三相異步電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)

第8章

三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

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本章小結(jié)習(xí)題與思考題本章內(nèi)容8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能

異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)就是轉(zhuǎn)速?gòu)牧汩_(kāi)始到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)過(guò)度過(guò)程。衡量異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的優(yōu)劣要從起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)過(guò)程的平滑性、起動(dòng)時(shí)間及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合進(jìn)行考慮，其中最主要的是：

(1)電動(dòng)機(jī)應(yīng)有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

(2)在保證一定大小的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的前提下，起動(dòng)電流越小越好。異步電動(dòng)機(jī)在剛起動(dòng)時(shí)s=1，若忽略勵(lì)磁電流，則起動(dòng)電流為起動(dòng)電流即短路電流，數(shù)值很大，一般電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流可達(dá)額定電流值的4～7倍。對(duì)于容量較大的電動(dòng)機(jī)，這樣大的起動(dòng)電流，一方面使電源和線(xiàn)路上產(chǎn)生很大的壓降，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，使電燈亮度減弱，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，欠電壓繼電保護(hù)動(dòng)作而將正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電氣設(shè)備斷電等。另一方面電流很大將引起電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，特別對(duì)頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，發(fā)熱更為厲害。(8.1)

起動(dòng)電流大時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩又如何呢？起動(dòng)時(shí)雖然電流很大，但定子繞組阻抗壓降變大，電壓為定值，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將減小，主磁通將減?。挥忠颍?，起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)很小，從轉(zhuǎn)矩表達(dá)式中可以看出，此時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。從上面的分析可以看出，要限制起動(dòng)電流，可以采取降壓或增大電動(dòng)機(jī)參數(shù)的起動(dòng)方法。為了增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可適當(dāng)加大轉(zhuǎn)子的電阻。8.1三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能8.2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

一、直接起動(dòng)

直接起動(dòng)是最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方法。起動(dòng)時(shí)用刀開(kāi)關(guān)、電磁起動(dòng)器或接觸器將電動(dòng)機(jī)定子繞組直接接到電源上，其接線(xiàn)圖如圖8.1所示。取熔體的額定電流為電動(dòng)機(jī)額定電流的2.5～3.5倍。一般對(duì)于小型籠型異步電動(dòng)機(jī)如果電源容量足夠大時(shí)，應(yīng)盡量采用直接起動(dòng)方法。對(duì)于某一電網(wǎng)，多大容量的電動(dòng)機(jī)才允許直接起動(dòng)，可按經(jīng)驗(yàn)公式(8.2)確定?！躘3+(電源總?cè)萘?電動(dòng)機(jī)額定功率)]/4 (8.2)

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)KI需符合式(8.2)中電網(wǎng)允許的起動(dòng)

電流倍數(shù)，才允許直接起動(dòng)。一般10kW以下的電動(dòng)機(jī)都可以直

接起動(dòng)。隨電網(wǎng)容量的加大，允許直接起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)容量也變

大。需要注意的是，對(duì)于頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)，

否則應(yīng)采取降壓起動(dòng)。圖8.1異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)接線(xiàn)圖二、降壓起動(dòng)8.2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

降壓起動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，起動(dòng)結(jié)束時(shí)加額定電壓運(yùn)行的起動(dòng)方式。降壓起動(dòng)雖然能降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流，但由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，因此降壓起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也減小較多，故此法一般適用于電動(dòng)機(jī)空載或輕載起動(dòng)。降壓起動(dòng)的方法有以下幾種。1.定子串接電抗器或電阻的降壓起動(dòng)

方法：起動(dòng)時(shí)，電抗器或電阻接入定子電路；

起動(dòng)后，切除電抗器或電阻，進(jìn)入正常運(yùn)行，如

圖8.2所示。三相異步電動(dòng)機(jī)定子邊串入電抗器或電阻器起

動(dòng)時(shí)定子繞組實(shí)際所加電壓降低，從而減小起動(dòng)電

流。但定子繞組串電阻起動(dòng)時(shí)，能耗較大，實(shí)際應(yīng)

用不多。圖8.2籠型異步電動(dòng)機(jī)定子串接電抗器或電阻的降壓起動(dòng)原理圖8.2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

2.星形—三角形(Y—△)降壓起動(dòng)

方法：起動(dòng)時(shí)定子繞組接成Y形，運(yùn)行時(shí)定子繞組則接成△形，其接線(xiàn)圖如圖8.3所示。對(duì)于運(yùn)行時(shí)定子繞組為Y形的籠型異步電動(dòng)機(jī)則不能用Y—△起動(dòng)方法。

Y—△起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流與直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流的關(guān)系(注：起動(dòng)電流是指線(xiàn)路電流而不是指定子繞組的電流)：電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，定子繞組接成△形，如圖8.4(a)所示，每相繞組所加電壓大小為U1=UN，即為線(xiàn)電壓，每相繞組的相電流為，則電源輸入的線(xiàn)電流為Is=。Y形起動(dòng)時(shí)如圖8.4(b)所示，每相繞組所加電壓為，電流則所以由式(8.3)可見(jiàn)，Y-—△起動(dòng)時(shí)，對(duì)供電變壓器造成沖擊的起動(dòng)電流是直接起動(dòng)時(shí)的1/3。直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為，Y—△起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為，則(8.3)

8.2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

即(8.4)

由式(8.4)可見(jiàn)，Y—△起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也是直接起動(dòng)時(shí)的1/3。

Y—△起動(dòng)比定子串電抗器起動(dòng)性能要好，可用于拖動(dòng)TL≤的輕載起動(dòng)。

Y—△起動(dòng)方法簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，因此在輕載起動(dòng)條件下，應(yīng)優(yōu)先采用。我國(guó)采用Y—△起動(dòng)方法的電動(dòng)機(jī)額定電壓都是380V，繞組是△接法。(a)直接起動(dòng)(△形接法)(b)Y-△起動(dòng)(Y形接法)

圖8.4Y—△起動(dòng)電流分析圖

8.2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

3.自耦變壓器(起動(dòng)補(bǔ)償器)起動(dòng)

方法：自耦變壓器也稱(chēng)起動(dòng)補(bǔ)償器。起動(dòng)時(shí)電源接

自耦變壓器原邊，副邊接電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)結(jié)束后電源直接

加到電動(dòng)機(jī)上。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器降壓起動(dòng)的接

線(xiàn)如圖8.5所示，其起動(dòng)的一相線(xiàn)路如圖8.6所示。設(shè)自耦變壓器變比為＜1，則直接起動(dòng)時(shí)

定子繞組的電壓UN、電流Is與降壓起動(dòng)時(shí)承受的電壓電

流關(guān)系為

而起動(dòng)電流是指電網(wǎng)供給線(xiàn)路的電流，即自耦變壓器厚邊電流，與副邊起動(dòng)時(shí)電流關(guān)系為。因此，降壓起動(dòng)電流與直接起動(dòng)電流關(guān)系為

(K＜1) (8.5)圖8.5自耦變壓器降壓起動(dòng)接線(xiàn)圖

8.2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

而自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩Ts’與直接起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩Ts的關(guān)系為

即(K＜1) (8.6)

可見(jiàn)，采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都降K2倍。自耦變壓器一般有2～3組抽頭，其電壓可以分別為原邊電壓U1的80%、65%或80%、60%、40%。該種方法對(duì)定子繞組采用Y形或△形接法的電動(dòng)機(jī)都可以使用，缺點(diǎn)是設(shè)備體積大，投資較貴。圖8.6自耦變壓器降壓起動(dòng)的一相線(xiàn)路

