交流电动机的应用.docx
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交流电动机的应用
交流电动机的应用
佳木斯电机股份有限公司是生产交流电动机的国家大型企业，所生产的产品品种多、规模大，功率范围广，可充分满足石油、化工、煤炭、钢铁、冶金、电力等行业的全方位
一．各类电机主要特点
佳木斯电机股份有限公司生产的各种电机，按其特点可适用不同的场所或驱动各种不同的设备。
现按电机种类介绍其特点。
1.隔爆型电机。
防爆标志为“d ”电动机型号用“B”表示。
所谓隔爆型，是指它具有隔爆外壳，它能够承受已进入外壳内部的可燃性混合物内部爆炸而不损坏，并且通过外壳上的任何接合面或结构孔不会引燃由一种或多种气体蒸气所形成的外部爆炸性环境的电气设备外壳。
隔爆型电机的主要特点是：
a隔爆外壳必须具有足够的强度，能够承担内部爆炸而不损坏。
隔爆外壳应能承受1.5倍的参考压力。
而参考压力的测定则是按外壳爆炸时内部产生的最大压力，因此外壳的设计绝对要避免产生压力重叠现象。
一般工厂生产时，则做水压试验，压力为1Mpa历时1分钟。
b具备按标准规定的隔爆接合面,当内部的爆炸性火焰通过这些路径后而不会引燃外部爆炸性气体混合物.
隔爆型电机所有的内外相通的部分均为隔爆结合面。
如机座与端盖的止口接
合面，轴承内盖与端盖的接合面、与轴的转动接合面，接线盒内部出现的接合面
等。
C、电动机的接线盒内的电气间隙和爬电距离应符合不同电压时的规定。
接线盒内设内接地，如采用铠装电缆时还应在接线盒上设外接地。
2、增安型电动机。
防爆标志为“e”，电动机型号用“A”表示。
它是一种对正常运行条件下不会产生电弧、火花，并采取一些措施以提高其安全程度，防止其内部和外部部件可能出现危险温度、电弧和火花的电气设备。
增安型电机的主要特点是：
a、电机不允许产生火花和危险温度。
危险温度是指爆炸性气体的自燃温度。
如eⅡT3型，温度则不能高于T3组200℃
b电动机定子绕组温升限值要比其绝缘等级规定的限值低10K。
c防护等级不低于IP54。
dtE时间不得小于5秒。
（按起动电流倍数大小具体确定）。
当电动机堵转产生危险温度时在规定的tE时间内保护电器应起到作用。
e电动机的定子和转子的单边最小间隙应符合GB3836.3的规定.
f电动机的接线盒内的电气间隙和爬电距离应符合不同电压时的规定。
接线盒内设内接地，如采用铠装电缆时还应在接线盒上设外接地。
3、正压型电动机。
防爆型标志为“P”，电动机型号用“ZY”表示。
其原理是通过保持内部保护气体的压力高于爆炸环境压力的措施来达到安全的目的。
正压型电动机的主要特点是：
a、电动机内部的压力不允许低于外部压力，因此要通过一个微压计来进行监测和保护
b、需外部风源。
c、其排风口要设在安全区处。
目前我厂尚未正式投产这类产品，但TZYW正压型无刷励磁同步电动机我厂已承接定货。
4、粉尘防爆电机。
其防爆标志为DIP，电动机型号用“F”表示。
这是一种用外壳和限制表面温度保护的电气设备。
粉尘防爆电机的主要特点是：
a、防护等到级不低于IP56（防尘型可不低于IP54）
b、外壳表面温度不能高于点燃粉尘的温度。
5、变频调速电动机
变频调速电机有调速范围广、精度高、平稳并可调整电动机起动特性等特点，因此变频电机不仅供变速用，许多场所通过调速还可达到节约能源的目地，如水泵、风机、压缩机等。
在工艺流程改变的情况通过调频电动机功率降低，但输出转矩不变，从而达到节能目的。
变频电动机的主要特点是：
a、变频器电源产生的高次偕波将使电动机发热破坏绝缘，产生轴电流降低轴承使用寿命，尤其是当电动机额定频率为低频时，设计上应采取相应措施，包括电磁设计方面的调整，加强主绝缘和匝间绝缘，轴承绝缘等。
但在某些系列电机上由于考虑通用性化、互换性等原因，根据使用条件亦可不必做较大改变。
