电机技术基本知识及选型.docx

1、电机技术基本知识及选型电机基本技术知识 2010年8月目录一、 旋转电机的定义是什么？ 2二、 旋转电机是如何分类的？ 3三、 旋转电机的基本原理是什么？ 4四、 电机制造常用标准有哪些？ 8五、 电机的基本运行条件 9六、 电动机型号编制方法（GB4831-1984电机产品型号编制方法） 10七、 电机工作制（GB 755-2000旋转电机 定额和性能） 14八、 防护型式IPXX （GB/T 4208-1993 外壳防护分级（IP代码） 16九、 电机冷却方式 18十、 电机安装结构型式（GB/T 997-2003旋转电机结构及安装型式(IM代码)） 26十一、 电机的电压和频率的选取 2

2、8十二、 电机功率的选取 28十三、 电机轴中心高 28十四、 电动机转速 29十五、 电机绝缘等级 29十六、 电机检测装置配置 30十七、 控制温度的设定 30十八、 电机空间加热器的选取 31十九、 变频电机与普通电机的区别 32二十、 高海拔电机与一般电机的不同 33二十一、 湿热带、干热带环境用电动机采取的措施 35二十二、 户外防腐电机应采取的措施 35二十三、 旋转电机有哪些性能参数指标？ 36二十四、 电动机计算常用的公式 37二十五、 关于服务系数、选型系数的说明 37二十六、 防爆基础知识 371. 防爆基础知识 372. 防爆电机的防爆类型 403. 防爆电机的选型原则

3、41一、 旋转电机的定义旋转电机(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。电磁转矩由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

4、功率。建立上述两个磁场的方式不同，形成不同种类的电机。例如两个磁场均由直流电流产生，则形成直流电机；两个磁场分别由不同频率的交流电流产生，则形成异步电机；一个磁场由直流电流产生，另一磁场由交流电流产生，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，由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

5、台电机制成后，由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。热能是由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耦合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的电能二、 旋转电机的分类1、电动机一般分类方法按电机用途分类，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

6、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)，也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、性能、绝缘、励磁方式和工作制等特征进行分类。2、按电机用途分类及主要用途：种类名称主要用途发电机1 交流发电机各种发电电源2 直流发电机各种直流电源和作测速发电机用电动机1 交流电动机A 同步电动机驱动功率较大或转速效低的机械设备B 异步电动机笼型转子异步电动机用于驱动一般机械设备绕线转子异步电动机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

7、2 直流电动机主要驱动需要调速的机械设备3 交直流两用电动机主要用于电动工具特殊用途电机1 电动测功机2 同步调相机3 进相机4 微特电机5 其它用途电机测定机械功率改善功率因数等3、常用的中小型电机分类原则3.1 中小型交流电机 中小型交流电机即中心高为630mm及以下或定子铁心外径为990mm及以下的电机。3.2 大型交流电机大型交流电机即定子铁心外径为990mm以上的电机。三、 旋转电机的基本原理电机分类中有很大一部分由交流电机构成。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，着重对交流电机的共同问题进行介绍

8、。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（固定部分）和转子（旋转部分）。其基本构造如下图：定子：由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。铁心是由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。转子：转子是由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

9、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由转动的、由铜条组成的转子。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的旋转磁场是如何产生的呢？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

10、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。由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，这就是三相鼠笼式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由转子励磁绕组产生的恒定磁场，那么

11、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定转子磁场分布图四、 电机制造常用标准有哪些？目前国际上有关电机的标准有两大标准体系：一个是IEC（国际电工委员会）标准；二个是NEMA（美国电气制造商协会）；我国电机制造行业所执行的GB（国家）标准基本上都是等同或等效采用IEC标准。所谓等同采用，就是译为中文后不作修改或作很少的修改直接采用；所谓等效采用就对原有的国际标准在不改变原主旨条件下，重新组织形成国家标准后颁布执行。1、国内标准国内电机执行的电动机标准分为国家标准（GB）、行业标准（JB机械行业）、企业标准（Q/NF企标/南防）；GB/T为推荐性国家标准、GB为

