南阳防爆集团电机基本知识.docx

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南阳防爆集团电机基本知识

南阳防爆集团电机基本知识

　　　　　　　　　　电动机基本知识　　　　　　　　　　南阳防爆集团股份有限公司　　2009年6月　　第1页共24页　　　　目录　　一、旋转电机的定义是什么？

....................................................................................................3二、旋转电机是如何分类的？

....................................................................................................4三、旋转电机的基本原理是什么？

............................................................................................5四、旋转电机设计时的模拟电路？

............................................................................................8五、旋转电机有哪些性能参数指标？

........................................................................................9六、电机制造常用标准有哪些？

..............................................................................................11七、电动机型号编制方法..................................13八、电动机电压等级的选择......................................................................................................16九、电机轴中心高......................................................................................................................16十、电机绝缘等级......................................................................................................................17十一、电机工作制...............................................17十二、防护型式IPXX）.......................18十三、电机安装结构型式...........19十四、电机冷却方法.............................................20十五、湿热带、干热带环境用电动机采取的措施..................................................................21十六、防腐电机应采取的措施..................................................................................................22十七、电动机振动限值..............................................................................................................22十八、电机选型要点..................................................................................................................23十九、电动机基本特征..............................................................................................................23　　第2页共24页　　　　一、旋转电机的定义是什么？

　　旋转电机（以下简称电机）是依靠电磁感应原理而运行的旋转电磁机械，用于实现机械能和电能的相互转换。

发电机从机械系统吸收机械功率，向电系统输出电功率；电动机从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。

　　电机运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。

电机进行能量转换时，应具备能作相对运动的两大部件：

建立励磁磁场的部件，感生电动势并流过工作电流的被感应部件。

这两个部件中，静止的称为定子，作旋转运动的称为转子。

定、转子之间有空气隙，以便转子旋转。

　　电磁转矩气隙中励磁磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。

通过电磁转矩的作用，发电机从机械系统吸收机械功率，电动机向机械系统输出机械功率。

建立上述两个磁场的方式不同，形成不同种类的电机。

例如两个磁场均直流电流产生，则形成直流电机；两个磁场分别不同频率的交流电流产生，则形成异步电机；一个磁场直流电流产生，另一磁场交流电流产生，则形成同步电机。

　　电机的磁场能量基本上储存于气隙中，它使电机把机械系统和电系统联系起来，并实现能量转换，因此，气隙磁场又称为耦合磁场。

　　当电机绕组流过电流时，将产生一定的磁链，并在其耦合磁场内存储一定的电磁能量。

磁链及磁场储能的多少随定、转子电流以及转子位置不同而变化，此产生电动势和电磁转矩，实现机电能量转换。

这种能量转换理论上是可逆的，即同一台电机既可作为发电机也可作为电动机运行。

但实际上，一台电机制成后，于两种运行状态下电机的参数和特性方面的原因，很准满足两种运行状态下的客观要求，因此，同一台电机不经改装和重新设计，不可任意改变其运行状态。

　　电机内部能量转换过程中，存在电能、机械能、磁场能和热能。

热能是电机内部能量损耗产生的。

　　对电动机而言：

　　从电源输入的电能＝耦合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的机械能对发电机而言：

　　从机械系统输入的机械能＝辐合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的电能　　第3页共24页　　　　二、旋转电机是如何分类的？

　　按电机功用分类，可分为发电机、电动机、特殊用途电机。

　　按电机电流类型分类，可分为直流电机和交流电机。

交流电机可分为同步电机和异步电机。

　　按电机相数分类，还可分为单相电机及多相（常用三相）电机。

　　按电机的容量或尺寸大小分类．可分为大型、中型、小型、微型电机。

电机还可按其他方式（如频率、转速、运动形态、磁场建立与分布等）分类。

按电机功用分类及主要用途：

种类发电机电动机B．异步电动机笼型转子异步电动机绕线转子异步电动机1．交流电动机A．同步电动机名称1．交流发电机2．直流发电机主要用途各种发电电源各种直流电源和作测速发电机用驱动功率较大或转速效低的机械设备用于驱动一般机械设备用于要求起动转矩高、起动电流小或小范围调速的机械设备2．直流电动机主要驱动需要调速的机械设备3．交直流两用电动机特殊用途电机对于各类电机，还可按电机的的使用环境条件、用途、外壳防护型式、通风冷却方法和冷却介质、结构、转速、性能、绝缘、励磁方式和工作制等特征进行分类。

