《電機與拖動技術》課件第７章 電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇和維護

第７章電力拖動系統(tǒng)中

電動機的選擇和維護7.1電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇7.2電力拖動系統(tǒng)中電動機的使用和維護7.1電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇在電力拖動系統(tǒng)中，選擇電動機應遵循以下基本原則：電動機能夠完全滿足生產(chǎn)機械在機械特性方面的要求。如速度、速度的穩(wěn)定性、速度的調(diào)節(jié)以及啟動、制動時間等。電動機在工作過程中，其功率能被充分利用。防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。即溫升應達到國家標準規(guī)定的數(shù)值。電動機的結(jié)構(gòu)形式應適合周圍環(huán)境的條件。如根據(jù)使用場合的環(huán)境條件選用相適應的防護方式及冷卻方式的電動機。所選擇的電動機的可靠性高并且便于維護?；Q性能要好，一般情況盡量選擇標準電動機產(chǎn)品。7.1.1電動機的發(fā)熱和冷卻電動機在工作時，η＜１，即存在損耗，其功率損耗為ΔＰ，ΔＰ變成熱能，一方面使電動機本身溫度升高，同時，在電動機溫度高出周圍環(huán)境溫度時要散出熱量。電動機溫度超出環(huán)境溫度的數(shù)值稱為溫升，用τ表示，有溫升就要散熱，溫升τ越高，散熱越快。當電動機單位時間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時，電動機的溫度不再增加，電動機達到穩(wěn)定溫升，電動機處于發(fā)熱和散熱平衡狀態(tài)。

式（7.1）和式（7.2）對應的溫升曲線如圖7.1（ａ）所示。圖7.1電動機發(fā)熱和冷卻過程的溫升曲線

電動機運行時，若其實際的最高溫度等于允許的最高溫度，則這時的輸出功率就是電動機允許的輸出功率，額定功率就是以此為依據(jù)確定的。電動機允許的最高溫度主要取決于絕緣材料，因為它是電動機中耐熱能力最差的。電動機所用的絕緣材料按允許的最高溫度可分為如表7.1所示的幾個等級。電動機所用的絕緣材料的等級在電動機銘牌上都會給出。

7.1.2電動機額定功率的選擇1.電動機工作方式的分類１）連續(xù)工作制連續(xù)工作制是指電動機帶額定負載運行時，連續(xù)運行時間很長的工作方式。連續(xù)工作制的電動機使用很廣泛，一般在銘牌上標注S1或不標明工作制。２）短時工作制短時工作制是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，停機時間很長的工作方式。短時工作制的電動機在銘牌上標注S2，我國的短時工作制電動機的運行時間有15min、30min、60min、90min四種定額。３）斷續(xù)周期工作制斷續(xù)周期工作制也叫周期斷續(xù)工作制或重復短時工作制，是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，停止時間也很短，工作周期小于10min的工作方式。斷續(xù)周期工作制的電動機在銘牌上標注S3。要求頻繁啟動、制動的電動機常采用斷續(xù)周期工作制電動機，如拖動電梯、起重機的電動機等。以上三種工作制是基本工作制，還有六種特殊工作制，它們是：（１）包括啟動的斷續(xù)周期工作制（S4工作制）。（２）包括電制動的斷續(xù)周期工作制（S5工作制）。（３）連續(xù)周期工作制（S6工作制）。（４）包括電制動的連續(xù)周期工作制（S7工作制）。（５）包括變速變負載的連續(xù)周期工作制（S8工作制）。（６）負載和轉(zhuǎn)速非周期變化工作制（S9工作制）。

２）短時工作制下電動機功率的選擇短時工作制的負載，應選用專用的短時工作制電動機。在沒有專用電動機的情況下，也可以選用連續(xù)工作制的電動機。（１）直接選用短時工作制電動機。電動機制造廠專門為短時工作制的生產(chǎn)機械設計制造了短時工作制電動機，其時間規(guī)格有15min、30min、60min、90min四種。當工作時間接近上述標準時間時，可以按生產(chǎn)機械的功率、工作時間及轉(zhuǎn)速的要求，由產(chǎn)品目錄上直接選取。（２）選用連續(xù)工作制電動機。由于短時工作制的電動機的生產(chǎn)很少，實踐中常選用連續(xù)工作制的電動機來代替短時工作制的電動機工作。如果選擇連續(xù)工作制的電動機，則電動機在發(fā)熱上沒有被充分利用；為此，可選擇一臺功率較小的電動機，讓電動機在工作時間內(nèi)短時過載運行，此時電動機功率的選擇依據(jù)為：在短時工作時間內(nèi)，電動機過載運行所達到的溫升恰好等于電動機所允許的最高溫升。３）斷續(xù)周期工作制下電動機功率的選擇這種工作方式的電動機的工作與停止交替進行。工作時溫升未到穩(wěn)定值，停止時溫度也來不及降到周圍溫度。斷續(xù)周期工作制下電動機的標準負載持續(xù)率FC有15%、25%、40%、60%四種。同一臺電動機，在不同F(xiàn)C下，其額定輸出功率不同，F(xiàn)C%越小，額定功率就越大，即P15%＞P25%＞P40%＞P60%。斷續(xù)周期工作制電動機功率選擇的步驟與連續(xù)工作制變動負載下的功率選擇是相似的，要經(jīng)過預選電動機和校驗等步驟。

