電機噪聲的抑制(續(xù))

1、步進電機發(fā)熱問題分析 步進電機作為一種數(shù)字式執(zhí)行元件，在運動控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。許多用戶朋友在使用步進電機的時候，感覺電機工作時有較大的發(fā)熱，心存疑慮，不知這種現(xiàn)象是否正常。實際上發(fā)熱是步進電機的一個普遍現(xiàn)象，但怎樣的發(fā)熱程度才算正常，以及如何盡量減小步進電機發(fā)熱. 1，步進電機為什么會發(fā)熱？ 任何電機都會發(fā)熱，只是發(fā)熱程度不同罷了。對于各種步進電機而言，內部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻，通電會產生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會產生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應，在交變磁場中也會產生損耗，其大小與材料，電流，頻率

2、，電壓有關，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉速而變化，因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。 2，步進電機發(fā)熱的合理范圍？。 電機發(fā)熱允許到什么程度，主要取決于電機內部絕緣等級。內部絕緣性能在高溫下（130度以上）才會被破壞。所以只要內部不超過130度，電機便不會損壞，而這時表面溫度會在90度以下。所以，步進電機表面溫度在70-80度都是正常的。簡單的溫度測量方法有用點溫計的，也可以粗略判斷：用手可以觸摸1-2秒以上，不超過60度；用手只能碰一下

3、，大約在70-80度；滴幾滴水迅速氣化，則90度以上了。 3，步進電機工作方式不同，發(fā)熱也不同。 遇采用恒流驅動技術時，步進電機在靜態(tài)和低速下，電流會維持相對恒定，以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度，電機內部反電勢升高，電流將逐步下降，力矩也會下降。因此，因銅損帶來的發(fā)熱情況就與速度相關了。靜態(tài)和低速時一般發(fā)熱高，高速時發(fā)熱低。但是鐵損（雖然占的比例較?。┳兓那闆r卻不盡然，而電機整個的發(fā)熱是二者之和，所以上述只是一般情況。 4，步進電機發(fā)熱會影響步進電機的工作壽命嗎？ 電機發(fā)熱雖然一般不會影響電機的壽命，對大多數(shù)客戶來說沒必要理會。但是，嚴重的發(fā)熱會帶來一些負面影響。如電機內部各部分熱膨脹系

4、數(shù)不同導致結構應力的變化和內部氣隙的微小變化，會影響電機的動態(tài)響應，高速會容易失步。又如有些場合不允許電機的過度發(fā)熱，如醫(yī)療器械和高精度的測試設備等。因此對電機的發(fā)熱應當進行必要的控制。我們的步進電機用在鋼鐵機器人上，環(huán)境溫度100多度，至今工作正常。 5，步進電機發(fā)熱問題的解決方案？ 如果步進電機驅動器有自動半流模式，盡量讓其工作在半流狀態(tài)，因為此時步進電機全流工作發(fā)熱最大 。 如果負載力矩范圍允許的情況下，可以把電機額定電流降下來，比如5A電機，讓其工作在4A狀態(tài)下； 選擇低電阻，低電流的步進電機，減少銅損和鐵損。 加裝風機，強制散熱。電動機的效率和溫升的關系 不論那種形式的變頻器，在運行

5、中均產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。拒資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調制比）。 高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會產生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一

6、般要增加10%20%。 永磁同步電機的功率因數(shù)怎樣提高 摘要：由于供用電方式的轉換，地方電網對油田油井實施單井點計量考核，如功率因數(shù)達不到0.9，需支付調整電費。針對油井所用永磁電機功率因數(shù)低的情況，進行了調整。關鍵詞：永磁同步電機；功率因數(shù)；提高中圖分類號：TM351文獻標識碼：B由于油田供用電由原來的關口計量改為單井（點）計量，故單井（點）功率因數(shù)不能達標。2003年，臨盤采油廠僅功率因數(shù)調整電費就多付150萬元。為此，采取了多種措施，以提高功率因數(shù)，達到了節(jié)能降耗的目的。一、影響永磁同步電機功率因數(shù)的原因抽油機上所用的永磁同步電動機是一種異步啟動的同步電機，由轉子交流啟動后牽入同步運行，

