三相異步電動機電力拖動

第8章

三相異步電動機的電力拖動

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本章小結(jié)習題與思考題本章內(nèi)容8.1三相異步電動機的起動性能

異步電動機的起動就是轉(zhuǎn)速從零開始到穩(wěn)定運行狀態(tài)的一個過度過程。衡量異步電動機起動性能的優(yōu)劣要從起動電流、起動轉(zhuǎn)矩、起動過程的平滑性、起動時間及經(jīng)濟性等方面綜合進行考慮，其中最主要的是：

(1)電動機應(yīng)有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。

(2)在保證一定大小的起動轉(zhuǎn)矩的前提下，起動電流越小越好。異步電動機在剛起動時s=1，若忽略勵磁電流，則起動電流為起動電流即短路電流，數(shù)值很大，一般電動機的起動電流可達額定電流值的4～7倍。對于容量較大的電動機，這樣大的起動電流，一方面使電源和線路上產(chǎn)生很大的壓降，影響其他用電設(shè)備的正常運行，使電燈亮度減弱，電動機的轉(zhuǎn)速下降，欠電壓繼電保護動作而將正在運轉(zhuǎn)的電氣設(shè)備斷電等。另一方面電流很大將引起電動機發(fā)熱，特別對頻繁起動的電動機，發(fā)熱更為厲害。(8.1)

起動電流大時，起動轉(zhuǎn)矩又如何呢？起動時雖然電流很大，但定子繞組阻抗壓降變大，電壓為定值，則感應(yīng)電動勢將減小，主磁通將減??；又因＜，起動時的功率因數(shù)很小，從轉(zhuǎn)矩表達式中可以看出，此時的起動轉(zhuǎn)矩并不大。從上面的分析可以看出，要限制起動電流，可以采取降壓或增大電動機參數(shù)的起動方法。為了增大起動轉(zhuǎn)矩，可適當加大轉(zhuǎn)子的電阻。8.1三相異步電動機的起動性能8.2三相籠型異步電動機的起動

一、直接起動

直接起動是最簡單的起動方法。起動時用刀開關(guān)、電磁起動器或接觸器將電動機定子繞組直接接到電源上，其接線圖如圖8.1所示。取熔體的額定電流為電動機額定電流的2.5～3.5倍。一般對于小型籠型異步電動機如果電源容量足夠大時，應(yīng)盡量采用直接起動方法。對于某一電網(wǎng)，多大容量的電動機才允許直接起動，可按經(jīng)驗公式(8.2)確定?！躘3+(電源總?cè)萘?電動機額定功率)]/4 (8.2)

電動機的起動電流倍數(shù)KI需符合式(8.2)中電網(wǎng)允許的起動

電流倍數(shù)，才允許直接起動。一般10kW以下的電動機都可以直

接起動。隨電網(wǎng)容量的加大，允許直接起動的電動機容量也變

大。需要注意的是，對于頻繁起動的電動機不允許直接起動，

否則應(yīng)采取降壓起動。圖8.1異步電動機直接起動接線圖二、降壓起動8.2三相籠型異步電動機的起動

降壓起動是指電動機在起動時降低加在定子繞組上的電壓，起動結(jié)束時加額定電壓運行的起動方式。降壓起動雖然能降低電動機起動電流，但由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，因此降壓起動時電動機的轉(zhuǎn)矩也減小較多，故此法一般適用于電動機空載或輕載起動。降壓起動的方法有以下幾種。1.定子串接電抗器或電阻的降壓起動

方法：起動時，電抗器或電阻接入定子電路；

起動后，切除電抗器或電阻，進入正常運行，如

圖8.2所示。三相異步電動機定子邊串入電抗器或電阻器起

動時定子繞組實際所加電壓降低，從而減小起動電

流。但定子繞組串電阻起動時，能耗較大，實際應(yīng)

用不多。圖8.2籠型異步電動機定子串接電抗器或電阻的降壓起動原理圖8.2三相籠型異步電動機的起動

2.星形—三角形(Y—△)降壓起動

方法：起動時定子繞組接成Y形，運行時定子繞組則接成△形，其接線圖如圖8.3所示。對于運行時定子繞組為Y形的籠型異步電動機則不能用Y—△起動方法。

Y—△起動時，起動電流與直接起動時的起動電流的關(guān)系(注：起動電流是指線路電流而不是指定子繞組的電流)：電動機直接起動時，定子繞組接成△形，如圖8.4(a)所示，每相繞組所加電壓大小為U1=UN，即為線電壓，每相繞組的相電流為，則電源輸入的線電流為Is=。Y形起動時如圖8.4(b)所示，每相繞組所加電壓為，電流則所以由式(8.3)可見，Y-—△起動時，對供電變壓器造成沖擊的起動電流是直接起動時的1/3。直接起動時起動轉(zhuǎn)矩為，Y—△起動時起動轉(zhuǎn)矩為，則(8.3)

8.2三相籠型異步電動機的起動

即(8.4)

由式(8.4)可見，Y—△起動時起動轉(zhuǎn)矩也是直接起動時的1/3。

Y—△起動比定子串電抗器起動性能要好，可用于拖動TL≤的輕載起動。

Y—△起動方法簡單，價格便宜，因此在輕載起動條件下，應(yīng)優(yōu)先采用。我國采用Y—△起動方法的電動機額定電壓都是380V，繞組是△接法。(a)直接起動(△形接法)(b)Y-△起動(Y形接法)