4.延邊三角形降壓起動(dòng)8.2三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

方法：延邊三角形降壓起動(dòng)如圖8.7所示，它介于自耦變壓器降壓起動(dòng)與Y—△降壓起動(dòng)方法之間。

(a)降壓起動(dòng)接法(b)運(yùn)行接法

圖8.7延邊三角形降壓起動(dòng)原理圖

如果將延邊三角形看成一部分為Y形接法，另一部分為△形接法，則Y形部分比重越大，起動(dòng)時(shí)電壓就降得越多。根據(jù)分析和試驗(yàn)可知，Y形和△形的抽頭比例為1∶1時(shí)，電動(dòng)機(jī)每相電壓是268V；抽頭比例為1∶2時(shí)，每相繞組的電壓為290V?？梢?jiàn)，延邊三角形可采用不同的抽頭比，來(lái)滿(mǎn)足不同負(fù)載特性的要求。

延邊三角形起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省金屬，質(zhì)量輕；缺點(diǎn)是內(nèi)部接線(xiàn)復(fù)雜?；\型異步電動(dòng)機(jī)除了可在定子繞組上想辦法降壓起動(dòng)外，還可以通過(guò)改進(jìn)籠的結(jié)構(gòu)來(lái)改善起動(dòng)性能，即在制造時(shí)改變籠型轉(zhuǎn)子的阻抗性質(zhì)，這類(lèi)電動(dòng)機(jī)主要有深槽式和雙籠型。8.3三相繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

一、轉(zhuǎn)子回路串接電阻器起動(dòng)1.起動(dòng)方法

起動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)子電路串接起動(dòng)電阻器，借以提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)因轉(zhuǎn)子電阻增大也限制了起動(dòng)電流；起動(dòng)結(jié)束，切除轉(zhuǎn)子所串電阻。為了在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中得到比較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，需分幾級(jí)切除起動(dòng)電阻。起動(dòng)接線(xiàn)圖和特性曲線(xiàn)如圖8.8所示。圖8.8繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)接線(xiàn)圖和特性曲線(xiàn)

2.起動(dòng)過(guò)程8.3三相繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

(1)接觸器觸點(diǎn)KM1、KM2、KM3全斷開(kāi)(接觸器的控制由第五篇電器控制技術(shù)討論)，電動(dòng)機(jī)定子接額定電壓，轉(zhuǎn)子每相串入全部電阻。如正確選取電阻的阻值，使轉(zhuǎn)子回路的總電阻值(注意是轉(zhuǎn)子一相繞組本身的電阻與串加電阻總和的折算值)，則由式可知，此時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩就產(chǎn)生在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的瞬間，如圖8.8中曲線(xiàn)0中a點(diǎn)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ts1。

(2)由于Ts1>TL(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)電動(dòng)機(jī)加速到b點(diǎn)時(shí)，T=Ts2，為了加速起動(dòng)過(guò)程，接觸器KM1閉合，切除起動(dòng)電阻R‘，特性變?yōu)榍€(xiàn)1，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速瞬時(shí)不變，工作點(diǎn)水平過(guò)渡到c點(diǎn)，使該點(diǎn)T=Ts1。

(3)因Ts1>TL，轉(zhuǎn)速沿曲線(xiàn)1繼續(xù)上升，到d點(diǎn)時(shí)KM2閉合，R’’被切除，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)從d轉(zhuǎn)變到特性曲線(xiàn)2上的e點(diǎn)……。依次類(lèi)推，直到切除全部電阻，電動(dòng)機(jī)便沿著固有特性曲線(xiàn)3加速，經(jīng)h點(diǎn)，最后運(yùn)行于i點(diǎn)(T=TL)。8.3三相繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

上述起動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子三相繞組所接電阻平衡，另外三級(jí)平衡切除，故稱(chēng)為三級(jí)起動(dòng)。在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是比較大的，適合于容量較大的設(shè)備，重載起動(dòng)的情況，廣泛用于橋式起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、龍門(mén)吊車(chē)等重載設(shè)備；對(duì)于一些容量較小的設(shè)備，轉(zhuǎn)子三相繞組所接電阻也可以不平衡，同樣，在切除時(shí)，也要進(jìn)行非平衡切換。轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的缺點(diǎn)是所需起動(dòng)設(shè)備較多，起動(dòng)時(shí)有一部分能量消耗在起動(dòng)電阻上，起動(dòng)級(jí)數(shù)也較少。還需要注意，轉(zhuǎn)子三相繞組所接電阻并非越大越好，若出現(xiàn)的情況，即起動(dòng)于圖中特性曲線(xiàn)4上面，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以，轉(zhuǎn)子三相繞組所接電阻要適當(dāng)。二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)

頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：它是一個(gè)三相鐵心線(xiàn)圈，其鐵心不用硅鋼片而用厚鋼板迭成。鐵心中產(chǎn)生渦流損耗和一部分磁滯損耗，鐵心損耗相當(dāng)一個(gè)等值電阻，其線(xiàn)圈又是一個(gè)電抗，故電阻和電抗都隨頻率變化而變化，故稱(chēng)頻敏變阻器，它與繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相接，如圖8.9所示。其工作原理如下：8.3三相繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

圖8.9繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串頻敏變阻器起動(dòng)

起動(dòng)時(shí)，s=1，f2=f1=50Hz，此時(shí)頻敏變阻器的鐵心損耗大，等效電阻大，既限制了起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又提高了轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)。隨著轉(zhuǎn)速n升高，s下降，f2減小，鐵心損耗和等效電阻也隨之減小，相當(dāng)于逐漸切除轉(zhuǎn)子電路所串的電阻。起動(dòng)結(jié)束時(shí)，n=nN，f2=sN，f1≈(1～3)Hz，此時(shí)頻敏變阻器基本不起作用，可以閉合接觸器觸點(diǎn)KM，予以切除。頻敏變阻器起動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，但與轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)相比，在同樣起動(dòng)電流下，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要小些。8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能大有改善，交流調(diào)速應(yīng)用日益廣泛，在許多領(lǐng)域有取代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)。從異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式n=n1(1s)=可以看出，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可分以下三大類(lèi)：

(1)改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p，稱(chēng)為變極調(diào)速；

(2)改變供電電源的頻率f1，稱(chēng)為變頻調(diào)速；

(3)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s，其方法有改變電壓調(diào)速、繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速。一、變極調(diào)速

在電源頻率不變的條件下，改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生變化，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。若極對(duì)數(shù)減少一半，同步轉(zhuǎn)速就提高一倍，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也幾乎升高一倍。通常用改變定子繞組的接法來(lái)改變極對(duì)數(shù)，這種電動(dòng)機(jī)稱(chēng)多速電動(dòng)機(jī)。其轉(zhuǎn)子均采用籠型轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子感應(yīng)的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)與定子相適應(yīng)。這種電動(dòng)機(jī)在制造時(shí)，從定子繞組中抽出一些線(xiàn)頭，以便于使用時(shí)調(diào)換。下面以一相繞組來(lái)說(shuō)明變極原理。先將其兩個(gè)半相繞組a1x1與a2x2采用順向串聯(lián)，如圖8.10所示，產(chǎn)生兩對(duì)磁極。8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

若將U相繞組中的一半相繞組a2x2反向，如圖8.11所示，產(chǎn)生一對(duì)磁極。圖8.10三相四極電動(dòng)機(jī)定子U相繞組

圖8.11三相二極電動(dòng)機(jī)定子U相繞組

8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

目前，在我國(guó)多極電動(dòng)機(jī)定子繞組聯(lián)繞方式最多有3種，常用的有兩種：一種是從星形改成雙星形，寫(xiě)作Y/YY，如圖8.12所示；另一種是從三角形改成雙星形，寫(xiě)作△/YY，如圖8.13所示，這兩種接法可使電動(dòng)機(jī)極數(shù)減少一半。在改接繞組時(shí)，為了使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向不變，應(yīng)把繞組的相序改接一下。變極調(diào)速主要用于各種機(jī)床及其他設(shè)備上。它所需設(shè)備簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕，但電動(dòng)機(jī)繞組引出頭較多，調(diào)速級(jí)數(shù)少，級(jí)差大，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。圖8.12異步電動(dòng)機(jī)Y/YY變極調(diào)速接線(xiàn)

