电机的选择

电机无处不在，从一般工具到最先进的计算机。事实上，这项技术的存在已经有一百多年的历史了，迄今仍有很多最早的电机类型在广泛应用。电机可以提供动力。无论是旋转电机还是直线电机，它们都能帮助我们移动人和机器。它们已影响到我们各方面的日常生活。电动机进行机械能与电能互换的旋转机械称为电机：将机械能转换为电能的电机称为发电机，将电能转换为机械能的电机称为电动机。电动机分为交流电动机和直流电动机。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。异步电动机有单相和三相两种。单相电动机一般为小容量电机。三相异步电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、易于控制及使用维护方便等。二.电机与能源1.发电机把其他形式的能量转变成电能。绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。二.电机与能源2.电动机把电能转变成机械能。电机分为二大类一类为发电机，无论是水力、风力、火力、核能发电都必须有个发电机。另一类称电动机，电动机的品种更繁杂，大小结构差异极大，大的几兆瓦，汽车也可以开进去，小的比一粒米还小。转速高的磁悬浮电机每分钟可达几十万转，转速慢的几年转一圈，甚至更慢。电机在各个领域都不可缺少，工农业生产、国防科研、航天航海、交通运输等等，电机无处不在。电机分旋转电机和静止电机，旋转电机有同步电机和异步电机，同步电机有发电机和电动机，异步电机主要是电动机，静止电机是变压器。感应电机、交流电机、直流电机、永磁同步电机、直流无刷电机、有刷电机、单相交流电机、三相交流电机、交流异步电机、交流同步电机、伺服电机、电容电机、磁阻电机、防爆电机、微特电机、防爆异步电机、防爆同步电机、防爆直流电机、连体电机、减速电机、永磁式直流电机、电磁式直流电机、直流力矩电机、永磁式直线直流电机、动圈式直线电机、摆动式直线电机、无刷直流电机、有槽电枢无刷直流电机、无槽电枢无刷直流电机、绕线盘式电枢无刷直流电机、片状电枢无刷直流电机、无刷直流力矩电机、交直流两用电机、电机扩大机、变流机、异步电动机、三相异步电动机、单相异步电动机、交流伺服电动机、鼠笼转子伺服电动机、非磁性空心杯转子伺服电动机、交流力矩电动机、同步电动机、永磁式同步电动机、磁滞式同步电动机、磁阻式同步电动机、电磁减速式同步电动机、交流直线电机、同步式直线电动机、异步式直线电动机、交流发电机、同步发电机、异步发电机、步进电机、磁阻式步进电机、分步式步进电机、多段式步进电机、永磁式步进电机、隐极式步进电机、单相永磁步进电机、混合式步进电机、直线与平面步进电机、磁阻式直线与平面步进电机、混合式直线与平面步进电机、螺旋式步进电机四、传感电机......3.1三相异步电动机的工作原理及结构3.1.1结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图4.1所示。图3.1封闭式三相笼型异步电动机结构图1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇V’VW’U’UW三相异步机的结构定子转子•电动机是将电能转换成机械能的旋转机械，主要由定子和转子构成。三相异步电动机按其结构可以分为鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机两种类型。•三相异步电动机的工作原理是定子绕组通入三相电源之后，在电机定子中产生旋转磁场，转子绕组切割旋转磁场的磁力线，并在闭合的转子回路中产生感应电流，产生感应电流的转子在旋转磁场中受到作用力，产生电磁转矩，带动转子旋转。转子的转向取决于旋转磁场的方向，旋转磁场的方向受制于电源的相序。电动机有三个重要的转矩：额定转矩最大转矩起动转矩220222120212229550XRURCTXUCTnPTstmNNN•异步电动机的额定电压和额定电流是指定子上的线电压和线电流，额定功率是指轴上输出的功率。•异步电动机有直接起动和降压起动两种起动方法。直接起动时，起动电流太大，所以对于大容量的异步电动机应该采用降压起动。起动要求：起动电流•Ist≤（4～7）IN；起动转矩Tst≥(1.1～1.2)TL。一般鼠笼式异步电动机多采用Y-△、自耦变压器起动；绕线式异步电动机多采用转子串电阻起动。•异步电动机的额定电压和额定电流是指定子上的线电压和线电流，额定功率是指轴上输出的功率。•异步电动机有直接起动和降压起动两种起动方法。直接起动时，起动电流太大，所以对于大容量的异步电动机应该采用降压起动。起动要求：起动电流•Ist≤（4～7）IN；起动转矩Tst≥(1.1～1.2)TL。一般鼠笼式异步电动机多采用Y-△、自耦变压器起动；绕线式异步电动机多采用转子串电阻起动。•异步电动机的调速方法有变频调速、变转差率调速和变极调速，前两种可以实现无极调速，后一种只能实现有极调速。目前采用变频器进行调速已成为主流。•电动机应尽量选择鼠笼式异步电动机，转速越高越经济，转速越低则转矩越大。一般选用1500r/min的电动机。电动机的功率是一个非常重要的参数，应该在合理地计算后选择。•单相异步电动机一般作为家用电器和医疗器械的原动机，其结构与三相电机类似，只是把三相定子绕组换成了单相。单相异步电动机接通电源后产生脉动磁场，不能产生旋转磁场，需要外加一定的元器件进行起动。一般采用电容起动法和凸极式罩极法，电容起动式可以改变电机的转向，凸极式不能改变电机的方向。