第1章　電動機的基礎知識

1.1　電動機的分類與特性

1.1.1　電動機的分類

（1）電動機的分類　電動機種類較多，分類如表1-1所示。

（2）電動機的型號　電動機編號方法如圖1-1所示。

1.1.2　電動機主要性能指標

（1）額定功率及效率　電動機在額定狀態下運行時軸上輸出的機械功率，是電動機的額定功率P_2N，單位以千瓦（kW）計。輸出功率與輸入功率不等，它比電動機從電網吸取的輸入功率要小，其差值就是電動機本身的損耗功率，包括鐵損、銅損和機械損耗等。

從產品目錄中查得的效率是指電動機在額定狀態下運行時，輸出功率與輸入功率的比值。因此三相異步電動機的額定輸入功率P_1N可由銘牌所標的額定功率P_2N（或從產品目錄中查得）和效率η_N求得，即P_1N=P_2N/η_N。

三相異步電動機的額定功率可用下式計算：

式中　P_2N——電動機的額定功率，kW；

U_N——電動機的額定線電壓，V；

I_N——電動機的額定線電流，A；

cosф——電動機在額定狀態運行時，定子電路的功率因數；

η_N——電動機在額定狀態運行時的效率。

電動機運行在非額定情況時，此公式也成立，只是各物理量均為非額定值。

三相異步電動機的效率和功率因數如表1-5所示。

（2）電壓與接法　電動機在額定運行情況下的線電壓為電動機的額定電壓，銘牌上標明的“電壓”就是指加在定子繞組上的額定電壓（U_N）值。目前在全國推廣使用的Y系列中小型異步電動機額定功率在4kW及以上的，其額定電壓為380/220V，為Y/△接法。這個符號的含義是當電源線電壓為380V時，電動機的定子繞組應接成星形（Y）；而當電源線電壓為220V時，定子繞組應接成三角形（△）。

一般規定電動機的電壓不應高于或低于額定值的5％。當電壓高于額定值時，磁通將增大（因U₁=4.44f₁N₁fΦ），會引起勵磁電流的增大，使鐵損大大增加，造成鐵芯過熱。當電壓低于額定值時，將引起轉速下降，定子、轉子電流增加，在滿載或接近滿載時，可能使電流超過額定值，引起繞組過熱，在低于額定電壓下較長時間運行時，由于轉矩與電壓的平方成正比，在負載轉矩不減小的情況下，可能造成嚴重過載，這對電動機的運行是十分不利的。

（3）額定電流　電動機在額定運行情況下的定子繞組的線電流為電動機的額定電流（I_N），單位為A。對于“380V、△接法”的電動機，對應的線電流只有一個；而對于“380/220V、Y/△接法”的電動機，對應的線電流則有兩個。在運行中應特別注意電動機的實際電流，不允許長時間超過額定電流值。

（4）額定轉速　電動機在額定狀態下運行時，電動機轉軸的轉速稱為額定轉速，單位為r/min。

（5）溫升及絕緣等級　溫升是指電動機在長期運行時所允許的最高溫度與周圍環境的溫度之差。我國規定環境溫度取40℃，電動機的允許溫升與電動機所采用的絕緣材料的耐熱性能有關，常用絕緣材料的等級和最高允許溫度如表1-6所示。

（6）定額（或工作方式）　定額指電動機正常使用時允許連續運轉的時間。一般分有連續、短時和斷續三種工作方式。

連續：指允許在額定運行情況下長期連續工作。

短時：指每次只允許在規定時間內額定運行、待冷卻一定時間后再啟動工作，其溫升達不到穩定值。

斷續：指允許以間歇方式重復短時工作，它的發熱既達不到穩定值，又冷卻不到周圍的環境溫度。

（7）功率因數　銘牌上給定的功率因數指電動機在額定運行情況下的額定功率因數（cosф）。電動機的功率因數不是一個常數，它是隨電動機所帶負載的大小而變動的。一般電動機在額定負載運行時的功率因數為0.7～0.9，輕載和空載時更低，空載時功率因數只有0.2～0.3。