b、调速范围超过30%时，电机外带风机来保证冷却效果。
C、变频电动机在额定频率下使用电动机保持恒转矩，超过额定频率电动机则保持恒功率。
d、当变频器电源距离80MM以外使用时，必须加滤波器或电抗器。
6．煤矿井下用电动机
煤矿井下用电动机采用EXdI隔爆型，但在通风良好，没有瓦斯的场所（如泵房）也可采用矿用一般型电气设备，煤矿井下用电动机的主要特点是：
a、具有较高的的防潮能力，低压电机要做12个周期的湿热交变试验，高
压电机则要做21个周期的湿热交变试验。
b采掘工作面的电机外壳材质须采用钢板或铸钢制成。
其它零部件非采掘工作面的电机外壳可HT250灰铸铁制成。
C、采掘工作面用的电机（如采煤机,装岩机,输送机等到用电机）需要较高的堵转转矩和较大的过载能力.
d、无论何种电机，必须持有煤安证方可下井。
7、各种气候防护型电动机
各种气候防护类型见表1.。
表1
序号
防护类型
代号
环境条件类型
1
湿热型
TH
湿度≥45%（25℃）有露、霉菌、盐雾等
2
干热型
TA
环境气温为50℃地表沙土最高温度为75℃有砂尘等
3
户外型
W
4K1/4Zh1/4za4/4zw7/4B1/4C1/4S2
4
户外防中等腐蚀型
WF1
4K1/4Zh1/4za4/4zw7/4B1/4C3/4S3
5
户外防强腐蚀型
WF2
4K1/4Zh1/4za4/4zw7/4B1/4C4/4S4
6
户内防中等腐蚀型
F1
3K5L/3Zh1/3Za5/3Zw9/3B2/3C3/3S3
7
户内防强腐蚀型
F2
3K5L/3Zh1/3Za5/3Zw9/3B2/3C4/3S4
上述防护类型标注于电动机型号的最后面，例如：
YB25001-4WF1。
表一中序号3-7环境条件代号含义为：
英文字母前3表示户内，4表示户外英文字母表示严酷等级。
各种字母表示使用环境条件，具体为：
气候（K）特殊气候条件（zH-热辐射、Za-周围空气运动、ZW-除雨以外的水源），生物条件（B），化学活性物质条件（C），机械活性物质条件（S）和机械条件（M）等共六类。
详细内容见JB/T4375《电工产品户外户内腐蚀场所所使用环境条件》。
各类气候防护型电动机的主要特点：
a、防护等级不可低于IP54。
b、良好的绝缘防护能力和较高的绝缘电阻电动机要承受12个周期的交变湿热试验。
c、按着不现的技术要求进行表面及零部件（包括紧固件）的涂复处理，如干热型要防日光照射，湿热及户外型要防止轻微腐蚀，而防腐型则根据不现的防腐等级进行处理，必要时甚至采用不锈钢材质。
d、户外型定子绕组温升限值降低5K。
二．电动机遵循的标准
电动机遵循的标准见表2
表2
序号
标准名称
标准号
采用的国家标准
1
电机术语旋转电机
GB/T2900.25
IEC60050-411
2
旋转电机额定和性能
GB755
IEC60034-1
3
旋转电机外壳防护等级（IP代码）
GB/T4942.1
IEC60034-5
4
旋转电机的冷却方法
GB/T1993
IEC60034-6
5
电机结构及安装型式代号
GB/T997
IEC60034-7
6
电机线端标志与旋转方向
GB/T1971
IEC60034-8
7
旋转电机圆柱形轴伸
GB/756
IEC60072、IEC60072A
8
旋转电机圆锥形轴伸
GB/757
9
旋转电机尺寸和输出功率等级第1部分：
机座号56～400和凸缘号55～1080
GB/T4772.1
IEC60072-1
10
旋转电机尺寸和输出功率等级第2部分：
机座号355～1000和凸缘号1180～2360
GB/T4772.2
IEC60072-2
11
平键与键槽和剖面尺寸
GB/T1095
IEC60072、IEC60072A
12
三相异步电动机试验方法
GB/T1032
IEC60034-2、IEC60034-2A
