電動機(jī)知識講座

2024/1/111電動機(jī)知識講座主講人:

陳世欽2024/1/1122024/1/113電動機(jī)據(jù)說為意大利人阿拉格〔Arago〕實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造。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(jī)就是利用這種原理經(jīng)過屢次的改進(jìn)到現(xiàn)在的實(shí)際應(yīng)用。電動機(jī)之原理2024/1/114感應(yīng)電動機(jī)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(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。2024/1/115由于感應(yīng)電動機(jī)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(jī)——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.gif2024/1/116圖4--1旋轉(zhuǎn)方向磁場2024/1/117感應(yīng)電動機(jī)的進(jìn)步

第7圖為國內(nèi)某制造廠電動機(jī)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.doc2024/1/118為了簡單說明，舉個例單純以感應(yīng)電動機(jī)尺寸變?yōu)?0%時，容量變?yōu)槿绾螜z討之。各局部的尺寸如變?yōu)?0%導(dǎo)線的尺寸也成90%，斷面積為0.922=81%，如電流密度之設(shè)計(jì)一定，電流那么必須減為81%，同樣的磁氣回路的斷面積也變?yōu)?1%，假設(shè)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(dá)各部尺寸縮減10%，那么容量減少為65KW。2024/1/119但重量方面，面積變?yōu)?.93=72.9%，假定各局部的材質(zhì)不變更比重一定，重量那么減為73%，因此，重量只減為73%，但輸出已減為65%，此換言之，如機(jī)器的容量愈大，涉及單位重量的資料即減少，有關(guān)單位容量的價格就廉價了。此即為推廣單機(jī)大容量的理由。2024/1/1110電動機(jī)構(gòu)造2024/1/1111依外殼、冷卻通風(fēng)、保設(shè)方式之綜合分：2024/1/1112電動機(jī)之種類,依使用電源分:2024/1/1113依轉(zhuǎn)速分：定轉(zhuǎn)速馬達(dá)〔ConstantSpeedMotor〕馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，不管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(jī)?？烧{(diào)速馬達(dá)〔AdjustableSpeedMotor〕馬達(dá)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，那么不管負(fù)載變化否，接可保持在該調(diào)定之轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。如分激式、復(fù)激式直流電動機(jī)及整流子電動機(jī)。多轉(zhuǎn)速馬達(dá)〔MultiSpeedMotor〕馬達(dá)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(dá)。變速馬達(dá)〔VaryingSpeedMotor〕馬達(dá)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(jī)及轉(zhuǎn)矩馬達(dá)。2024/1/1114腳安裝型〔FootMounting〕凸緣型〔FlangeMounting〕埋入型〔BuiltIn〕依安裝構(gòu)造分：2024/1/1115依軸向方式分：橫型〔HorizontalType〕豎立型〔VertictalType〕：軸向上、軸向下

2024/1/1116依外殼形式分：開放型〔OpenType〕：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〔EnclosedType〕：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2024/1/1117

依冷卻通風(fēng)方式分：自然冷卻型：利用馬達(dá)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(dú)立之送風(fēng)機(jī)做為通風(fēng)冷卻者。2024/1/1118依環(huán)境保護(hù)方式分：a.無保護(hù)型：為開放型:機(jī)體上半部之開口，無特別保設(shè)之構(gòu)造。b.半保護(hù)型：為開放型:機(jī)體上半部開口位加以保設(shè)者。c.保護(hù)型：為開放型:回轉(zhuǎn)部份輿導(dǎo)電局部不使異物輿之接觸，所有開口均以金屬網(wǎng)或其他之方法加以保護(hù)者。此等之開口應(yīng)以12mmΦ之圓棒通不過之保護(hù)為原那么，但輿轉(zhuǎn)部及導(dǎo)電部離開100mm以上之開口部位，20mmΦ之圓棒應(yīng)不能通過。2024/1/1119d.防滴型：為開放型。由垂直15O以內(nèi)滴落之水滴，不管是直接、沿外殼外表反彈而進(jìn)入馬達(dá)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(jī)體外表或經(jīng)機(jī)體外表反彈而進(jìn)入機(jī)體之內(nèi)部者。f.防水型：為防滴型或防沫型。馬達(dá)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(hù)方式分：2024/1/1120g.保護(hù)防滴型：為開放型。具有保護(hù)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(dá)內(nèi)部。防水型：

為全閉型。由電動機(jī)各個不

同方向以內(nèi)徑25mmΦ之噴

水，水頭水壓10M以上距離

馬達(dá)3M，總噴水時間

5Min，拆開馬達(dá)，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(hù)方式分:2024/1/11212024/1/1122感應(yīng)電動機(jī)之絕緣與溫升電動機(jī)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〔InsulationClass〕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或油，最高容許溫度105℃。于1965年已將低壓三相鼠籠式電動機(jī)由此種最普遍之馬達(dá)絕緣改成E級。2024/1/1123E級：以樹脂〔EpoxyResin〕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(dá)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。2024/1/1124H級：以云母、石棉、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(dú)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(dú)使用或與接著劑共同使用，可耐180℃

以上，目前少用。2024/1/1125低壓感應(yīng)電動機(jī)絕緣2024/1/11262024/1/1127低壓三相鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)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+3Phon3．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(dá)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)2024/1/1128表一2024/1/1129噪音〔Noise〕