圖8.4Y—△起動電流分析圖

8.2三相籠型異步電動機的起動

3.自耦變壓器(起動補償器)起動

方法：自耦變壓器也稱起動補償器。起動時電源接

自耦變壓器原邊，副邊接電動機。起動結(jié)束后電源直接

加到電動機上。三相籠型異步電動機采用自耦變壓器降壓起動的接

線如圖8.5所示，其起動的一相線路如圖8.6所示。設(shè)自耦變壓器變比為＜1，則直接起動時

定子繞組的電壓UN、電流Is與降壓起動時承受的電壓電

流關(guān)系為

而起動電流是指電網(wǎng)供給線路的電流，即自耦變壓器厚邊電流，與副邊起動時電流關(guān)系為。因此，降壓起動電流與直接起動電流關(guān)系為

(K＜1) (8.5)圖8.5自耦變壓器降壓起動接線圖

8.2三相籠型異步電動機的起動

而自耦變壓器降壓起動時轉(zhuǎn)矩Ts’與直接起動時轉(zhuǎn)矩Ts的關(guān)系為

即(K＜1) (8.6)

可見，采用自耦變壓器降壓起動，起動電流和起動轉(zhuǎn)矩都降K2倍。自耦變壓器一般有2～3組抽頭，其電壓可以分別為原邊電壓U1的80%、65%或80%、60%、40%。該種方法對定子繞組采用Y形或△形接法的電動機都可以使用，缺點是設(shè)備體積大，投資較貴。圖8.6自耦變壓器降壓起動的一相線路

4.延邊三角形降壓起動8.2三相籠型異步電動機的起動

方法：延邊三角形降壓起動如圖8.7所示，它介于自耦變壓器降壓起動與Y—△降壓起動方法之間。

(a)降壓起動接法(b)運行接法

圖8.7延邊三角形降壓起動原理圖

如果將延邊三角形看成一部分為Y形接法，另一部分為△形接法，則Y形部分比重越大，起動時電壓就降得越多。根據(jù)分析和試驗可知，Y形和△形的抽頭比例為1∶1時，電動機每相電壓是268V；抽頭比例為1∶2時，每相繞組的電壓為290V?？梢姡舆吶切慰刹捎貌煌某轭^比，來滿足不同負載特性的要求。

延邊三角形起動的優(yōu)點是節(jié)省金屬，質(zhì)量輕；缺點是內(nèi)部接線復(fù)雜?；\型異步電動機除了可在定子繞組上想辦法降壓起動外，還可以通過改進籠的結(jié)構(gòu)來改善起動性能，即在制造時改變籠型轉(zhuǎn)子的阻抗性質(zhì)，這類電動機主要有深槽式和雙籠型。8.3三相繞線式異步電動機的起動

一、轉(zhuǎn)子回路串接電阻器起動1.起動方法

起動時，在轉(zhuǎn)子電路串接起動電阻器，借以提高起動轉(zhuǎn)矩，同時因轉(zhuǎn)子電阻增大也限制了起動電流；起動結(jié)束，切除轉(zhuǎn)子所串電阻。為了在整個起動過程中得到比較大的起動轉(zhuǎn)矩，需分幾級切除起動電阻。起動接線圖和特性曲線如圖8.8所示。圖8.8繞線式異步電動機起動接線圖和特性曲線

2.起動過程8.3三相繞線式異步電動機的起動

(1)接觸器觸點KM1、KM2、KM3全斷開(接觸器的控制由第五篇電器控制技術(shù)討論)，電動機定子接額定電壓，轉(zhuǎn)子每相串入全部電阻。如正確選取電阻的阻值，使轉(zhuǎn)子回路的總電阻值(注意是轉(zhuǎn)子一相繞組本身的電阻與串加電阻總和的折算值)，則由式可知，此時，最大轉(zhuǎn)矩就產(chǎn)生在電動機起動的瞬間，如圖8.8中曲線0中a點，起動轉(zhuǎn)矩Ts1。

(2)由于Ts1>TL(負載轉(zhuǎn)矩)電動機加速到b點時，T=Ts2，為了加速起動過程，接觸器KM1閉合，切除起動電阻R‘，特性變?yōu)榍€1，因機械慣性，轉(zhuǎn)速瞬時不變，工作點水平過渡到c點，使該點T=Ts1。

(3)因Ts1>TL，轉(zhuǎn)速沿曲線1繼續(xù)上升，到d點時KM2閉合，R’’被切除，電動機運行點從d轉(zhuǎn)變到特性曲線2上的e點……。依次類推，直到切除全部電阻，電動機便沿著固有特性曲線3加速，經(jīng)h點，最后運行于i點(T=TL)。8.3三相繞線式異步電動機的起動

