《電機(jī)運(yùn)行維護(hù)與故障處理》課件第5章

任務(wù)電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)及容量的選擇

項(xiàng)目五電動(dòng)機(jī)的選擇

活動(dòng)1電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、額定電壓及額定轉(zhuǎn)速的選擇

一、活動(dòng)目標(biāo)

(1)熟悉電動(dòng)機(jī)選擇的基本原則。

(2)掌握電動(dòng)機(jī)類型選擇、結(jié)構(gòu)選擇、額定電壓選擇及額定轉(zhuǎn)速選擇的依據(jù)及方法。任務(wù)電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)及容量的選擇二、活動(dòng)內(nèi)容

1．電動(dòng)機(jī)選擇的基本原則

(1)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求，要與生產(chǎn)機(jī)械即負(fù)載特性相適應(yīng)，以確保在一定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，且具有一定的調(diào)速范圍和良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能。

(2)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，額定功率應(yīng)能得到充分利用，即溫升接近而又不會(huì)超過電動(dòng)機(jī)自身所允許的額定溫升。

(3)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的安裝要求，同時(shí)要適應(yīng)周圍環(huán)境的工作條件。

(4)根據(jù)電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載和工作方式，正確而合理地選擇電動(dòng)機(jī)的容量。

2.電動(dòng)機(jī)類型的選擇

電動(dòng)機(jī)類型的選擇是在能夠滿足生產(chǎn)機(jī)械技術(shù)性能指標(biāo)的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維修方便、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)及價(jià)格便宜的電動(dòng)機(jī)。常用電動(dòng)機(jī)的類型有三相籠型異步電動(dòng)機(jī)、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)及同步電動(dòng)機(jī)等。選擇電動(dòng)機(jī)類型的基本原則如下：

(1)對(duì)負(fù)載平穩(wěn)、啟動(dòng)、制動(dòng)及調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先選用三相異步電動(dòng)機(jī)，而對(duì)各種三相異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)按照下列原則選用：

①對(duì)普通機(jī)床、風(fēng)機(jī)、水泵等可選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。

②對(duì)空壓機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械，要求電動(dòng)機(jī)有較好的啟動(dòng)性能，可選用深槽式或雙籠型異步電動(dòng)機(jī)。

③對(duì)電梯、橋式起重機(jī)等起重設(shè)備，由于啟動(dòng)、制動(dòng)都比較頻繁，應(yīng)選用三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)；對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速有一定要求的生產(chǎn)機(jī)械，也應(yīng)選用三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。

(2)對(duì)于拖動(dòng)功率大，需要提高電網(wǎng)功率因數(shù)以及運(yùn)行速度穩(wěn)定的生產(chǎn)機(jī)械，如大功率水泵、空壓機(jī)等，優(yōu)先考慮選用三相同步電動(dòng)機(jī)。

(3)對(duì)于調(diào)速范圍要求較寬，且能快速而平滑調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如軋鋼機(jī)、龍門刨床、造紙機(jī)、大型精密機(jī)床等，應(yīng)選用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)或交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。

(4)對(duì)于調(diào)速范圍要求較低，并可由機(jī)械變速箱配合的生產(chǎn)機(jī)械，可選用多速籠型異步電動(dòng)機(jī)。

3．電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選擇

電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式包括安裝方式和各種防護(hù)形式。

1)安裝方式

安裝方式是指根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求確定電動(dòng)機(jī)安裝時(shí)的放置方式。通常電動(dòng)機(jī)有立式和臥式兩種放置方式。

(1)立式：指電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與水平面垂直。

(2)臥式：指電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸與水平面平行。

一般情況下，電動(dòng)機(jī)都是按臥式方式安裝的。

2)電動(dòng)機(jī)防護(hù)形式的選擇原則

(1)開啟式電動(dòng)機(jī)。該類電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是價(jià)格便宜，散熱好，但由于定子、轉(zhuǎn)子均暴露在空氣中，因而容易進(jìn)入鐵屑、粉塵、油垢等，由此會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命，因此該類電動(dòng)機(jī)適宜在干燥而清潔的室內(nèi)環(huán)境中使用。

(2)防護(hù)式電動(dòng)機(jī)。該類電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是防滴、防雨、防濺及能夠防止其它異物進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但不能防止灰塵和腐蝕性氣體，因此該類電動(dòng)機(jī)適宜在干燥、灰塵少、無腐蝕性及爆炸性氣體的環(huán)境中使用。