12、强制性标准 常用国家标准（GB）GB 755-2000 旋转电机 定额和性能GB/T 1029-2005 三相同步电动机试验方法GB/T 1032-2005 三相异步电动机试验方法GB/T 1993-1993 旋转电机冷却方法GB/T 4942.1-2006 旋转电机整体外壳结构的防护分级(IP代码)分级GB/T 7064-2002 透平型同步电机技术要求 GB 10068-2000 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GB/T 10069-2006 旋转电机噪声测定方法及限值GB/T 13957-1992 大型三相异步电动机基本系列 技术条件GB 18613-200

13、6 中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级GB 3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第1部分：通用要求GB 3836.2-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第2部分：隔爆型“d”GB 3836.3-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第3部分：增安型“e”GB 3836.4-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第4部分：本质安全型“i”GB 3836.5-2004 爆炸性气体环境用电气设备 第3部分：正压外壳型“e”GB 3836.8-2003 爆炸性气体环境用电气设备 第8部分：“n”型电气设备GB-3836.14-2000 爆炸性气体环境用电气设备 第14部分：危险场所分

14、类2、国外标准电机行业执行的国外标准分为等同采用国外标准和等效采用国外标准；电动机标准分为：国际电工委员会（IEC）、国际标准化组织（ISO）、美国电气制造商协会（NEMA）、美国电气和电子工程师学会（IEEE）、德国标准（DIN）、加拿大标准（CSA）；常用国际电工委员会（IEC）标准有：IEC 60034-1 旋转电机.第1部分:额定值和性能IEC 60034-5 旋转电机.第5部分:整体设计的防护等级(IP代码)分级IEC 60034-6 旋转电机.第6部分:冷却方法IEC 60034-9 旋转电机.第9部分:噪声极限值IEC 60034-14 旋转电机.第14部分:轴中心高56mm及以

15、上的电机可靠机械振动强度的测量、评价和极限值IEC 60079-0 爆炸气体环境中的电气设备.第0部分:一般要求IEC 60079-1 爆炸气体环境中的电气设备.第1部分:隔爆型外壳“d”IEC 60079-2 爆炸气体环境中的电气设备.第2部分:正压外壳“P”IEC 60079-7 爆炸气体环境中的电气设备.第7部分:增安型IEC 60079-15 爆炸气体环境中的电气设备.第15部分: n型电气设备的结构、试验和标志五、 电机的基本运行条件电机运行条件分为正常运行条件和特殊运行条件。正常运行条件分为一般现场运行条件和电气运行条件。GB755-2000旋转电机 定额和性能中规定的电动机的基本

16、运行条件包括：对海拔高度、环境温度、冷却介质和相对湿度的要求，电气条件，运行期间电压和频率的变化，电机的中点接地等规定。1、海拔：一般不超过1000M。如特殊要求，可由供需双方协商。2、最高环境空气温度：电机运行地点的环境温度随季节而变化，一般不超过40。但一些专用电机可超过40，微特电机的最高环境温度为125。3、最低环境温度：对已安装就位处于运行或断电停转电机，运行地点的最低环境温度为-15；对微特电机最低空气温度为-55。对于用水作为初级或次级冷却介质的电机的最低环境空气温度为5。4、环境空气相对湿度：电机运行地点的最湿月份月平均最高相对湿度为90%，同时，该月月平均最低温度不高于25。

17、5、电压和电流的波形对称性：对于交流电动机，其电源电压波形的正弦性畸变率不超过5%；对于多相电动机，电源电压的负序分量不超过5%（长期运行）或1.5%（不超过几分钟的短式运行），且电压的零序分量不超过正序分量的1%。6、运行期间电压的偏差：当电动机的电源电压（如为交流电源时，频率为额定）在额定值的95%105%之间变化，输出功率仍能维持额定值。当电压发生上述变化时，电机的性能和温升允许偏离规定。7、运行期间的频率偏差：但交流电机的频率（电压为额定）额定值的偏差不超过1%时，输出功率仍能维持额定值。8、电压和频率同时发生偏差：电压和频率同时发生偏差（两者偏差分别不超过5%和1%），若两者都是正值