2.電動機額定轉(zhuǎn)速的選擇電動機轉(zhuǎn)速選擇合理與否，將直接影響到電動機的價格、能量損耗及生產(chǎn)機械的生產(chǎn)效率等。相同功率的電動機轉(zhuǎn)速高的尺寸小，價格低，比較經(jīng)濟。但生產(chǎn)機械的工作速度較低，轉(zhuǎn)速高，傳動機構(gòu)將比較復雜，必須要全面考慮。（１）對于啟動、制動或反轉(zhuǎn)很少，不需要調(diào)速的連續(xù)工作制的電動機，可選擇相應額定轉(zhuǎn)速的電動機，從而省去減速傳動機構(gòu)。（２）對于經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，選擇額定轉(zhuǎn)速時則應主要考慮縮短啟、制動時間以提高生產(chǎn)效率。啟、制動時間的長、短主要取決于電動機的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速，應選擇較小的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速。（３）對于調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機械，可選用多速電動機或者選擇額定轉(zhuǎn)速稍高于生產(chǎn)機械的電動機配以減速機構(gòu)，也可以采用電氣調(diào)速的電動機拖動系統(tǒng)。在可能的情況下，應優(yōu)先選用電氣調(diào)速方案。（４）對于調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機械，應使電動機的最高轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速相適應，直接采用電氣調(diào)速。3.電動機種類的選擇在滿足生產(chǎn)機械要求的前提下，優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維修方便的電動機。由于三相籠形異步電動機具有上述特點，并且它采用的動力電源是很普遍的三相交流電源。因此廣泛應用于國民經(jīng)濟和日常生活的各個領域，是生產(chǎn)量最大、應用面最廣的電動機。但它的啟動和調(diào)速性能差，功率因數(shù)低。對調(diào)速，啟動性能要求不高的一般生產(chǎn)機械中，如機床、水泵、通風機、家用電器等，應優(yōu)先采用籠型異步電動機。對于要求啟動轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機械，如空氣壓縮機、皮帶運輸機、紡織機等，可采用深槽或雙籠形異步電動機。在要求有級調(diào)速的生產(chǎn)機械，如某些機床，可采用雙速、三速或四速等多速籠形異步電動機。由于繞線式異步電動機可通過轉(zhuǎn)子回路做到限制啟動電流，提高啟、制動轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)一定的調(diào)速功能。因此，在啟、制動頻繁且啟動轉(zhuǎn)矩較大，并要求有一定調(diào)速的生產(chǎn)機械，如起重機、提升機等，可采用繞線式異步電動機。同步電動機在運行時，可以對電網(wǎng)進行無功補償，提高功率因數(shù)。當生產(chǎn)機械的功率較大而要求改善功率因數(shù)并且要求速度恒定的場合，如球磨機、破碎機、礦用通風機、空氣壓縮機等，可采用同步電動機。對于要求啟動轉(zhuǎn)矩較大、啟動性能好，調(diào)速范圍寬、調(diào)速平滑性較好、調(diào)速精度高且準確的生產(chǎn)機械，如高精度數(shù)控機床、龍門刨床、造紙機、印染機等，則應選用他勵（復勵）直流電動機拖動。4.電動機結(jié)構(gòu)形式的選擇原則上電動機與生產(chǎn)機械的工作方式應該一致。電動機的安裝形式有臥式和立式兩種，一般情況下用臥式，特殊情況用立式。電動機的外殼防護形式有開啟式、防護式、封閉式及防爆式幾種。開啟式電動機，在定子兩側(cè)與端蓋上都有很大的通風口，這種電動機價格便宜、散熱條件好，但容易進灰塵、水滴、鐵屑等，只能在清潔、干燥的環(huán)境中使用。防護式電動機在機座下面有通風口，散熱好，能防止水滴、鐵屑等從上方落入電動機內(nèi)，但不能防止灰塵和潮氣侵入，所以，一般在比較干燥、灰塵不多、較清潔的環(huán)境中使用。封閉式電動機有自扇冷式、他扇冷式和密閉式三種。前兩種型式的電動機是機座及端蓋上均無通風孔，外部空氣不能進入電動機內(nèi)部，可用在潮濕、有腐蝕性氣體、灰塵多、易受風雨侵蝕等較惡劣的環(huán)境中。密閉式電動機，外部的氣體、液體都不能進入電動機內(nèi)部。一般用于在液體中工作的機械，如潛水泵電動機等。防爆式電動機適用于有易燃、易爆氣體的場所，如油庫、煤氣站、加油站及礦井等場所。