上述起動過程中，轉(zhuǎn)子三相繞組所接電阻平衡，另外三級平衡切除，故稱為三級起動。在整個起動過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是比較大的，適合于容量較大的設(shè)備，重載起動的情況，廣泛用于橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等重載設(shè)備；對于一些容量較小的設(shè)備，轉(zhuǎn)子三相繞組所接電阻也可以不平衡，同樣，在切除時，也要進行非平衡切換。轉(zhuǎn)子串電阻起動的缺點是所需起動設(shè)備較多，起動時有一部分能量消耗在起動電阻上，起動級數(shù)也較少。還需要注意，轉(zhuǎn)子三相繞組所接電阻并非越大越好，若出現(xiàn)的情況，即起動于圖中特性曲線4上面，起動轉(zhuǎn)矩。所以，轉(zhuǎn)子三相繞組所接電阻要適當。二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動

頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)特點：它是一個三相鐵心線圈，其鐵心不用硅鋼片而用厚鋼板迭成。鐵心中產(chǎn)生渦流損耗和一部分磁滯損耗，鐵心損耗相當一個等值電阻，其線圈又是一個電抗，故電阻和電抗都隨頻率變化而變化，故稱頻敏變阻器，它與繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組相接，如圖8.9所示。其工作原理如下：8.3三相繞線式異步電動機的起動

圖8.9繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串頻敏變阻器起動

起動時，s=1，f2=f1=50Hz，此時頻敏變阻器的鐵心損耗大，等效電阻大，既限制了起動電流，增大起動轉(zhuǎn)矩，又提高了轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)。隨著轉(zhuǎn)速n升高，s下降，f2減小，鐵心損耗和等效電阻也隨之減小，相當于逐漸切除轉(zhuǎn)子電路所串的電阻。起動結(jié)束時，n=nN，f2=sN，f1≈(1～3)Hz，此時頻敏變阻器基本不起作用，可以閉合接觸器觸點KM，予以切除。頻敏變阻器起動結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，但與轉(zhuǎn)子串電阻起動相比，在同樣起動電流下，起動轉(zhuǎn)矩要小些。8.4三相異步電動機的調(diào)速

近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動機的調(diào)速性能大有改善，交流調(diào)速應(yīng)用日益廣泛，在許多領(lǐng)域有取代直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的趨勢。從異步電動機的轉(zhuǎn)速關(guān)系式n=n1(1s)=可以看出，異步電動機的調(diào)速可分以下三大類：

(1)改變定子繞組的磁極對數(shù)p，稱為變極調(diào)速；

(2)改變供電電源的頻率f1，稱為變頻調(diào)速；

(3)改變電動機的轉(zhuǎn)差率s，其方法有改變電壓調(diào)速、繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級調(diào)速。一、變極調(diào)速

在電源頻率不變的條件下，改變電動機的極對數(shù)，電動機的同步轉(zhuǎn)速就會發(fā)生變化，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。若極對數(shù)減少一半，同步轉(zhuǎn)速就提高一倍，電動機轉(zhuǎn)速也幾乎升高一倍。通常用改變定子繞組的接法來改變極對數(shù)，這種電動機稱多速電動機。其轉(zhuǎn)子均采用籠型轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子感應(yīng)的極對數(shù)能自動與定子相適應(yīng)。這種電動機在制造時，從定子繞組中抽出一些線頭，以便于使用時調(diào)換。下面以一相繞組來說明變極原理。先將其兩個半相繞組a1x1與a2x2采用順向串聯(lián)，如圖8.10所示，產(chǎn)生兩對磁極。8.4三相異步電動機的調(diào)速

若將U相繞組中的一半相繞組a2x2反向，如圖8.11所示，產(chǎn)生一對磁極。圖8.10三相四極電動機定子U相繞組

圖8.11三相二極電動機定子U相繞組

8.4三相異步電動機的調(diào)速

目前，在我國多極電動機定子繞組聯(lián)繞方式最多有3種，常用的有兩種：一種是從星形改成雙星形，寫作Y/YY，如圖8.12所示；另一種是從三角形改成雙星形，寫作△/YY，如圖8.13所示，這兩種接法可使電動機極數(shù)減少一半。在改接繞組時，為了使電動機轉(zhuǎn)向不變，應(yīng)把繞組的相序改接一下。變極調(diào)速主要用于各種機床及其他設(shè)備上。它所需設(shè)備簡單、體積小、質(zhì)量輕，但電動機繞組引出頭較多，調(diào)速級數(shù)少，級差大，不能實現(xiàn)無級調(diào)速。圖8.12異步電動機Y/YY變極調(diào)速接線

圖8.13異步電動機△/YY變極調(diào)速接線

8.4三相異步電動機的調(diào)速

二、變頻調(diào)速

三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速為因此，改變?nèi)喈惒诫妱訖C的電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，達到調(diào)速的目的。1.變頻調(diào)速的條件

三相異步電動機的每相電壓U為

U≈E1=4.44f1N1K1

若電源電壓Ul不變，當降低電源頻率f1調(diào)速時，則磁通將增加，使鐵心飽和，從而導(dǎo)致勵磁電流和鐵損耗的大量增加，電動機溫升過高等，這是不允許的。因此在變頻調(diào)速的同時，為保持磁通不變，就必須降低電源電壓，使或為常數(shù)。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。8.4三相異步電動機的調(diào)速

2.從基頻向下調(diào)變頻調(diào)速

降低電源頻率時，必需同時降低電源電壓。降低電源電壓U1，有以下兩種控制方法：

(1)保持為常數(shù)。降低電源頻率f1時，保持為常數(shù)，則為常數(shù)，是恒磁通控制方式，也稱恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。降低電源頻率f1調(diào)速的人為機械特性，如圖