18、，且其和不超过6%；或两者均为负值，或分别为正值和负值，且其绝对值之和不超过5%时，电机输出功率仍能维持额定值。9、电机的中性点接地：交流电机（Y连结）应能在中性点处于接地电位或接近接地电位的情况下连续运行。如果电机绕组的线端与中性点端的绝缘不同，应在电机的使用说明书中说明，未征得电机厂同意，不允许将电机的中性点接地或将多台电机的中性点相互连接。六、 电动机型号编制方法（GB4831-1984电机产品型号编制方法）1、电机的产品型号电机的产品型号符合国标GB/T 4831-1984 电机产品型号编制方法的规定。产品型号是便于使用、制造、设计等部门进行业务上联系和简化技术文件中产品名称、规格、型

19、式等叙述而引用的一种代号。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，并按下列顺序排列：-补充代号特殊环境代号规格代号产品代号1.1、电机的产品代号由电机类型代号、电机特点代号、设计序号和励磁方式代号等四个小节顺序组成。1.1.1 类型代号系表征电机的各种类型而采用的汉语拼音字母，见表。类型代号序号电机类型代号1异步电动机（笼型及绕线形）Y2同步电动机T3同步发电机（除汽轮发电机）TF4直流电动机Z5直流发电机ZF6汽轮发电机QF7水轮发电机SF8测功机C9交流换向器电动机H10潜水电泵Q1.1.2 特点代号系表征电机的性能、结构或用途而采用的汉语拼音字母，对于防爆电机

20、类型的字母A（增安型）、B（隔爆型）、W（无火花型）应标于电机特点代号首位，即紧接在电机类型代号后面的标注。1.1.3 设计序号系指电机产品设计的顺序，用阿拉伯数字标示。对于第一次设计的产品，不标注设计序号。从基本系列派生的产品，其设计序号按基本系列标注；专用系列产品则按本身设计的顺序标注。1.1.4 励磁方式代号：用字母S表示3次谐波励磁、J表示晶闸管励磁、X表示相复励磁，并应标于设计序号之后，当不必设计序号时，则标于特点代号之后，并用短划分开。1.1.5 常用异步电动机的产品代号：常用异步电动机的产品代号序号产品名称产品代号代号汉字意义1三相异步电动机Y异2绕线转子三相异步电动机YR异绕3

21、大型二极（快速）三相异步电动机YK异（二）4三相异步电动机（高效率）YX异效5三相异步电动机（高起动转矩）YQ异起6高转差率（滑率）三相异步电动机YH异（滑）7增安型三相异步电动机YA异安8隔爆型三相异步电动机YB异爆9隔爆型绕线转子三相异步电动机YBR异爆绕10隔爆型多速三相异步电动机YBD异爆多11管道泵用隔爆型三相异步电动机YBGB异爆管泵1.2、电机的规格代号用中心高、铁心外径、机座号、机壳外径、轴伸直径、凸缘代号、机座长度、铁心长度、功率、电流等级、转速或极数等来表示。主要系列产品的规格代号按下表的规定。其他系列产品如确有需要采用上列以外的其他参数来表示时，应在该产品的标准中说明。机

22、座长度采用国际字母符号来表示，S表示短机座（short），M表示中机座（middle），L表示长机座（long）。铁心长度按由短至长顺序用数字1、2、3表示。凸缘代号采用国际通用字母符号FF（凸缘上带通孔）或FT（凸缘上带螺孔）连同凸缘固定孔中心基圆直径的数值来表示。系列产品的规格代号序号系列产品规格代号1小型异步电动机中心高（mm）-机座长度（字母代号）-铁心长度（数字代号）-极数2中大型异步电动机中心高（mm）-铁心长度（数字代号）-极数3小型同步电动机中心高（mm）-机座长度（字母代号）-铁心长度（数字代号）-极数4中大型同步电动机中心高（mm）-铁心长度（数字代号）-极数5小型直流电机