圖8.13異步電動(dòng)機(jī)△/YY變極調(diào)速接線(xiàn)

8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

二、變頻調(diào)速

三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為因此，改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。1.變頻調(diào)速的條件

三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電壓U為

U≈E1=4.44f1N1K1

若電源電壓Ul不變，當(dāng)降低電源頻率f1調(diào)速時(shí)，則磁通將增加，使鐵心飽和，從而導(dǎo)致勵(lì)磁電流和鐵損耗的大量增加，電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高等，這是不允許的。因此在變頻調(diào)速的同時(shí)，為保持磁通不變，就必須降低電源電壓，使或?yàn)槌?shù)。額定頻率稱(chēng)為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

2.從基頻向下調(diào)變頻調(diào)速

降低電源頻率時(shí)，必需同時(shí)降低電源電壓。降低電源電壓U1，有以下兩種控制方法：

(1)保持為常數(shù)。降低電源頻率f1時(shí)，保持為常數(shù)，則為常數(shù)，是恒磁通控制方式，也稱(chēng)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。降低電源頻率f1調(diào)速的人為機(jī)械特性，如圖

8.14所示。圖8.14保持為常數(shù)時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性

降低電源頻率f1調(diào)速的人為機(jī)械特性特點(diǎn)為：同步速度n1與頻率f1成正比；最大轉(zhuǎn)矩不變；轉(zhuǎn)速降落

n=常數(shù)，特性斜率不變(與固有機(jī)械特性平行)。這種變頻調(diào)速方法與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降低電源電壓調(diào)速相似，機(jī)械特性較硬，在一定靜差率的要求下，調(diào)速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，因此變頻調(diào)速為無(wú)級(jí)調(diào)速，平滑性好，另外，轉(zhuǎn)差功率Ps較小，效率較高。8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

(2)保持為常數(shù)。降低電源頻率f1，保持為常數(shù)，則近似為常數(shù)，在這種情況下，當(dāng)降低頻率f1時(shí)，

n不變。但最大轉(zhuǎn)矩會(huì)變小，特別在低頻低速時(shí)的機(jī)械特性會(huì)變壞，如圖8.15所示。其中虛線(xiàn)是恒磁通調(diào)速時(shí)為常數(shù)的機(jī)械特性，以示比較。保持為常數(shù)，則低頻率調(diào)速近似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。圖8.15保持為常數(shù)時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

3.從基頻向上調(diào)變頻調(diào)

升高電源電壓()是不允許的。因此，升高頻率向上調(diào)速時(shí)，只能保持電壓為不變，頻率越高，磁通越低，是一種降低磁通升速的方法，類(lèi)似他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁升速情況，其機(jī)械特性如圖8.16所示。圖8.16保持不變，升頻調(diào)速的機(jī)械特性

保持不變升速，近似為恒功率調(diào)速方式。隨著，而p2近似為常數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有良好的調(diào)速性能，可與直流電動(dòng)機(jī)媲美。8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

4.變頻電源

異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的電源是一種能調(diào)壓的變頻裝置。如何能取得經(jīng)濟(jì)、可靠的變頻電源，是實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的關(guān)鍵，也是目前電力拖動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前，多采用由晶閘管或自關(guān)斷功率晶體管器件組成的變頻器。變頻器若按相分類(lèi)，可以分為單相和三相；若按性能分類(lèi)，可以分為交-直-交變頻器和交-交變頻器。變頻器的作用是將直流電源(可由交流經(jīng)整流獲得)變成頻率可調(diào)的交流電(稱(chēng)交-直-交變頻器)或是將交流電源直接轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電(交-交變頻器)，以供給交流負(fù)載使用。交-交變頻器將工頻交流電直接變換成所需頻率的交流電能，不經(jīng)中間環(huán)節(jié)，也稱(chēng)為直接變頻器關(guān)于變頻電源的具體情況，可參考有關(guān)變頻技術(shù)一類(lèi)的書(shū)籍。5.變頻技術(shù)的應(yīng)用

變頻調(diào)速由于其調(diào)速性能優(yōu)越，即主要是能平滑調(diào)速、調(diào)速范圍廣、效率高，又不受直流電動(dòng)機(jī)換向帶來(lái)的轉(zhuǎn)速與容量的限制，故已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，如軋鋼機(jī)、工業(yè)水泵、鼓風(fēng)機(jī)、起重機(jī)、紡織機(jī)、球磨機(jī)化工設(shè)備及家用空調(diào)器等方面。主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)較復(fù)雜、成本較高。8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

三、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

改變定子電壓調(diào)速，轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速都屬于改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。這些調(diào)速方法的共同特點(diǎn)是在調(diào)速過(guò)程中都產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率。前兩種調(diào)速方法都是把轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子電路里，很不經(jīng)濟(jì)，而串級(jí)調(diào)速則能將轉(zhuǎn)差功率加以吸收或大部分反饋給電網(wǎng)，提高了經(jīng)濟(jì)性能。1.改變定子電壓調(diào)速

對(duì)于轉(zhuǎn)子電阻大、機(jī)械特性曲線(xiàn)較軟的籠型異步電動(dòng)機(jī)而言，如加在定子繞組上的電壓發(fā)生改變，則負(fù)載TL對(duì)應(yīng)于不同的電源電壓U1、U2、U3，可獲得不同的工作點(diǎn)a1、a2、a3，如圖8.17所示，顯然電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍很寬。缺點(diǎn)是低壓時(shí)機(jī)械特性太軟，轉(zhuǎn)速變化大，可采用帶速度負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)解決該問(wèn)題。改變電源電壓調(diào)速，這種方法主要應(yīng)用于籠型異步電動(dòng)機(jī)，靠改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。過(guò)去都采用定子繞組串電抗器來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前已廣泛采用晶閘管交流調(diào)壓線(xiàn)路來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖8.17高轉(zhuǎn)子電阻籠型電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速

2．轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的機(jī)械特性如圖8.18所示。轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)最大轉(zhuǎn)矩不變，臨界轉(zhuǎn)差率加大。所串電阻越大，運(yùn)行段特性斜率越大。若帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，原來(lái)運(yùn)行在固有特性曲線(xiàn)1的a點(diǎn)上，在轉(zhuǎn)子串電阻R1后，就運(yùn)行的b點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速由na變?yōu)閚b，依此類(lèi)推。圖8.18轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的機(jī)械特性

根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式，當(dāng)T為常數(shù)且電壓不變時(shí)，則有

(8.7)

因而繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時(shí)調(diào)速電阻的計(jì)算公式為

R1= (8.8)

式中sa——轉(zhuǎn)子串電阻前電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率；

sb——轉(zhuǎn)子串入電阻R1后新穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；

r2——轉(zhuǎn)子每相繞組電阻，常數(shù)8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

如果已知轉(zhuǎn)子串入的電阻值，要求調(diào)速后的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，則只要將式(8.7)稍加變換，先求出s1，再求轉(zhuǎn)速n。由于在異步電動(dòng)機(jī)中，電磁功率PM，機(jī)械功率Pm與轉(zhuǎn)子銅損PCu2三者之間的關(guān)系為

PM∶Pm∶Pcu2=1∶(1-s)∶s (8.9)

若轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率s越大，轉(zhuǎn)子損耗越大，低速時(shí)效率不高。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，主要用于中、小容量的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)如橋式起動(dòng)機(jī)等。3.串級(jí)調(diào)速

所謂串級(jí)調(diào)速，就是在異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入一個(gè)三相對(duì)稱(chēng)的附加電動(dòng)勢(shì)，其頻率與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相同，改變的大小和相位，就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。它也是適用于繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，靠改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。

(1)低同步串級(jí)調(diào)速若與相位相反，則轉(zhuǎn)子電流I2為8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為(8.10)