　　第4页共24页　　1．电动测功机2．同步调相机3．进相机4．微特电机5．其它用途电机主要用于电动工具测定机械功率改善功率因数等　　三、旋转电机的基本原理是什么？

　　前面我们讲过的电机分类，其中有很大一部分交流电机构成。

交流电机包括同步电机和异步电机两大类。

虽然同步电机和异步电机在运行原理和结构上有很多不同，但它们之间也有许多相同之处。

因此，我们将着重对交流电机的共同问题进行讲解。

1、三相异步电动机的结构　　在各类电动机中，笼型转子三相异步电动机是结构简单、运行可靠、使用范围最广的一种电动机，以下就以这种电动机为例简单介绍旋转电机的基本原理。

　　三相异步电动机分成两个基本部分：

定子和转子。

其基本构造如下图：

　　　　定子：

机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的三相定子绕组组成。

机座是用铸铁或铸钢制成的。

铁心是互相绝缘的硅钢片叠成的，铁心的内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组AX，BY，CZ，有的联接成星形，有的联接成三角形。

　　　　第5页共24页

　　　　　　　　转子：

转子是转子铁心和力矩输出轴组成。

转子铁心是圆柱状，也用硅钢片叠成，表面冲有槽。

铁心装在转轴上，轴用以输出机械力矩。

　　　　2、电动机旋转实验　　三相异步电动机接上电源，就会转动。

这是什么原理呢?

为了说明这个转动原理，我们先看一个演示。

　　下图所示的是一个装有手柄的蹄形磁铁，磁极间放有一个可以自转动的、铜条组成的转子。

铜条两端分别用铜环联接起来，形似鼠笼，作为鼠笼式转子。

磁极和转子之间没有机械联系。

当我们摇动磁极时，发现转子跟着磁极一起转动。

摇得快，转子转得也快；摇得慢，转得也慢；反摇，转子马上反转。

　　　　从这一演示得出两点启示：

第一、有一个旋转的磁场；第二、转子跟着磁场转动。

异步电动机转子转动的原理是与上述演示相似的。

那么，在三相异步电动机中，磁场从何而来，又怎么还会旋转呢?

下面就首先来讨论这个问题。

3、电动机内旋转磁场的产生　　三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组AX，BY和CZ。

设将三相绕组联接成星形，接在三相电源上，绕组中便通入三相对称电流其波形如下图所示。

取绕组始端　　第6页共24页　　　　到末端的方向作为电流的参考方向。

在电流的正半周时，其值为正，其实际方向与参考方向一致；在负半周时，其值为负，其实际方向与参考方向相反。

　　定子铁心和定子绕组并不转动，定子绕组中的三相电流随着时间和相位的变化，三相磁势相加便形成了旋转的磁场。

　　旋转的定子磁场在切割转子导条时，会在转子绕组中感应出一个转子磁场，引起转子旋转。

于感应励磁场的需要，转子的转速总是比定子磁场的转速稍慢，有一个转差，这就是感应异步电动机名称的来历。

　　如果转子是一个永磁体或是一个转子励磁绕组产生的恒定磁场，那么转子的转速就与定子磁场的转速同步，就形成同步电机。

　　　　　　三相电流产生的旋转磁场　　第7页共24页　　　　　　定转子磁场分布图　　　　四、旋转电机设计时的模拟电路？

　　电动机的设计与制造现今已是理论成熟行业，并有完善的理论体系，下图即是三相感应电动机的一相电路的等效电路图。

　　　　其中图中的I0为激磁电流，I’2为转子电流，r’2/s与电流平方的乘积即为电机输出功率。

可以说，在电动机各方面尺寸合理情况下，电动机转子的大小决定着电动机的输出功率。

　　第8页共24页　　　　对于任何电机，转矩的要求对电机的尺寸都有决定性的作用：

　　PT?