7、類似于交流同步電動機。其運行是靠定子線圈在氣隙中產生的旋轉磁場與轉子上磁鋼間的相互吸引，使轉子與定子氣隙磁場同步旋轉而做功。其轉子等效為電阻電路，故功率因數(shù)高。因無勵磁電流，其空載損耗小。電動機效率可達96%左右，較三相異步電動機高。影響永磁同步電機功率因數(shù)的原因是電壓質量（電壓幅值）和負載率。當電網電壓高于電動機的反電勢點時，永磁電機呈感性負載運行；反之，電動機呈容性負載運行。因此，電網電壓波動會造成電機的功率因數(shù)波動，補償困難。若電壓幅值與電動機反電勢點接近，偏差在2%電壓范圍內時，電機功率因數(shù)大于或等于0.9，否則，功率因數(shù)較低；另外，當永磁同步電機的負載率低于25%時，電機功率因數(shù)也偏

8、低。二、提高永磁電機功率因數(shù)的方法通過對各單井點功率因數(shù)低的原因分析，分別采取了以下方法進行調整。1.根據實測負載率適當調換電機，以保證適當?shù)呢撦d率。2.穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，尤其是重載線路末端，電壓普遍偏低。3.穩(wěn)定單井電壓使其接近永磁同步電機的空載反電勢。4.當運行電壓高于永磁電機的反電勢點時，可根據感性無功功率的大小，加電容補償，以提高功率因數(shù)。5.當運行電壓低于永磁電機的反電勢點時，可調節(jié)變壓器分接開關，適當提高二次電壓的幅值，使電機運行電壓在反電勢點附近，提高功率因數(shù)。6.對于重負荷長線路，調節(jié)變壓器分接開關后，變壓器二次電壓幅值仍低于永磁電機反電勢點時，可更換永磁同步電機，采用電容柜補償。

9、三、調整情況及效果分析通過對采油六隊部分油井的調整試驗，使功率因數(shù)不達標的油井基本達標。首先對變電所及線路電容做了調整，使末端電壓有所提高。其次，根據對單井的測試結果，采取了相應對策，有的增加電容，有的調整變壓器擋位，對部分井調整了電動機功率。測試結果顯示，使用永磁同步電機的各井功率因數(shù)除一臺外，其他全部合格，功率因數(shù)調整電費大幅度下降。該辦法在采油六隊取得成功后，現(xiàn)已在全廠推廣應用。目前，臨盤采油廠的功率因數(shù)調整電費由2004年初的50萬元下降到5萬元，取得了良好效果。電動機軸承過熱的處理方法 （1）軸承損壞，應更換。 （2）滾動軸承潤滑脂過少、過多或有鐵屑等雜質。承軸潤滑脂的容量不應超過總

10、容積的70%，有雜質者應更換。 （3）軸與軸承配合過緊或過松。過緊時應重新磨削，過松時應給轉軸鑲套。 （4）軸承與端蓋配合過緊或過松。過緊時加工軸承室，過松時在端蓋內鑲鋼套。 （5）電動機兩端蓋或軸承蓋裝配不良。將端蓋或軸承蓋止口裝進、裝平，擰緊螺釘。 （6）皮帶過緊或聯(lián)軸器裝配不良。調整皮帶張力，校正聯(lián)軸器。 （7）滑動軸承潤滑油太少、有雜質或油環(huán)卡住。應如加油、換新油，修理或更換油環(huán)。電機過熱的原因 1)、電源方面使電動機過熱的原因 電源方面使電動機過熱原因有以下幾種： a、電源電壓過高 當電源電壓過高時，電動機販反電動勢、磁通及磁通密度均隨之增大。由于鐵損耗的大小與磁通密度平方成正比，則

11、鐵損耗增加，導致鐵心過熱。而磁通增加，又致使勵磁電流分量急劇增加，造成定子繞組1銅損增大，使繞組過熱。因此，電源電壓超過電動機的額定電壓時，會使電動機過熱。 b、電源電壓過低 電源電壓過低時，若電動機的電磁轉矩保持不變，磁通將降低，轉子電流相應增大，定子電流中負載電源分量隨之增加，造成繞線的銅損耗增大,致使定、轉子繞組過熱。 c、電源電壓不對稱 當電源線一相斷路、保險絲一相熔斷，或閘刀起動設備角頭燒傷致使一相不通，都將造成三相電動機走單相，致使運行的二相繞組通過大電流而過熱，及至燒毀。 d、三相電源不平衡 當三相電源不平衡時，會使電動機的三相電流不平衡，引起繞組過熱。由上述可見，當電動機過熱時

12、，應首先考慮電源方面的原因。確認電源方面無問題后，再去考慮其他方面因素。 2)、負載使電動機過熱的原因 負載方面使電動機過熱原因有以下幾種： a、電動機過載運行 當設備不配套，電動機的負載功率大于電動機的額定功率時，則電動機長期過載運行（即小馬拉大車），會導致電動機過熱。維修過熱電動機時，應先搞清負載功率與電動機功率是否相符，以防盲無目的的拆卸。 b、拖動的機械負載工作不正常 設備雖然配套，但所拖動的機械負載工作不正常，運行時負載時大時小，如脫粒機喂入量過大時，電動機過載而發(fā)熱。 c、拖動的機械有故障 當被拖動的機械有故障，轉動不靈活或被卡住，都將使電動機過載，造成電動機繞組過熱。故，檢修電動

