電動機知識講座

1、電動機知識講座2022/9/231第1頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/232第2頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 電動機據(jù)說為意大利人阿拉格（Arago）實驗發(fā)明。如圖4-1所示將磁鐵依箭頭方向沿一塊可自由旋轉(zhuǎn)之圓銅板移動，因圓板切割從N到S流動之磁力線，圓板內(nèi)感應(yīng)生電形成渦流，由于渦流與磁鐵與產(chǎn)生電磁力而使圓板旋轉(zhuǎn)，電動機就是利用這種原理經(jīng)過多次的改進到現(xiàn)在的實際應(yīng)用 。 電動機之原理2022/9/233第3頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四感應(yīng)電動機由定子引入電源，定子繞組通過電流后定子鐵心即因電磁感

2、應(yīng)作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，此旋轉(zhuǎn)磁場穿過轉(zhuǎn)子線圈，轉(zhuǎn)子線圈便發(fā)生割切磁場之作用，因而在轉(zhuǎn)子線圈感應(yīng)副電流（二次電流），此二次電流又產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。轉(zhuǎn)子磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用即產(chǎn)生一使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動之力量，此力量便是一般所稱之轉(zhuǎn)矩（Torque），使電動機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。 2022/9/234第4頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四由于感應(yīng)電動機之轉(zhuǎn)子繞組不與電源相接，轉(zhuǎn)子發(fā)生電磁作用完全是以感應(yīng)方式將定子繞組之電能感應(yīng)過來，而感應(yīng)電動機亦即是采電磁感應(yīng)之“感應(yīng)”而得。內(nèi)部磁場交變情形.gif磁力線變化.gif2022/9/235第5頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期

3、四圖4-1旋轉(zhuǎn)方向磁場2022/9/236第6頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四感應(yīng)電動機的進步 第7圖為國內(nèi)某制造廠電動機重量的變動以百分率表示的一例。第8圖為表示其外型的比較，鑄鋁轉(zhuǎn)子的采用，由鑄鐵框架，且由A級絕緣變成E級絕緣，可知其重量已有大幅度的減輕。第9圖為表示歐洲某制造廠的一例，其傾向也很相似。圖七.doc圖九.doc圖八.doc2022/9/237第7頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四為了簡單說明，舉個例單純以感應(yīng)電動機尺寸變?yōu)?0%時，容量變?yōu)槿绾螜z討之。各部分的尺寸如變?yōu)?0%導(dǎo)線的尺寸也成90%，斷面積為0.92 =81%，

4、如電流密度之設(shè)計一定，電流則必須減為81%，同樣的磁氣回路的斷面積也變?yōu)?1%，若磁通密度不變，所經(jīng)過的磁通量變?yōu)?1%，端電壓也可當(dāng)作81%，因此容量減少為電壓電流的白分率1.812=65.6%，即如100KW的馬達各部尺寸縮減10%，則容量減少為65KW。2022/9/238第8頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四但重量方面，面積變?yōu)?.93=72.9%，假定各部分的材質(zhì)不變更比重一定，重量則減為73%，因此，重量只減為73%，但輸出已減為65%，此換言之，如機器的容量愈大，涉及單位重量的資料即減少，有關(guān)單位容量的價格就便宜了。此即為推廣單機大容量的理由。2022/9

5、/239第9頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四電動機構(gòu)造2022/9/2310第10頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四依外殼、冷卻通風(fēng)、保設(shè)方式之綜合分：2022/9/2311第11頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四電動機之種類,依使用電源分:2022/9/2312第12頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四依轉(zhuǎn)速分：定轉(zhuǎn)速馬達（Constant Speed Motor） 馬達的轉(zhuǎn)速，不論在無載或全載下皆保持一定，唯一般無 載時之轉(zhuǎn)速約略大于全載時之轉(zhuǎn)速，如泛用感應(yīng)電動機。可調(diào)速馬達（Adjustabl