9550?

D2l　　nT－转矩；P－功率；n－转速；D－定子内径；l－定子铁心长　　这里我们可以理解电机功率大小与电机机座号的关系，转速在选型过程中也同样有决定性的作用。

　　五、旋转电机有哪些性能参数指标？

1．异步电动机额定数据a）相数　　b）额定频率c）额定功率kWd）额定电压Ve）额定电流Af）绝缘等级　　g）额定转速r/minh）防护性能i）冷却方式　　2．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最大值。

g）振动：

电动机在空载稳态运行时振动速度有效值。

电动机主要性能中分为：

一是起动性能；二是运行性能。

　　起动性能有：

起动转矩、起动电流。

一般起动转矩越大越好，而起动时的电流越小越好，在实际中通常以起动转矩倍数和起动电流倍数进行考核。

电机在静止状态时，一定电流值时所能提供的转矩与额定转矩的比值，表征电机的起动性能。

运行性能有：

　　效率、功率因数、绕组温升、最大转矩倍数Tmax/Tn、振动、噪声等。

效率、功率因数、最大转矩倍数越大越好，而绕组温升、振动和噪声则是越小越好。

起动转矩、起动电流、效率、功率因数和绕组温升合称电机的五大性能指标。

下图分别是异步电动机常用的两个性能曲线，一个是电机运行时的效率、功率因数与负载大小之间的关系曲线。

一个是电机在100%和80%额定电压下的起动力矩曲线。

电动机性能参数计算常用的公式有：

　　1、电动机定子磁极转速n=÷极对数p　　2、电动机额定功率P=×电压U×电流I×效率η功率因数COSΦ3、电动机额定力矩T=9550×额定功率P÷额定转速n　　　　第10页共24页

　　　　　　　　户外，强防腐型　　　　WF2高原用　　　　　　G　　对于特殊环境条件下使用的电动机，订货时应在电机型号后加注特殊环境代号。

注：

1）有气候防护场所：

户内或具有较好遮蔽的场所。

　　2）无气候防护场所：

全露天或仅有简单遮蔽的场所。

　　7、电机的补充代号仅适用于有此要求的电机。

补充代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字表示。

补充代号所代表的内容，在产品标准中有规定。

8、产品型号示例　　例1：

户外化工防腐蚀隔爆型异步电动机　　YB160M—4W　　　　　　特殊环境代号，W表示户外用　　　　　　规格代号，表示中心高160mm，中机座，4极　　　　产品代号，表示隔爆型异步电动机　　例2：

TAW800—16/1730　　　　　　规格代号，表示功率800kW，16极，定子铁心外径1730mm　　　　产品代号，增安型无刷励磁同步电动机　　我公司低压电机主要产品代号有：

Y、YA、YB2、YXn、YAXn、YBXn、YW、YBF、YBK2、YBS、YBJ、YBI、YBSP、YZ、YZR等；　　高压电机主要产品代号有：

Y、YKK、YKS、Y2、YA、YB、YB2、YAKK、YAKS、YBF、YR、YRKK、YRKS、TAW、YFKS、QFW等。

八、电动机电压等级的选择　　我国工业用三相交流电的频率为50HZ，而电压等级一般分为：

127V、220V、380V、660V、1140V、6000V、10000V等几个等级。

根据GB755的推荐，一般来说，对于380V电压，于电机电流的限制上限功率为1000KW；而对于6000V和10KV电机，下限功率等级为160KW。

九、电机轴中心高　　轴中心高是从电机成品底脚平面至铀中心线的距离，它包括制造厂供应的绝缘势块厚度，但不包括电机安装时调整用垫块的厚度。

　　第16页共24页　　　　轴中心高应符合下表的规定。

　　　　轴中心高公差及平行度公差应符合下表的规定。

中心高公差适用于在公共底板上安装的电机。

平行度公差是指电机两个轴伸端面中心高之差。

　　　　十、电机绝缘等级　　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。

电动机的绝缘系统大致分为：

绝缘电磁线、槽绝缘、相间绝缘、浸渍漆、绕组引接线、接线绝缘端子等。

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　　耐热等级极限温度A105E120B130F155H180C210　　以前电动机最常用的绝缘等级为B级，目前最常用的绝缘等级为F级，H级绝缘也正在陆续被采用。