13
三相同步电机试验方法
GB/T1029
14
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
GB10068
IEC60034-14
15
旋转电机噪声测定方法及限值噪声工程测定方法
GB10069.1
ISO1680-1
16
旋转电机噪声测定方法及限值噪声简易测定方法
GB10069.2
ISO1680-2
17
爆炸性气体环境用电气设备第1部分：
通用要求
GB3836.1
IEC60079-0
18
爆炸性气体环境用电气设备第2部分：
隔爆型“d”
GB3836.2
IEC60079-1
19
爆炸性气体环境用电气设备第3部分：
增安型“e”
GB3836.3
IEC60079-7
20
电工术语爆炸性环境用防爆电气设备
GB/T2900.35
IEC60050-426
21
可燃性粉尘防爆环境用电气设备第一部分：
用外壳和限制表面温度保护的电气设备
GB/T12476.1
IEC61241-1-1
注：
本标准号中省略年代号，本公司执行最新标准
三．电机常识
1．电动机的防护等级
增安型、隔爆型电动机和气候防护型电机均不低于IP54或IP55；
粉尘防爆电机分别不低于IP54（D22）或IP65（D21）；
Y系列高压电动机为IP23；
其余电动机按要求可制成IP44、IP54或IP55。
防护等级的标志由表征字母“IP”及附加在后的两个表征数字组成，第一位数字表示第一种防护的各个等级，第二位数字表示第二种防护的各个等级。
IP54
第二位表征数字：
表示由于外壳进水而引起有害影响的防护等级（防水等级）
第一位表征数字：
表示外壳对人和壳内部件的防护等级（防尘等级）
表征字母
介绍防护等级中2、4、5、6两个数字所代表的含义：
第一位数字“2”表示可防止直径大于12mm的固体异物进入壳内，能防止手触及壳内带电或运动部分。
第一位数字“4”表示可防护大于1mm固体进入电机，能防止直径或厚度大地1mm的导线或厚片触及壳内带电或运动部分。
第一位数字“5”表示能防止触及或接近壳内带电或转动部件，虽不能完全防止灰尘进入，但进尘量不足以影响电机的正常运行。
第一位数字“6”表示能完全防止灰尘进入壳内，防止手触及壳内带电或运动部分。
第二位数字“3”表示与铅垂线60度角范围内的淋水，应不能直接进入电机内部（防淋水电机）
第二位数字“4”表示承受任何方向的溅水应无有害影响（防溅水电机）
第二位数字“5”表示承受任何方向的喷水应无有害影响（防喷水电机）
具体防护等级的相关知识参见GB4942.1
2.绝缘等级
电动机的绝缘等级均为F级绝缘，定子绕组通过VPI真空加压浸渍。
低压电机如需H级绝缘，请与制造厂协商，目前因绝缘材料限制高压电机只能为F级绝缘。
B级绝缘的耐热温度为130℃，定子绕组温升限值为80K，F级绝缘的耐热温度为155℃，定子绕组温升限值为105K，
H级绝缘的耐热温度为180℃，定子绕组温升限值为125K，由于绝缘材料的不断提高，B级绝缘本世纪初已开始停止使用。
至于从历史上看A级绝缘在上世纪60年代初开始停用，E级绝缘在80年代中期停用并开始使用F级绝缘至今。
所以我们只要了解B级绝缘掌握F、H级绝缘的使用情况即可。
3.电动机的冷却方法，常用以下几种：
1）IC01，自循环冷却，如Y系列高压电机（IP23型）。
2）IC411，电动机外风扇自冷却，如YB2系列低压电机。
3）IC511，电机外风扇，通过周围冷却器冷却。
如YB系列高压电机。
4）IC611，电机外风扇通过电机顶部冷却器冷却，如YKK，YAKK系列高压电机。
5）IC81W，外装水冷却器，内部循环冷却，即所谓的空-水冷，冷却器在电机上部；如YKS系列。
6）.IC416电动机带有风机，强迫冷却；如YPT系列电机。
7）.IC616电机顶部设空冷却器,外带风机.