(3)封閉式電動(dòng)機(jī)。該類電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是能夠防止水和灰塵等進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，因此該類電動(dòng)機(jī)適宜在潮濕、具有腐蝕性氣體及灰塵多的環(huán)境中使用。

(4)防爆式電動(dòng)機(jī)。該類電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是具有防爆功能，因此該類電動(dòng)機(jī)適宜在易燃易爆的環(huán)境中使用。

4．電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇

1)交流電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇

(1)當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)的電壓為380V時(shí)，與此對(duì)應(yīng)的中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓的選擇有以下幾種情況：

①電動(dòng)機(jī)繞組為Y/△形接法時(shí)，額定電壓應(yīng)選380V；

②電動(dòng)機(jī)繞組為△/Y形接法時(shí)，額定電壓應(yīng)選220V/380V；

(2)電動(dòng)機(jī)繞組為△/Y形接法時(shí)，額定電壓應(yīng)選380V/660V。

(3)單相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓多選用220V。

(4)高壓電動(dòng)機(jī)的額定電壓有3000V、6000V及10000V等幾種。

2)直流電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇

直流電動(dòng)機(jī)額定電壓應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)供電電源的電壓等級(jí)進(jìn)行選擇，通?？煞譃橐韵聨追N情況：

(1)對(duì)于由直流發(fā)電機(jī)供電的直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓一般選擇110V或220V。

(2)大功率直流電動(dòng)機(jī)可提高到600V～1000V，當(dāng)電網(wǎng)電壓為380V，且直流電動(dòng)機(jī)由晶閘管整流電路供電時(shí)，采用三相整流，可選額定電壓為440V，采用單相整流，可選額定電壓為160V或180V。

5．電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇

電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求來選擇的。電動(dòng)機(jī)的功率一定時(shí)，額定轉(zhuǎn)速越高，體積越小，重量越輕，成本越低，價(jià)格也就越低，故選擇高速電動(dòng)機(jī)較經(jīng)濟(jì)。但是當(dāng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速選擇較高，而生產(chǎn)機(jī)械要求的轉(zhuǎn)速較低時(shí)，就會(huì)使所配用的齒輪變速級(jí)數(shù)可能增多，反而會(huì)引起整個(gè)裝置的造價(jià)升高，效率降低，因此，選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)從機(jī)械和電氣兩個(gè)方面綜合考慮，以取得最佳的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果。三、活動(dòng)小結(jié)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的選擇包括電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、額定容量、額定電壓和額定轉(zhuǎn)速的選擇，其中正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量最為重要，這將在活動(dòng)2中講述。

四、活動(dòng)回顧與拓展

(1)電動(dòng)機(jī)選擇的基本原則是什么？

(2)電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式選擇的依據(jù)分別是什么？

(3)電動(dòng)機(jī)的額定電壓和額定轉(zhuǎn)速各應(yīng)如何選擇？活動(dòng)2電動(dòng)機(jī)容量的選擇

一、活動(dòng)目標(biāo)

(1)熟悉電動(dòng)機(jī)溫升的概念及絕緣關(guān)系。

(2)熟悉電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和冷卻過程的特點(diǎn)。

(3)熟悉電動(dòng)機(jī)三種工作制的特點(diǎn)。

(4)熟悉電動(dòng)機(jī)容量選擇的統(tǒng)計(jì)法和類比法的運(yùn)用。二、活動(dòng)內(nèi)容

1.電動(dòng)機(jī)容量選擇的基本知識(shí)

1)電動(dòng)機(jī)的溫升和絕緣

電動(dòng)機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部總損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁闺妱?dòng)機(jī)溫度升高。而電動(dòng)機(jī)中耐熱最差的是電動(dòng)機(jī)定子繞組的絕緣材料，在實(shí)際運(yùn)行中，若電動(dòng)機(jī)所拖的負(fù)載過大、損耗太大而使絕緣材料的溫度超過所允許的限度時(shí)，絕緣材料的壽命就會(huì)急劇縮短，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使絕緣遭到破壞，使電動(dòng)機(jī)冒煙而燒毀。把絕緣材料的溫升限度稱為絕緣材料的允許溫度。由此可見，絕緣材料的允許溫度就是電動(dòng)機(jī)的允許溫度，絕緣材料的壽命就是電動(dòng)機(jī)的壽命。