6、e Speed Motor） 馬達之轉(zhuǎn)速可在一特定范圍內(nèi)漸次增減，而且一旦調(diào)于某 一轉(zhuǎn)速后，則不論負(fù)載變化否，接可保持在該調(diào)定之轉(zhuǎn)速 下運轉(zhuǎn)。如分激式、復(fù)激式直流電動機及整流子電動機。多轉(zhuǎn)速馬達（Multi Speed Motor） 馬達為有階段性之多重轉(zhuǎn)速，一旦設(shè)定于某一轉(zhuǎn)速后，不 論負(fù)載變化否，皆保持于約略相同之轉(zhuǎn)速。如變級馬達。變速馬達（Varying Speed Motor） 馬達轉(zhuǎn)速隨負(fù)載而改變，通常是負(fù)載增加，轉(zhuǎn)速降低。如 串激式直流電動機及轉(zhuǎn)矩馬達。2022/9/2313第13頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 腳安裝型（Foot Mounting） 凸緣

7、型（Flange Mounting） 埋入型（Built In）依安裝構(gòu)造分：2022/9/2314第14頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 依軸向方式分： 橫型（Horizontal Type） 豎立型（Vertictal Type）：軸向上、軸向下 2022/9/2315第15頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四依外殼形式分：開放型（Open Type）： 外型(含拖架與框架)有開孔，外氣空氣可通 自由過內(nèi)部。全閉型（Enclosed Type）： 外型及軸承等均完全封閉內(nèi)外空氣不相通 風(fēng)之構(gòu)造2022/9/2316第16頁，共80頁，2022

8、年，5月20日，18點51分，星期四 依冷卻通風(fēng)方式分：自然冷卻型：利用馬達外殼自然散熱，無冷 卻裝置。自力通風(fēng)型：由轉(zhuǎn)部本身之通風(fēng)作用或在轉(zhuǎn) 部另加風(fēng)扇者。 他力通風(fēng)型：附加獨立之送風(fēng)機做為通風(fēng)冷 卻者。2022/9/2317第17頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 依環(huán)境保護方式分：a.無保護型：為開放型: 機體上半部之開口，無 特別保設(shè)之構(gòu)造。b.半保護型：為開放型: 機體上半部開口位加以 保設(shè)者。c.保護型： 為開放型: 回轉(zhuǎn)部份輿導(dǎo)電部分不 使異物輿之接觸，所有開口均以金 屬網(wǎng)或其他之方法加以保護者。此 等之開口應(yīng)以12mm之圓棒通不過 之保護為原則，但輿轉(zhuǎn)部

9、及導(dǎo)電部 離開100mm以上之開口部位，20mm 之圓棒應(yīng)不能通過。2022/9/2318第18頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四d.防滴型：為開放型。由垂直15O以內(nèi)滴落之 水滴，不論是直接、沿外殼表面反 彈而進入馬達內(nèi)部時，不能觸及鐵 心及絕緣物。e.防沫型：為開放型。由垂直100O以內(nèi)落下之 水滴及異物不直接 沿機體表面或經(jīng) 機體表面反彈而進入機體之內(nèi)部者。 f.防水型：為防滴型或防沫型。馬達內(nèi)部一時浸 水至軸之下方，仍可使用而不造成故 障者。依環(huán)境保護方式分：2022/9/2319第19頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四g.保護防滴型：為

10、開放型。具有保護型及防滴 型兩重功能者。 大多數(shù)半封閉三相IM皆屬此型。 h. 防塵型： 為全閉型。塵埃、異物不能 侵入馬達內(nèi)部。 防水型： 為全閉型。由電動機各個不 同方向以內(nèi)徑25mm之噴 水，水頭水壓10M以上距離 馬達3M，總噴水時間 5Min，拆開馬達，內(nèi)部不 得有水浸入。j.全閉水中型：在規(guī)定時間、規(guī)定壓力，可在 水中連續(xù)使用且不故障者。依環(huán)境保護方式分:2022/9/2320第20頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 依環(huán)境保護方式分:k.防蝕型：在指定之腐蝕性酸、堿或有害氣體存在之 場所可連續(xù)使用而不故障者?？煞譃槿?。 13級。 l.防暴型：馬達使用在有