13、機過熱時，負載方面的因素不能忽視。 3)、電動機本身造成過熱的原因 電動機本身造成過熱原因有以下幾種： a、電動機繞組斷路 當電動機繞組中有一相繞組斷路，或并聯(lián)支路中有一條支路斷路時，都將導致三相電流不平衡，使電動機過熱。 b、電動機繞組短路 當電動機繞組出現(xiàn)短路故障時，短路電流比正常工作電流大得多，使繞組銅損耗增加，導致繞組過熱，甚至燒毀。 c、電動機接法錯誤 當三角形接法電動機錯接成星形時，電動機仍帶滿負載運行，定子繞組流過的電流要超過額定電流，乃至導致電動機自行停車，若停轉時間稍長又未切斷電源，繞組不僅嚴重過熱，還將燒毀。當星形連接的電動機錯接成三角形，或若干個線圈組串成一條支路的電動機

14、錯接成二支路并聯(lián)，都將使繞組與鐵心過熱，嚴重時將燒毀繞組。 e、電動機接法錯誤 當一個線圈、線圈組或一相繞組接反時，都會導致三相電流嚴重不平衡，而使繞組過熱。 f、電動機的機械故障 當電動機軸彎曲、裝配不好、軸承有毛病等，均會使電動機電流增大，銅損耗及機械摩擦損耗增加，使電動機過熱。 4)、通風散熱不良使電動機過熱的原因 通風散熱不良使電動機過熱的原因有以下幾種： a、環(huán)境溫度過高，使進風溫度高。 b、進風口有雜物擋住，使進風不暢，造成進風量小 c、電動機內部灰塵過多，影響散熱 d、風扇損壞或裝反，造成無風或風量小 e、未裝風罩或電動機端蓋內未裝擋風板，造成電動機無一定的風路 什么是防爆電機？

15、 防爆電機是一種可以在易燃易爆廠所使用的一種電機,運行時不產生電火花。 防爆電機主要用于煤礦、石油天然氣、石油化工和化學工業(yè)。此外，在紡織、冶金、城市煤氣、交通、糧油加工、造紙、醫(yī)藥等部門也被廣泛應用。防爆電機作為主要的動力設備，通常用于驅動泵、風機、壓縮機和其他傳動機械。 隨著科技、生產的發(fā)展，存在爆炸危險的場所也在不斷增加。例如，食用油生產過去是用傳統(tǒng)的壓榨法工藝，20世紀70年代以后，我國開始引進國外先進的浸出油工藝，但此工藝中要使用含有己烷的化學溶劑，己烷是易燃易爆物質；因此浸出油車間就成了爆炸危險場所，需要使用防爆電機和其他防爆電氣產品。又如，近年來我國公路發(fā)展迅速，一大批燃油加油站

16、出現(xiàn)，也給防爆電機提供了新的市場。 產品分類 1 按電機原理分 可分為防爆異步電機、防爆同步電機及防爆直流電機等。 2 按使用場所分 可分為煤礦井下用防爆電機及工廠用防爆電機。 3 按防爆原理分 可分為隔爆型電機、增安型電機、正壓型電機、無火花型電機及粉塵防爆電機等。 4 按配套的主機分 可分為煤礦運輸機用防爆電機、煤礦絞車用防爆電機、裝巖機用防爆電機、煤礦局部扇風機用防爆電機、閥門用防爆電機、風機用防爆電機、船用防爆電機、起重冶金用防爆電機及加氫裝置配套用增安型無刷勵磁同步電機等。此外，還可以按額定電壓、效率等技術指標來分，如高壓防爆電機、高效防爆電機、高轉差率防爆電機及高起動轉矩防爆電機等

17、。本文按防爆原理分類介紹。 產品系列及其特點 1 隔熄型電機 它采用隔爆外殼把可能產生火花、電弧和危險溫度的電氣部分與周圍的爆炸性氣體混合物隔開。但是，這種外殼并非是密封的，周圍的爆炸性氣體混合物可以通過外殼的各部分接合面間隙進入電機內部。當與外殼內的火花、電弧、危險高溫等引燃源接觸時就可能發(fā)生爆炸，這時電機的隔爆外殼不僅不會損壞或變形，而且爆炸火焰或熾熱氣體通過接合面間隙傳出時，也不能引燃周圍的爆炸性氣體混合物。 我國當前廣泛應用的低壓隔爆型電機產品的基本系列是YB系列隔爆型三相異步電機，它是Y系列(IP44)三相異步電機的派生產品。防爆性能符合GB3836183爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用