8.14所示。圖8.14保持為常數(shù)時變頻調(diào)速的機械特性

降低電源頻率f1調(diào)速的人為機械特性特點為：同步速度n1與頻率f1成正比；最大轉(zhuǎn)矩不變；轉(zhuǎn)速降落

n=常數(shù)，特性斜率不變(與固有機械特性平行)。這種變頻調(diào)速方法與他勵直流電動機降低電源電壓調(diào)速相似，機械特性較硬，在一定靜差率的要求下，調(diào)速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，因此變頻調(diào)速為無級調(diào)速，平滑性好，另外，轉(zhuǎn)差功率Ps較小，效率較高。8.4三相異步電動機的調(diào)速

(2)保持為常數(shù)。降低電源頻率f1，保持為常數(shù)，則近似為常數(shù)，在這種情況下，當降低頻率f1時，

n不變。但最大轉(zhuǎn)矩會變小，特別在低頻低速時的機械特性會變壞，如圖8.15所示。其中虛線是恒磁通調(diào)速時為常數(shù)的機械特性，以示比較。保持為常數(shù)，則低頻率調(diào)速近似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。圖8.15保持為常數(shù)時變頻調(diào)速的機械特性8.4三相異步電動機的調(diào)速

3.從基頻向上調(diào)變頻調(diào)

升高電源電壓()是不允許的。因此，升高頻率向上調(diào)速時，只能保持電壓為不變，頻率越高，磁通越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況，其機械特性如圖8.16所示。圖8.16保持不變，升頻調(diào)速的機械特性

保持不變升速，近似為恒功率調(diào)速方式。隨著，而p2近似為常數(shù)。異步電動機變頻調(diào)速具有良好的調(diào)速性能，可與直流電動機媲美。8.4三相異步電動機的調(diào)速

4.變頻電源

異步電動機變頻調(diào)速的電源是一種能調(diào)壓的變頻裝置。如何能取得經(jīng)濟、可靠的變頻電源，是實現(xiàn)異步電動機變頻調(diào)速的關(guān)鍵，也是目前電力拖動系統(tǒng)的一個重要發(fā)展方向。目前，多采用由晶閘管或自關(guān)斷功率晶體管器件組成的變頻器。變頻器若按相分類，可以分為單相和三相；若按性能分類，可以分為交-直-交變頻器和交-交變頻器。變頻器的作用是將直流電源(可由交流經(jīng)整流獲得)變成頻率可調(diào)的交流電(稱交-直-交變頻器)或是將交流電源直接轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電(交-交變頻器)，以供給交流負載使用。交-交變頻器將工頻交流電直接變換成所需頻率的交流電能，不經(jīng)中間環(huán)節(jié)，也稱為直接變頻器關(guān)于變頻電源的具體情況，可參考有關(guān)變頻技術(shù)一類的書籍。5.變頻技術(shù)的應(yīng)用

變頻調(diào)速由于其調(diào)速性能優(yōu)越，即主要是能平滑調(diào)速、調(diào)速范圍廣、效率高，又不受直流電動機換向帶來的轉(zhuǎn)速與容量的限制，故已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，如軋鋼機、工業(yè)水泵、鼓風機、起重機、紡織機、球磨機化工設(shè)備及家用空調(diào)器等方面。主要缺點是系統(tǒng)較復(fù)雜、成本較高。8.4三相異步電動機的調(diào)速

三、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

改變定子電壓調(diào)速，轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速和串級調(diào)速都屬于改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。這些調(diào)速方法的共同特點是在調(diào)速過程中都產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率。前兩種調(diào)速方法都是把轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子電路里，很不經(jīng)濟，而串級調(diào)速則能將轉(zhuǎn)差功率加以吸收或大部分反饋給電網(wǎng)，提高了經(jīng)濟性能。1.改變定子電壓調(diào)速

對于轉(zhuǎn)子電阻大、機械特性曲線較軟的籠型異步電動機而言，如加在定子繞組上的電壓發(fā)生改變，則負載TL對應(yīng)于不同的電源電壓U1、U2、U3，可獲得不同的工作點a1、a2、a3，如圖8.17所示，顯然電動機的調(diào)速范圍很寬。缺點是低壓時機械特性太軟，轉(zhuǎn)速變化大，可采用帶速度負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)來解決該問題。改變電源電壓調(diào)速，這種方法主要應(yīng)用于籠型異步電動機，靠改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。過去都采用定子繞組串電抗器來實現(xiàn)，目前已廣泛采用晶閘管交流調(diào)壓線路來實現(xiàn)。圖8.17高轉(zhuǎn)子電阻籠型電動機調(diào)壓調(diào)速

2．轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

8.4三相異步電動機的調(diào)速

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻的機械特性如圖8.18所示。轉(zhuǎn)子串電阻時最大轉(zhuǎn)矩不變，臨界轉(zhuǎn)差率加大。所串電阻越大，運行段特性斜率越大。若帶恒轉(zhuǎn)矩負載，原來運行在固有特性曲線1的a點上，在轉(zhuǎn)子串電阻R1后，就運行的b點上，轉(zhuǎn)速由na變?yōu)閚b，依此類推。圖8.18轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的機械特性