11、爆炸性物質(zhì)之場所，馬達故 障時產(chǎn)生之火花不致引起外部爆炸性物質(zhì) 著火或爆炸者。有耐壓防暴型、內(nèi)壓防暴 型、油中防暴型、微隙防暴型、安全增防 暴型及特殊防暴型。m.屋外型：馬達置在屋外（露天場所）可連續(xù)使用而 不故障者。 2022/9/2321第21頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四感應(yīng)電動機之絕緣與溫升 電動機之絕緣（Insulation） 絕緣物之壽命因，故絕緣材料有其最高容許 溫度之限制。JIS規(guī)格中絕緣等級（Insulation Class）有如下之分類： Y級: 以木棉、絹、紙等植物纖維所構(gòu)成， 最高 容許溫度90C，目前已淘汰。 A級： 以Y級之材料浸以凡立水

12、或油，最高容許 溫度105。于1965年已將低壓三相鼠籠 式電 動機由此種最普遍之馬達絕緣改成 E級。2022/9/2322第22頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 E級：以樹脂（Epoxy Resin）材料含浸凡立水 可耐120，為目前最廣用之絕緣材料。 B級：以云母、石棉、玻璃纖維等與接著材料共 同使用所構(gòu)成的材料制成。最近馬達為適 應(yīng)耐高溫場所及縮小體積已漸被應(yīng)用，可 耐130。 F級：同B級材料與矽樹脂等接著劑構(gòu)成，可耐 155，在指定耐高溫之場所已漸采用。2022/9/2323第23頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四H級：以云母、石棉、

13、玻璃纖維等與硅樹脂 或等同性質(zhì)的接著劑共同構(gòu)成，膠狀 或固體狀的硅樹脂單獨使用，可耐 180，與F級同漸被采用。C級：以生云母、石棉、磁器等單獨使用 或與接著劑共同使用，可耐180 以上，目前少用。2022/9/2324第24頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四低壓感應(yīng)電動機絕緣2022/9/2325第25頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2326第26頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四低壓三相鼠籠式感應(yīng)電動機之噪音基準(zhǔn)（單位唪） 注：1（1）表為JEM-R2066-1972 噪音基準(zhǔn) 2表內(nèi)數(shù)值容許誤差+3P

14、hon 3表內(nèi)數(shù)值參考IEC、NEMA、VDE之規(guī)格 為無負(fù)荷噪音。 4特殊規(guī)格馬達或特殊規(guī)格電源時不適 用本表。 5. (2)表 NEMA之規(guī)定(單位:dp)2022/9/2327第27頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四表一2022/9/2328第28頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四噪音（Noise） 一般泛用三相鼠籠式感應(yīng)電動機之無負(fù)荷時噪音JEM及NEMA有如下表之基準(zhǔn)： 表二2022/9/2329第29頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四電動機之振動與噪音2022/9/2330第30頁，共80頁，2022年，5月2

15、0日，18點51分，星期四2022/9/2331第31頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2332第32頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四基礎(chǔ)計算公式11KW之意義為102kg重之物體在1秒鐘舉起 至1M高度所需之“力”。 1HP（英、美制稱戶）為將76kg重之物體在 1秒鐘舉起至1M高度所需之“力”。 1PS為將75 kg重之物體在1秒鐘舉起至1M 高度所需之“力”。 1HP=746W0.75KW 1KW1.36PS 1PS=736W 1KW4/3HP 1KW1000W2022/9/2333第33頁，共80頁，2022年，5月20日

16、，18點51分，星期四 2022/9/2334第34頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2335第35頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2336第36頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2337第37頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2338第38頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 同步轉(zhuǎn)速之計算 2022/9/2339第39頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四各種級數(shù)與頻率之同步轉(zhuǎn)速2022/9/23

17、40第40頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四電源電壓與周率變化對感應(yīng)電動機特性之影響2022/9/2341第41頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四電氣絕緣的熱劣化絕緣物的實用耐熱壽命，依其機器之運轉(zhuǎn)時間及其使用期間之負(fù)載程度而定。平常運轉(zhuǎn)或過載運載，雖決定其絕緣壽命，而運轉(zhuǎn)、停止反覆繼續(xù)使用及負(fù)載變動之要素特別重要。絕緣材料每溫度升高10，其耐熱壽命減半，即稱為10半則（10 degree rule）。2022/9/2342第42頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四引起絕緣破壞有下列諸因素：卷線與其相接部分之膨脹、收縮而引