18、要求和GB3836283爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備隔爆型電氣設備“d”，的規(guī)定；電機功率范圍為O55200kW，相對應的機座號范圍是機座中心高為80315nun；防爆標志為dI、dIIAT4、dIIBT4，分別適用于煤礦井下固定式設備或工廠IIA、IIB級，溫度組別為T1T4組的可燃性氣體或蒸氣與空氣形成的爆炸性混合物的場所；主體外殼防護等級為IP44，也可制成IP%4，接線盒防護等級為IP54；額定頻率為50Hz，額定電壓為380、1660、1140、380660、660140V；電機絕緣等級為F級，但按B級考核定子繞組的溫升，具有較大的溫升裕度。低壓隔爆型三相異步電機派生系列的主要型號有：Y

19、B系列(dIIcT4)(機座中心高為80315mm)，YBSO系列(小功率，機座中心高為6390mm)，YBF系列(風機用，機座中心高為63160mm)，YBH系列(船用，機座中心高為80280mm)，YB系列(中型，機座中心高為355450mm)，YBK系列(煤礦用，機座中心高為100315mm)，YBW、BTH、YBWTH系列(機座中心高為80315mm)，YBDFWF系列(戶外防腐隔爆型電動閥門用，機座中心高為80315mm)及YBDC系列(隔爆型電容起動單相異步電機，機座中心高為71100mm)和YBZS系列起重用隔爆型雙速三相異步電機。另外，還有YB系列高壓隔爆型三相異步電機(機座中

20、心高為355450mm，560710mm)。行業(yè)聯(lián)合設計的YB2系列已于1四年底通過了全國鑒定，將逐步取代YB系列，成為我國隔爆型三相異步電機的基本系列。YB2系列共15個機座號(機座中心高為63、355nmm)，功率范圍為O12315kW。 其主要特點是： (1) 功率等級、安裝尺寸及轉速的對應關系與DIN42673一致，同時考慮到與YB系列 的繼承性和Y2系列的互換性，作了必要調整，更加有效和適用。 (2) 全系列采用F級絕緣，溫升按B級考核。 (3) 噪聲限值比YB系列低，接近YB系列的I級噪聲，振動限值與YB系列相當。 (4) 外殼防護等級提高到IP55。 (5) 全系列選用低噪聲深溝

21、球軸承，機座中心高在180mm以上電機設注排油裝置。 (6) 電機散熱片有平行水平分布和輻射分布兩種，以平行水平分布為主。 (7) 主要性能指標達到20世紀90年代初國際先進水平。 2.增安型電機它是在正常運行條件下不會產生電弧、火花或危險高溫的電機結構上，再采取一些機械、電氣和熱的保護措施，使之進一步避免在正?；蛘J可的過載條件下出現(xiàn)電弧、火花或高溫的危險，從而確保其防爆安全性。 我國當前應用的低壓增安型的基本系列是YA系列增安型三相異步電動機，它是Y系列(IP44)三相異步電機的派生產品。防爆性能符合GB3836183爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求和GB3836383爆炸性環(huán)境用防爆電氣設

22、備增安型電氣設備“e”的規(guī)定；功率范圍為O5590kW，相對應的機座中心高為80280mm； 防爆標志為eIITl、eIIT2、eIIT3，分別適用于工廠中具有溫度組別為TlT3組爆炸性混合物并具有輕微腐蝕介質的場所；主體外殼的防護等級為IP54，接線盒防護等級為IP55；額定頻率為50Hz，額定電壓為380V；電機采用F級絕緣。 低壓增安型電機派生系列的主要型號有：YASO系列小功率增安型三相異步電機(機座中心高為5690mm)，YAW、YAWFl系列戶外、戶內防腐增安型三相異步電機(機座中心高為80280mm)。 目前，已完成YA2、系列的行業(yè)聯(lián)合設計工作，并正在組織試制，以取代YA系列。

23、YA2全系列共15個機座號(機座中心高為63355mm)，功率范圍為012400kW，將使我國增安型電機達到國際上同類產品20世紀80年代先進水平。 高壓(6kV)增安型三相異步電機系列有：YA355450，功率160450kW；YA560900，功率5001800kW；YAm355630水冷，功率2202500kw；YAKK355630空空冷，功率1852000kW。1999年試制生產的TAKW4000202600、4000kW增安型無刷勵磁同步電機，是適應煉油廠石油深加工加氫裝置需要而發(fā)展的新型防爆電機。 其特點是： (1)滿足增安型防爆電機的要求，采取一系列可靠的防止火花、電弧和危險高溫

