电机基础知识培训(主讲第四项：电机选型)

，部门：松冈机电开发部培训人：李淑亚日期：2013.03.07电话：[phone]E-mail:[e-mail]电机基础知识培训一、电机基本概述电机：也称电动机（俗称马达），是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。随着大功率电力电子元件、微电子技术、变流技术、计算机控制技术的发展，研究和开发了很多性能优良、高效率、满足不同要求的电动机控制系统。电机发展简史直流电机：1821年，法拉第（Faraday）发现电磁力定律1831年，法拉第（Faraday）发现电磁感应定律1833年，皮克西（Pixii）利用永磁铁和线圈间相对运动，加上一个换向装置，制成一台旋转磁极式直流发电机(现代直流发电机的雏形)1885年，电机的可逆原理，励磁，电枢绕组，铁芯，换向交流电机：1825年，阿拉戈（Arago）利用金属圆环的旋转，使悬挂在其中的磁针得到一定的偏转－－多相感应电动机的原始基础1885年，费拉里斯（Ferraris）制成第一台两相感应电动机交流电机控制：1971年，Blaschke和Hasse提出矢量变换控制电机的发展已有200年得历史，80年代以后，得益于永磁材料、电力电子和自动控制技术的发展，使永磁无刷电机和开关磁阻电机等新型电机得到较快发展。右手定则喝水不忘掘井人电机在工农业、医疗、航天、民生等领域扮演着重要的角色，是所有机械、家电等设备的动力源。电机设计涉及到电磁、材料、机械、电力电子等学科，是一门比较综合的专业。•解放前我国地电机工业极端落后，全国只有少数几个城市有电机制造厂。这些厂规模小，设备差，生产能力低下，产品规格混乱，材料多依赖进口。建国以后，我国电机制造工业得到快速发展。经过50多年的努力，在大型交直流电机方面，已研制成功2*5000KW的直流电动机，4700KW的直流发电机和42MW的同步电动机。在大型发电设备方面，已研制出300MW和600MW水氢氢冷汽轮发电机，300MW双水内冷和全氢冷汽轮发电机，650MW核电机组，还相继研制出125、250、300、400、550MW的水轮发电机。变压器的最大容量已做到400MVA，电压最高为500KV。（2001年）•在中、小型核微型电机方面，已开发和制成125个系列，900多个品种，几千个规格的各种电机。在特殊电机方面，由于新的永磁材料的出现，制成了许多高效节能、维护简单的永磁电机。由于电机和电力电子装置、微型计算机相结合，出现了各种性能和形态各异的“一体化电机”。我国电机工业发展概况电能的生产、传输和分配•电机：机械能与电能相互转换的一种器械•按能源转换方式分：•电动机：电能转换成机械能•发电机：把机械能转换电能•按电源分：•直流电机：电流大小恒定•交流电机：电流按一定频率(50Hz/60Hz)交变•按功率大小分：•大型电机：•中小型电机：•微电机：中心高小于90mm或1500r/min时的折算功率小于1.1KW.•按应用领域分：•驱动电机•控制电机电机发电机电动机二、电机的分类电动机交流电动机直流电动机多相电动机单相电动机笼型电动机绕线转子型电动机异步电动机同步电动机同步型电动机电阻启动电机电容启动电机罩极电机•电动机按电气类主要有以下几种类型：电容运转电机•电机可按用途、工作方式、工作原理、防护方式、功率等许多形式进行分类，针对小功率电动机，分类如下：我司电机主要是：1）、单相电容运转电机、2）、齿轮减速电容分相（单相异步起动）爪极式永磁同步电动机3）、蜗轮蜗杆减速永磁直流电动机•异步电机特点•1）单相交流异步电动机•优点：有结构简单,成本低廉,维修方便等特点•不足：与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机的体积较大、运行性能较差、功率因数及过载能力都较低、效率较低，一般只制成小型和微型系列的电机（微型，几瓦～750瓦；小型：550瓦～3700瓦）。