18、起的相對的移動時發(fā)生的機械應(yīng)力， 因而引起卷線絕緣劣化，其壽命則短。機械振動及沖擊，而破壞絕緣。周圍污染空氣及濕氣影響劣化。電氣的應(yīng)力（特別是電暈corona）。其他偶發(fā)因素。2022/9/2343第43頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四水分隊絕緣的影響水分及濕度對絕緣材料的特性有重大的影響，多孔質(zhì)的固體材料容易吸收水分，而使其絕緣電阻降低，表面潮濕的材料有大的導(dǎo)電性。多孔性絕緣物的水分吸收速度及水分保有特性與材料的多孔度有關(guān)。在100%相對濕度下測定絕緣的靜電容量增加為干燥時的2倍，功率近于100%，但絕緣電阻的值可能也會降至百分之一。一般吸水性大的多孔質(zhì)材料的表面容

19、易潮濕，平滑表面者因富有排2022/9/2344第44頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 排水性，故其表面電阻不易下降。如矽質(zhì)重合體富有排水性，其表面不易受潮，用于溫度高的場所甚佳。依絕緣體表面的狀態(tài)受付著水分的影響而有很大的差異，即表面有塵?；蚱渌s質(zhì)的存在，尤其是附有汗?jié)n者，極易受潮，則絕緣體表面具有導(dǎo)電性，致使絕緣電阻值降低，因此絕緣物應(yīng)予以被覆加工（Coating）處理，使表面光滑，達到受水分與濕度的影響至最小限。2022/9/2345第45頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 電動機之轉(zhuǎn)矩特性 電動機自開始轉(zhuǎn)動(稱起動)起,使負(fù)載機械加速

20、,乃至定常運轉(zhuǎn)為止之速度及轉(zhuǎn)矩之關(guān)系入圖1-1所示。而此圖被稱之為速度轉(zhuǎn)矩曲線(S-T Curve) 。2022/9/2346第46頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2347第47頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四(1)最小起動轉(zhuǎn)矩(Locked Rotor Torque) 在額定電壓、頻率之基準(zhǔn)下,電動機之轉(zhuǎn)部行將開始時所產(chǎn)生之轉(zhuǎn)矩。 依轉(zhuǎn)部之構(gòu)造,其大小有所不同(請參看圖1-2) 2022/9/2348第48頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2349第49頁，共80頁，2022年，5月20日

21、，18點51分，星期四(2)拉升轉(zhuǎn)矩(Pull up Torque) 電動機于自零速度起到相當(dāng)于制動轉(zhuǎn)矩速度之間 所發(fā)生之最小值。一般為起動轉(zhuǎn)矩之80%左右。(3)制動轉(zhuǎn)矩(Breakdown Torque) 將電動機之負(fù)載逐漸增加時,其轉(zhuǎn)差率(Slip)會增 大終至停止轉(zhuǎn)動。此乃指電動機之已到耐不住帶 動當(dāng)時之負(fù)荷所致 , 而此停止轉(zhuǎn)動瞬間前之轉(zhuǎn)矩 之值稱之為制動轉(zhuǎn)矩(最大轉(zhuǎn)矩) 。2022/9/2350第50頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2351第51頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四【例題】額定出力3.7KW、額定回轉(zhuǎn)速

22、1750rpm之電動機之額定轉(zhuǎn)矩為多少?【答】由式(1-1) 2022/9/2352第52頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四1-3 負(fù)載之轉(zhuǎn)矩特性 為了使所有之機械連續(xù)運轉(zhuǎn),必須給予某種程度之轉(zhuǎn)矩。為了使此機械轉(zhuǎn)動所必要之轉(zhuǎn)矩即為電動機之負(fù)載轉(zhuǎn)矩(或為反抗轉(zhuǎn)矩) 。 電動機與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之關(guān)系如圖1-3所視。 T為電動機之轉(zhuǎn)矩特性,Te,Te為某負(fù)載之轉(zhuǎn)矩曲線。2022/9/2353第53頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2354第54頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 在零速度因TTe而開始回轉(zhuǎn) , 并以TTe