23、中心高（mm）-机座长度（字母代号）6中型直流电机中心高（mm）或机座长度（字母代号）-铁心长度（数字代号）-电流等级（数字代号）7大型直流电机电枢铁心外径（mm）-铁心长度（mm）8汽轮发电机功率（MW）-极数9中小型水轮发电机功率（kW)-极数/定子铁心外径（mm）10大型水轮发电机功率（MW)-极数/定子铁心外径（mm）11测功机功率（kW)-转速（仅对直流测功机）12分马力电动机（小功率电动机）中心高或机壳外径（mm）-（或/）机座长度（字母代号）-铁心长度、电压、转速（均用数字代号）13交流换向器电机中心高或机壳外径（mm）-（或/）铁心长度、转速（均用数字代号）1.3、电机的特殊环

24、境代号按表4的规定选用，如同时适用于一个以上的特殊环境时，则按表3的顺序排列。表 4 特殊环境代号“高”原用G“船”（海）用H户“外”用W化工防“腐”用F“热”带用T“湿热”带用TH“干热”带用TA环境条件派生的考虑：特殊环境派生系列，实质上属于结构派生系列，它是在基本系列结构设计的基础上作一些改动，使产品具有某种特殊的防护能力（例如防爆、化工防腐、户外和船用等）。这些系列的部分结构部件及防护措施与基本系列不同。环境派生有：特殊环境条件 代号湿热型，有气候防护场所 TH干热型，有气候防护场所 TA热带型，有气候防护场所 T湿热型，无气候防护场所 THW干热型，无气候防护场所 TAW热带型，无气

25、候防护场所 TW户内，轻防腐型 无代号户内，中等防腐型 F1户内，强防腐型 F2户外，轻防腐型 W户外，中等防腐型 WF1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。1.4、补充代号补充代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字表示，采用大写字母时，应不与表3所采用的字母重复。补充代号所代表的内容，在产品标准中有规定。2、产品型号示例例1：户外化工防腐蚀隔爆型异步电动机 Y B 160 M 4 W 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：Y F K S 710 4 规格代号，表示

26、中心高710mm 产品代号，表示带空水冷型的异步电动/发电机例3：T A W 800 16/1730 规格代号，表示功率800kW，16极，定子铁心外径1730 mm 产品代号，增安型无刷励磁同步电动机我公司低压电机（1140V及以下）主要产品代号有：Y、YA、YB2、YXn、YAXn、YBXn、YW、YBF、YBK2、YBS、YBJ、YBI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。七、 电机工作制（GB 755旋转电机 定额和性能）1、工作制电机所承受的一系列

27、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。2、定额一组额定值和工作条件。制造厂按指定的要求对电机所规定的，并于铭牌上标明的全部电量和机械量的数值及其他有关数值。3、工作制的类型工作制可分为连续、短时、周期性或非周期四种类型。周期性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。S1S10工作制主要适用于电动机，其中某几种工作制也适用于发电机，如S1、S2、S10工作制。3.1、S1工作制连续工作制保持在恒定负载下运行至热稳定状态。本工作制简称为S1。3.2、 S2工作制短时工作制在恒定负载下按给定的时间运行

28、，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之差在2K以内。本工作制简称为S2，随后标以工作制的持续时间。例：S2 60min。3.3、 S3工作制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。本工作制简称为S3，随后标以负载持续率。例：S3 30。3.4、 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。本工作制简称为S4，随后标以负载持续率以及归

29、算至电动机转轴上的电动机转动惯量（JM）和负载转动惯量（Jext）。例：S4 25JM =0.15kg.m2 Jext=0.7 kg.m2。3.5、 S5工作制包括电制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。本工作制简称为S5，随后标以负载持续率以及归算至电动机转轴上的电动机转动惯量（JM）和负载转动惯量（Jext）。例：S5 25JM =0.15kg.m2 Jext=0.7 kg.m2。3.6、 S6工作制连续周期工作制按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行时间，无停

30、机和断能时间。本工作制简称为S6，随后标以负载持续率。例：S6 40。3.7、 S7工作制包括电制动的连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。本工作制简称为S7，随后标以归算至电动机转轴上的电动机转动惯量（JM）和负载转动惯量（Jext）。例：S7 JM =0.4kg.m2 Jext=7.5 kg.m2。3.8、 S8工作制包括负载转速相应变化的连续周期工作制按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段按预定转速运行的恒定负载时间和一段或几段按不同转速运行的其他恒定负载时间（例如变极多速感应电动机），无停机和断能时间。本工作制