第1章　電動機(jī)的基礎(chǔ)知識

1.1　電動機(jī)的分類與特性

1.1.1　電動機(jī)的分類

（1）電動機(jī)的分類　電動機(jī)種類較多，分類如表1-1所示。

（2）電動機(jī)的型號　電動機(jī)編號方法如圖1-1所示。

1.1.2　電動機(jī)主要性能指標(biāo)

（1）額定功率及效率　電動機(jī)在額定狀態(tài)下運行時軸上輸出的機(jī)械功率，是電動機(jī)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(jī)從電網(wǎng)吸取的輸入功率要小，其差值就是電動機(jī)本身的損耗功率，包括鐵損、銅損和機(jī)械損耗等。

從產(chǎn)品目錄中查得的效率是指電動機(jī)在額定狀態(tài)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(jī)的額定輸入功率P_1N可由銘牌所標(biāo)的額定功率P_2N（或從產(chǎn)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(jī)的額定功率可用下式計算：

式中　P_2N——電動機(jī)的額定功率，kW；

U_N——電動機(jī)的額定線電壓，V；

I_N——電動機(jī)的額定線電流，A；

cosф——電動機(jī)在額定狀態(tài)運行時，定子電路的功率因數(shù)；

η_N——電動機(jī)在額定狀態(tài)運行時的效率。

電動機(jī)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(jī)的效率和功率因數(shù)如表1-5所示。

（2）電壓與接法　電動機(jī)在額定運行情況下的線電壓為電動機(jī)的額定電壓，銘牌上標(biāo)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(jī)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(dāng)電源線電壓為380V時，電動機(jī)的定子繞組應(yīng)接成星形（Y）；而當(dāng)電源線電壓為220V時，定子繞組應(yīng)接成三角形（△）。

一般規(guī)定電動機(jī)的電壓不應(yīng)高于或低于額定值的5％。當(dāng)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(dāng)電壓低于額定值時，將引起轉(zhuǎn)速下降，定子、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不減小的情況下，可能造成嚴(yán)重過載，這對電動機(jī)的運行是十分不利的。

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

（4）額定轉(zhuǎn)速　電動機(jī)在額定狀態(tài)下運行時，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

（5）溫升及絕緣等級　溫升是指電動機(jī)在長期運行時所允許的最高溫度與周圍環(huán)境的溫度之差。我國規(guī)定環(huán)境溫度取40℃，電動機(jī)的允許溫升與電動機(jī)所采用的絕緣材料的耐熱性能有關(guān)，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(jī)正常使用時允許連續(xù)運轉(zhuǎn)的時間。一般分有連續(xù)、短時和斷續(xù)三種工作方式。

連續(xù)：指允許在額定運行情況下長期連續(xù)工作。

短時：指每次只允許在規(guī)定時間內(nèi)額定運行、待冷卻一定時間后再啟動工作，其溫升達(dá)不到穩(wěn)定值。

斷續(xù)：指允許以間歇方式重復(fù)短時工作，它的發(fā)熱既達(dá)不到穩(wěn)定值，又冷卻不到周圍的環(huán)境溫度。

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

由于異步電動機(jī)的功率因數(shù)比較低，因此應(yīng)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(jī)應(yīng)采取一定措施，使其處于接近滿載情況下工作，并采取并聯(lián)電容器來提高線路的功率因數(shù)。

（8）額定頻率　電動機(jī)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(guī)定標(biāo)準(zhǔn)交流電源頻率為50Hz。

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

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

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

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

1.1.3　電動機(jī)的選擇

（1）電動機(jī)容量的選擇　要為某一臺生產(chǎn)機(jī)械選配電動機(jī)，首先需要考慮電動機(jī)的容量。如果電動機(jī)的容量選大了，則雖然能保證設(shè)備正常運行，但是不僅增加了投資，而且由于電動機(jī)經(jīng)常不是在滿負(fù)荷下運行，它的效率和功率因數(shù)也都不高，會造成電力的消費；如果電動機(jī)的容量選小了，則就不能保證電動機(jī)的生產(chǎn)機(jī)械正常運行，不能充分發(fā)揮生產(chǎn)機(jī)械的效能，并會使電動機(jī)過早地?fù)p壞。

電動機(jī)的容量是根據(jù)它的發(fā)熱情況來選擇的。在容許溫度以內(nèi)，電動機(jī)絕緣材料的壽命為15～25年。如果超過了容許溫度，則電動機(jī)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(jī)的發(fā)熱情況，又與負(fù)載的大小及運行時間的長短（運行方式）有關(guān)。所以應(yīng)按不同的運行方式來考慮電動機(jī)容量的選擇問題。

電動機(jī)的運行方式通常可分為長期運行、短時運行和重復(fù)短時運行三種。下面分別進(jìn)行討論。

①長期運行電動機(jī)容量的選擇

a.在恒定負(fù)載下長期運行的電動機(jī)容量=生產(chǎn)機(jī)械所需的功率/效率。

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

②短時運行電動機(jī)容量的選擇　所謂短時運行方式，是指電動機(jī)的溫升在工作期間未達(dá)到穩(wěn)定值，而停止運轉(zhuǎn)時，電動機(jī)能完全冷卻到周圍環(huán)境的溫度。