24、的措施，可以安全運行于2區(qū)爆炸危險場所。 (2)采用無刷勵磁，設置旋轉整流盤和靜態(tài)勵磁柜，勵磁控制系統(tǒng)可靠；順極性轉差投勵準確，無沖擊；勵磁系統(tǒng)失步保護可靠，再整步能力強；線路設計合理，放電電阻在工作中不發(fā)熱；勵磁電流調節(jié)范圍寬。 (3)同步機、交流勵磁機及旋轉整流盤同軸。整流盤位于主電機和勵磁機之間，或置于軸承座之外。 (4)外殼防護等級為IP54。 (5)采用F級絕緣，溫升按B級考核。 (6)改變傳統(tǒng)的下水冷為上水冷，即水冷卻器置于電機上部。 (7)設增安型防潮加熱器，固定在電機底部的罩內，用于停機時加熱防潮用。 (8) 選優(yōu)質原材料，電氣及機械計算留有較大裕度，能滿足運行可靠性和增安型電

25、機的溫度要求。 (9)設置有完善的監(jiān)控措施；主接線盒內設置用于差動保護的增安型自平衡電流互感器；定子繞組埋設工作和備用的鉑熱電阻，分度號為Pt100；設漏水監(jiān)控儀，監(jiān)控水冷卻器的泄漏；兩端座式滑動軸承分別設現(xiàn)場溫度顯示儀表和遠傳信號端子。 3.正壓型電機是正壓型電氣設備的一種。 其結構特點是： (1) 配置有一套完整的通風系統(tǒng)，電機內部不存在可能影響通風的結構死角。 (2) 外殼和管道由不燃材料制成，并具有足夠的機械強度。 (3) 外殼及主管道內相對于外界大氣保持足夠大的正壓。 (4) 電機須有安全保護裝置(如時間繼電器和流量監(jiān)測器)，以保證足夠的換氣量， 還必須有殼內氣壓欠壓的自動保護或報警

26、裝置。 (5) 外殼上的快開門或蓋須有與電源聯(lián)鎖的裝置。我國目前尚無統(tǒng)一的正壓型電機系列產品。 5 無火花型電機：是指在正常運行條件下，不會點燃周圍爆炸性混合物，且一般又不會發(fā)生點燃故障的電機。與增安型電機相比，除對絕緣介電強度試驗電壓、繞組溫升、te(在最高環(huán)境溫度下達到額定運行最終溫度后的交流繞組，從開始通過起動電流時計起至上升到極限溫度的時間)以及起動電流比不像增安型那樣有特殊規(guī)定外，其他方面與增安型電機的設計要求一樣。 無火花型電機符合GB3836183和GB3836887爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備無火花型電氣設備“n”的規(guī)定。設計上注重電機的密封措施，主體外殼防護等級為IP54、IP5

27、5，接線盒為IP55。額定電壓在660V以上的電機，其空間加熱器或其他輔助裝置的連接件應置于單獨的接線盒內。 目前，國內已研制、生產了YW系列無火花型電機產品(機座中心高度為80315mm)。防爆標志為nIIT3，適用于工廠含有溫度組別為T1T3組的可燃性氣體或蒸氣與空氣形成的爆炸性混合物的2區(qū)場所。額定頻率為50Hz，額定電壓為380、660、380660V，電機采用F絕緣，但按B級考核定子繞組的溫升限值，具有較大的溫升裕度及較高的安全可靠性，功率為055200kW。 6 粉塵防爆電機：指其外殼按規(guī)定條件設計制造，能阻止粉塵進入電機外殼內或雖不能完全阻止粉塵進入，但其進入量不妨礙電機安全運行，且內部粉塵的堆積不易產生點燃危險，使用時也不會引起周圍爆炸性粉塵混合物爆炸的電機。其特點是： (1) 外殼具有較高的密封性，以減少或阻止粉塵進入外殼內，即使進入，其進入量也不致于形成點燃危險。 (2) 控制外殼最高表面允許溫度不超過規(guī)定的溫度組別。目前，已用于國家糧食儲備庫的機械化設備上。粉塵防爆電氣設備的國家標準為 GBl2476190爆炸性粉塵環(huán)境用防爆電氣設備。 發(fā)展趨勢 1 礦用防爆電機 (1) 發(fā)展大功率電機：目前世界上采煤機的最大裝機容量已超過1200kw，其驅動電機功率達600kW；相適應的采區(qū)工作面刮