8）.IC666电动机顶部带有空/空冷却器，强迫冷却;如YPT系列.；
9）.IC86W电动机顶部带有空/水冷却器，强迫冷却；如YPT系列
4.工作制
1）概念
工作制：
电机所承受的一系列负载状况的说明，包括起动、电制动、空载、停机和断能及其持续时间和先后顺序等。
负载持续率：
工作周期中的负载（包括起动与电制动在内），持续时间与整个周期的时间之比，以百分数表示。
工作类型：
工作制可分为连续、短时、周期性或非周期性几种类型。
周期工作制包括一种或多种规定了持续时间的恒定负载；非周期性工作制中的负载和转速通常在允许的运行范围内变化。
2）工作制类型
工作制类型为S1～S10
S1工作制——连续工作制，在无规定的长时间内是恒载工作。
在恒定负载下连续运行达到热稳定状态。
S2工作制——短时工作制
在恒定负载下按给定时间运行，电机在该时间内不足以达到热稳定，随之停机和断能，其时间足以使电机再度冷却到与冷却介质温度差在2k以内。
S3工作制——断续周期工作制（周期性工作制是指负载运行期间电机未达到热稳定）
按系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段停机和断能时间。
这种工作制，每一周期的起动电流不致对温升有显著影响。
：
恒定负载运行时间；
：
停止和断能时间
负载持续率=
常用负载持续率：
S3-15%、25%、40%、60%。
电动机基准工作制：
S3-40%（即负载持续率为40％，每个周期为10分钟）每小时起动6次。
YZR450-560电动机基准工作制为S3-60%。
S3工作制负载持续率40%的意义：
即在10分钟内运行4分钟，停机或断能6分钟。
S4工作制——包括起动的断续周期工作制
按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段对温升有显著影响的起动时间，一段恒定负载运行时间和一段停机和断能时间。
标准标法：
工作制S4-40％150次/小时。
——起动/加速时间
——恒定负载时间
——停机和断能时间
负载持续率：
（
+
）/TC
S4工作制根据起动次数不同分三种，而每种起动次数又有不同的负载持续率：
如：
150次/小时，负载持续率分：
25%、40%、60%；300次/小时，负载持续率分：
40%、60%；600次/小时，负载持续率：
60%。
S5工作制——包括电制动的断续周期工作制。
定义：
按一系列相同的工作制周期运行，每一周期包括一段起动时间，一段恒定负载运行时间，一段电制动时间和一段停机和断能时间。
——起动/加速时间
——恒定负载时间
——电制动时间
——停机和断能时间
负载持续率：
（
+
+
）/TC
S5工作制根据起动次数不同分三种，而每种起动次数又有不同的负载持续率：
如：
150次/小时，负载持续率分：
25%、40%、60%；300次/小时，负载持续率分：
40%、60%；600次/小时，负载持续率：
60%。
S5与S4工作制功率是一样的，虽然S5电制动时温度有所上升，但不致影响太大，因而S4与S5功率是一样。
S6工作制——按系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和空载运行，无停机和断能时间。
S7工作制——按一系列相同的工作制周期运行，每一周期包括一段起动时间，一段恒定负载运行时间和一段电制动时间，无停机和断能时间。
S7与S5相似，只是没有停机和断能时间。
S8工作制——包括负载-转速相应变化的连续工作制。
S9工作制——负载和转速非周期变化的工作制。
负载和转速在允许范围内作非周期恒定变化的工作制。
这种工作包括经常性过载，其值可远远超过基准负载。
S10工作制——离散恒定负载工作制。
