电机知识讲座解析.docx
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电机知识讲座解析
电机基本知识
一、电机基本知识
电机是电动机和发电机的统称，通常分为直流电机和交流电机两大类，交流电机分为异步电机与同步电机两类。
1、同步电机
转子转速与旋转磁场的转速相同的一种交流电机，它具有可逆性。
可作发电机运行，也可作电动机运行，还可作补偿机运行。
2、异步电动机
异步电动机是一种基于电与磁相互依存又相互作用而达到能量转换目的的机械。
它的定子、转子在电路上是彼此独立的，但又是通过电磁感应而相互联系的，其转子转速永远低于旋转磁场的转速，即存在有转差率，故称为异步电动机。
工作原理：
电机定子通入三相交流电时即可产生旋转磁场，假设旋转磁场为顺时针转动，静止的笼形转子切割磁力线产生感应电流，通电导体在磁场中受力，且此转矩与磁场旋转方向一致，所以转子便顺着旋转磁场方向转动起来。
3、电机产品型号编制方法
产品型号由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号等四个部分组成，示例：
YB2-200L-2WF1
特殊环境代号（户外防中等腐蚀）
规格代号（中心高-铁心长度-极数大型电机用功率-极数/铁心外径表示）
产品代号（隔爆型三相异步电动机）
低压电机（1140V及以下）主要产品代号有：
Y、YDDC、YP、YR、YZ、YZR、YA、YB2、YBP、YXn、YAXn、YBXn、YBR、YW、YBF、YBK2、YBS、YBJ、YBI、YBSP等；高压电机（3000V及以上）主要产品代号有：
Y、YKK、YKS、Y2、YA、YB、YB2、YAKK、YAKS、YBF、YR、YRKK、YRKS、TAW、YFKS、QFW等。
常用特殊环境代号有：
W（户外型）、WF1（户外防中等腐蚀型）、WF2（户外防强腐蚀型）、F1（户内防中等腐蚀型）、F2（户内防强腐蚀型）、TH（湿热带型）、WTH（户外湿热带型）、TA（干热带型）、T（干、湿热合型）、H（船或海用）、G（高原用）。
4、工作制（S类）
S1—连续工作制
S2—短时工作制
S3--断续周期工作制
S4—包括起动的断续工作制
S5—包括电制动的断续工作制
S6—连续周期工作制
S7—包括电制动的连续周期工作制
S8—包括变速负载的连续周期工作制
S9—负载和转速非周期变化工作制
5、防护型式：
IPXX
第一位数字表示：
防止人体触及或接近壳内带电部分及壳内转动部件，以及防止固体防异物进入电机。
第二位数字表示：
防止由于电机进水而引起的有害影响。
第一位数字、第二位数字含义见下表；
第一位表征数字含义
0
无防护电机
1
防止>φ50mm固体进入壳内
2
防止>φ12mm固体进入壳内
3
防止>φ2.5mm固体进入壳内
4
防止>φ1mm固体进入壳内
5
防尘电机
6
尘密电机
第二位数字表示：
防止由于电机进水而引起的有害影响。
含义见下表；
第二位表征数字含义
0
无防护电机
1
垂直滴水无有害影响
2
电机从各方向倾斜15度，垂直滴水无有害影响
3
与垂直线成60度角范围内淋水应无有害影响
4
承受任何方向溅水应无有害影响
5
承受任何方向喷水应无有害影响
6
防海浪
7
防浸水
8
潜水
6、电机安装结构型式；IMXX
常用安装型式代号：
卧式安装——IMB3、IMB5、IMB35
立式安装轴伸向下——IMV1、IMV15、IMV5
立式安装轴伸向上——IMV3、IMV36、IMV6
7、绝缘等级
电机绝缘结构是指用不同的绝缘材料、不同的组合方式和不同的制造工艺制成的电机绝缘部分的结构型式。
电机绝缘耐热等级及温度限值见下表：
电机绝缘耐热等级及温度限值
耐热等级
A
E
B
F
H
C
最热点温度
105
120
130
155
180
＞180
注：
现行国家标准要求电机绝缘等级最低应达到F级
8、异步电动机额定数据
a）相数
b）额定频率（Hz）
c）额定功率kW
d）额定电压V
e）额定电流A
f）额定功率因数
g）额定转速r/min
9、异步电机主要技术指标
a）效率η：
电动机输出机械功率与输入电功率之比，通常用百分比表示。
b）功率因数COSφ：
电动机输入有效功率与视在功率之比。
c）堵转电流IA：
电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时从供电回路输入的稳态电流有效值。
d）堵转转矩TK：
电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时所产生转矩的最小测得值。