上式中，T1為轉(zhuǎn)子電勢(shì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，而T2為附加電勢(shì)所引起的轉(zhuǎn)矩。若拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，因T2總是負(fù)值，可見(jiàn)串入后，轉(zhuǎn)速降低了，串入附加電勢(shì)越大，轉(zhuǎn)速降得越多。引入后，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，稱(chēng)低同步串級(jí)調(diào)速。

(2)超同步串級(jí)調(diào)速若與組同相位，則T2總是正值。當(dāng)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，引入后，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速升高了，則稱(chēng)為超同步串級(jí)調(diào)速。串級(jí)調(diào)速性能比較好，過(guò)去由于附加電勢(shì)的獲得比較難，長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)能得到推廣。近年來(lái)，隨著晶閘管技術(shù)的發(fā)展，串級(jí)調(diào)速有了廣闊的發(fā)展前景。現(xiàn)已日益廣泛用于水泵和風(fēng)機(jī)的節(jié)能調(diào)速，應(yīng)用于不可逆軋鋼機(jī)、壓縮機(jī)等很多生產(chǎn)機(jī)械。8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)

從三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。圖8.19是利用控制開(kāi)關(guān)SA來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)的原理線(xiàn)路圖。當(dāng)SA向上合閘時(shí)，L1接U相，L2接V相，L3接W相，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)SA向下合閘時(shí)，L1接U相，L2接V相，L3接W相，即將電動(dòng)機(jī)任意兩相繞組與電源接線(xiàn)互調(diào)，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，電動(dòng)機(jī)跟著反轉(zhuǎn)。圖8.19異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)原理線(xiàn)路圖

二、三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

電動(dòng)機(jī)除了上述電動(dòng)狀態(tài)外，在下述情況運(yùn)行時(shí)，則屬于電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)。在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為位能轉(zhuǎn)矩的機(jī)械設(shè)備中(例如起重機(jī)下放重物時(shí)，運(yùn)輸工具在下坡運(yùn)行時(shí))，使設(shè)備保持一定的運(yùn)行速度；在機(jī)械設(shè)備需要減速或停止時(shí)，電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)減速和停止的情況下，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行屬于制動(dòng)狀態(tài)。三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有下列兩類(lèi)：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。機(jī)械制動(dòng)是利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)從電源切斷后能迅速停轉(zhuǎn)。它的結(jié)構(gòu)有好幾種形式，應(yīng)用較普遍的是電磁抱閘，它主要用于起重機(jī)械上吊重物時(shí)，使重物迅速而又準(zhǔn)確地停留在某一位置上。電氣制動(dòng)是使異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反。電氣制動(dòng)通?？煞譃槟芎闹苿?dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)(再生制動(dòng))等3類(lèi)。8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

1．能耗制動(dòng)方法：將運(yùn)行著的異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組從三相交流電源上斷開(kāi)后，立即接到直流電源上，如圖8.20所示，用斷開(kāi)QS，閉合SA2來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖8.20能耗制動(dòng)原理圖

當(dāng)定子繞組通入直流電源時(shí)，在電動(dòng)機(jī)中將產(chǎn)生一個(gè)恒定磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子因機(jī)械慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割恒定磁場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，轉(zhuǎn)子電流和恒定磁場(chǎng)作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)右手定則可以判電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)n=0時(shí)，T=0，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。這種方法是將轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，所以稱(chēng)能耗制動(dòng)。8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

如圖8.21所示，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)工作在固有機(jī)械特性曲線(xiàn)1的a點(diǎn)上。定子繞組改接直流電源后，因電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速反向，因而能耗制動(dòng)時(shí)機(jī)械特性位于第二象限，如曲線(xiàn)2。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)也移至b點(diǎn)，并從b點(diǎn)順曲線(xiàn)2減速到O點(diǎn)。對(duì)于采用能耗制動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)，既要求有較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又要求定、轉(zhuǎn)子回路中電流不能太大使繞組過(guò)熱。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，能耗制動(dòng)時(shí)對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)取直流勵(lì)磁電流為(4～5)I0，對(duì)于繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)取(2～3)I0，制動(dòng)所串電阻r=(0.2～0.4)能耗制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)力強(qiáng)，制動(dòng)較平穩(wěn)。缺點(diǎn)是需要一套專(zhuān)門(mén)的直流電源供制動(dòng)用。圖8.21能耗制動(dòng)機(jī)械特性圖

1—固有機(jī)械特性

2—能耗制動(dòng)機(jī)械特性

8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

2.反接制動(dòng)反接制動(dòng)分為電源反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)兩種。

1)電源反接制動(dòng)方法：改變電動(dòng)機(jī)定子繞組與電源的聯(lián)接相序，如圖8.22所示，斷開(kāi)QS1，接通QS2即可。圖8.22繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)電源反接制動(dòng)圖

8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

電源的相序改變，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)立即反轉(zhuǎn)，而使轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩都改變方向，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向未變，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，此稱(chēng)電源反接制動(dòng)。如圖8.23所示，制動(dòng)前，電動(dòng)機(jī)工作在曲線(xiàn)1的a點(diǎn)，電源反接制動(dòng)時(shí)，＜0，n＞0，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率s=＞1，且電磁轉(zhuǎn)矩T＜0，機(jī)械特性如曲線(xiàn)2所示。因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速瞬時(shí)不變，工作點(diǎn)由a點(diǎn)移至b點(diǎn)，并逐漸減速，到達(dá)c點(diǎn)時(shí)n=0，此時(shí)切斷電源并停車(chē)，如果是位能性負(fù)載需使用抱閘，否則電動(dòng)機(jī)會(huì)反向起動(dòng)旋轉(zhuǎn)。一般為了限制制動(dòng)電流和增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)可在轉(zhuǎn)子回路串入制動(dòng)電阻，特性如曲其線(xiàn)3所示，制動(dòng)過(guò)程同上。圖8.23電源反接制動(dòng)的機(jī)械特性8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

制動(dòng)電阻r的計(jì)算公式為式中——對(duì)應(yīng)固有機(jī)械特性曲線(xiàn)的臨界轉(zhuǎn)差率，；

——轉(zhuǎn)子串電阻后機(jī)械特性的臨界轉(zhuǎn)率，

s——制動(dòng)瞬間電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

——過(guò)載倍數(shù)，。(8.11)

2)倒拉反接制動(dòng)方法：當(dāng)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載

時(shí)，在其轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻。其機(jī)械特性如

圖8.24所示。圖8.24倒拉反接制動(dòng)機(jī)械特性

8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)提升重物時(shí)，其工作點(diǎn)為曲線(xiàn)1上的a點(diǎn)。如果在轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻，機(jī)械特性變?yōu)樾甭屎艽蟮那€(xiàn)2，因機(jī)械慣性，工作點(diǎn)由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，因此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速至n=0時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，在位能負(fù)載的作用下，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，直至電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)才穩(wěn)定運(yùn)行于c點(diǎn)。因這是由于重物倒拉引起的，所以稱(chēng)為倒拉反接制動(dòng)(或稱(chēng)倒拉反接運(yùn)行)，其轉(zhuǎn)差率與電源反接制動(dòng)一樣，s都大于1繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)，常用于起重機(jī)低速下放重物。3.回饋制動(dòng)方法：使電動(dòng)機(jī)在外力(如起重機(jī)下放重物)作用下，其電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，如圖8.25所示。起重機(jī)下放重物，在下放開(kāi)始時(shí)，n＜n1電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，如8.25(a)所示。在位能轉(zhuǎn)矩作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流和轉(zhuǎn)矩的方向都發(fā)生了變化，如圖8.31(b)所示，轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)電動(dòng)機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能饋送電網(wǎng)，所以稱(chēng)回饋制動(dòng)。8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