3）.断续周期工作制电机额定功率及极数的选择换算
负载持续率不同时的功率，负载持续率一般分15%、25%、40%、60%、100%按表1计算。
在产品样本中没有给出各负载持续率下的功率时按表3计算，样本给出的以样本为准。
表3
工作方式
S3类
负载持续率
15%
25%
40%
60%
100%
额定功率（kW）
P×1.35
P×1.18
P
P×0.85
P×0.73
P——S3-40%功率（kW）
S4及S5的功率按表5计算
在产品样本中没有给出各负载持续率下的功率时按表4计算，样本给出的以样本为准。
表4
工作方式
S4及S5
150次/小时
300次/小时
负载持续率
25%
40%
60%
40%
60%
额定功率（kW）
PH×1.12
P×0.86
=PH
PH×0.87
PH×0.88
=PF
PF×0.93
PH——为S4及S5负载持续率40%，（150次/小时）的功率
PF——为S4及S5负载持续率40%，（300次/小时）的功率
4）.负载持续率与起动次数
a.负载持续率的选择
根据现场使用情况，经过相当一段时间统计数据确定的，尽可能代表实际情况。
b.起动次数
起动次数通常指全起动结束的次数，但在电动机工作状态下，往往有点动，制动状态且没达到全起动，所以按等效发热原则折算成等效起动次数，折算方法为：
点动一次（终了时电动机的转速不大于额定转速的25%）相当1/4次起动；
电制动（制动到额定转速1/3）一次相当0.8次起动；
每小时等效起动次数典型举例如表5。
表5
工作方式
起制动状态
热等效起动次数
每小时起动次数
每小时点动次数
每小时制动次数
每小时制动并反转次数
S3
6
4
2
0
8
8
0
0
2
0
6
S4
S4
S5
S5
S5
150
100
80
65
30
0
200
0
130
160
0
0
80
65
30
0
0
0
0
30
150
S4
S4
S5
S5
S5
300
200
160
130
60
0
400
0
260
320
0
0
160
130
60
0
0
0
0
60
300
S4
S4
S5
S5
S5
600
400
320
260
120
0
800
0
520
640
0
0
320
260
120
0
0
0
0
120
600
5．电动机的保护装置
1）温度保护
主要对定子绕组和轴承温度进行监控。
一般采用PT100铂热电阻方法、在定子绕组内（定子槽内部或绕组端部）每相埋设二支PT100电阻，其中一支备用。
轴承测温通过PT100温度传感器进行监控，可在现场或控制室或二者皆监控。
普通电机也可采用电接点式温度表等。
定子绕组温度F级绝缘，由于F级绝缘的极限温度为155℃,因此设置为140-145℃报警,150℃停车。
滚动轴承报警温度一般为80℃,90℃停车。
滑动轴承报警温度一般为75℃,80℃停车。
2）增安型电动机座设置过电流保护，使电动机在堵转状态下，在规定时间内停车。
此项措施由用方自行采取。
3）电动机的差动保护和防雷保护
额定功率容量在2000KW以上，或小于2000KW但电流速断保护灵敏度不够的电动机应设纵差保护，这里介绍“磁平衡式纵差保护”的新原理。
平衡式纵差保护三相接线为电动机每相绕组的始端和终端引线分别进入和引出磁平衡式电流互感器的环形铁心窗口，在电动机正常运行或启动中，各相始端和终端电流一进一出，互感器一次安匝为零，二次无输出，保护不动作，由此可见，在电动机没有发生相间短路的情况下，依靠互感器一次磁安匝的磁平衡，差动继电器中没有不平衡电流，由于磁平衡原理，互感器二次侧断线也不会出现过电压现象，这些都是电流平衡式差动保护所无法比拟的，目的有助于克服电动机的自起动过程中的误动作。