根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達式，當T為常數(shù)且電壓不變時，則有

(8.7)

因而繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時調(diào)速電阻的計算公式為

R1= (8.8)

式中sa——轉(zhuǎn)子串電阻前電動機運行的轉(zhuǎn)差率；

sb——轉(zhuǎn)子串入電阻R1后新穩(wěn)態(tài)運行時電動機的轉(zhuǎn)差率；

r2——轉(zhuǎn)子每相繞組電阻，常數(shù)8.4三相異步電動機的調(diào)速

如果已知轉(zhuǎn)子串入的電阻值，要求調(diào)速后的電動機轉(zhuǎn)速，則只要將式(8.7)稍加變換，先求出s1，再求轉(zhuǎn)速n。由于在異步電動機中，電磁功率PM，機械功率Pm與轉(zhuǎn)子銅損PCu2三者之間的關(guān)系為

PM∶Pm∶Pcu2=1∶(1-s)∶s (8.9)

若轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率s越大，轉(zhuǎn)子損耗越大，低速時效率不高。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點是方法簡單，主要用于中、小容量的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機如橋式起動機等。3.串級調(diào)速

所謂串級調(diào)速，就是在異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串入一個三相對稱的附加電動勢，其頻率與轉(zhuǎn)子電動勢相同，改變的大小和相位，就可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。它也是適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，靠改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。

(1)低同步串級調(diào)速若與相位相反，則轉(zhuǎn)子電流I2為8.4三相異步電動機的調(diào)速

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為(8.10)

上式中，T1為轉(zhuǎn)子電勢產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，而T2為附加電勢所引起的轉(zhuǎn)矩。若拖動恒轉(zhuǎn)矩負載，因T2總是負值，可見串入后，轉(zhuǎn)速降低了，串入附加電勢越大，轉(zhuǎn)速降得越多。引入后，使電動機轉(zhuǎn)速降低，稱低同步串級調(diào)速。

(2)超同步串級調(diào)速若與組同相位，則T2總是正值。當拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，引入后，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速升高了，則稱為超同步串級調(diào)速。串級調(diào)速性能比較好，過去由于附加電勢的獲得比較難，長期以來沒能得到推廣。近年來，隨著晶閘管技術(shù)的發(fā)展，串級調(diào)速有了廣闊的發(fā)展前景。現(xiàn)已日益廣泛用于水泵和風機的節(jié)能調(diào)速，應(yīng)用于不可逆軋鋼機、壓縮機等很多生產(chǎn)機械。8.5三相異步電動機的制動

一、三相異步電動機的反轉(zhuǎn)

從三相異步電動機的工作原理可知，電動機的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動機反轉(zhuǎn)。圖8.19是利用控制開關(guān)SA來實現(xiàn)電動機正、反轉(zhuǎn)的原理線路圖。當SA向上合閘時，L1接U相，L2接V相，L3接W相，電動機正轉(zhuǎn)。當SA向下合閘時，L1接U相，L2接V相，L3接W相，即將電動機任意兩相繞組與電源接線互調(diào)，則旋轉(zhuǎn)磁場反向，電動機跟著反轉(zhuǎn)。圖8.19異步電動機正、反轉(zhuǎn)原理線路圖

二、三相異步電動機的制動8.5三相異步電動機的制動

電動機除了上述電動狀態(tài)外，在下述情況運行時，則屬于電動機的制動狀態(tài)。在負載轉(zhuǎn)矩為位能轉(zhuǎn)矩的機械設(shè)備中(例如起重機下放重物時，運輸工具在下坡運行時)，使設(shè)備保持一定的運行速度；在機械設(shè)備需要減速或停止時，電動機能實現(xiàn)減速和停止的情況下，電動機的運行屬于制動狀態(tài)。三相異步電動機的制動方法有下列兩類：機械制動和電氣制動。機械制動是利用機械裝置使電動機從電源切斷后能迅速停轉(zhuǎn)。它的結(jié)構(gòu)有好幾種形式，應(yīng)用較普遍的是電磁抱閘，它主要用于起重機械上吊重物時，使重物迅速而又準確地停留在某一位置上。電氣制動是使異步電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和電動機的旋轉(zhuǎn)方向相反。電氣制動通?？煞譃槟芎闹苿?、反接制動和回饋制動(再生制動)等3類。8.5三相異步電動機的制動

1．能耗制動方法：將運行著的異步電動機的定子繞組從三相交流電源上斷開后，立即接到直流電源上，如圖8.20所示，用斷開QS，閉合SA2來實現(xiàn)。圖8.20能耗制動原理圖

當定子繞組通入直流電源時，在電動機中將產(chǎn)生一個恒定磁場。轉(zhuǎn)子因機械慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割恒定磁場，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，轉(zhuǎn)子電流和恒定磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，根據(jù)右手定則可以判電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。在制動轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速下降，當n=0時，T=0，制動過程結(jié)束。這種方法是將轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，所以稱能耗制動。8.5三相異步電動機的制動