(a)電動(dòng)運(yùn)行(b)回饋制動(dòng)圖8.25回饋制動(dòng)原理圖

制動(dòng)時(shí)工作點(diǎn)如圖8.26的a點(diǎn)所示，轉(zhuǎn)子回路所串電阻越大，電動(dòng)機(jī)下放重物的速度越快，見(jiàn)圖8.26中虛線(xiàn)所示a’點(diǎn)。為了限制下放速度，轉(zhuǎn)子回路不應(yīng)串入過(guò)大的電阻。圖8.26回饋制機(jī)械特性

8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，選擇電動(dòng)機(jī)一般包括確定電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、型式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率、工作方式等。而最重要的是選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、允許過(guò)載能力和起動(dòng)能力等因素，以發(fā)熱問(wèn)題最重要。一、電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、型式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速的選擇1.電動(dòng)機(jī)種類(lèi)的選擇選擇電動(dòng)機(jī)的原則是電動(dòng)機(jī)性能滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、工作可靠、維護(hù)方便的電動(dòng)機(jī)。在這方面交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)，交流異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于交流同步電動(dòng)機(jī)，籠型異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)。負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)起，制動(dòng)無(wú)特殊要求的連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械，宜優(yōu)先選用普通籠型異步電動(dòng)機(jī)，普通的籠型異步電動(dòng)機(jī)廣泛用于機(jī)械、水泵、風(fēng)機(jī)等。深槽式和雙鼠籠是異步電動(dòng)機(jī)用于大中功率，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)距較大的生產(chǎn)機(jī)械、如空壓機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等。起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁，要求有較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械，如橋式起重機(jī)、礦井提升機(jī)、空氣壓縮機(jī)、不可逆軋鋼機(jī)等，應(yīng)采用繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)。無(wú)調(diào)速要求，需要轉(zhuǎn)速恒定或要求改善功率因數(shù)的場(chǎng)合，應(yīng)采用同步電動(dòng)機(jī)，例如中、大容量的水泵，空氣壓縮機(jī)等。只要求幾種轉(zhuǎn)速的小功率機(jī)械，可采用變極多速(雙速、三速、四速)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，例如電梯、鍋爐引風(fēng)機(jī)和機(jī)床等。

調(diào)速范圍要求在1∶3以上，且需連續(xù)穩(wěn)定平滑調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，宜采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)或用變頻調(diào)速的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，例如大型精密機(jī)床、龍門(mén)刨床、軋鋼機(jī)、造紙機(jī)等。要求起動(dòng)轉(zhuǎn)距大，機(jī)械特性軟的生產(chǎn)機(jī)械，使用串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，例如電車(chē)、電機(jī)車(chē)、重型起重機(jī)等。

2.電動(dòng)機(jī)型式的選擇

(1)安裝型式的選擇電動(dòng)機(jī)安裝型式按其位置的不同，可分為臥式和立式兩種。一般選臥式，立式電動(dòng)機(jī)的價(jià)格貴，只有在為了簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置，必須垂直運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才采用。

(2)防護(hù)型式的選擇為防止電動(dòng)機(jī)受周?chē)h(huán)境影響而不能正常運(yùn)行，或因電機(jī)本身故障引起災(zāi)害，必須根據(jù)不同的環(huán)境選擇不同的防護(hù)型式。電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的防護(hù)型式有開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式4種。①開(kāi)啟式這種電機(jī)價(jià)格便宜，散熱條件較好，但容易進(jìn)入水氣、水滴、灰塵、油垢等雜物，影響電機(jī)的壽命及正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故只能用于干燥清潔的環(huán)境之中。②防護(hù)式這種電機(jī)一般防止水滴，等雜物落入機(jī)內(nèi)，但不能防止潮氣及灰塵的侵入，故只能用于干燥和灰塵不多又無(wú)腐蝕和爆炸性氣體的環(huán)境。③防閉式這類(lèi)電機(jī)又分為自冷式、強(qiáng)迫通風(fēng)式和密封式3種，前兩種電機(jī)，潮氣和灰塵不易進(jìn)入機(jī)內(nèi)，能防止任何方向飛濺的水滴和雜物侵入，適用于潮濕、多塵土、易受風(fēng)雨侵襲，有腐蝕性蒸汽或氣體的各種場(chǎng)合。密封式電機(jī)，一般使用于液體(水或油)中的生產(chǎn)機(jī)械，例如潛水泵等。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

④防爆式在封閉結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制成隔爆型，增安型和正壓型3類(lèi)，都適用于有易燃易爆氣體的危險(xiǎn)環(huán)境，例如油庫(kù)、煤氣站或礦井等場(chǎng)所。對(duì)于濕熱地帶、高海拔地區(qū)及船用電機(jī)等，還得選用有特殊防護(hù)要求的電機(jī)。

3.額定電壓的選擇電動(dòng)機(jī)的額定電壓的選擇，取決于電力系統(tǒng)對(duì)該企業(yè)的供電電壓和電動(dòng)機(jī)容量的大小。交流電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)的選擇主要依使用場(chǎng)所供電電壓等級(jí)而定。一般低電壓網(wǎng)為380V，故額定電壓為380V(Y或△接法)、220/380V(△/Y接法)，380/660V(△/Y接法)3種；礦山及煤廠(chǎng)或大型化工廠(chǎng)等聯(lián)合企業(yè)，越來(lái)越要求使用660V(△接法)或660/1140V(△/Y接法)的電機(jī)。等電動(dòng)機(jī)功率較大，供電電壓為6000V或10000V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)選與之適應(yīng)的高電壓。直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓也要與電源電壓相配合。一般為110V、220V和440V。其中220V為常用電壓等級(jí)，大功率電機(jī)可提高到600～1000V。當(dāng)交流電源為380V，用三相橋式可控硅整流電路供電時(shí)，其直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)選440V，當(dāng)用三相半波可控硅整流電源供電時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)為220V，若用單相整流電源，其電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)為160V。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

4.額定轉(zhuǎn)速的選擇額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速越高，則電動(dòng)機(jī)的體積越小，重量越輕，造價(jià)越低，一般地說(shuō)電動(dòng)機(jī)的飛輪距GD2也越小。但生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速一定，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速越高，拖動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速比越大，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)越復(fù)雜。電動(dòng)機(jī)的GD2和額定轉(zhuǎn)速影響到電動(dòng)機(jī)過(guò)渡程持續(xù)的時(shí)間和過(guò)渡過(guò)程中的能量損耗。電動(dòng)機(jī)的GD2·越小，過(guò)渡過(guò)程越快，能量損耗越小。因此，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的具體情況，綜合考慮上面所述的各個(gè)因素來(lái)確定。二、電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻1.電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，各種能量損耗最終變成熱能，使得電動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分溫度上升，因而會(huì)超過(guò)周?chē)h(huán)境溫度。溫度升高的熱過(guò)渡過(guò)程，稱(chēng)之為電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過(guò)程，電動(dòng)機(jī)溫度高出環(huán)境溫度的值稱(chēng)為溫升。一旦有了溫升，電動(dòng)機(jī)就要向周?chē)?。?dāng)電動(dòng)機(jī)單位時(shí)間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時(shí)，溫度不再增加，而保持一個(gè)穩(wěn)定不變的溫升，稱(chēng)為動(dòng)態(tài)熱平衡。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

2.電動(dòng)機(jī)的冷卻負(fù)載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在溫升穩(wěn)定以后，如果減少或去掉負(fù)載，那么電動(dòng)機(jī)內(nèi)耗及單位時(shí)間發(fā)熱量都會(huì)隨之減少。這樣，原來(lái)的熱平衡狀態(tài)被破壞，變?yōu)榘l(fā)熱少于散熱，電動(dòng)機(jī)溫度就要下降，溫升降低。降溫過(guò)程中，隨著溫升減小，單位時(shí)間散熱量也減少。當(dāng)重新達(dá)到平衡時(shí)，電動(dòng)機(jī)不再繼續(xù)降溫，而穩(wěn)定在一個(gè)新的溫升上。這個(gè)溫升下降的過(guò)程稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的冷卻過(guò)程。