e）最大转矩TMAX：
电动机在额定电压、额定频率和运行温度下，转速不发生突降时所产生的最大转矩。
f）噪声：
电动机在空载稳态运行时A计权声功率级dB（A）最大值。
g）振动：
电动机在空载稳态运行时振动速度有效值（mm/s）。
10、电机选型要点:
a）负载类型
b）机械转矩—转矩特性
c）机械的工作制类型
d）机械的起动频度
e）负载的转矩惯量大小
f）是否需要调速
g）机械的起动和制动方式
h）机械是否需要反转
i）电机使用场所
二、高效电机
1积极选用高效率节能电机是实现可持续发展的需要
随着时代的发展，国际社会对节约能源、环境保护及可持续发展的重视程度正迅速提高，建设节约型社会已成为国际社会的共识。
据国家宏观经济分析，2020年以前能源仍是国家经济发展的重点。
由于能源的紧缺，各国政府也都在开发新能源的同时，相应地制订了有关节约能源方面的法律法规，以求最大限度地提高能源的利用水平。
电动机作为最主要的耗能设备，其用电量平均在各国社会用电量一半以上，我国工业用电量占70％以上。
目前，国内使用的中小型三相异步电动机主要是Y系列及其派生的YB和YA系列，加上一些场所的老系列电机如：
JO2、BJO2、AJO2、JS等依然在用，使大量的电能被白白消耗掉了。
随着市场经济的不断进步，越来越多的企业都在降低成本、提高经济效益上下功夫，把节约挖潜当成企业扭亏为盈的法宝。
而作为耗能大户的中小型三相异步电动，如何提高其效率，节约电能、降低费用，也备受很多企业和社会的关注。
可见，积极选用推广高效率电机，是国内外形势发展的需要，是实现能源节约、实现可持续发展、有利于环境保护、功在当今、利在千秋的大事。
2、各国制定的高效电机标准
中小型三相异步电动机作为消耗电能的主要设备，倍受各国
的重视，并制定标准，以利其推广应用。
美国标准
1992年10月24日颁布了经修订的能源政策和节能法令，规定在60个月以后（即1997年10月24日以后）制造的一般用途电动机（即中小型三相异步电动机）均需达到EPACT（美国能源协会标准）效率指标的要求。
凡达不到EPACT效率指标、NEMA标准所规定的最低效率值的不准生产、销售与进口（高效标准比标准效率平均高1％～3％）。
该标准和加拿大标准协会的CSAC390标准等同。
测试方法为IEEE112B标准。
此举引起了世界各国高度重视，纷纷响应并积极致力于高效节能产品的开发和推广。
欧盟标准
1999年，欧洲电机制造商协会（CEMEP）与欧洲就低压标准三相异步电动机（功率范围：
1.1～90kW、2、4极）的分级计算达成协议。
欧盟电机分级计算举例如下：
7.5kW-4P
eff3
eff2
eff1
η（%）
<87
87
90.1
同时，欧盟分级计划中要求CEMEP制造商投入市场的所有电机，均需在电机的铭牌上标注分级标志：
eff1、eff2、eff3，并计划到2003年，eff3级电机所占市场份额与1998年4极电机和1999年2极电机相比，减少50％，到2006年eff3级电机将禁止生产和流通。
中国标准
在中国，电动机年产量约为6000万kW（其中16％出口，2002年行业统计数据）。
全国约有300余家生产厂。
主要以生产Y、Y2系列（防爆电机以YA、YB、YB2系列为主）。
高效电机系列已经应用，如YXn、YAXn、YBXn系列。
2002年1月10日发布，2002年8月1日实施的GB18613-2002《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》标准。
提出了中国高效电机能效分级的新标准，确定了中国超高效电机的能效水平,并规定了我国电机最低效率指标。
（3、我公司研制高效电机的背景和过程
1、1995年，在当时国内高效率电机市场尚未启动的情况下，我公司实施“出口带动”发展战略，与美国通用电气（GE）等著名公司合作，开发高效节能型电机，向西方发达国家电机市场进军，瞄准国际先进水平，按照美国、加拿大的技术标准用国产原材料，很快研制出符合加拿大CSAC390（等效美国EPACT标准）的NEMA和IEC高效电机，与美国等发达国家的同类产品同期进入国际市场。
标志着南防集团的电机设计制造技术开始与国际接轨，并使南防集团与美国通用电气（GE）公司、英国PEEBLES公司、澳大利亚CMG公司等建立了稳定的贸易合作关系，美国通用电气公司（GE）、澳大利亚CMG公司把南防集团确定为在亚洲的电机供应商，并签订了长期的合作协议。