不同的絕緣材料有不同的允許溫度，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將電動(dòng)機(jī)定子繞組所使用的絕緣材料分成若干等級(jí)，見表1-2中所列。

2)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和冷卻

(1)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過程。電動(dòng)機(jī)從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行的過程中，由于總損耗轉(zhuǎn)換的熱量不斷產(chǎn)生，電動(dòng)機(jī)溫度升高，因而就有了溫升，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)要向周圍散熱，溫升越高，散熱越快。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)發(fā)出的熱量等于散出的熱量時(shí)，電動(dòng)機(jī)溫度不再增加，而保持一個(gè)穩(wěn)定不變的溫升，即處于發(fā)熱與散熱平衡的狀態(tài)。此過程是溫升升高的過程，稱為發(fā)熱。

(2)電動(dòng)機(jī)的冷卻過程。對(duì)負(fù)載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在溫升穩(wěn)定以后，如果使負(fù)載減少或使電動(dòng)機(jī)停車，那么電動(dòng)機(jī)內(nèi)總損耗及單位時(shí)間的發(fā)熱量都將隨之減少或不再繼續(xù)產(chǎn)生。這樣就使發(fā)熱少于散熱，破壞了熱平衡狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的溫度要下降，溫升降低。在降溫過程中，隨著溫升的降低，單位時(shí)間的散熱量也減少。當(dāng)達(dá)到發(fā)熱量等于散熱量時(shí)，電動(dòng)機(jī)不再繼續(xù)降溫，其溫升又穩(wěn)定在一個(gè)新的數(shù)值上。在停車時(shí)，溫升將降為零。溫升下降的過程稱為冷卻。

3)電動(dòng)機(jī)的工作制

電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和冷卻情況不但與所拖動(dòng)的負(fù)載有關(guān)，而且與負(fù)載持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。負(fù)載持續(xù)的時(shí)間不同，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱情況也有所不同。所以，還要對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行分析。為了便于電動(dòng)機(jī)的系列生產(chǎn)和供用戶選擇使用，按國家標(biāo)準(zhǔn)將電動(dòng)機(jī)的工作方式分為以下三類：

(1)連續(xù)工作制(恒定負(fù)載長期工作制)(即S1工作制)。連續(xù)工作制是指電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間tg很長，大于發(fā)熱時(shí)間常數(shù)τ的3～4倍，即tg＞(3～4)τ。一般tg可達(dá)幾小時(shí)、幾晝夜甚至更長時(shí)間。電動(dòng)機(jī)的溫升可以達(dá)到穩(wěn)定溫升，所以，該工作制又稱長期工作制。電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)載是恒定不變的，如水泵、通風(fēng)機(jī)、造紙機(jī)、大型機(jī)床的主軸拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)等。

(2)短時(shí)工作制(即S2工作制)。短時(shí)工作制是指電動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間較短，即tg＜(3～4)τ，在工作時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)定值；而停歇時(shí)間to相當(dāng)長，即to＞(3～4)τ，在停歇時(shí)間里足以使電動(dòng)機(jī)各部分的溫升降為零，其溫度和周圍介質(zhì)溫度相同。電動(dòng)機(jī)在短時(shí)工作時(shí)，容量往往只受過載能力的限制，因此這類電動(dòng)機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)成有較大的過載系數(shù)。國家規(guī)定的短時(shí)工作制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間有15min、30min、60min和90min四種。屬于這種工作制的電動(dòng)機(jī)，常見的有水閘閘門、車床的夾緊裝置、轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)等。

(3)斷續(xù)周期工作制(即S3工作制)。斷續(xù)周期工作制是指電動(dòng)機(jī)的工作與停歇周期性交替進(jìn)行，但時(shí)間都比較短。工作時(shí)，tg＜(3～4)τ，溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)值；停歇時(shí)，to＜(3～4)τ，電動(dòng)機(jī)溫升也降不到零。按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每個(gè)工作與停歇的周期(tg?+?to)≤10min。斷續(xù)周期工作制又稱為重復(fù)短時(shí)工作制。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過一個(gè)周期時(shí)間(tg?+?to)，溫升有所上升。經(jīng)過若干個(gè)周期后，溫升在最高溫升τmax和最低溫升τmin之間波動(dòng)，達(dá)到周期性變化的穩(wěn)定狀態(tài)。其最高溫升仍低于拖動(dòng)同樣負(fù)載連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)溫升τw。在斷續(xù)周期工作制中，負(fù)載工作時(shí)間與整個(gè)周期之比稱為負(fù)載持續(xù)率(或稱暫載率)FC%，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%和60%四種。