3.電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)從發(fā)熱方面來(lái)看，決定電動(dòng)機(jī)容量的一個(gè)主要因素就是它的繞組絕緣材料的耐熱能力，也就是繞組絕緣材料所能容許的溫度。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中最高溫度不能超過(guò)繞組絕緣的最高溫度，超過(guò)這一極限時(shí)，電動(dòng)機(jī)使用年限就大大縮短，甚至因絕緣很快燒壞而不能使用。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定，電工用的絕緣材料可分為7個(gè)等級(jí)，而電動(dòng)機(jī)中常用的有A、E、B、F、H5個(gè)等級(jí)，而各等級(jí)的最高容許溫升分別為105℃、120℃、130℃、155℃、180℃。我國(guó)規(guī)定40℃為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度，絕緣材料或電動(dòng)機(jī)的溫度減去40℃即為允許溫升，用τmax表示。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

三、電動(dòng)機(jī)的工作方式

電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，負(fù)載持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況影響很大，因而對(duì)選擇的電動(dòng)機(jī)功率影響也很大。按電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的不同情況，可分為以下3種工作方式。

1.連續(xù)工作方式連續(xù)運(yùn)行方式是指電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間tr>(3～4)(為電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，表征電動(dòng)機(jī)熱慣性的大小)后溫升可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，也稱(chēng)長(zhǎng)期工作制。屬于這類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械的有水泵、鼓風(fēng)機(jī)、造紙機(jī)等。

2.短時(shí)工作方式短時(shí)工作方式是指電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間tr<(3～4)，而停歇時(shí)間t0>(3～4)。這樣工作時(shí)溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)值，而停歇后溫升降為零。屬于此類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械的有機(jī)床的夾緊裝置、某些冶金輔助機(jī)械、水閘閘門(mén)啟閉機(jī)等。短時(shí)工作方式下電動(dòng)機(jī)的額定功率是與規(guī)定的工作時(shí)間相對(duì)應(yīng)的，這一點(diǎn)需要注意，與連續(xù)工作方式的情況不完全一樣。電動(dòng)機(jī)銘牌上給定的額定功率是按15min、30min、60min、90min4種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間規(guī)定的。3.周期性斷續(xù)工作方式周期性斷續(xù)工作方式是指工作和與停歇相互交替進(jìn)行，兩者時(shí)間都比較短，即工作時(shí)間tr<(3～4)，停歇時(shí)間t0<(3～4)。工作時(shí)溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)值，停歇時(shí)溫升降不到零。屬于此類(lèi)工作的生產(chǎn)機(jī)械有起重機(jī)、電梯、軋鋼輔助機(jī)械等。在重復(fù)短時(shí)工作方式下，負(fù)載工作時(shí)間與整個(gè)周期之比稱(chēng)負(fù)載持續(xù)率[又稱(chēng)暫載率(%)]，用FS表示，即

FS=

我國(guó)規(guī)定的負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%和60%

4種，一個(gè)周期的總時(shí)間為+≤10min。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

(8.12)

四、額定功率的選擇

正確選擇電動(dòng)機(jī)容量的原則，應(yīng)在電動(dòng)機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)最合理地決定電動(dòng)機(jī)的功率。若功率選得過(guò)大，設(shè)備投資增大，造成浪費(fèi)，且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常欠載運(yùn)行，效率及交流電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低；反之，若功率選得過(guò)小，電動(dòng)機(jī)將過(guò)載運(yùn)行，造成電動(dòng)機(jī)過(guò)早損壞。決定電動(dòng)機(jī)功率的主要因素有3個(gè)：8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

(1)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與溫升，這是決定電動(dòng)機(jī)功率的最主要因素；(2)允許短時(shí)過(guò)載能力；(3)對(duì)交流籠型異步電動(dòng)機(jī)還要考慮起動(dòng)能力。

1.恒值負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇恒值負(fù)載是指在工作時(shí)間內(nèi)負(fù)載大小不變，包括連續(xù)和短時(shí)兩種工作方式。電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇是在假設(shè)環(huán)境溫度為40℃及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，且在電動(dòng)機(jī)不調(diào)速的前提下進(jìn)行的。

1)連續(xù)工作方式在連續(xù)工作方式情況一，選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率PN等于或略大于負(fù)載功率PL，即

PN≥PL (8.13)

式中，PL是根據(jù)具體生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載及效率進(jìn)行計(jì)算的，可查閱相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。由于這個(gè)條件本身是從發(fā)熱溫升角度考慮的，故不必再校核電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱問(wèn)題，只需校核過(guò)載能力，必要時(shí)還要校核起動(dòng)能力。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

過(guò)載能力是指電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的電流或轉(zhuǎn)矩過(guò)載的允許倍數(shù)。校核電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力可按下列條件進(jìn)行

Tmax≤TN (8.14)式中Tmax——電動(dòng)機(jī)在工作中所承受最大轉(zhuǎn)矩(N·m)；

——電動(dòng)機(jī)允許過(guò)載倍數(shù)，對(duì)不同類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)，取值不完全一樣。若預(yù)選的電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力達(dá)不到，則要重選電動(dòng)機(jī)及額定功率，直到滿(mǎn)足要求為止。對(duì)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，最后還要校核起動(dòng)能力是否達(dá)到，若達(dá)不到，也應(yīng)重選電動(dòng)機(jī)及其額定功率。以上關(guān)于額定功率的選擇是在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度為40℃前提下進(jìn)行的。若電動(dòng)機(jī)工作的環(huán)境溫度發(fā)生變化，則必須對(duì)電動(dòng)機(jī)的額定功率進(jìn)行修正。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐，在周?chē)h(huán)境溫度不同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率可粗略地按表8-1相應(yīng)增減。環(huán)境溫度/℃303540455055電動(dòng)機(jī)功率的增減/%+8+50-5-12.5-258.6電動(dòng)機(jī)的選擇

表8-1不同環(huán)境溫度下的電動(dòng)機(jī)功率增減百分?jǐn)?shù)

由表8-1可見(jiàn)，環(huán)境溫度低，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定功率高，反之，則應(yīng)降低額定功率使用。

2)短時(shí)工作方式選擇短時(shí)工作方式的電動(dòng)機(jī)。對(duì)短時(shí)工作方式下的負(fù)載，其工作時(shí)間與電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，例如也是15min、30min、60min和90min，則選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率只須滿(mǎn)足PN≤PL。若負(fù)載的工作時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間不一致，則預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，應(yīng)先按發(fā)熱和溫升等效的原則把負(fù)載功率由非標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間折算成標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間，然后再按標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間預(yù)選額定功率。設(shè)短時(shí)工作方式負(fù)載工作時(shí)間為tr，其最近的標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間為trb，則預(yù)選電動(dòng)機(jī)額定功率應(yīng)滿(mǎn)足≥ (8.15)8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

上式是從發(fā)熱和溫升等效原則得出的，故經(jīng)過(guò)向標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間折算后，預(yù)選電動(dòng)機(jī)肯定能滿(mǎn)足溫升條件，不必再校核。選擇連續(xù)工作方式的電動(dòng)機(jī)。由于短時(shí)工作方式的電動(dòng)機(jī)較少，故可選擇連續(xù)工作方式的電動(dòng)機(jī)。從發(fā)熱和溫升的角度考慮，電動(dòng)機(jī)在連續(xù)工作方式下應(yīng)該輸出比連續(xù)工作方式時(shí)額定功率要大的功率才能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的能力?；蛘哒f(shuō)，預(yù)選電動(dòng)機(jī)時(shí)也要把短時(shí)工作的負(fù)載功率等效折算到連續(xù)工作方式上去才合理。設(shè)電動(dòng)機(jī)中不變損耗與額定負(fù)載時(shí)的可變損耗的比值用