（a）定子铁心（b）定子冲片图3.2定子铁心及冲片示意图（a）铜排转子（b）铸铝转子图3.5笼形转子绕组转子定子直流电动机交流电动机构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小三相异步电动机图7-1三相异步电动机结构示意图(a)外形图；(b)内部结构图轴承盖接线盒端盖机座定子铁心定子绕组转轴转子风扇罩壳轴承(a)(b)•每台异步电动机的外壳上都有一块铭牌，上面标示着这台电动机的主要技术数据，使使用者正确选用和维护电机。下表为某一台异步电动机的铭牌数据。三相异步电动机型号Y100L1—4接法△/Y功率2.2kW工作方式S1电压220/380V绝缘等级B电流8.6/5A温升70℃转速1430r/min重量34kg频率50Hz编号××电机厂出厂日期在三相电动机的外壳上，钉有一块牌子，叫铭牌。铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕组）三相电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下。1．型号国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列，是按国际电工委员会IEC标准设计生产的三相异步电动机，它是以电机中心高度为依据编制型号谱的，如Y-200L2-6异步电动机中心高极数62号铁心长机座(短为S、中为M)中、小型三相异步电动机的机座号与定子铁心外径及中心高度的关系见表3.1和表3.2。表3.1小型异步三相电动机表3.2中型异步三相电动机机座号1112131415定子铁心外径（mm）560650740850990中心高度（mm）375450500560620机座号123456789定子铁心外径（mm）120145167210245280327368423中心高度（mm）90100112132160180225250280电动机的绝缘等级绝缘等级AEBFHC最高允许温度105°120°130°155°180°＞180°绝缘等级是由电动机所用的绝缘材料决定的。按耐热程度不同，将电动机的绝缘等级分为A、E、B、F、H、C等几个等级，它们允许的最高温度如下表所示。表7-4异步电动机Y160M—4的技术数据电动机型号额定功率／kW满载起动电流起动转矩最大转矩Y160M一4l电流／A转速／(r／min)效率／％功率因数额定电流额定转矩额定转矩22．5146088．50．847．02．22．2•在选用电机时，除了要看电机上的铭牌数据外，还要了解电机的其他技术数据，通常可在产品资料中查到，表7-4给出一例。7.7三相异步电动机的选择•7.7.1种类选择•选择电动机的种类应首先使电动机满足生产设备的需求，然后再考虑结构、价格、可靠性、维修等方面的问题。异步电动机有鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式的优点明显多于绕线式，所以一般多选用鼠笼式三相异步电动机。•鼠笼式异步电动机具有结构简单，价格便宜，维修方便等优点，采用传统的调速方法起动，但调速性能较差，可以用于没有特殊要求（调速要求不严）的场合，比如各种泵、通风机、普通机床等设备上。但采用变频器提供的变频电源供电之后，鼠笼式异步电动机目前已达到良好的无级调速性能。•绕线式异步电动机的转子电路可以串电阻来改善其起动转矩和起动电流，但它的调速范围仍然不大，所以对一些要求起动转矩大且在一定范围内需要调速的生产机械，如起重机，可以采用绕线式电机，但绕线式电动机结构比鼠笼式复杂且价格较贵，维修比鼠笼式也复杂。•只有这两种电机不能满足生产机械的要求时，才选用其他种类的电动机。比如，对一些调速要求高的生产机械（数控机床、造纸机、电梯的开关门等），可以选用伺服电动机来拖动。•7.7.2转速选择•容量、电压相同的电机，转速不一定相同。由式（7-14）可知，额定功率相同时，转速越高，转矩越小，它的体积也越小，重量越轻，价格越便宜，经济指标也较高。转速越低的电机，转矩越大，价格越贵。所以选用电动机的转速时，应该考虑实际需要及财力情况。一般情况下，较多选用1500r/min的电动机。•7.7.3功率选择•选择电动机的功率应尽可能使得电动机得到充分利用，以降低设备成本。电动机的额定功率应根据负载情况合理选择。•负载情况包含两方面的内容：一是负载的大小；二是负载的工作方式，电动机有连续、短时、断续三种工作方式。•1.连续工作方式•在负载恒定，连续工作的情况下，电动机的额定功率应等于或稍大于负载功率，如泵、通风机等。若选用的电动机额定功率小于负载功率，则电动机会出现过载现象。长时间过载，电动机的绝缘材料会因发热而影响电动机的寿命，甚至烧毁电机。若选用电动机的额定功率过大，则电动机的输出功率得不到充分利用，输出效率降低。因此，电动机的功率应按下式来选择：21LNPP•2.短时工作方式•电动机按给定时间工作，工作时间短，停机时间长，如水坝的闸门、机床的刀库等。为了充分利用电动机的容量，允许电动机短时过载，所以电动机的功率可以小于负载功率，但必须考虑电动机的过载能力。我国规定短时工作制的标准时间有10min、30min、60min、90min四种。有专门的短时工作制的电机，其额定功率和标准时间相对应。这种工作方式下的额定功率可用下式计算21LNPP3.断续工作方式断续工作方式是指电动机重复短时工作，工作时间与停歇时间交替出现。我国规定的标准断续工作周期T为10min，其中包括工作时间t1和停歇时间t2。把工作时间与工作周期的比值称为持续率，即：%1001Tt•标准持续率有15%、25%、40%和60%，如不特殊说明，则为25%。选择这类电动机的额定功率时，应该考虑电动机的负载持续率。专用于断续工作方式的异步电动机有YZ和YZR两个系列。