《電機(jī)與拖動技術(shù)》課件第７章 電力拖動系統(tǒng)中電動機(jī)的選擇和維護(hù)

第７章電力拖動系統(tǒng)中

電動機(jī)的選擇和維護(hù)7.1電力拖動系統(tǒng)中電動機(jī)的選擇7.2電力拖動系統(tǒng)中電動機(jī)的使用和維護(hù)7.1電力拖動系統(tǒng)中電動機(jī)的選擇在電力拖動系統(tǒng)中，選擇電動機(jī)應(yīng)遵循以下基本原則：電動機(jī)能夠完全滿足生產(chǎn)機(jī)械在機(jī)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(jī)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(yīng)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)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(yīng)的防護(hù)方式及冷卻方式的電動機(jī)。所選擇的電動機(jī)的可靠性高并且便于維護(hù)?；Q性能要好，一般情況盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)產(chǎn)品。7.1.1電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻電動機(jī)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(jī)本身溫度升高，同時，在電動機(jī)溫度高出周圍環(huán)境溫度時要散出熱量。電動機(jī)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(dāng)電動機(jī)單位時間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時，電動機(jī)的溫度不再增加，電動機(jī)達(dá)到穩(wěn)定溫升，電動機(jī)處于發(fā)熱和散熱平衡狀態(tài)。

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

電動機(jī)運(yùn)行時，若其實(shí)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(jī)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(jī)允許的最高溫度主要取決于絕緣材料，因?yàn)樗请妱訖C(jī)中耐熱能力最差的。電動機(jī)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(jī)所用的絕緣材料的等級在電動機(jī)銘牌上都會給出。

7.1.2電動機(jī)額定功率的選擇1.電動機(jī)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(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時，連續(xù)運(yùn)行時間很長的工作方式。連續(xù)工作制的電動機(jī)使用很廣泛，一般在銘牌上標(biāo)注S1或不標(biāo)明工作制。２）短時工作制短時工作制是指電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時，運(yùn)行時間很短，停機(jī)時間很長的工作方式。短時工作制的電動機(jī)在銘牌上標(biāo)注S2，我國的短時工作制電動機(jī)的運(yùn)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(fù)短時工作制，是指電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時，運(yùn)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(jī)在銘牌上標(biāo)注S3。要求頻繁啟動、制動的電動機(jī)常采用斷續(xù)周期工作制電動機(jī)，如拖動電梯、起重機(jī)的電動機(jī)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(fù)載的連續(xù)周期工作制（S8工作制）。（６）負(fù)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(jī)功率的選擇短時工作制的負(fù)載，應(yīng)選用專用的短時工作制電動機(jī)。在沒有專用電動機(jī)的情況下，也可以選用連續(xù)工作制的電動機(jī)。（１）直接選用短時工作制電動機(jī)。電動機(jī)制造廠專門為短時工作制的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造了短時工作制電動機(jī)，其時間規(guī)格有15min、30min、60min、90min四種。當(dāng)工作時間接近上述標(biāo)準(zhǔn)時間時，可以按生產(chǎn)機(jī)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(jī)。由于短時工作制的電動機(jī)的生產(chǎn)很少，實(shí)踐中常選用連續(xù)工作制的電動機(jī)來代替短時工作制的電動機(jī)工作。如果選擇連續(xù)工作制的電動機(jī)，則電動機(jī)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(jī)，讓電動機(jī)在工作時間內(nèi)短時過載運(yùn)行，此時電動機(jī)功率的選擇依據(jù)為：在短時工作時間內(nèi)，電動機(jī)過載運(yùn)行所達(dá)到的溫升恰好等于電動機(jī)所允許的最高溫升。３）斷續(xù)周期工作制下電動機(jī)功率的選擇這種工作方式的電動機(jī)的工作與停止交替進(jìn)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(jī)的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率FC有15%、25%、40%、60%四種。同一臺電動機(jī)，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(jī)功率選擇的步驟與連續(xù)工作制變動負(fù)載下的功率選擇是相似的，要經(jīng)過預(yù)選電動機(jī)和校驗(yàn)等步驟。