一般泛用三相鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)之無負(fù)荷時噪音JEM及NEMA有如下表之基準(zhǔn)：表二2024/1/1130電動機(jī)之振動與噪音2024/1/11312024/1/11322024/1/1133根底計(jì)算公式1．1KW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75kg重之物體在1秒鐘舉起至1M高度所需之“力〞。1HP=746W≈0.75KW1KW≈1.36PS1PS=736W1KW≈4/3HP1KW≈1000W2024/1/1134

2024/1/11352024/1/11362024/1/11372024/1/11382024/1/1139

同步轉(zhuǎn)速之計(jì)算

2024/1/1140各種級數(shù)與頻率之同步轉(zhuǎn)速2024/1/1141電源電壓與周率變化對感應(yīng)電動機(jī)特性之影響2024/1/1142電氣絕緣的熱劣化絕緣物的實(shí)用耐熱壽命，依其機(jī)器之運(yùn)轉(zhuǎn)時間及其使用期間之負(fù)載程度而定。平常運(yùn)轉(zhuǎn)或過載運(yùn)載，雖決定其絕緣壽命，而運(yùn)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℃半那么〔10degreerule〕。2024/1/1143引起絕緣破壞有以下諸因素：⑴卷線與其相接局部之膨脹、收縮而引

起的相對的移動時發(fā)生的機(jī)械應(yīng)力，因而引起卷線絕緣劣化，其壽命那么短。⑵機(jī)械振動及沖擊，而破壞絕緣。⑶周圍污染空氣及濕氣影響劣化。⑷電氣的應(yīng)力〔特別是電暈corona〕。⑸其他偶發(fā)因素。2024/1/1144水分隊(duì)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，外表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枯燥時的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)材料的外表容易潮濕，平滑外表者因富有排2024/1/1145排水性，故其外表電阻不易下降。如矽質(zhì)重合體富有排水性，其外表不易受潮，用于溫度高的場所甚佳。依絕緣體外表的狀態(tài)受付著水分的影響而有很大的差異，即外表有塵?；蚱渌s質(zhì)的存在，尤其是附有汗?jié)n者，極易受潮，那么絕緣體外表具有導(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，使外表光滑，到達(dá)受水分與濕度的影響至最小限。2024/1/1146

電動機(jī)之轉(zhuǎn)矩特性

電動機(jī)自開始轉(zhuǎn)動(稱起動)起,使負(fù)載機(jī)械加速,乃至定常運(yùn)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-TCurve)。2024/1/11472024/1/1148(1)最小起動轉(zhuǎn)矩(LockedRotorTorque)

在額定電壓、頻率之基準(zhǔn)下,電動機(jī)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)

2024/1/11492024/1/1150(2)拉升轉(zhuǎn)矩(PullupTorque)

電動機(jī)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(BreakdownTorque)

將電動機(jī)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(jī)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)。2024/1/11512024/1/1152【例題】額定出力3.7KW、額定回轉(zhuǎn)速

1750rpm之電動機(jī)之額定轉(zhuǎn)矩為多少?【答】由式(1-1)

2024/1/11531-3負(fù)載之轉(zhuǎn)矩特性為了使所有之機(jī)械連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),必須給予某種程度之轉(zhuǎn)矩。為了使此機(jī)械轉(zhuǎn)動所必要之轉(zhuǎn)矩即為電動機(jī)之負(fù)載轉(zhuǎn)矩(或?yàn)閷罐D(zhuǎn)矩)。電動機(jī)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之關(guān)系如圖1-3所視。T為電動機(jī)之轉(zhuǎn)矩特性,Te,T’e為某負(fù)載之轉(zhuǎn)矩曲線。2024/1/11542024/1/1155

在零速度因T>Te而開始回轉(zhuǎn),并以T>Te之范圍加速之,且在T=Te之點(diǎn)P2做定常運(yùn)轉(zhuǎn)。亦即點(diǎn)P2為安定之平衡點(diǎn)。在點(diǎn)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(diǎn)。相反地,速度下降時,造成T>Te而加速,并拉回至點(diǎn)P2。其次點(diǎn)P1時,一旦速度上升時,由于T>T’e,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(diǎn)P1即為不安定之平衡點(diǎn),且使之連續(xù)安定之運(yùn)轉(zhuǎn)是不可能的。2024/1/1156

速度0~Nm之領(lǐng)域,僅為加速時通過之用,電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩不得相交始可。

因此,對于負(fù)載機(jī)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(jī)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。2024/1/11572024/1/11582024/1/11592024/1/11602024/1/1161出力額定之選擇方法2-1標(biāo)準(zhǔn)出力電動機(jī)之出力必須配合負(fù)載機(jī)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(jī)，然后其效率及功因變差而不經(jīng)濟(jì)。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(yùn)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(jìn)去，而以電動機(jī)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(jī)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。2024/1/11622024/1/11632-2電動機(jī)之使用及額定對于電動機(jī)之使用方法，在JISC4004「回轉(zhuǎn)電氣機(jī)械通那么」有如表2-2之規(guī)定。2024/1/11642-3出力之決定方法⑴連續(xù)使用實(shí)質(zhì)上在一定之負(fù)載下，電動機(jī)之溫升達(dá)穩(wěn)定之時間以上做連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)之使用謂之連續(xù)使用，而連續(xù)額定之電動機(jī)均適用