空調(diào)器交流異步電動機設(shè)計指導(dǎo)書

1、空調(diào)器交流異步電動機設(shè)計指導(dǎo)書 交流電機設(shè)計 交流電機設(shè)計指導(dǎo)用書 交流電機設(shè)計 綜述： 1.1 用途： 空調(diào)制冷系統(tǒng)換熱一般采用強制對流，動力來源是通過電動機驅(qū)動風(fēng)扇，在特定的空間要求（風(fēng)圈、渦殼）下實現(xiàn)一定的風(fēng)量；即電動機的作用：配合風(fēng)扇及風(fēng)道系統(tǒng)，保障整機合適/合理風(fēng)量要求（注意借鑒/分析母本樣機，權(quán)衡選取整機合理風(fēng)量及噪音水平），滿足熱交換需要； 本設(shè)計指導(dǎo)書介紹交流異步電動機的設(shè)計步驟（包括：基本原理、性能指標(biāo)、安全指標(biāo)、環(huán)保要求、噪音要求、安裝要求、負(fù)載要求、控制要求、設(shè)計要求、設(shè)計資料、開發(fā)原則）和設(shè)計雷區(qū)； 希望能通過本設(shè)計指導(dǎo)書，使學(xué)習(xí)人員能夠以較快的速度了解并掌握電機設(shè)計的

2、要點，能夠起到規(guī)范電機開發(fā)的思路，指導(dǎo)完成對電動機的評估或設(shè)計改機工作； 1.2 參考資料及標(biāo)準(zhǔn)： Q/HR0503 007-2003 單相異步電動機通用技術(shù)條件 GB/T 5157-1991 小功率電動機通用技術(shù)條件 GB/T 9651-1988 單相異步電動機試驗方法 GB 12350-2000 小功率電動機的安全要求 GB 4706.1-1998 家用和類似用途電器的安全 通用要求 JB 4270-1986 房間空氣調(diào)節(jié)器風(fēng)扇用單相電容異步電動機通用技術(shù)條件 2 設(shè)計步驟： 2.1 交流異步電動機的基本原理： 2.1.1 異步電動機的原理： 交流電機設(shè)計 異步電動機由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子

3、上有可加外界輸入的定子繞組，轉(zhuǎn)子上有鼠籠式或線圈式繞組。當(dāng)把單相電壓加在定子繞組上（電容分相），由于相位的變化，就會在電機內(nèi)部產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，轉(zhuǎn)子繞組（鼠籠橫條）切割旋轉(zhuǎn)的磁力線，因而在轉(zhuǎn)子繞組（鼠籠橫條）中產(chǎn)生渦旋電流。根據(jù)福萊明左手定律，一個有電流通過的導(dǎo)體在磁場中會受到力的作用，于是產(chǎn)生了使轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。 如果轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場完全同步，轉(zhuǎn)子繞組就不切割磁力線，沒有渦旋電流產(chǎn)生，也就不會形成轉(zhuǎn)矩。 把轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的速度差定義為滑差，這是異步電動機特性的一個重要因素。（參見上圖） 2.1.2 異步電動機的特性： 異步電動機的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩特性曲線。橫座標(biāo)是轉(zhuǎn)速，縱座標(biāo)是轉(zhuǎn)矩。這一

4、點是旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，稱其為同步轉(zhuǎn)速，當(dāng)電動機以同步轉(zhuǎn)速運行時，滑差為0，轉(zhuǎn)矩也為0。隨著滑差的增大，轉(zhuǎn)矩也漸漸增大，達(dá)到峰值后又漸漸減小。異步電動機的工作狀態(tài)在電動區(qū)域，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，磁場與轉(zhuǎn)子同方向，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)差在1S0； 能使異步電動機保持穩(wěn)定運行的是在這個區(qū)域。當(dāng)負(fù)載增大，轉(zhuǎn)速就會降低，滑差增大，轉(zhuǎn)矩也隨著增大；當(dāng)負(fù)載減小，轉(zhuǎn)速加快，滑差減小，轉(zhuǎn)矩也隨著減小，所以有穩(wěn)定的平衡點。如果超出這一轉(zhuǎn)矩峰值，當(dāng)負(fù)載增大，滑差增大，轉(zhuǎn)矩反而減小，轉(zhuǎn)速越來越低直至停止。所以這一峰值（最大轉(zhuǎn)矩）又被稱為停止轉(zhuǎn)矩。通常把異步電動機的額定工作點設(shè)置在這點附近。（參見上圖） 2.1.3 異步電動機