2.電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇電動機(jī)轉(zhuǎn)速選擇合理與否，將直接影響到電動機(jī)的價格、能量損耗及生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)效率等。相同功率的電動機(jī)轉(zhuǎn)速高的尺寸小，價格低，比較經(jīng)濟(jì)。但生產(chǎn)機(jī)械的工作速度較低，轉(zhuǎn)速高，傳動機(jī)構(gòu)將比較復(fù)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(jī)，可選擇相應(yīng)額定轉(zhuǎn)速的電動機(jī)，從而省去減速傳動機(jī)構(gòu)。（２）對于經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，選擇額定轉(zhuǎn)速時則應(yīng)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(jī)的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速，應(yīng)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(jī)械，可選用多速電動機(jī)或者選擇額定轉(zhuǎn)速稍高于生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)配以減速機(jī)構(gòu)，也可以采用電氣調(diào)速的電動機(jī)拖動系統(tǒng)。在可能的情況下，應(yīng)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(jī)械，應(yīng)使電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速相適應(yīng)，直接采用電氣調(diào)速。3.電動機(jī)種類的選擇在滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下，優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運(yùn)行可靠、維修方便的電動機(jī)。由于三相籠形異步電動機(jī)具有上述特點(diǎn)，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(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和日常生活的各個領(lǐng)域，是生產(chǎn)量最大、應(yīng)用面最廣的電動機(jī)。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(jī)械中，如機(jī)床、水泵、通風(fēng)機(jī)、家用電器等，應(yīng)優(yōu)先采用籠型異步電動機(jī)。對于要求啟動轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機(jī)械，如空氣壓縮機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、紡織機(jī)等，可采用深槽或雙籠形異步電動機(jī)。在要求有級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如某些機(jī)床，可采用雙速、三速或四速等多速籠形異步電動機(jī)。由于繞線式異步電動機(jī)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(shí)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(jī)械，如起重機(jī)、提升機(jī)等，可采用繞線式異步電動機(jī)。同步電動機(jī)在運(yùn)行時，可以對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)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(jī)、破碎機(jī)、礦用通風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)等，可采用同步電動機(jī)。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(zhǔn)確的生產(chǎn)機(jī)械，如高精度數(shù)控機(jī)床、龍門刨床、造紙機(jī)、印染機(jī)等，則應(yīng)選用他勵（復(fù)勵）直流電動機(jī)拖動。4.電動機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選擇原則上電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械的工作方式應(yīng)該一致。電動機(jī)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(jī)的外殼防護(hù)形式有開啟式、防護(hù)式、封閉式及防爆式幾種。開啟式電動機(jī)，在定子兩側(cè)與端蓋上都有很大的通風(fēng)口，這種電動機(jī)價格便宜、散熱條件好，但容易進(jìn)灰塵、水滴、鐵屑等，只能在清潔、干燥的環(huán)境中使用。防護(hù)式電動機(jī)在機(jī)座下面有通風(fēng)口，散熱好，能防止水滴、鐵屑等從上方落入電動機(jī)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(jī)有自扇冷式、他扇冷式和密閉式三種。前兩種型式的電動機(jī)是機(jī)座及端蓋上均無通風(fēng)孔，外部空氣不能進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部，可用在潮濕、有腐蝕性氣體、灰塵多、易受風(fēng)雨侵蝕等較惡劣的環(huán)境中。密閉式電動機(jī)，外部的氣體、液體都不能進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部。一般用于在液體中工作的機(jī)械，如潛水泵電動機(jī)等。防爆式電動機(jī)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(jī)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(jī)運(yùn)行的可靠性，設(shè)計(jì)和操作控制裝置時應(yīng)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(diǎn)，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(jī)停轉(zhuǎn)后才能接通低速繞組的電源，以減少對電動機(jī)及負(fù)載的沖擊。轉(zhuǎn)速切換要注意電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。（５）電動機(jī)可以采有聯(lián)軸器，齒輪、皮帶與負(fù)載機(jī)械連接，4kW以上的2極電動機(jī)30kW以上的4極電動機(jī)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(jī)軸的配合松緊應(yīng)合適，安裝時嚴(yán)禁用重錘敲擊。采用聯(lián)軸器傳動時，電動機(jī)軸中心線與負(fù)載機(jī)械軸中心線應(yīng)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(jī)軸中心線應(yīng)與負(fù)載機(jī)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(jī)必須可靠接地，接地方式、接地電阻等應(yīng)符合《工業(yè)與民用電力裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》《工廠電力設(shè)計(jì)技術(shù)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(jī)應(yīng)立即啟動起來，達(dá)到正常轉(zhuǎn)速并平穩(wěn)運(yùn)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(jī)傳動裝置、負(fù)載機(jī)械、電壓表和電流表，若有異?，F(xiàn)象應(yīng)立即停機(jī)。（３）電動機(jī)空載連續(xù)啟動一般不超過4次，運(yùn)行至熱態(tài)停機(jī)后連續(xù)啟動不得超過2次，否則容易燒壞電動機(jī)。（４）根據(jù)電網(wǎng)容量、負(fù)載大小和電動機(jī)功率等，合理選擇啟動方式，較大功率電動機(jī)宜采用三角法或降壓方式啟動。5.運(yùn)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(jī)運(yùn)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(jī)發(fā)熱甚至燒毀。（３）用溫度計(jì)測量電動機(jī)機(jī)殼表面溫度應(yīng)不超過80℃，軸承的溫度應(yīng)不超過95℃。（４）電動機(jī)應(yīng)經(jīng)常保持清潔、干燥、通風(fēng)良好，進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口必須保持暢通。（５）運(yùn)行中電動機(jī)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(fù)載設(shè)備出現(xiàn)故障，發(fā)生人身觸電時應(yīng)立即斷電停機(jī)。6.軸承潤滑（１）電動機(jī)軸承潤滑應(yīng)良好，一般運(yùn)行3000～5000h后，應(yīng)停機(jī)保養(yǎng)補(bǔ)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(jī)使用前應(yīng)對軸承的潤滑情況進(jìn)行檢查，必要時補(bǔ)充或更換潤滑脂。（３）中心高132及以下機(jī)座號電動機(jī)用密封軸承，中心高160以上機(jī)座號電動機(jī)一般用非密封軸承，電動機(jī)使用過程中密封軸承不必更換潤滑脂。非密封軸承應(yīng)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(jī)，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(jī)運(yùn)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(yīng)斷電停機(jī)。7.2.2電動機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)（１）電動機(jī)應(yīng)保持表面清潔，進(jìn)、出風(fēng)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(jī)的內(nèi)部。（２）經(jīng)常檢查運(yùn)行中的電動機(jī)負(fù)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(jī)，應(yīng)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(jī)，更應(yīng)該經(jīng)常檢查其絕緣電阻。三相380V的電動機(jī)及各種低壓電動機(jī)，其絕緣電阻至少為0.5MΩ方可使用。高壓電動機(jī)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(jī)的絕緣電阻達(dá)不到規(guī)定要求時，應(yīng)采取相應(yīng)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(jī)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(jī)的溫升是否正常。交流三相異步電動機(jī)各部位溫度的最高允許值見下表。（７）經(jīng)常檢查電動機(jī)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(yīng)立