　　十一、电机工作制　　S1—连续工作制S2—短时工作制　　第17页共24页　　　　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　　十二、防护型式IPXX）　　防护标志字母IP和两个表示防护等级的表征数字组成。

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：

防止于电机进水而引起的有害影响。

　　第一位表征数字含义　　012345无防护电机防止>φ50mm固体进入壳内防止>φ12mm固体进入壳内防止>φ固体进入壳内防止>φ1mm固体进入壳内防尘电机第二位数字表示：

防止于电机进水而引起的有害影响。

0123456无防护电机垂直滴水无有害影响电机从各方向倾斜15度，垂直滴水无有害影响与垂直线成60度角范围内淋水应无有害影响承受任何方向溅水应无有害影响承受任何方向喷水应无有害影响在海浪冲击或强烈喷水时电机的进水量不应达到有害成度　　常用电机的防护等级有：

　　IP23：

防止大于mm固体的进入和与垂线成60°以内角度的淋水对电机应无影响　　IP44：

防止大于1mm固体的进入和任一方向的溅水对电机应无影响　　防爆电机的外壳防护等级不低于IP44　　第18页共24页　　　　IP54：

能防止触及或接近电机带电或转动部件，不完全防止灰尘进入，但进入量不足以影响电机的正常运行和任一方向的溅水对电机应无影响　　凡使用于户外的电动机外壳防护等级不低于IP54　　IP55：

能防止触及或接近电机带电或转动部件，不完全防止灰尘进入，但进入量不足以影响电机的正常运行，和用喷水从任何方向喷向电机时，应无有害影响　　粉尘防爆电机的防尘式外壳防护等级不低于IP55，尘密式外壳防护等级不低于IP65。

十三、电机安装结构型式　　电机的结构及安装型式代号应符合GB997的规定。

代号“国际安装”（InternationalMounting）的缩写字母“IM”、代表“卧式安装”的“B”和代表‘立式安装”的“V”连同1位或2位阿拉伯数字组成．如IMBB35或IMV14等。

B或V后面的阿拉伯数字代表不同的结构和安装特点。

　　中小型电动机常用安装型式代号有四大类：

B3、B35、B5、V1，　　　　B3安装方式：

电机靠底脚安装，电机有一圆柱形轴伸　　　　B35安装方式:

电机带底脚,轴伸端带法兰　　第19页共24页　　　　　　B5安装方式:

电机靠轴伸端法兰安装　　　　V1安装方式:

电机靠轴伸端法兰安装，轴伸朝下十四、电机冷却方法　　电机冷却方式代号特征字母IC、冷却介质代号和两位表征数字织成。

第一位数字代表冷却回路布置第二位数字代表冷却介质驱动方式　　常用的冷却方式有：

　　IC01　　空气自循环，冷却介质依靠转子的风扇作流入电机或电机表面　　第20页共24页

　　　　　　　　IC411全封闭自扇冷　　IC511电机周围布冷却风管，内部、外部靠自带风扇冷却IC611电机上部带冷却风管，内部、外部靠自带风扇冷却IC81W电机上部带冷却水管，内部靠自带风扇冷却　　电动机冷却方式的选择一般是依据电动机的功率和安装使用现场的条件，一般是2000KW以下电机采用空气冷却方式较好，结构简单，安装维护方便；功率大于2000KW电动机，于自身损耗发热量大，如采用空气冷却，需要有较大的冷却风量，导致电机噪声过大，如采用内风路为自带风扇循环空气，外部冷却介质为循环水，那么对电机的冷却效果较好，但要求有循环水站和循环水路，维护较复杂。