起重機(jī)械、電梯、軋鋼機(jī)輔助機(jī)械、某些自動(dòng)機(jī)床的工作機(jī)構(gòu)等的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)都屬于這種工作制。但許多生產(chǎn)機(jī)械周期性斷續(xù)工作的周期并不相等，這時(shí)負(fù)載持續(xù)率只具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。由于斷續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)頻繁，要求過載能力強(qiáng)，對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的要求也高，所以應(yīng)用時(shí)要特別注意。

2.電動(dòng)機(jī)容量的選擇

電動(dòng)機(jī)的容量表明了它所帶負(fù)載的能力，選擇電動(dòng)機(jī)容量的基本原則是在滿足拖動(dòng)要求的條件下，使電動(dòng)機(jī)的容量得到充分利用。電動(dòng)機(jī)的容量能否充分利用，關(guān)鍵在于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫升能否達(dá)到絕緣材料所允許的最高溫升。如果電動(dòng)機(jī)的容量選大了，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的工作能力，效率降低，增加設(shè)備投資，運(yùn)行時(shí)浪費(fèi)較大；容量選小了，會(huì)使電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)溫升超過容許溫升，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。而電動(dòng)機(jī)溫升的高低主要取決于負(fù)載的大小、類型及其工作方式。選擇電動(dòng)機(jī)的容量較為繁雜，不僅需要一定的理論分析計(jì)算，還需要經(jīng)過試驗(yàn)校準(zhǔn)。所以，在比較簡單、無特殊要求、生產(chǎn)數(shù)量不多的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，常采用統(tǒng)計(jì)類比法或工程估算的方法選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率，這樣有較大的余量，會(huì)造成一定的浪費(fèi)。批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，必須根據(jù)拖動(dòng)系統(tǒng)的工作條件，合理而正確地選用電動(dòng)機(jī)的額定功率。選用電動(dòng)機(jī)的基本步驟是：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)負(fù)載提供的功率負(fù)載圖PL?=?f(t)或轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL

=?f(t)，并考慮電動(dòng)機(jī)的過載能力預(yù)選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，然后根據(jù)負(fù)載圖進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，將校驗(yàn)結(jié)果與預(yù)選電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行比較，若發(fā)現(xiàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的容量太大或太小，再重新選擇，直到容量得到充分利用，最后再校驗(yàn)過載能力與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。電動(dòng)機(jī)容量的選擇方法有統(tǒng)計(jì)法和類比法。前面討論的選擇電動(dòng)機(jī)的方法，是以電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和冷卻理論為基礎(chǔ)的，但實(shí)際上，由于電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況有所區(qū)別，而所推導(dǎo)的容量選擇公式都是在某些限定的條件下得到的，使計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差，又由于采用公式運(yùn)算比較復(fù)雜，計(jì)算工作量很大，另外在某些特殊情況下，要作出電動(dòng)機(jī)的負(fù)載圖比較困難，因此，實(shí)際選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)，往往采用統(tǒng)計(jì)法或類比法。

(1)統(tǒng)計(jì)法。統(tǒng)計(jì)法就是對(duì)大量的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出電動(dòng)機(jī)容量與生產(chǎn)機(jī)械主要參數(shù)之間的關(guān)系，得出實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)公式的方法。

(2)類比法。類比法是指在調(diào)查同類型生產(chǎn)機(jī)械所采用的電動(dòng)機(jī)容量的基礎(chǔ)上，對(duì)主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，從而確定新的生產(chǎn)機(jī)械所采用的電動(dòng)機(jī)的容量的方法。三、活動(dòng)小結(jié)

在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，必然產(chǎn)生損耗。損耗的能量在電動(dòng)機(jī)中全部轉(zhuǎn)化為熱能，一部分熱能被電動(dòng)機(jī)本身吸收，使其內(nèi)部的各部分溫度升高，另一部分熱能向周圍介質(zhì)散發(fā)。隨著損耗的增加，電動(dòng)機(jī)的溫度不斷上升，散發(fā)的熱量不斷增加。當(dāng)損耗轉(zhuǎn)化的熱能全部散發(fā)出去時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和冷卻過程的溫升都是隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律變化的