我公司在成功研制出符合CSAC390效率标准的NEMA、NEX、NEVF、PPA、PPC、PPD等系列高效节能电机的同时，完全掌握了高效电机的设计、制造与测试技术。
不仅具备了批量生产的能力，而且已具备按照IEEE-112B标准要求的测试能力，并取得了良好的效果。
2、我公司在研制出口高效电机的同时，为满足国内市场的需求，采用已经成熟的出口高效电机的设计与生产技术，结合国内实际情况，研制开发出符合国情的内销产品，即：
YXn、YBXn、YAXn三大系列高效电机。
2000年顺利通过省级科技成果鉴定，其高效节能特征，完全符合节约能源和环境保护要求，也符合国家优化产品结构，质量升级上档次的要求。
YXn、YBXn、YAXn三大系列高效电机完全符合GB18613-2002《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》标准。
2002年11月5～8日由国家经贸委、国家计委、国家科技部与北京市政府联合举办的“2002中国国际能源与环保展览会暨研讨会”期间，中国节能产品认证中心向南阳防爆集团有限公司颁发了我国第一号电动机节能产品认证证书（证书编号是YAXn为JX02／0001-2002、YBXn为JX02／0002-2002、YXn为JX02／0003-2002）。
同年，产品被评为“国家重点新产品”。
这标志着南防集团公司高效电机已超过我国新颁布实施的中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值标准（GB18613-2002）。
南阳防爆集团有限公司董事长魏华钧作为唯一一家生产企业代表，在“中小型三相异步电动机能效国家标准及节能产品认证宣贯会”上作了题为“大力开发绿色产品，积极推进可持续发展”的专题报告，受到了政府部门及与会专家学者的一致好评，中央电视台、科技日报等多家新闻媒体作了专题报道。
4、YXn、YBXn、YAXn系列电机是具有国际先进水平的高效节能产品
1、产品技术特点
高效率电动机从0.05～315kW共计28个功率等级；电压等级380、660、380／660V。
YXn、YBXn、YAXn三大系列高效率三相异步电动机是我公司为满足国内市场需求，采用出口高效率电机制造技术，率先在国内开发的新一代节能电机，是原Y、YB、YA系列电机的更新换代产品。
其主要优点是：
（1）效率高、损耗低
高效电机效率指标完全按照美国EPACT标准，与国内YB、YA、Y系列电机的效率标准相比高约3％，比Y2系列高4％，总损耗降低了20～30％。
效率测试时高效电机按照美国IEEE112B方法进行实测杂耗，得出的效率值最能反映实际运行的情况。
（2）通用性好
其功率等级、安装尺寸的对应关系与德国DIN42673标准相同，可与YB、YA、Y系列互换，产品可销往欧美等国家，并可替代进口。
（3）可靠性高。
YXn、YBXn、YAXn系列高效率电机防护等级为IP55，绝缘等级为F级，而温升按B级考核，有绕组定子铁心经VPI处理。
在中心高H160及以上的轴承装置中设有不停机注、排油结构；可按要求增设防冷凝停机加热器，定子绕组与轴承温度监控装置等。
YBXn系列电机已经通过国家防爆电气质检中心的可靠性试验。
它是我国第一个通过可靠性试验的防爆电机产品。
（4）振动小
该系列电动机振动限值符合IEC34－14（1996）中的R级规定，比Y系列电动机技术条件所规定的N级，提高了一级。
（5）噪声低
其噪声限值全部按I级考核，对噪声考核更为严格。
通常该系列电机噪声水平较Y、YB、YA系列低4～6db（A）。
2、产品性能保证措施
为了确保YXn、YBXn、YAXn系列电机达到真正的高效率，南防集团以多年生产出口电机的经验，采取了以下技术措施:
（1）用计算机对电磁设计进行优化，采用从美国ANSOFT公司引进的目前国际上最先进的电磁计算软件计算，控制电机中各种损耗分配比例，达到最佳设计。
（2）采用高导磁低损耗冷轧硅钢片及优良的铁心制造工艺措施降低铁耗。
（3）对冷却风路结构进行优化，实现最佳冷却效果，在保证温升裕度的前提下，合理缩小风扇外径，既降低了风扇机械损耗，又降低了通风噪声，YXn、YBXn、YAXn系列高效电机比Y、YB（YB2）、YA系列低4～6dB（A）。
（4）改进转子压铸工艺，合理控制工艺参数，降低转子损耗，并以实测杂耗法测取杂耗值和计算电机效率。
（5）提高电机零部件加工精度和提高装配质量、控制与减少工艺波动，降低机械摩擦损耗。
（6）通过先进的设计和工艺有效降低了电机的杂散损耗；合理选用低谐波绕组和最佳定、转子气隙，采用先进的转子表面加工工艺及其表面处理工艺，控制电机杂散损耗限度。