表示，則預(yù)選的電動(dòng)機(jī)額定功率應(yīng)滿(mǎn)足≥ (8.16)

式中——發(fā)熱時(shí)間常數(shù)；

tr——短時(shí)工作時(shí)間(s)。其中

數(shù)值因電動(dòng)機(jī)而異。一般地說(shuō)，普通直流電動(dòng)機(jī)

=1～1.5，冶金用直流電動(dòng)機(jī)

=0.5～0.9，冶金專(zhuān)用中、小型三相繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)

=0.45～0.6，冶金專(zhuān)用大型三相繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)

=0.9～1.0，普通三相籠型異步電動(dòng)機(jī)

=0.5～0.7。對(duì)于具體電動(dòng)機(jī)而言，和

可從技術(shù)數(shù)據(jù)中找出或估算。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

若實(shí)際工作時(shí)間極短，則電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與溫升已不成問(wèn)題，只需從過(guò)載能力及起動(dòng)能力方面來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作方式下的額定功率。短時(shí)工作方式折算到連續(xù)工作方式下再預(yù)選電動(dòng)機(jī)額定功率后，也不必再進(jìn)行溫升校核。

2.變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇

(1)周期性變化負(fù)載連續(xù)工作方式。連續(xù)工作方式下的變化負(fù)載，其變化通常具有周期性。負(fù)載變化周期為tt，一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載的平均功率式中PL1、PL2、…、PLn——各段負(fù)載功率(kW)；

t1、t2、…、tn——各段負(fù)載作用時(shí)間(s)。按負(fù)載平均功率再乘上1.1～1.6的系數(shù)來(lái)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率，即

(8.18)

電動(dòng)機(jī)的額定功率預(yù)選好后，還要進(jìn)行發(fā)熱、過(guò)載能力及必要時(shí)的起動(dòng)能力校驗(yàn)。若其中有一項(xiàng)不合格，須重新選擇電動(dòng)機(jī)，再進(jìn)行校核，直到各項(xiàng)都合格為止。(8.17)

校核電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的方法很多，這里只介紹一種常用的等效轉(zhuǎn)矩法。負(fù)載轉(zhuǎn)矩已知后，只是作為預(yù)選電動(dòng)機(jī)額定功率的依據(jù)。校核發(fā)熱溫升，還需要知道電動(dòng)機(jī)在一個(gè)周期內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩的變化情況。怎樣從負(fù)載轉(zhuǎn)矩找出電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系T=f(t)呢？在電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速恒定，則T=TL；在電動(dòng)機(jī)過(guò)渡過(guò)程(起動(dòng)與制動(dòng))中，則T=TL+Ta。Ta為動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即使電力拖動(dòng)系統(tǒng)加速或減速的轉(zhuǎn)矩。加速時(shí)為正值，減速時(shí)為負(fù)值。這樣，一個(gè)周期內(nèi)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩情況便可確定。在電動(dòng)機(jī)氣隙磁通恒定的條件下，一個(gè)周期內(nèi)發(fā)熱相同的等效轉(zhuǎn)矩Td可用式(8.19)表示。式中Ti——第i段電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(N·m)。若Td≤TN，則發(fā)熱校核通過(guò)。TN為預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。等效轉(zhuǎn)矩法使用于氣隙磁通恒定的條件，若電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中只有一段時(shí)間采用降低磁通升速，則通過(guò)對(duì)弱磁階段的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行修正，也可使用等效轉(zhuǎn)矩法。即將弱磁這一段的轉(zhuǎn)矩向著額定磁通折算，便可認(rèn)為整個(gè)周期時(shí)間內(nèi)均為恒定磁通。設(shè)弱磁段的轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)速為n()，折算后的轉(zhuǎn)矩為，8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

(8.19)

8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

(8.20)

轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，則它們之間的關(guān)系為(2)周期性斷續(xù)工作方式。這種工作方式的電動(dòng)機(jī)，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每個(gè)工作與停歇的周期不超過(guò)10min。每個(gè)周期內(nèi)都有起動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)和停歇各個(gè)階段。普通電動(dòng)機(jī)難以勝任如此頻繁的起、制動(dòng)工作。因此，周期性斷續(xù)工作方式的電動(dòng)機(jī)有轉(zhuǎn)子細(xì)長(zhǎng)、飛輪矩小、起動(dòng)和過(guò)載能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度大、絕緣等級(jí)高等特點(diǎn)。若負(fù)載持續(xù)率為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率，則預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)滿(mǎn)足≥（1.1～ (8.21)

若負(fù)載持續(xù)率為非標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率，則需向與其最接近的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率FSb(%)折算。折算的原則是損耗相等。折算后的公式為≥（1.1～ (8.22)

式中FS——負(fù)載實(shí)際持續(xù)率(%)。

預(yù)選電動(dòng)機(jī)額定功率后進(jìn)行發(fā)熱校核時(shí)仍可用等效轉(zhuǎn)矩法。先找出電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)間內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系，再計(jì)算等效轉(zhuǎn)矩Td。對(duì)于他扇冷式電動(dòng)機(jī)，等效轉(zhuǎn)矩為對(duì)于自扇冷式電動(dòng)機(jī)，由于起動(dòng)與制動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，散熱條件差，穩(wěn)定后的最高溫升將比沒(méi)有起制動(dòng)時(shí)的要高，因此需相應(yīng)提高等效轉(zhuǎn)矩，即8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

(8.23)

(8.24)

式中ts——起動(dòng)時(shí)間(s)；

tc——恒速運(yùn)行時(shí)間(s)；

tb——制動(dòng)時(shí)間(s)；

β——系數(shù)，其值因電動(dòng)機(jī)而異，一般直流電動(dòng)機(jī)為0.75，異步電動(dòng)勸機(jī)為0.5。若Td≤TN，則發(fā)熱校核通過(guò)。上述方法適用于10%≤FS≤70%的范圍。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

當(dāng)負(fù)載持續(xù)率FS≤10%時(shí)，應(yīng)按短時(shí)工作方式處理，根據(jù)過(guò)載及起動(dòng)能力選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。當(dāng)FS≥70%時(shí)，則應(yīng)按連續(xù)工作方式處理，選擇連續(xù)工作方式的電動(dòng)機(jī)。其負(fù)載性質(zhì)屬于一個(gè)周期性變化負(fù)載，且每個(gè)周期內(nèi)包括一次起動(dòng)、制動(dòng)和停歇時(shí)間。他扇冷式電動(dòng)機(jī)的等效轉(zhuǎn)矩為式(8.24)

自扇冷式電動(dòng)機(jī)的等效轉(zhuǎn)矩為(8.25)

式中T0——停歇時(shí)間(s)。

——系數(shù)，其值通常為小于1，直流電動(dòng)機(jī)約為0.5，異步電動(dòng)機(jī)約為0.25。若≤，則發(fā)熱校核通過(guò)。周期性變化負(fù)載預(yù)選電動(dòng)機(jī)額定功率及發(fā)熱校核通過(guò)后，還需校核過(guò)載能力，必要時(shí)還要校核起動(dòng)能力，這些是同常值負(fù)載情況一樣的。8.7電動(dòng)機(jī)的維護(hù)處理及故障

一、起動(dòng)前的準(zhǔn)備

對(duì)新安裝或久未運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在通電使用之前必須先進(jìn)行下列4項(xiàng)檢查，以驗(yàn)證電動(dòng)機(jī)能否通電運(yùn)行。

1.安裝檢查要求電動(dòng)機(jī)裝配靈活、螺釘擰緊、軸承運(yùn)行無(wú)阻、聯(lián)軸器中心無(wú)偏移等。

2.絕緣電阻檢查要求用兆歐表檢查電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻，包括三相相間絕緣電阻和三相繞組對(duì)地絕緣電阻，測(cè)得的數(shù)值一般不小于10MΩ。