由于異步電動機的功率因數比較低，因此應力求避免在輕載或空載的情況下長期運行。對較大容量的電動機應采取一定措施，使其處于接近滿載情況下工作，并采取并聯電容器來提高線路的功率因數。

（8）額定頻率　電動機在額定運行情況下，定子繞組所接交流電源的頻率稱額定頻率（f），單位為Hz。我國規定標準交流電源頻率為50Hz。

（9）功率因數　電動機有功功率與視在功率之比稱為功率因數。異步電動機空載運行時，功率因數為0.2。異步電動機在額定功率下運行的功率因數如表1-5所示。

（10）啟動電流　電動機啟動時的瞬間電流稱為啟動電流。電動機的啟動電流一般是額定電流的5.5～7倍。

（11）啟動轉矩　電動機在啟動時所輸出的力矩稱啟動轉矩，常用啟動轉矩與額定轉矩的倍數來表示。異步電動機的啟動轉矩一般是額定轉矩的1～1.8倍。

（12）最大轉矩　電動機所能拖動最大負載的轉矩，稱為電動機的最大轉矩，常用最大轉矩與額定轉矩的倍數來表示。異步電動機的最大轉矩一般是額定轉矩的1.8～2.2倍。

1.1.3　電動機的選擇

（1）電動機容量的選擇　要為某一臺生產機械選配電動機，首先需要考慮電動機的容量。如果電動機的容量選大了，則雖然能保證設備正常運行，但是不僅增加了投資，而且由于電動機經常不是在滿負荷下運行，它的效率和功率因數也都不高，會造成電力的消費；如果電動機的容量選小了，則就不能保證電動機的生產機械正常運行，不能充分發揮生產機械的效能，并會使電動機過早地損壞。

電動機的容量是根據它的發熱情況來選擇的。在容許溫度以內，電動機絕緣材料的壽命為15～25年。如果超過了容許溫度，則電動機的使用年限就要縮短；一般說來，多超過8℃，使用壽命就要縮短一半。電動機的發熱情況，又與負載的大小及運行時間的長短（運行方式）有關。所以應按不同的運行方式來考慮電動機容量的選擇問題。

電動機的運行方式通常可分為長期運行、短時運行和重復短時運行三種。下面分別進行討論。

①長期運行電動機容量的選擇

a.在恒定負載下長期運行的電動機容量=生產機械所需的功率/效率。

b.在變動負載下長期運行的電動機，選擇其容量時，常采用等效負載法，就是假設一個恒定負載來代替實際的變動負載，但是兩者的發熱情況應相同，然后按a所述原則選擇電動機容量，所選容量應等于或略大于等效負載。

②短時運行電動機容量的選擇　所謂短時運行方式，是指電動機的溫升在工作期間未達到穩定值，而停止運轉時，電動機能完全冷卻到周圍環境的溫度。

電動機在短時運行時，可以容許過載，工作時間越短，則過載就可以越大，但過載量不能無限增大，必須小于電動機的最大轉矩。選擇電動機容量可根據過載系數λ（最大轉矩/額定轉矩）來考慮電動機的預定功率≥生產機械所要求的功率/λ。

③重復短時運行電動機容量的選擇　專門用于重復短時運行的交流異步電動機為JZR和JZ系列。標準負載持續率分15％、25％、40％和60％四種，重復運行周期不大于10min。電動機的功率也可應用等效負載法來選擇。

（2）電動機種類的選擇　選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、調速與啟動性能、維護及價格等方面來考慮的。

①要求機械特性較好而無特殊調速要求的一般生產機械，如功率不大的水泵、通風機和小型機床等，應盡可能選用鼠籠式電動機。

②某些要求啟動性能較好，在不大的范圍內平滑調速的設備，如起重機、卷揚機等，可采用繞線式電動機。

③為了提高電網的功率因數，并且功率較大而又不需要調速的生產機械，如大功率水泵和空氣壓縮機等，可采用同步電動機。

④在設備有特殊調速大啟動轉矩等方面的要求而交流電動機不能滿足時，才考慮使用直流電動機。

（3）電動機電壓的選擇　交流電動機額定電壓一般選用380V或380V和220V兩用，只有大容量的交流電動機才采用3000V或6000V的額定電壓。

（4）電動機轉速的選擇　電動機的額定轉速是根據生產機械的要求而選定的。但是，當功率一定時，電動機的轉速越低，其尺寸就越大，價格越貴，而且效率越低。因此，如無安裝尺寸等特殊要求時，就不如購買一臺高速電動機再另配減速器，這樣更便宜些。通常電動機都采用4極的（同步轉速n₀=1500r/min）。