如圖8.21所示，電動機正向運行時工作在固有機械特性曲線1的a點上。定子繞組改接直流電源后，因電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速反向，因而能耗制動時機械特性位于第二象限，如曲線2。電動機運行點也移至b點，并從b點順曲線2減速到O點。對于采用能耗制動的異步電動機，既要求有較大的制動轉(zhuǎn)矩，又要求定、轉(zhuǎn)子回路中電流不能太大使繞組過熱。根據(jù)經(jīng)驗，能耗制動時對于籠型異步電動機取直流勵磁電流為(4～5)I0，對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機取(2～3)I0，制動所串電阻r=(0.2～0.4)能耗制動的優(yōu)點是制動力強，制動較平穩(wěn)。缺點是需要一套專門的直流電源供制動用。圖8.21能耗制動機械特性圖

1—固有機械特性

2—能耗制動機械特性

8.5三相異步電動機的制動

2.反接制動反接制動分為電源反接制動和倒拉反接制動兩種。

1)電源反接制動方法：改變電動機定子繞組與電源的聯(lián)接相序，如圖8.22所示，斷開QS1，接通QS2即可。圖8.22繞線式異步電動機電源反接制動圖

8.5三相異步電動機的制動

電源的相序改變，旋轉(zhuǎn)磁場立即反轉(zhuǎn)，而使轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩都改變方向，因機械慣性，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向未變，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，電動機進行制動，此稱電源反接制動。如圖8.23所示，制動前，電動機工作在曲線1的a點，電源反接制動時，＜0，n＞0，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率s=＞1，且電磁轉(zhuǎn)矩T＜0，機械特性如曲線2所示。因機械慣性，轉(zhuǎn)速瞬時不變，工作點由a點移至b點，并逐漸減速，到達c點時n=0，此時切斷電源并停車，如果是位能性負載需使用抱閘，否則電動機會反向起動旋轉(zhuǎn)。一般為了限制制動電流和增大制動轉(zhuǎn)矩，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機可在轉(zhuǎn)子回路串入制動電阻，特性如曲其線3所示，制動過程同上。圖8.23電源反接制動的機械特性8.5三相異步電動機的制動

制動電阻r的計算公式為式中——對應(yīng)固有機械特性曲線的臨界轉(zhuǎn)差率，；

——轉(zhuǎn)子串電阻后機械特性的臨界轉(zhuǎn)率，

s——制動瞬間電動機轉(zhuǎn)差率；

——過載倍數(shù)，。(8.11)

2)倒拉反接制動方法：當繞線轉(zhuǎn)子異步電動機拖動位能性負載

時，在其轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻。其機械特性如

圖8.24所示。圖8.24倒拉反接制動機械特性

8.5三相異步電動機的制動

當異步電動機提升重物時，其工作點為曲線1上的a點。如果在轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻，機械特性變?yōu)樾甭屎艽蟮那€2，因機械慣性，工作點由a點移到b點，因此時電磁轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速下降。當電動機減速至n=0時，電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負載轉(zhuǎn)矩，在位能負載的作用下，使電動機反轉(zhuǎn)，直至電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，電動機才穩(wěn)定運行于c點。因這是由于重物倒拉引起的，所以稱為倒拉反接制動(或稱倒拉反接運行)，其轉(zhuǎn)差率與電源反接制動一樣，s都大于1繞線轉(zhuǎn)子異步電動機倒拉反接制動狀態(tài)，常用于起重機低速下放重物。3.回饋制動方法：使電動機在外力(如起重機下放重物)作用下，其電動機的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，如圖8.25所示。起重機下放重物，在下放開始時，n＜n1電動機處于電動狀態(tài)，如8.25(a)所示。在位能轉(zhuǎn)矩作用下，電動機的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動勢、電流和轉(zhuǎn)矩的方向都發(fā)生了變化，如圖8.31(b)所示，轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩。此時電動機將機械能轉(zhuǎn)化為電能饋送電網(wǎng)，所以稱回饋制動。8.5三相異步電動機的制動

(a)電動運行(b)回饋制動圖8.25回饋制動原理圖

制動時工作點如圖8.26的a點所示，轉(zhuǎn)子回路所串電阻越大，電動機下放重物的速度越快，見圖8.26中虛線所示a’點。為了限制下放速度，轉(zhuǎn)子回路不應(yīng)串入過大的電阻。圖8.26回饋制機械特性

8.6電動機的選擇

在電力拖動系統(tǒng)中，選擇電動機一般包括確定電動機的種類、型式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率、工作方式等。而最重要的是選擇電動機的額定功率。決定電動機功率時，要考慮電動機的發(fā)熱、允許過載能力和起動能力等因素，以發(fā)熱問題最重要。一、電動機的種類、型式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速的選擇1.電動機種類的選擇選擇電動機的原則是電動機性能滿足生產(chǎn)機械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、工作可靠、維護方便的電動機。在這方面交流電動機優(yōu)于直流電動機，交流異步電動機優(yōu)于交流同步電動機，籠型異步電動機優(yōu)于繞線式異步電動機。負載平穩(wěn)，對起，制動無特殊要求的連續(xù)運行的生產(chǎn)機械，宜優(yōu)先選用普通籠型異步電動機，普通的籠型異步電動機廣泛用于機械、水泵、風機等。深槽式和雙鼠籠是異步電動機用于大中功率，要求起動轉(zhuǎn)距較大的生產(chǎn)機械、如空壓機、皮帶運輸機等。起動、制動比較頻繁，要求有較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械，如橋式起重機、礦井提升機、空氣壓縮機、不可逆軋鋼機等，應(yīng)采用繞線式異步電動機。無調(diào)速要求，需要轉(zhuǎn)速恒定或要求改善功率因數(shù)的場合，應(yīng)采用同步電動機，例如中、大容量的水泵，空氣壓縮機等。只要求幾種轉(zhuǎn)速的小功率機械，可采用變極多速(雙速、三速、四速)鼠籠式異步電動機，例如電梯、鍋爐引風機和機床等。