3.電源檢查一般當(dāng)電源電壓波動(dòng)超出額定值+10%或-5%時(shí)，應(yīng)改善電源條件后投運(yùn)。

4.起動(dòng)、保護(hù)措施檢查要求起動(dòng)設(shè)備接線(xiàn)正確(直接起動(dòng)的中小型異步電動(dòng)機(jī)除外)；電動(dòng)機(jī)所配熔絲的型號(hào)合適；外殼接地良好。在以上各項(xiàng)檢查無(wú)誤后，方可合閘起動(dòng)。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

二、起動(dòng)時(shí)的注意事項(xiàng)(1)合閘后，若電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，應(yīng)迅速、果斷地拉閘，以免燒毀電動(dòng)機(jī)。

(2)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，應(yīng)注意觀(guān)察電動(dòng)機(jī)，若有異常情況，應(yīng)立即停機(jī)。待查明故障并排除后，才能重新合閘起動(dòng)。

(3)籠型電動(dòng)機(jī)采用全壓起動(dòng)時(shí)，次數(shù)不宜過(guò)于頻繁，一般不超過(guò)3～5次。對(duì)功率較大的電動(dòng)機(jī)要隨時(shí)注意電動(dòng)機(jī)的溫升。

(4)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前，應(yīng)注意檢查起動(dòng)電阻是否接入。接通電源后，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而逐漸切除起動(dòng)電阻。

(5)幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)由同一臺(tái)變壓器供電時(shí)，不能同時(shí)起動(dòng)，應(yīng)由大到小逐臺(tái)起動(dòng)。對(duì)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)應(yīng)經(jīng)常檢查它的外殼有無(wú)裂紋，螺釘是否有脫落或松動(dòng)，電動(dòng)機(jī)有無(wú)異響或振動(dòng)等。監(jiān)視時(shí)，要特別注意電動(dòng)機(jī)有無(wú)冒煙和異味出現(xiàn)，若嗅到焦糊味或看到冒煙，必須立即停機(jī)檢查處理。三、運(yùn)行中的監(jiān)視8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

對(duì)軸承部位，要注意它的溫度和響度。溫度升高，響聲異常則可能是軸承缺油或磨損。用聯(lián)軸器傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，若中心校正不好，會(huì)在運(yùn)行中發(fā)出響聲，并伴隨著發(fā)生電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和聯(lián)軸節(jié)螺栓膠墊的迅速磨損。這時(shí)應(yīng)重新校正中心線(xiàn)。用帶傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)注意傳動(dòng)帶不應(yīng)過(guò)松而導(dǎo)致打滑，但也不能過(guò)緊而使電動(dòng)機(jī)軸承過(guò)熱。在發(fā)生以下嚴(yán)重故障情況時(shí)，應(yīng)立即斷電停機(jī)處理：

(1)人身觸電事故；

(2)電動(dòng)機(jī)冒煙；

(3)電動(dòng)機(jī)劇烈振動(dòng)；

(4)電動(dòng)機(jī)軸承劇烈發(fā)熱；

(5)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，溫度迅速升高。異步電動(dòng)機(jī)定期維修是消除故障隱患、防止故障發(fā)生的重要措施。電動(dòng)機(jī)維修分月維修和年維修，俗稱(chēng)小修和大修。前者不拆開(kāi)電動(dòng)機(jī)，后者需把電動(dòng)機(jī)全部拆開(kāi)進(jìn)行維修。四、電動(dòng)機(jī)的定期維修1.定期小修主要內(nèi)容定期小修是對(duì)電動(dòng)機(jī)的一般清理和檢查，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行。小修內(nèi)容包括：

(1)清擦電動(dòng)機(jī)外殼，除掉運(yùn)行中積累的污垢；

(2)測(cè)量電動(dòng)機(jī)絕緣電阻，測(cè)后注意重新接好線(xiàn)，擰緊接線(xiàn)頭螺釘；

(3)檢查電動(dòng)機(jī)端蓋、地腳螺釘是否緊固；

(4)檢查電動(dòng)機(jī)接地線(xiàn)是否可靠；

(5)檢查電動(dòng)機(jī)與負(fù)載機(jī)械間的傳動(dòng)裝置是否良好；

(6)拆下軸承蓋，檢查潤(rùn)滑介質(zhì)是否變臟、干潤(rùn)，及時(shí)加油或換油。處理完畢后，注意上好端蓋及緊固螺釘；

(7)檢查電動(dòng)機(jī)附屬起動(dòng)和保護(hù)設(shè)備是否完好。

2.定期大修主要內(nèi)容異步電動(dòng)機(jī)的定期大修應(yīng)結(jié)合負(fù)載機(jī)械的大修進(jìn)行。大修時(shí)，拆開(kāi)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行以下項(xiàng)目的檢查修理。

(1)檢查電動(dòng)機(jī)各部件有無(wú)機(jī)械損傷，若有則應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)修復(fù)；

(2)對(duì)拆開(kāi)的電動(dòng)機(jī)和起動(dòng)設(shè)備，進(jìn)行清理，清除所有油泥、污垢。清理中注意觀(guān)察繞組絕緣狀況。若絕緣為暗褐色，說(shuō)明絕緣已經(jīng)老化，對(duì)這種絕緣要特別注意不要碰撞使它脫落。若發(fā)現(xiàn)有脫落就進(jìn)行局部絕緣修復(fù)和刷漆；

(3)拆下軸承，浸在柴油或汽油中徹底清洗。把軸承架與鋼珠間殘留的油脂及臟物洗掉后，用干凈柴(汽)油清洗一遍。清洗后的軸承應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不松動(dòng)。若軸承表面粗糙，說(shuō)明油脂不合格；若軸承表面變色(發(fā)藍(lán))，則它已經(jīng)退火。根據(jù)檢查結(jié)果，對(duì)油脂或軸承8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

進(jìn)行更換，并消除故障原因(如清除油中砂、鐵屑等雜物；正確安裝電動(dòng)機(jī)等)；軸承新安裝時(shí)，加油應(yīng)從一側(cè)加入。油脂占軸承內(nèi)容積1/3～2/3即可。油加得太滿(mǎn)會(huì)發(fā)熱流出。潤(rùn)滑油可采用鈣基潤(rùn)滑脂或鈉基潤(rùn)滑脂。

(4)檢查定子繞組是否存在故障。使用兆歐表測(cè)繞組電阻可判斷繞組絕緣性能是否因受潮而下降，是否有短路。若有，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)處理；

(5)檢查定、轉(zhuǎn)子鐵心有無(wú)磨損和變形，若觀(guān)察到有磨損處或發(fā)亮點(diǎn)，說(shuō)明可能存在定、轉(zhuǎn)子鐵心相擦，應(yīng)使用銼刀或刮刀把亮點(diǎn)刮低，若有變形應(yīng)做相應(yīng)修復(fù)；

(6)在進(jìn)行以上各項(xiàng)修理、檢查后，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行裝配、安裝；

(7)安裝完畢的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)進(jìn)行修理后檢查，符合要求后，方可帶負(fù)載運(yùn)行。五、常見(jiàn)故障及掃除方法1.電源接通后電動(dòng)機(jī)不起動(dòng)的可能原因

(1)定子繞組接線(xiàn)錯(cuò)誤。檢查接線(xiàn)，糾正錯(cuò)誤。

(2)定子繞組斷路、短路或接地，繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組斷路。找出故障點(diǎn)，排除故障。

(3)負(fù)載過(guò)重或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)被卡住。檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及負(fù)載。

(4)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路斷線(xiàn)(電刷與滑環(huán)接觸不良，變阻器斷路，引線(xiàn)接觸不良等)。找出斷路點(diǎn)，并加以修復(fù)。

(5)電源電壓過(guò)低。檢查原因并排除。8.6電動(dòng)機(jī)的選擇

2.