23、之范圍加速之 , 且在T=Te之點P2做定常運轉(zhuǎn)。亦即點P2為安定之平衡點。在點P2時 , 即使以任何之原因致速度上升時 , 亦因Te較T為大而使速度下降 , 結(jié)果回復(fù)到P2之平衡點。相反地 ,速度下降時 , 造成TTe而加速,并拉回至點P2。 其次點P1時 , 一旦速度上升時 , 由于TTe , 故會加速而速度逐漸上升 , 相反地 , 速度下降時終至最后之停止轉(zhuǎn)動。此種現(xiàn)象點P1即為不安定之平衡點 , 且使之連續(xù)安定之運轉(zhuǎn)是不可能的。2022/9/2355第55頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 速度0Nm之領(lǐng)域, 僅為加速時通過之用, 電動機轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得相交始

24、可。 因此, 對于負(fù)載機械之起動時之轉(zhuǎn)矩特性做好充分之理解是非常之重要。 圖1-4所示為代表性負(fù)載機械之起動時轉(zhuǎn)矩特性,而表1-3、表1-4所示為負(fù)載別分類例。2022/9/2356第56頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2357第57頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2358第58頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2359第59頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2360第60頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四出力額定之

25、選擇方法2-1標(biāo)準(zhǔn)出力 電動機之出力必須配合負(fù)載機械之所要動力者加以選定始可。出力之選定如果過大時，須采用價昂之大馬力電動機，然后其效率及功因變差而不經(jīng)濟。又，相反地作過小之選定時，會造成起動不良，且由于以連續(xù)不停地超載運轉(zhuǎn)，乃造成故障之原因。一般之負(fù)載，如將電源電壓之變動等亦考慮進去，而以電動機出力之75%100%程度為選定目標(biāo)可說是恰當(dāng)之值吧。 電動機之出力，其標(biāo)準(zhǔn)值如表2-1之所示者，故盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)出力極為重要。2022/9/2361第61頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2022/9/2362第62頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2-

26、2電動機之使用及額定 對于電動機之使用方法，在JIS C 4004回轉(zhuǎn)電氣機械通則有如表2-2之規(guī)定。 2022/9/2363第63頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四2-3出力之決定方法 連續(xù)使用 實質(zhì)上在一定之負(fù)載下，電動機之溫升達穩(wěn)定之時間以上做連續(xù)運轉(zhuǎn)之使用謂之連續(xù)使用，而連續(xù)額定之電動機均適用于如此之使用。預(yù)估負(fù)載機械之效率之誤差、裕，以所需動力追加515%左右之值，從標(biāo)準(zhǔn)出力中選定之。 標(biāo)準(zhǔn)大同馬達為連續(xù)額定。 2022/9/2364第64頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四短時間使用 實質(zhì)上在一定之 負(fù)載下，于電動機之溫升未達最終穩(wěn)定值

27、之指定時間做連續(xù)運轉(zhuǎn)之后，將電動機停止，至下一次之起動時，電動機之溫升須降至與周圍溫度之相差至2以內(nèi)之使用謂之短時間使用，而短時間額定之電動機均適用于如此之使用。 短時間額定之標(biāo)準(zhǔn)值則規(guī)定如下。0301-2.bmp2022/9/2365第65頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四馬達故障原因分析2022/9/2366第66頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四1.線圈單相運轉(zhuǎn)(Y接線法)2.線圈單相運轉(zhuǎn) (接線法)2022/9/2367第67頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四 (相片號碼12) 單相運轉(zhuǎn)是因馬達電源之相開路 所致，造成開路原因經(jīng)常是保險絲燒毀、電磁接觸器不良、電源線斷或接線不良。2022/9/2368第68頁，共80頁，2022年，5月20日，18點51分，星期四3.線圈相間 短路4.線圈圈間 短路2