（7）定子绕组采用VPI处理工艺，使其形成一个牢固的整体，机械强度、介电强度及导热性能得到提升。
（8）提高了振动及噪声考核标准，属低振动，低噪声型产品。
通过以上技术措施和严格的质量控制手段及ISO9001质量体系保证，确保我公司能够稳定地、高质量地生产真正的高效率电机。
3、产品质量水平
1、出口产品的国际认证情况
出口高效电机已分别取得美国“UL”、美国能源部节能认证中心“CC”、加拿大“CSA”、德国“PTB”、挪威“NEMKO”、澳大利亚“SAA”等多项国际权威机构认证和进入欧共体市场的“CE”标志。
2、国内产品的获奖与应用情况
（1）高效电机以其良好的运行质量倍受用户的信赖和好评。
2000年3月YXn、YBXn、YAXn系列电机高效率三相异步电动机顺利通过了河南省科技厅组织的省级成果鉴定。
（2）2002年YAXn系列高效率三相异步电动机荣获河南省科技进步奖。
（3）YBXn系列高效率三相异步电动机防爆接线盒结构新颖，接线方便，已获国家实用新型专利
（4）2002年YXn、YBXn、YAXn系列高效电机被评为“国家重点新产品”。
）
5、高效电机节电效益分析
1、节电效果显著
这里分别选择YB、YBX系列中的11kW-4P、55kW-4P两个规格进行对比，年运行时间又分为3000小时、5000小时、8000小时三种情况。
见下表：
规格
11kW－4P
55kW－4P
年连续运行时间
3000小时
5000小时
8000小时
3000小时
5000小时
8000小时
型号
YB
YBX
YB
YBX
YB
YBX
YB
YBX
YB
YBX
YB
YBX
电机价格（元）
3950
4540
3950
4540
3950
4540
12290
14130
12290
14130
12290
14130
电机差价（元）
590
1840
电机效率（％）
88
91
88
91
88
91
92.6
94.1
92.6
94.1
92.6
94.1
输入功率（kW）
12.5
12.09
12.5
12.09
12.5
12.09
59.4
58.4
59.4
58.4
59.4
58.4
损耗功率（kW）
1.5
1.09
1.5
1.09
1.5
1.09
4.4
3.4
4.4
3.4
4.4
3.4
年损耗电量（kWh）
4500
3270
7500
5450
12000
8720
13200
10200
22000
17000
35200
27200
年损耗电量成本（元）
2250
1635
3750
2725
6000
4360
6600
5000
11000
8500
17600
13600
年节约电费（元）
615
1025
1640
1500
2500
4000
投资回报期（年）
0.96
0.58
0.34
1.23
0.74
0.46
注：
电费按0.5元/kWh计算。
从上表中我们不难看出，高效电机节电效果非常显著。
2、投资回收期短
年连续运行越长的电机，企业效益获得就越明显，尤其对石化行
业。
额定功率越小，效率指标差值越大，节电效率越明显，对于中小型电机用户比较适合采用高效电机。
从用户角度来看，采用高效电机是非常有益的，尤其对石油、化工、电力、煤炭行业中使用泵、压缩机、风机的用户，年连续运行时间较长，更应采用高效电机。
对主机厂来讲，采用高效电机能够提高主机的档次和产品附加值，增加市场竞争力。
3、采用高效电机的潜在收益
（1）维护费用大大降低：
采用高效电机后，由于效率高、温升低、电机寿命长、可靠性高，维护费用大大降低。
（2）设备无形中升容：
采用高效电机后，由于损耗功率降低，电机输入功率和输入电流均随之降低，线路损耗也降低，原有设备无形中升容。
（3）增加市场竞争力：
对主机厂来讲，采用高效电机能够提高主机的档次和产品附加值，增加市场竞争力，有利于出口。
案例分析：
假如原有一台1000kVA的变压器，可带动11kW-4P（输入功率12.5kW）普通电机，共1000/12.5=80台，采用高效11kW-4P（输入功率12.09kW）电机后，则可带动1000/12.09=83台，增加的3台电机无须另备变压器，其维护费用相应取消。
（4）社会效益分析
高效电机效率高、振动小，可以大大降低一次能源消耗，减少有害气体排放，对于改善环境，实现可持续发展有着十分重要的意义。
（5）综合效益分析
我国目前中小型交流电动机的年产量约为3600万kW，若全部采用高效电机（效率指标按提高3%计），则每年可节能相当于1个130万kW电站的年发电量，约116亿度电，折合标煤115吨，节约电费58亿元，减排CO21035万吨碳当量，减排SO2180万吨硫当量，环保效果非常显著，因此高效电机又称“绿色产品”。