5、的調(diào)速： 交流電機設(shè)計 要對異步電動機進(jìn)行調(diào)速，首先要搞清決定電動機轉(zhuǎn)速的要素。從轉(zhuǎn)速公式中可以看到，一次頻率，電動機極數(shù)和滑差決定了轉(zhuǎn)速，所以可通過對這三個要素的調(diào)節(jié)來進(jìn)行調(diào)速。具體有以下幾種方法。 2.1.3.1 變極數(shù)調(diào)速：通過外部切換器改變電機的極數(shù)，其缺點是速度控制不是連續(xù)的， 而且一般只有兩檔。 2.1.3.2 抽頭調(diào)速：在設(shè)計/開發(fā)電機時，通過調(diào)整使用饒組的數(shù)量或比例，調(diào)整主繞組 與副繞組產(chǎn)生的磁力大小，形成不同的轉(zhuǎn)矩特征曲線，在相同負(fù)載條件下，可表現(xiàn) 出不同的轉(zhuǎn)差及轉(zhuǎn)速。 2.1.3.3 調(diào)壓調(diào)速：控制輸入電壓大小改變電動機的轉(zhuǎn)矩特性，調(diào)節(jié)滑差。其缺點是需要 速度反饋，可調(diào)范圍

6、窄。 2.1.3.4 調(diào)頻調(diào)速：在電源與電動機之間插入變頻器，通過對電動機輸入電源頻率的調(diào)節(jié) 來調(diào)速。 在空調(diào)室內(nèi)機和是外機的風(fēng)扇驅(qū)動上，最常使用抽頭調(diào)速，調(diào)壓調(diào)速較少（如：700*700新開結(jié)構(gòu)），在某些特殊場合，為追求較高的效率使用變頻調(diào)速（如：12SEER管道機室內(nèi)電機） 2.2 交流異步電動機的性能指標(biāo)： 2.2.1 絕緣等級與電機溫升： 絕緣等級主要反映了電動機能夠承受的最大溫度指標(biāo)，除了電動機繞組之外還包括其他絕 緣材料，例如：線包與定子之間的絕緣紙、定子與線包使用的絕緣浸漆、電動機使用的溫度保護(hù)器等，這反映了一個整體性指標(biāo)，由電動機廠家從設(shè)計階段就需要嚴(yán)格進(jìn)行考核的重要指標(biāo)； 除

7、電機內(nèi)部發(fā)熱部件的溫升、環(huán)境溫度外，還需要預(yù)留適當(dāng)?shù)陌踩嗔?，一般室外電機（吸 交流電機設(shè)計 風(fēng)方式的室內(nèi)電機，如：高靜壓風(fēng)管機）的環(huán)境惡劣，溫升要求也就嚴(yán)格； 一般使用B級絕緣（B級耐溫130度）；進(jìn)口常用E級絕緣（E級耐溫120度）；一般慎選F 級絕緣（F級耐溫155度），在大功率場合不得已條件下使用； 電機的發(fā)熱來源：線圈阻性發(fā)熱，電磁轉(zhuǎn)換在定子、轉(zhuǎn)子上形成渦流發(fā)熱；我們需要重點 考核的對象：線圈和軸承；測量方法分別是：溫升電阻法和軸承布點方式；如有特殊要求必須在圖紙中體現(xiàn)； 現(xiàn)集團(tuán)企標(biāo)：線圈溫升77K（內(nèi)電機）/60K（外電機），軸承溫度不超95度。另外吸風(fēng)式 按外電機考核；現(xiàn)統(tǒng)一要求

8、溫升目標(biāo)為50 K； 2.2.2 堵轉(zhuǎn)試驗與電機保護(hù)器： 堵轉(zhuǎn)試驗是模擬一種特殊情況，在啟動階段起始轉(zhuǎn)矩較小的情況下發(fā)生異常導(dǎo)致不能正常 啟動，此時電機繞組上無反電動勢，繞組上的電流較大，產(chǎn)生熱量集中造成電機溫度過高，這種特殊情況下，一般通過在電動機內(nèi)部典型位置（一般為線包上）設(shè)置溫度保護(hù)器實現(xiàn)防護(hù)； 電機保護(hù)器有兩個指標(biāo)，斷開溫度和恢復(fù)溫度；斷開溫度的選取以電機絕緣等級為最大限 值，根據(jù)電機的實際情況（外殼材料等）可以選取溫度較低的型號； 電機保護(hù)器為安全認(rèn)證要求部件，一般需要提供相關(guān)認(rèn)證號；我們現(xiàn)在常用的保護(hù)器閉合： 8215；斷開：1305；優(yōu)選：進(jìn)口件,武進(jìn)、常恒、寶應(yīng)、德州儀器； 2