調(diào)速范圍要求在1∶3以上，且需連續(xù)穩(wěn)定平滑調(diào)速的生產(chǎn)機械，宜采用他勵直流電動機或用變頻調(diào)速的鼠籠式異步電動機，例如大型精密機床、龍門刨床、軋鋼機、造紙機等。要求起動轉(zhuǎn)距大，機械特性軟的生產(chǎn)機械，使用串勵或復(fù)勵直流電動機，例如電車、電機車、重型起重機等。

2.電動機型式的選擇

(1)安裝型式的選擇電動機安裝型式按其位置的不同，可分為臥式和立式兩種。一般選臥式，立式電動機的價格貴，只有在為了簡化傳動裝置，必須垂直運轉(zhuǎn)時才采用。

(2)防護型式的選擇為防止電動機受周圍環(huán)境影響而不能正常運行，或因電機本身故障引起災(zāi)害，必須根據(jù)不同的環(huán)境選擇不同的防護型式。電動機常見的防護型式有開啟式、防護式、封閉式和防爆式4種。①開啟式這種電機價格便宜，散熱條件較好，但容易進入水氣、水滴、灰塵、油垢等雜物，影響電機的壽命及正常運轉(zhuǎn)，故只能用于干燥清潔的環(huán)境之中。②防護式這種電機一般防止水滴，等雜物落入機內(nèi)，但不能防止潮氣及灰塵的侵入，故只能用于干燥和灰塵不多又無腐蝕和爆炸性氣體的環(huán)境。③防閉式這類電機又分為自冷式、強迫通風式和密封式3種，前兩種電機，潮氣和灰塵不易進入機內(nèi)，能防止任何方向飛濺的水滴和雜物侵入，適用于潮濕、多塵土、易受風雨侵襲，有腐蝕性蒸汽或氣體的各種場合。密封式電機，一般使用于液體(水或油)中的生產(chǎn)機械，例如潛水泵等。8.6電動機的選擇

8.6電動機的選擇

④防爆式在封閉結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制成隔爆型，增安型和正壓型3類，都適用于有易燃易爆氣體的危險環(huán)境，例如油庫、煤氣站或礦井等場所。對于濕熱地帶、高海拔地區(qū)及船用電機等，還得選用有特殊防護要求的電機。

3.額定電壓的選擇電動機的額定電壓的選擇，取決于電力系統(tǒng)對該企業(yè)的供電電壓和電動機容量的大小。交流電動機電壓等級的選擇主要依使用場所供電電壓等級而定。一般低電壓網(wǎng)為380V，故額定電壓為380V(Y或△接法)、220/380V(△/Y接法)，380/660V(△/Y接法)3種；礦山及煤廠或大型化工廠等聯(lián)合企業(yè)，越來越要求使用660V(△接法)或660/1140V(△/Y接法)的電機。等電動機功率較大，供電電壓為6000V或10000V時，電動機的額定電壓應(yīng)選與之適應(yīng)的高電壓。直流電動機的額定電壓也要與電源電壓相配合。一般為110V、220V和440V。其中220V為常用電壓等級，大功率電機可提高到600～1000V。當交流電源為380V，用三相橋式可控硅整流電路供電時，其直流電動機的額定電壓應(yīng)選440V，當用三相半波可控硅整流電源供電時，直流電動機的額定電壓應(yīng)為220V，若用單相整流電源，其電動機的額定電壓應(yīng)為160V。8.6電動機的選擇

4.額定轉(zhuǎn)速的選擇額定功率相同的電動機，其額定轉(zhuǎn)速越高，則電動機的體積越小，重量越輕，造價越低，一般地說電動機的飛輪距GD2也越小。但生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)速一定，電動機的額定轉(zhuǎn)速越高，拖動系統(tǒng)傳動機構(gòu)的速比越大，傳動機構(gòu)越復(fù)雜。電動機的GD2和額定轉(zhuǎn)速影響到電動機過渡程持續(xù)的時間和過渡過程中的能量損耗。電動機的GD2·越小，過渡過程越快，能量損耗越小。因此，電動機額定轉(zhuǎn)速的選擇，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的具體情況，綜合考慮上面所述的各個因素來確定。二、電動機的發(fā)熱與冷卻1.電動機的發(fā)熱電動機運行過程中，各種能量損耗最終變成熱能，使得電動機的各個部分溫度上升，因而會超過周圍環(huán)境溫度。溫度升高的熱過渡過程，稱之為電動機的發(fā)熱過程，電動機溫度高出環(huán)境溫度的值稱為溫升。一旦有了溫升，電動機就要向周圍散熱。當電動機單位時間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時，溫度不再增加，而保持一個穩(wěn)定不變的溫升，稱為動態(tài)熱平衡。8.6電動機的選擇