6、工业运行对比试验
1、2000年4~5月，我公司在中原油田勘探局采油三厂进行了节能测试工业运行试验，采用3台75kW电机更换3台110kW增注泵电机。
YXn280S-475kW实测数据为：
产品
功率
kW
电压
V
电流
A
输入有效功率
WP（wh）
输入无功电量
WQ（kvarh）
有功功率
P（kW）
无功
功率
Q（kvar）
24小时实用有功电量
（kW/h）
YXn
75
413.9
54.3
2.498
2.050
29.976
24.6
719.427
Y
75
400.6
58.17
2.960
1.615
35.520
19.38
852.48
根据测试结果75kW高效电机与普通75kW电机相比较，平均每台电机每天节电133.1kWh。
如果开泵时间按6000小时计算，更换电机后每年可节约电费1.625万元／台（电费0.5／kWh计）。
新电机投资为1.3万元／台，投资回收期尚不足一年。
（摘自中原石油勘探局勘探开发研究所地面规划研究所2000年5月试验报告。
原报告刊于《COPPER》2003年7月第7期）。
2、2000年5~7月，我公司又在河南天冠集团公司做工业运行试验，采用同规格高效电机与普通电机22kW、90kW各一台电机，进行对比试验，其效果同样令人满意。
YBXn180-222kW、YBXn280M-290kW与普通22kW、90kW电机实测结果对相比表
产品
功率
kW
电压
V
电流
A
有功功率
kW
24小时实用有功电量kW.h
YBXn180M-2
22
380
38.6
21.6
518.4
Y180-2
22
380
40
22.4
537.4
YBXn280M-4
90
380
137
76
1824
Y280-4
90
380
140
77.6
1862.4
3、胜利油田有限公司孤东采油厂
在胜利油田采用高效电机与普通Y系列电机进行了一个月运行对比试验，同样取得了令人满意的结果。
高效电机与普通Y系列电机节电对比试验表
油井号
19-252
17-252
11-43
9-40
2-45
69-4
12-43
电机功率（kW）
22
22
30
37
45
45
55
Y系列日耗电（kWh）
175.6
156.0
308.5
202.19
123.76
203.85
190.3
YXn日耗电（kWh）
165.3
145.6
297
172.49
114.1
181.1
170.96
日节电量（kWh）
10.3
10.4
29.5
29.7
9.66
22.75
19.34
时节电率（%）
6.23
7.14
10.57
17.22
8.47
12.56
11.31
日平均节电率（%）
10.50
摘自孤东采油厂水电科《YXn系列高效率三相异步电动机试验运行情况》
三、防爆电机
1、防爆名词术语（摘自GB2900.35-1998）
1.1防爆电气设备：
在规定条件下，不会引起周围爆炸性环境点燃的电气设备。
1.2爆炸性混合物：
在爆炸上下限-之间的可燃性气体、蒸气、薄雾、粉尘或纤维与空气的混合物。
1.3最高表面温度：
电气设备在规定范围内最不利运行条件下工作时，可能引起周围爆炸性环境点燃的电气设备任何部件或电气设备任何表面所达到的最高温度。
1.4温度组别:
爆炸性环境用电气设备按其最高表面温度划分的组别。
1.5引燃温度：
可燃物质从气体或蒸气形态与空气形成的混合物，在规定条件下被热表面引燃的最低温度。
1.6闪点。
在某一标准条件下使液体释放出一定量的蒸气而能形成可点燃的蒸气、空气混合物的液体最低温度。
1.7最小点燃电流，在规定条件下在规定的火花试验装置中，能点燃混合物的最小电流。
1.8爆炸上限:
空气中可燃性气体，蒸气或薄雾的浓度，高于该浓度就不能形成爆炸性气体环境。
1.9爆炸下限:
空气中可燃性气体，蒸气或雾的浓度，低于该浓度就不能形成爆炸性气体环境。
1.10爆炸危险区域：
爆炸性气体环境大量出现或预期可能大量出现，以致要求对电气设备的结构、安装和使用采取专门措施的区域。
1.11极限温度：
电气设备或其部件所容许的最高温度。
它由下列因素确定：
a）爆炸性气体混合物被点燃的危险温度
b）结构材料的热稳定性。
注：
考虑极限温度时，应取其较低温度。
1.12tE时间：
在最高环境温度下，达到额定运行稳定温度后的交流绕
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