9、.3 交流異步電動機的安全指標(biāo)： 2.3.1 泄漏電流：電動機施加1.06倍額定電壓，在額定負(fù)載下運行，5s內(nèi)測試，電動機泄漏電 流=0.5mA； 2.3.2 絕緣電阻：室溫下，使用DC500V兆歐表，測量電動機繞組與外殼間絕緣電阻不低于100M ，溫升試驗后絕緣電阻應(yīng)不低于10M； 2.3.3 電氣強度：電動機繞組與機殼間應(yīng)能承受50Hz交流電壓的電氣強度試驗無擊穿閃絡(luò)現(xiàn)象， 實驗電壓與時間如下表： 2.4 交流異步電動機的環(huán)保要求： 歐盟基于環(huán)保要求，提出RoHS指令標(biāo)準(zhǔn)，海爾要求具體指標(biāo)如下：適用均質(zhì)材料 鎘及其化合物 75 ppm 鉛及其化合物 800ppm 汞及其化合物 800ppm

10、 六價鉻及其化合物 800ppm 多溴聯(lián)苯 800ppm 多溴聯(lián)苯醚 800ppm 交流電機設(shè)計 2.5 交流異步電動機的噪音要求： 與電動機相關(guān)的空調(diào)噪聲如下： 電動機控制噪聲的幾個指標(biāo)： 2.5.1 徑向跳動：一般內(nèi)機0.03mm,外機=0.4*額定轉(zhuǎn)速，這樣電動機的效率較合理，由于轉(zhuǎn)差并不太大所以低速下，尤其是啟動階段的電磁噪聲較?。怀Ｓ玫碾姍C極數(shù)有：4P、6P、8P、10P； 異步電動機常用轉(zhuǎn)速誤差范圍：高速使用+/-30RPM、中速使用+/-40RPM、低速使用+/-50RPM、 微弱使用+/-50RPM； 電機轉(zhuǎn)速作為常用衡量指標(biāo)，必須明確測試環(huán)境條件（電機轉(zhuǎn)速與負(fù)載關(guān)系非常密切，

11、風(fēng)扇 交流電機設(shè)計 區(qū)別、甚至風(fēng)道區(qū)別也可能影響轉(zhuǎn)速），一般情況下需要給外檢提供實際風(fēng)葉，功率較大的電機甚至無法標(biāo)定轉(zhuǎn)速，這種情況下特別依賴于轉(zhuǎn)矩圖； 2.8.2 轉(zhuǎn)向與風(fēng)扇要求： 電動機的轉(zhuǎn)向由風(fēng)扇決定，軸向風(fēng)扇轉(zhuǎn)向比較容易分辨，離心式風(fēng)扇分前向和后向兩種，需 要注意多方確認(rèn)； 用于風(fēng)扇固定的電機軸端螺母禁錮螺紋旋轉(zhuǎn)方向與風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)方向相反，防止出現(xiàn)長期運轉(zhuǎn)螺 母脫落的可能； 電機軸端錮螺風(fēng)葉，使用外螺紋方式好于內(nèi)螺紋方式 2.8.3 電動機的密封性和外殼材料： 室外機及使用環(huán)境有特殊要求的室內(nèi)機用電機，一般使用全密封，散熱性能不利，需要注意 考核；無特殊要求的使用環(huán)境，室內(nèi)機用電機多有散熱孔

12、，散熱性能較好，需要注意考核進(jìn)冷凝水可能造成損壞； 電動機外殼材料，鋁材散熱性較好，加工要求較高（模具熱注），需要注意時效變形及熱膨 脹配合應(yīng)力弱化；鋼材加工要求低，但散熱性弱于鋁材； 2.8.4 運轉(zhuǎn)電容： 運轉(zhuǎn)電容的選取在電機設(shè)計階段，如果已經(jīng)確定目標(biāo)電容規(guī)格要求，可以方便物料管理，這 一要求，需要在安排電機設(shè)計任務(wù)時提供，至少提供一個常用的參考系列供設(shè)計人員選??； 一般情況下風(fēng)機使用薄膜電容CBB611，也可選擇CBB65A-1；電容系列化較完善，認(rèn)證及可 靠性方面較好，并經(jīng)過長期使用，電機開發(fā)中優(yōu)先選用成熟產(chǎn)品，常用電容規(guī)格參數(shù)附表： 器兩端電壓不應(yīng)超過電容器銘牌標(biāo)注額定電壓？一般，常

