示器的测量数据通过无线通讯网络发送到调度系统，经综合分析变电站实时和历史信息，可判断接地点位置。

⑵中性点改为小电阻+断路器或者中电阻+高压接触器的模式。断路器或高压接触器平时处于分位，只有当检测到系统零序电压抬高以后才延时合闸，短时变为小电阻或者中电阻接地，然后通过以小电阻接地方式下的检测方法来查找故障。另外，由于中性点电阻的通断可以灵活控制，则可以在消弧线圈动作以后，再以一定的合分时序来控制电阻的通断，以便让保护装置动作或者让接地故障指示器识别该信号并指示出接地电流途径。

维护保养

一、启动前的准备和检查 1、检查电动及启动设备接地是否可靠和完整，接线是否正确与良好。　　

2、检查电动机铭牌所示电压、频率与电源电压、频率是否相符。　　

3、新安装或长期停用的电动机启动前应检查绕组相对相、相对地绝缘电阻。绝缘地那组应大于0.5兆欧，如果低于此值，须将绕组烘干。　　

4、对绕线型转子应检查其集电环上的电刷装置是否能正常工作，电刷压力是否符合要求。　　

5、检查电动机转动是否灵活，滑动轴承内的油是否达到规定油位。　　

6、检查电动机所用熔断器的额定电流是否符合要求。　　

7、检查电动机各紧固螺栓及安装螺栓是否拧紧。　　

上述各检查全部达到要求后，可启动电动机。电动机启动后，空载运行30分钟左右，注意观察电动机是否有异常现象，如发现噪声、震动、发热等不正常情况，应采取措施，待情况消除后，才能投入运行。　　

启动绕线型电动机时，应将启动变阻器接入转子电路中。对有电刷提升机构的电动机，应放下电刷，并断开短路装置，合上定子电路开关，扳动变阻器。当电动机接近额定转速时，提起电刷，合上短路装置，电动机启动完毕。

二、行中的维护

1、电动机应经常保持清洁，不允许有杂物进入电动机内部；进风口和出风口必须保持畅通。　　

2、用仪表监视电源电压、频率及电动机的负载电流。电源电压、频率要符合电动机铭牌数据，电动机负载电流不得超过铭牌上的规定值，否则要查明原因，采取措施，不良情况消除后方能继续运行。　　

3、采取必要手段检测电动机各部位温升。　　

4、对于绕相型转子电机，应经常注意电刷与集电环间的接触压力、磨损及火花情况。电动机停转时，应断开定子电路内的开关，然后将电刷提升机构扳到启动位置，断开短路装置。　　

5、电动机运行后定期维修，一般分小修、大修两种。小修属一般检修，对电动机启动设备及整体不作大的拆卸，约一季度一次，大修要将所有传动装置及电动机的所有零部件都拆卸下来，并将拆卸的零部件作全面的检查及清洗，一般一年一次。

常见问题

1.电机为什么会产生轴电流？　　

电机的轴---轴承座---底座回路中的电流称为轴电流。　　

轴电流产生的原因：

（1） 磁场不对称；　　

（2） 供电电流中有谐波；　　

（3） 制造、安装不好，由于转子偏心造成气隙不匀；　　

（4） 可拆式定子铁心两个半圆间有缝隙；　　

（5） 有扇形叠成的定子铁心的拼片数目选择不合适。　　

危害：

使电机轴承表面或滚珠受到侵蚀，形程点状微孔，使轴承运转性能恶化，摩擦损耗和发热增加，最终造成 轴承烧毁。　　

预防：

（1） 消除脉动磁通和电源谐波（如在变频器输出侧加装交流电抗器）；　　

（2） 电机设计时，将滑动轴承的轴承座和底座绝缘，滚动轴承的外圈和端盖绝缘。　　

2、为什么一般电机不能用于高原地区？　　

海拔高度对电机温升，电机电晕（高压电机）及直流电机的换向均有不利影响。应注意以下三方面：

（1） 海拔高，电机温升越大，输出功率越小。但当气温随海拔的升高而降低足以补偿海拔对温升的影响时，电机的额定输出功率可以不变；　　

（2） 高压电机在高原使用时要采取防电晕措施；　　

（3） 海拔高度对直流电机换向不利，要注意碳刷材料的选用。　　

3、电机为什么不宜轻载运行？

电机轻载运行时，会造成：

（1） 电机功率因数低；　　

（2） 电机效率低。　　

会造成设备浪费，运行不经济。　　

（1）负载过大；　　

（2）缺相；　　

（3）风道堵塞；　　

（4）低速运行时间过长；　　

（5）电源谐波过大。　　

5、为什么不能任意起动寒冷环境中的电机？

电机在低温环境中过长，会：

（1） 电机绝缘开裂；　　

（2） 轴承润滑脂冻结；　　

（3） 导线接头焊锡粉化。　　

因此，电机在寒冷环境中应加热保存，在运转前应对绕组和轴承进行检查。

6、电机三相电流不平衡的原因有哪些？

（1）三相电压不平衡；　　

（2）电机内部某相支路焊接不良或接触不好；　　

（3）电机绕组匝间短路或对地、相间短路；　　

（4）接线错误。　　

7.为什么60Hz的电机不能用接于50Hz的电源？　　

电机设计时一般使硅钢片工作在磁化曲线的饱合区，当电源电压一定时，降低频率会使磁通增加，励磁电流增加，导致电机电流增加，铜耗增加，最终导致电机温升增高，严重时还可能因线圈过热而烧毁电机。　　

8.电机缺相的原因有哪些？

电源方面：

（1） 开关接触不良；　　

（2） 变压器或线路断线；　　

（3） 保险熔断。　　

电机方面：

（1） 电机接线盒螺丝松动接触不良；　　

（2） 内部接线焊接不良；　　

（3） 电机绕组断线。　　

9.造成电机异常振动和声音的原因有哪些？

机械方面：

（1）轴承润滑不良，轴承磨损；　　

（2）轴承室过大。　　

（3）紧固螺钉松动；　　

（4） 电机内有杂物。　　

电磁方面：

（1） 电机过载运行；　　

（2） 三相电流不平衡；　　

（3） 缺相；　　

（4） 定子，转子绕组发生短路故障；　　

（5） 笼型转子焊接部分开焊造成断条。　　

10.电机轴承过热的原因有哪些？

电机本身：

（1） 轴承内外圈配合过紧；　　

（2） 零部件形位公差有问题，如机座、端盖、轴等零件同轴度不好；　　

（3） 轴承选用不当；　　

（4） 轴承润滑不良或轴承清洗不净，润滑脂内有杂物；　　

（5） 轴电流。

使用方面：

（1） 机组安装不当，如电机轴和所拖动的装置的轴同轴度不合要求；　　

（2） 皮带轮拉动过紧；　　

（3） 轴承维护不好，润滑脂不足或超过使用期，发干变质。

11.电机绝缘电阻低的原因有哪些？

（1）绕组受潮或有水侵入；　　

（2）绕组上积聚灰尘或油污；　　

（3）绝缘老化；　　

（4）电机引线或接线板绝缘破坏。