（5）電動機結構形式的選擇　為保證電動機在不同環境中安全可靠地運行，電動機結構形式的選擇可參照下列原則：

①灰塵少、無腐蝕性氣體的場合選用防護式。

②灰塵多、潮濕或含有腐蝕性氣體的場合選用封閉式。

③有爆炸性氣體的場合選用防爆式。

（6）直接傳動　使用聯軸器把電動機和設備的軸直接連接起來的傳動，叫做直接傳動。這種傳動方式的優點是：傳動效率高、設備簡單、成本低、運行可靠、安全性好。因此，當電動機的轉速和所帶動的設備如風機、水泵等的轉速相同時，應盡可能采用這種傳動裝置。

（7）皮帶傳動　當電動機和所帶動的設備轉速不一致時，就需要采用變速的傳動裝置，最簡單的方式就是皮帶傳動。這種傳動方式的優點是：結構簡單、成本低廉、拆裝方便，并可以緩和由負載引起的沖擊和振動。

①平皮帶傳動　平皮帶傳動的最大優點是簡單易做、工作可靠，如果安裝得恰當，則其傳動效率可達95％。但這種皮帶的傳動比不宜大于5，一般采用3，所以在傳動比不大的情況下，可以選用這種傳動方式。

②三角皮帶傳動　三角皮帶傳動可以得到比較大的傳動比，最高可達10，并且兩皮帶輪的中心距可以比較近。此外，以這種方式運轉時振動小，效率高，故可用于許多場合。其缺點是，壽命較短，成本較高。

（8）電動機的安裝　對于安裝位置固定的電動機，在使用過程中，如果不是與其他機械配套安裝在一起，則均應采用混凝土或磚砌成的基礎。混凝土基礎要在電機安裝前15天做好；磚砌基礎要在安裝前7天做好。基礎面應平整，基礎尺寸應符合設計要求，并留有裝地腳螺栓的孔眼，其位置應正確，孔眼要比螺栓大一些，以便于灌漿。地腳螺栓的下端要做成鉤形，以免擰緊螺栓時，螺栓跟著轉動。澆灌地腳螺栓可用1:1的水泥砂漿，灌漿前應先用水將孔眼灌濕沖凈，然后再灌漿搗實。

至于經常流動使用的電動機，可因地制宜，采用合適的安裝結構。但必須注意，不管在什么情況下，都要保證有足夠的強度，避免造成不必要的人身設備事故。

選擇安裝電動機的地點時一般應注意以下幾點：

①盡量安裝在干燥、灰塵較少的地方。

②盡量安裝在通風較好的地方。

③盡量安裝在較寬敞的地方，以便于進行日常操作和維修。

（9）電動機的安裝與校正

①電動機的水平校正　電動機在基礎上安放好后，首先應檢查它的水平情況，可用普通水平儀來校正電動機的縱向和橫向的水平情況。如果不平，可用0.5～5mm厚的鋼片墊在機座下進行找平。不能用木片和竹片墊在機座下，以免在擰緊螺母或在以后電動機運行中木、竹片變形或碎裂。

校正好電動機水平后，再校正傳動裝置。

②皮帶傳動的校正　用皮帶傳動時，必須使電動機皮帶輪的軸和被傳動機器皮帶輪的軸保持平行位置，同時還要將兩皮帶輪寬度的中心線調整到同一直線上來。

③聯軸器的傳動的校正

a.以機器或泵為基準調整兩聯軸器，使之軸向平行，若不平行，則應加墊或減墊。

b.找正兩聯軸器平面，如兩聯軸器上面間隙大，則減少前面墊鐵；如下面間隙大，則減少后邊墊鐵。兩聯軸器容許平面間隙應合乎表1-7的規定。