13、用電容耐壓450VAC 2.9 交流異步電動機的設(shè)計資料： 2.9.1 電機圖紙，應(yīng)包含的基本項目見“性能指標(biāo)、安全指標(biāo)、安裝要求、負(fù)載要求、控制要求、 設(shè)計要求等”，注意事項如下：以下也是電機廠家需要嚴(yán)格控制的主要組成 2.9.1.1 電機剖面圖應(yīng)體現(xiàn)溫度保護(hù)器位置 2.9.1.2 2.9.1.3 2.9.1.4 2.9.1.5 2.9.1.6 電機元器件清單應(yīng)明確定子-轉(zhuǎn)子使用硅鋼片的廠家及型號系列 電機元器件清單應(yīng)明確轉(zhuǎn)子使用壓注鋁材的廠家及型號系列 電機元器件清單應(yīng)明確定子繞線使用的廠家及型號系列 電機元器件清單應(yīng)明確使用軸承的廠家及型號系列 電機元器件清單應(yīng)明確溫度保護(hù)器廠家及型號系

14、列 交流電機設(shè)計 共 11頁 2.9.2 電機廠家應(yīng)提供電機的所有轉(zhuǎn)速擋轉(zhuǎn)矩圖 2.9.3 電機廠家應(yīng)提供電機樣機繞組溫升測試結(jié)果 2.9.4 電機廠家應(yīng)提供電機溫度保護(hù)器認(rèn)證號或電機認(rèn)證號 2.9.5 開發(fā)員需要保留合格空調(diào)使用電機的狀態(tài)記錄： 2.9.5.1 整機額定條件下（電機穩(wěn)態(tài)）的風(fēng)量（制冷運行、制熱運行、送風(fēng)運行分別在各 擋轉(zhuǎn)速） 2.9.5.2 整機額定條件下（電機穩(wěn)態(tài)）的轉(zhuǎn)速（制冷運行、制熱運行、送風(fēng)運行分別在各 擋轉(zhuǎn)速） 2.9.5.3 2.9.5.4 整機額定條件下（電機冷態(tài)）的轉(zhuǎn)速（電機冷卻后上電測試、送風(fēng)運行，生產(chǎn)線對于特殊情況，風(fēng)管機提供機外靜壓，無法完成額定條件下的

15、轉(zhuǎn)速（電機冷態(tài)和狀態(tài)） 穩(wěn)態(tài)），可以使用變通方案，但是要求必須詳細(xì)記錄變通條件，做到變通條件有效（能 復(fù)現(xiàn)）、有用（能控制）、有利（簡單、實用） 2.9.5.5 電動機只帶風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速（電機冷卻后上電，10分鐘和30分鐘測試，作為標(biāo)注電 機圖紙轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)來源） 2.9.6 生產(chǎn)指導(dǎo)文件： 2.9.6.1 電動機只帶風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，用于檢測公司和外檢控制入廠部件 2.9.6.2 2.9.6.3 電動機整機條件下冷態(tài)轉(zhuǎn)速，用于生產(chǎn)線上抽檢控制，穩(wěn)定質(zhì)量 電動機整機條件下穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，用于抽樣控制，檢查批次質(zhì)量穩(wěn)定性 2.9.7 電機一旦批量后，在過程中進(jìn)行更改，除以上資料之外還需要記錄修改履歷，更新主觀件

16、明細(xì)，更新認(rèn)證需要的資料，補充生產(chǎn)文件資料，提供售后切換-使用方法 2.10 交流異步電動機的開發(fā)原則： 2.10.1 不同廠家電機結(jié)構(gòu)尺寸不求統(tǒng)一，但不能影響裝配和使用 2.10.2 不同廠家電機性能要求一致，以滿足整機風(fēng)量要求為最終目標(biāo)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、整機冷態(tài)轉(zhuǎn) 速、整機熱態(tài)轉(zhuǎn)速可以存在區(qū)別 2.10.3 相同專用號，即使同一廠家的產(chǎn)品，在不同的機型上，因為要求的最終目標(biāo)：整機風(fēng)量 不一致，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、整機冷態(tài)轉(zhuǎn)速、整機熱態(tài)轉(zhuǎn)速存在區(qū)別，需要重新確認(rèn) 2.10.4 基于以上原則： 2.10.4.1 相同專用號的電機，以廠家分類制定各自的圖紙標(biāo)準(zhǔn)和各環(huán)節(jié)測試標(biāo)準(zhǔn) 2.10.4.2 相同專用號的電機，以不同機型制定各自的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和各環(huán)節(jié)測試標(biāo)準(zhǔn) 2.10.5 電動機的負(fù)載、發(fā)熱、散熱、功率、轉(zhuǎn)速，在整機額定條件、整機生產(chǎn)條件、 僅帶風(fēng)扇，都有所區(qū)別，要求以滿足整機額定條件穩(wěn)態(tài)風(fēng)量為最終目標(biāo) 2.10.6 近期關(guān)于電機軸擋圈變形可能導(dǎo)致風(fēng)扇不平衡噪音、甚至風(fēng)