电动机的防雷保护现下多采用金属氧化物避雷器、避雷器一端接地，另一端接电机中点，在式频电压下避雷器的氧化锌阻片呈现极大的电阻，能迅速有效地抑制式频续流，在过电压情况下，其电阻又变得很小，相当于短路状态，能很好地泄放雷电流。
上述装置除隔爆型电机外，均可设置于电机主接线盒内，装置亦由电机厂提供，也可用户自备，隔爆型电机主接线盒也受位置限制，最好放在它处。
4）漏水保护，水冷电机防止漏水设置音差式或其它形式的漏水开关。
5）湿热型及户外电机设停机加热器，在电动机停止运动时。
接通加热器电源，保证电机内部温度高于外部5℃防止结露水。
四．防爆常识
石油、化工行业的生产环境多数是爆炸性气体环境
所谓爆炸性气体环境，是指在大气条件下，气体、蒸汽或薄雾状的可燃物质与空气形成的混合物，点燃后，燃烧传至全部未燃烧混合物的环境。
在这种环境使用的电气设备，一旦产生火花或危险温度就会点燃爆炸性气体混合物，即所谓“爆炸”。
因此在这种环境中使用的电气设备必须是符合标准规定的防爆电气设备。
1.爆炸性气体环境用电气设备的分类、分级、分组：
分类：
Ⅰ类：
煤矿用电气设备。
Ⅱ类：
除煤矿外的其它爆炸性环境用电气设备，亦称工厂用。
石油、化工行业所用均属此类。
分级、分组：
爆炸性气体、蒸气是指一定条件下能燃烧引起爆炸的气体、蒸气。
按照它们的特点，对其给予分级分组进行管理；
对“隔爆型”电气设备而言，气体和蒸气的分级是以最大试验安全间隙为基础，在一个间隙长度为25mm的标准试验容器，在间隙附近点火进行测定的，所谓分级，即指气体和蒸气的传爆能力，根据试验结果，气体和蒸气分为A、B、C级。
其中后者传爆能力最强如ⅡC级的氢气、乙炔等
Ⅱ类（工厂用）电气设备的最高表面温度是以爆炸性气体和蒸气的自燃温度来确定，按其自燃温度分为6组，见表6.
爆炸性气体、液体蒸气、薄雾的分类、分级、分组示例表
表6
类
与
级
引燃温度t（℃）及组别
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T＞450
300＜T≤450
200＜Tt≤300
135＜T≤200
100＜T≤135
85＜T≤100
Ⅰ
甲烷
ⅡA
乙烷、丙烷、丙酮、苯乙烯、氯苯、甲苯、苯、氨、苯胺、一氧化碳、乙酸乙酯、乙酸
丁烷、乙醇、丙烯、丁醇、乙酸、乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸酐、氯乙烯、甲醇
戊烷、、乙烷、己烷、庚烷、癸烷、辛烷、汽油、硫化氢、环己烷
乙醚、乙醛
亚硝酸乙酯
ⅡB
二甲醚、民用煤气、环丙烷、丙烯腈、焦炉煤气
环氧乙烷、环氧丙烷、丁二烯、乙烯
异戊二烯
ⅡC
水煤气、氢、
乙炔
二硫化碳
硝酸乙酯
我们所看到的防爆标志如dⅡBT4,即为这样的隔爆型电气设备能够适用于Ⅱ类中A、B级T1～T4组爆炸性气体混合物的场所。
2、防爆型电机分类
在规定条件下不会引起周围爆炸性环境点燃的电气设备称之为防爆电气设备。
1）隔爆型电机防爆标志为“d”，电动机型号用“B”表示。
隔爆型电机的可制成dⅠ、dⅡAT4、dⅡBT4和dⅡCT4，根据使用场所的条例为确定选用。
我国的隔爆电机以YB系列为代表，目前最大的功率为佳木斯电机股份公司的3800kW、4P电机。
2）增安型电动机。
防爆标志为“e”，电动机型号用“A”表示。
3）正压型电动机防爆型标志为“电动机型号“ZY”表示。
4）.粉尘防爆电机。
其防爆标志为DIP，电动机型号用“F”表示。
3．爆炸性环境的分区及所用防爆电机类型
1）.爆炸性气体按其现场环境的危险程度划分3个区域，每区域应按规定选择不同类型的防爆电机。
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