十五、湿热带、干热带环境用电动机采取的措施　　当一天内有十二小时以上气温等于或高于20℃，同时相对湿度等于或大于80%天数全年累计在两个月以上时，该地区之气候划归为湿热气候。

这类气候的特点是空气湿度大、雷暴雨频繁、有凝露、气温高且日变化小、有生物（霉菌）因素，对电机的绝缘和结构起不良的影响和侵蚀作用。

　　干热带气候是指：

年最高温度在40℃以上，而且温、湿度出现的条件不同于湿热带气候，其特点是气温日变化大，太阳辐射强烈，极端最高温度可高达55℃，空气相对湿度小，并含有较多的砂尘。

　　针对以上这两类气候所使用的电机，采取以下四种措施以满足电动机的适应性：

1、在电气性能方面：

增加原材料用量—增加定转子铁心长度，从而降低电动机额定运行时的温升，满足在高温环境下运行的要求，从而延长电动机在高温环境下的绝缘寿命。

在对电动机额定运行温升限度按比正常电机降低5℃考核。

　　2、在绝缘结构方面：

定子绕组经过真空压力浸漆工艺处理，绝缘材料和浸渍漆能经受12个循环周期的交变湿热试验合格：

具有防霉菌合格、防潮湿性能合格、绝缘电阻和介电强度合格等。

　　3、在电动机表面涂覆方面：

电动机内外表面喷涂具有防腐蚀性能的底漆和面漆，定转子铁心表面进行磷化防腐处理。

　　4、在电动机导电件和紧固件方面：

电动机导电件进行镀银防腐蚀处理；紧固件进行镀镍处理或采用不锈钢材质。

　　对于以上四项措施，在执行相关部颁和国家标准的并确保合格的同时，对于太阳直晒的户外电动机，还采用增加防护性顶罩的措施来防止太阳直晒高温，从而确　　第21页共24页　　　　保电机稳定运行合格。

十六、防腐电机应采取的措施　　一般防腐电机分为户外W、户外防中等腐蚀WF1、户外防强腐蚀WF2，对这类电机主要从电机各零部件的表面涂覆和紧固件的电镀两方面解决。

电机各零部件的底漆和面漆采用防腐底漆和防腐面漆；紧固件进行镀镍处理或采用不锈钢材质。

十七、电动机振动限值　　根据GB10068-2000《轴中心高为56mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值》的规定，振动测量量值是电机轴承处的振动动速度和电机轴承内部或附近的轴相对振动位移。

　　1．振动烈度：

电机轴承振动烈度的判据是振动速度的有效值，以mm/s表示，在规定的诸测量点中所测得的最大值表示电机的振动烈度。

　　不同轴中心高H的振动烈度限值，mm/s　　刚性振动额定转速等级NR＞1800～3600600～1800S＞1800～3600　　注：

1．如未规定级别，电机应符合N级要求。

2．R级电机多用于机床驱动中，S级电机用于对振动要求严格的特殊机械驱动，S级仅适用于轴中心高H≤400mm的电机。

　　r/min56＜H≤132600～3600600～1800132＜H≤225225＜H≤400H＞400H＞400电机在自悬置状态下测量安装2．轴相对振动及限值：

轴相对振动所采用的判据应是沿测量方向的振动位移峰峰值SP-P。

建议仅对有滑动轴承、额定功率大于1000kW的二极和多极电机测量轴相对振动，至于安装轴测量传感器的必要规定制造厂和用户事先协议确定。

　　带滑动轴承的电机按特定规定安装振动测量传感器时，其规定的轴相对振动位移的限值见表，这些限值是振动烈度限值要的补充。

　　3.根据国家标准GB4832《大电机振动测定方法》规定，对于轴中心高630mm以上、转速为150～3600r/min的大型交流电机，转速为600r/min及以上的电机采用振动速度的最大均方根值（mm/s）表示；小于600r/min的电机采用位移幅值（mm,双幅值）表示。

　　第22页共24页　　　　最大轴相对振动和最大径向跳动的限值　　振动等级N42