•广泛地应用家用电器上，风扇、冰箱、油烟机、洗衣机、吸尘器、自动控制、医疗机械、小型鼓风机等。三、常见电机•2)三相交流异步电动机•优点：结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。（同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一）•不足：它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理。•广泛地应用在工业设备上，如机床、矿山机械、中央空调等常见电机•同步电机•优点：•①转速不随负载和电压而变化，只与频率相关。•②运行稳定性好，具有较强的过载能力。•③运行效率高，在低速时，同步电动机这一点尤为突出。•④能以超前功率因数运行，有利于改善电网功率因数。•缺点：•不连续启动•应用范围：•恒速运行大型机械的驱动，如球磨机、至压机、鼓风机、各类大泵、主要用于发电机，现代工农业生产所需电能几乎都是有同步发电机发出的）常见电机•直流电机•1）直流有刷电机•优点：1.优良的调速特性，调速范围宽广、调速平滑、方便。•2.过载能力大，能承受频繁冲击负载，而且能设计成与负载机械相适应的各种机械特性。•3.现快速起动、制动和逆向运转。•4.能适应生产过程自动化所需要的各种特殊运行要求。•缺点：有机械换向火花，有电刷的机械磨损•应用范围：•功率较大，用于轧钢机械、纺织机械；功率较小，用于汽车、小家电等•2）直流无刷电机•优点：启动电流小，响应快，力矩稳定，其电子换相方式灵活•，可以方波换相或正弦波换相，容易实现智能化；免维护方便，效率•很高、噪音小，长寿命，体积小。•不足：造价高•应用范围：电动车、航空航天、数控机床，机器人，计算机外围设备。常见电机•串激电动机•特点：•1）可交流、直流两用；•2）转速高，一般8000~35000转/分；•3）调速方便（调压调速），且转速与电源频率无关；•4）启动转矩大，4~6倍额定转矩；•5）机械特牲较软，过载能力强；•6）体积小，用料省；•7）不足：碳刷和换向器有磨损、换向火花、电磁干扰等•主要用途：•1）电动工具（电钻、角磨、电锯、砂光机、电刨）•2）园林工具（割草机、修枝剪、电链锯）•3）医疗器械（牙床机）•4）家用电器（吸尘器、电吹风、榨汁机、滚筒洗衣机）常见电机电动机选型原则电机的发热和冷却电动机运行条件电机防护等级电动机工作制电动机绝缘等级电动机额定电压电动机额定功率电动机额定转速电动机功率选择四、电机选型•选择电动机的原则是电动机性能满足生产机械要求的前提下，优先选用结构简单、价格便宜、工作可靠、维护方便的电动机。在这方面交流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机，笼型异步电动机优于绕线式异步电动机。•电动机的选择包括选择电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率，其中以额定功率的选择较为复杂。确定电动机的额定功率，要考虑三个方面，即电动机的发热、过载能力与起动能力，其中尤以发热问题最为重要。•电动机运行时的损耗，转变为热能，使电动机各部分温度升高。电动机允许温度主要决定于电动机所用绝缘材料的耐热等级。•根据耐热程度的不同，电动机常用绝缘材料分为五个等级。AEBFH105120℃130℃155℃180℃电动机的额定功率是指环境温度为标准值40℃时，电动机带额定负载长期连续工作，其稳定工作温度接近或等于绝缘材料允许的最高温度。研究电动机发热时，常用“温升”这一概念。所谓“温升”是电动机温度与周围环境温度之差，周围环境温度的标准值定为40℃。四、电机选型1、电动机选型原则•负载平稳，对起、制动无特殊要求的连续运行的生产机械，宜优先选用普通笼型异步电动机，普通的笼型异步电动机广泛用于机械、水泵、风机等。