電動機(jī)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(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。選擇電動機(jī)容量可根據(jù)過載系數(shù)λ（最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩）來考慮電動機(jī)的預(yù)定功率≥生產(chǎn)機(jī)械所要求的功率/λ。

③重復(fù)短時運行電動機(jī)容量的選擇　專門用于重復(fù)短時運行的交流異步電動機(jī)為JZR和JZ系列。標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率分15％、25％、40％和60％四種，重復(fù)運行周期不大于10min。電動機(jī)的功率也可應(yīng)用等效負(fù)載法來選擇。

（2）電動機(jī)種類的選擇　選擇電動機(jī)的種類是從交流或直流、機(jī)械特性、調(diào)速與啟動性能、維護(hù)及價格等方面來考慮的。

①要求機(jī)械特性較好而無特殊調(diào)速要求的一般生產(chǎn)機(jī)械，如功率不大的水泵、通風(fēng)機(jī)和小型機(jī)床等，應(yīng)盡可能選用鼠籠式電動機(jī)。

②某些要求啟動性能較好，在不大的范圍內(nèi)平滑調(diào)速的設(shè)備，如起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等，可采用繞線式電動機(jī)。

③為了提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，并且功率較大而又不需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如大功率水泵和空氣壓縮機(jī)等，可采用同步電動機(jī)。

④在設(shè)備有特殊調(diào)速大啟動轉(zhuǎn)矩等方面的要求而交流電動機(jī)不能滿足時，才考慮使用直流電動機(jī)。

（3）電動機(jī)電壓的選擇　交流電動機(jī)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(jī)才采用3000V或6000V的額定電壓。

（4）電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇　電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求而選定的。但是，當(dāng)功率一定時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)再另配減速器，這樣更便宜些。通常電動機(jī)都采用4極的（同步轉(zhuǎn)速n₀=1500r/min）。

（5）電動機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選擇　為保證電動機(jī)在不同環(huán)境中安全可靠地運行，電動機(jī)結(jié)構(gòu)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(hù)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(lián)軸器把電動機(jī)和設(shè)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(yōu)點是：傳動效率高、設(shè)備簡單、成本低、運行可靠、安全性好。因此，當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和所帶動的設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等的轉(zhuǎn)速相同時，應(yīng)盡可能采用這種傳動裝置。

（7）皮帶傳動　當(dāng)電動機(jī)和所帶動的設(shè)備轉(zhuǎn)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(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、拆裝方便，并可以緩和由負(fù)載引起的沖擊和振動。

①平皮帶傳動　平皮帶傳動的最大優(yōu)點是簡單易做、工作可靠，如果安裝得恰當(dāng)，則其傳動效率可達(dá)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(dá)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(zhuǎn)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(jī)的安裝　對于安裝位置固定的電動機(jī)，在使用過程中，如果不是與其他機(jī)械配套安裝在一起，則均應(yīng)采用混凝土或磚砌成的基礎(chǔ)。混凝土基礎(chǔ)要在電機(jī)安裝前15天做好；磚砌基礎(chǔ)要在安裝前7天做好。基礎(chǔ)面應(yīng)平整，基礎(chǔ)尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求，并留有裝地腳螺栓的孔眼，其位置應(yīng)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(zhuǎn)動。澆灌地腳螺栓可用1:1的水泥砂漿，灌漿前應(yīng)先用水將孔眼灌濕沖凈，然后再灌漿搗實。

至于經(jīng)常流動使用的電動機(jī)，可因地制宜，采用合適的安裝結(jié)構(gòu)。但必須注意，不管在什么情況下，都要保證有足夠的強(qiáng)度，避免造成不必要的人身設(shè)備事故。

選擇安裝電動機(jī)的地點時一般應(yīng)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(fēng)較好的地方。

③盡量安裝在較寬敞的地方，以便于進(jìn)行日常操作和維修。

（9）電動機(jī)的安裝與校正

①電動機(jī)的水平校正　電動機(jī)在基礎(chǔ)上安放好后，首先應(yīng)檢查它的水平情況，可用普通水平儀來校正電動機(jī)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(jī)座下進(jìn)行找平。不能用木片和竹片墊在機(jī)座下，以免在擰緊螺母或在以后電動機(jī)運行中木、竹片變形或碎裂。

校正好電動機(jī)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(jī)皮帶輪的軸和被傳動機(jī)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(diào)整到同一直線上來。

③聯(lián)軸器的傳動的校正

a.以機(jī)器或泵為基準(zhǔn)調(diào)整兩聯(lián)軸器，使之軸向平行，若不平行，則應(yīng)加墊或減墊。

b.找正兩聯(lián)軸器平面，如兩聯(lián)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(lián)軸器容許平面間隙應(yīng)合乎表1-7的規(guī)定。