（４）YD系列等變級多速異步電動機是利用換接引出線的方法來控制轉(zhuǎn)速變化的，為保證多速電動機運行的可靠性，設計和操作控制裝置時應注意，在高速切換為低速時，必須在切斷電源的同時斷開2Y接線的中性點，以免在低速繞組接通時引起電源短路。在高速切換為低速的過程中，必續(xù)待電動機停轉(zhuǎn)后才能接通低速繞組的電源，以減少對電動機及負載的沖擊。轉(zhuǎn)速切換要注意電動機的轉(zhuǎn)向。（５）電動機可以采有聯(lián)軸器，齒輪、皮帶與負載機械連接，4kW以上的2極電動機30kW以上的4極電動機不宜用皮帶傳動，雙軸伸電動的第二軸伸只能用聯(lián)軸囂傳動。聯(lián)軸器、皮帶輪軸孔與電動機軸的配合松緊應合適，安裝時嚴禁用重錘敲擊。采用聯(lián)軸器傳動時，電動機軸中心線與負載機械軸中心線應重合，聯(lián)軸器軸向保留1~3mm間隙。采用皮帶傳動啟動時，電動機軸中心線應與負載機械軸中心線平行，皮帶中心線與軸中心線相互垂直。3.接地電動機必須可靠接地，接地方式、接地電阻等應符合《工業(yè)與民用電力裝置的接地設計規(guī)范》《工廠電力設計技術規(guī)范》等電氣安全管理的規(guī)定，接地電阻小于4Ω。4.啟動（１）合閘后電動機應立即啟動起來，達到正常轉(zhuǎn)速并平穩(wěn)運行，否則立即切斷電源，檢查并排除故障。（２）啟動后注意觀察電動機傳動裝置、負載機械、電壓表和電流表，若有異?，F(xiàn)象應立即停機。（３）電動機空載連續(xù)啟動一般不超過4次，運行至熱態(tài)停機后連續(xù)啟動不得超過2次，否則容易燒壞電動機。（４）根據(jù)電網(wǎng)容量、負載大小和電動機功率等，合理選擇啟動方式，較大功率電動機宜采用三角法或降壓方式啟動。5.運行（１）電源電壓與額定電壓的偏差不超過±5％，三相電壓不平衡量不超過1.5％。（２）電動機運行電流不得超過銘牌上的額定電流，三相電流不平衡量不超過80％，否則會造成電動機發(fā)熱甚至燒毀。（３）用溫度計測量電動機機殼表面溫度應不超過80℃，軸承的溫度應不超過95℃。（４）電動機應經(jīng)常保持清潔、干燥、通風良好，進風口與出風口必須保持暢通。（５）運行中電動機出現(xiàn)冒煙、劇烈振動、異常聲音、特殊氣味、轉(zhuǎn)速明顯下降，負載設備出現(xiàn)故障，發(fā)生人身觸電時應立即斷電停機。6.軸承潤滑（１）電動機軸承潤滑應良好，一般運行3000～5000h后，應停機保養(yǎng)補充或更換潤滑脂，潤滑脂牌號為ZL-3鋰基潤滑脂。（２）存放或停用時間超過兩年的電動機使用前應對軸承的潤滑情況進行檢查，必要時補充或更換潤滑脂。（３）中心高132及以下機座號電動機用密封軸承，中心高160以上機座號電動機一般用非密封軸承，電動機使用過程中密封軸承不必更換潤滑脂。非密封軸承應定期更換清潔的潤滑脂。潤滑脂加注要適量，一般填充軸承內(nèi)外圈之間空腔的1/3~1/2，有注脂裝置的電動機，用潤滑槍加注3~4下即可，加注前打開軸承蓋底部的排放孔或蓋板，電動機運行20min后再堵上排放孔或上好蓋板，拆裝排放孔螺塞或蓋板時應斷電停機。7.2.2電動機的日常維護保養(yǎng)（１）電動機應保持表面清潔，進、出風口必須保持暢通無阻，不允許水滴、油污或金屬屑等任何異物掉入電動機的內(nèi)部。（２）經(jīng)常檢查運行中的電動機負載電流是否正常，用鉗形電流表查看三相電流是否平衡，三相電流中的任何一相與其三相平均值相差不允許超過10%。（３）對工作在正常環(huán)境條件下的電動機，應定期用兆歐表檢查其絕緣電阻；對工作在潮濕、多塵及含有腐蝕性氣體等環(huán)境條件的電動機，更應該經(jīng)常檢查其絕緣電阻。三相380V的電動機及各種低壓電動機，其絕緣電阻至少為0.5MΩ方可使用。高壓電動機定子繞組絕緣電阻為1MΩ／kV，轉(zhuǎn)子絕緣電阻至少為0.5MΩ，方可使用。若發(fā)現(xiàn)電動機的絕緣電阻達不到規(guī)定要求時，應采取相應措施處理后，使其符合規(guī)定要求，方可繼續(xù)使用。（４）經(jīng)常檢查電動機的接地裝置，使之保持牢固可靠。（５）經(jīng)常檢查電源電壓是否與銘牌相符，三相電源電壓是否對稱。（６）經(jīng)常檢查電動機的溫升是否正常。交流三相異步電動機各部位溫度的最高允許值見下表。（７）經(jīng)常檢查電動機的振動、噪聲是否正常，有無異常氣味、冒煙、啟動困難等現(xiàn)象。一旦發(fā)現(xiàn)，應立