深槽式和双鼠笼是异步电动机用于大中功率，要求起动转距较大的生产机械、如空压机、皮带运输机等。•起动、制动比较频繁，要求有较大的起动、制动转矩的生产机械，如桥式起重机、矿井提升机、空气压缩机、不可逆轧钢机等，应采用绕线式异步电动机。•无调速要求，需要转速恒定或要求改善功率因数的场合，应采用同步电动机，例如中、大容量的水泵，空气压缩机等。•调速范围要求在1∶3以上，且需连续稳定平滑调速的生产机械，宜采用他励直流电动机或用变频调速的鼠笼式异步电动机，例如大型精密机床、龙门刨床、轧钢机、造纸机等。•要求起动转距大，机械特性软的生产机械，使用串励或复励直流电动机，例如电车、电机车、重型起重机等。电机技术要求序号名称指标要求备注1额定功率（W）:2额定电压（V）:3额定转速(rpm/min):4空载转速(rpm/min)5额定扭矩(N/m):6效率（%）:7噪音(dB):8转向（轴伸端）:9电机振动（mm/s）：10工作方式：(min)11工作环境：（温度、湿度%等）12绝缘等级：13防护等级（IP）：14电机寿命(H):15轴伸长度:(mm)16轴伸直径（mm）17轴向窜动量（mm）18轴径向跳动（mm）电机选型•（1）、电动机的发热•电动机运行过程中，各种能量损耗最终变成热能，使得电动机的各个部分温度上升，因而会超过周围环境温度。温度升高的热过渡过程，称之为电动机的发热过程，电动机温度高出环境温度的值称为温升。一旦有了温升，电动机就要向周围散热。当电动机单位时间发出的热量等于散出的热量时，温度不再增加，而保持一个稳定不变的温升，称为动态热平衡。•（2）、电动机的冷却•负载运行的电动机，在温升稳定以后，如果减少或去掉负载，那么电动机内耗及单位时间发热量都会随之减少。这样，原来的热平衡状态被破坏，变为发热少于散热，电动机温度就要下降，温升降低。降温过程中，随着温升减小，单位时间散热量也减少。当重新达到平衡时，电动机不再继续降温，而稳定在一个新的温升上。这个温升下降的过程称为电动机的冷却过程。•（3）、电机的冷却方式•根据电机功率的大小及现场类型选择；如空冷、水冷、空水冷等电机。2、电动机的发热与冷却电机选型•环境条件:海拔不超过1000米。当运行地点的海拔指定超过1000米或冷却介质温度随海拔升高而下降时，电机的温升限值应做修正。最高环境空气温度随季节而变化，但不超过40℃。当运行地点最高环境温度高于或低于40℃时，电机温升应做修正。最低环境空气温度为-15℃。但对功率小于600W（或VA）和带换向器或滑动轴承的电机最低环境温度为5℃。对用水作为冷却介质的电机，水和环境空气的最低温度为5℃。环境空气相对湿度，运行地点的最湿月月平均最高相对湿度为90%，同时该月月平均最低温度不高于25℃3、电动机的运行条件电机选型环境温度海拔高度1000m1500m2000m2500m3000m30℃100%100%100%98%95%35℃100%100%97%94%91%40℃100%97%93%90%87%45℃95%92%88%85%83%50℃90%87%84%81%55℃85%82%60℃80%注：允许的输出功率占额定功率的百分比3、电动机的运行条件电机选型•电气条件：电源：交流电机应能适用于三相50Hz电源。电压和电流的波形和对称性：交流电机的电源电压为实际正弦波形，对于多相电机，还应为实际平衡系统。电动机当电源电压（如为交流电源时，频率为额定）在额定值的95%-105%之间变化，输出功率应仍能维持额定值。当电压发生上述变化时，电机的性能允许与标准的规定不同，但在电压变化达上述极限而电机做连续运行时，温升限值允许超过的最大值为：额定功率为1000KW（或KVA）及以下的电机-10K；额定功率为1000KW（或KVA）及以上的电机-5K；交流电机当频率（电压为额定值）与额定值的变化不超过±1%时，输出功率应仍能维持额定值。电压和频率同时发生变化（两者变化分别不超过±5%和±1%），若两者变化都是正值，两者之和不超过6%；或两者变化