2.電動機的冷卻負載運行的電動機，在溫升穩(wěn)定以后，如果減少或去掉負載，那么電動機內(nèi)耗及單位時間發(fā)熱量都會隨之減少。這樣，原來的熱平衡狀態(tài)被破壞，變?yōu)榘l(fā)熱少于散熱，電動機溫度就要下降，溫升降低。降溫過程中，隨著溫升減小，單位時間散熱量也減少。當重新達到平衡時，電動機不再繼續(xù)降溫，而穩(wěn)定在一個新的溫升上。這個溫升下降的過程稱為電動機的冷卻過程。

3.電動機的絕緣等級從發(fā)熱方面來看，決定電動機容量的一個主要因素就是它的繞組絕緣材料的耐熱能力，也就是繞組絕緣材料所能容許的溫度。電動機在運行中最高溫度不能超過繞組絕緣的最高溫度，超過這一極限時，電動機使用年限就大大縮短，甚至因絕緣很快燒壞而不能使用。根據(jù)國際電工委員會規(guī)定，電工用的絕緣材料可分為7個等級，而電動機中常用的有A、E、B、F、H5個等級，而各等級的最高容許溫升分別為105℃、120℃、130℃、155℃、180℃。我國規(guī)定40℃為標準環(huán)境溫度，絕緣材料或電動機的溫度減去40℃即為允許溫升，用τmax表示。8.6電動機的選擇

三、電動機的工作方式

電動機工作時，負載持續(xù)時間的長短對電動機的發(fā)熱情況影響很大，因而對選擇的電動機功率影響也很大。按電動機發(fā)熱的不同情況，可分為以下3種工作方式。

1.連續(xù)工作方式連續(xù)運行方式是指電動機工作時間tr>(3～4)(為電動機的發(fā)熱時間常數(shù)，表征電動機熱慣性的大小)后溫升可以達到穩(wěn)態(tài)值，也稱長期工作制。屬于這類生產(chǎn)機械的有水泵、鼓風機、造紙機等。

2.短時工作方式短時工作方式是指電動機工作時間tr<(3～4)，而停歇時間t0>(3～4)。這樣工作時溫升達不到穩(wěn)態(tài)值，而停歇后溫升降為零。屬于此類生產(chǎn)機械的有機床的夾緊裝置、某些冶金輔助機械、水閘閘門啟閉機等。短時工作方式下電動機的額定功率是與規(guī)定的工作時間相對應(yīng)的，這一點需要注意，與連續(xù)工作方式的情況不完全一樣。電動機銘牌上給定的額定功率是按15min、30min、60min、90min4種標準時間規(guī)定的。3.周期性斷續(xù)工作方式周期性斷續(xù)工作方式是指工作和與停歇相互交替進行，兩者時間都比較短，即工作時間tr<(3～4)，停歇時間t0<(3～4)。工作時溫升達不到穩(wěn)態(tài)值，停歇時溫升降不到零。屬于此類工作的生產(chǎn)機械有起重機、電梯、軋鋼輔助機械等。在重復(fù)短時工作方式下，負載工作時間與整個周期之比稱負載持續(xù)率[又稱暫載率(%)]，用FS表示，即

FS=

我國規(guī)定的負載持續(xù)率有15%、25%、40%和60%

4種，一個周期的總時間為+≤10min。8.6電動機的選擇

(8.12)

四、額定功率的選擇

正確選擇電動機容量的原則，應(yīng)在電動機能夠勝任生產(chǎn)機械負載要求的前提下，最經(jīng)濟最合理地決定電動機的功率。若功率選得過大，設(shè)備投資增大，造成浪費，且電動機經(jīng)常欠載運行，效率及交流電動機的功率因數(shù)較低；反之，若功率選得過小，電動機將過載運行，造成電動機過早損壞。決定電動機功率的主要因素有3個：8.6電動機的選擇

(1)電動機的發(fā)熱與溫升，這是決定電動機功率的最主要因素；(2)允許短時過載能力；(3)對交流籠型異步電動機還要考慮起動能力。

1.恒值負載時電動機額定功率的選擇恒值負載是指在工作時間內(nèi)負載大小不變，包括連續(xù)和短時兩種工作方式。電動機額定功率的選擇是在假設(shè)環(huán)境溫度為40℃及標準散熱條件下，且在電動機不調(diào)速的前提下進行的。

1)連續(xù)工作方式在連續(xù)工作方式情況一，選擇電動機的額定功率PN等于或略大于負載功率PL，即

PN≥PL (8.13)

式中，PL是根據(jù)具體生產(chǎn)機械的負載及效率進行計算的，可查閱相關(guān)機械設(shè)計手冊。由于這個條件本身是從發(fā)熱溫升角度考慮的，故不必再校核電動機的發(fā)熱問題，只需校核過載能力，必要時還要校核起動能力。8.6電動機的選擇

過載能力是指電動機負載運行時，可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)的電流或轉(zhuǎn)矩過載的允許倍數(shù)。校核電動機過載能力可按下列條件進行

Tmax≤TN (8.14)式中Tmax——電動機在工作中所承受最大轉(zhuǎn)矩(N·m)；

——電動機允許過載倍數(shù)，對不同類型的電動機，取值不完全一樣。若預(yù)選的電動機過載能力達不到，則要重選電動機及額定功率，直到滿足要求為止。對三相籠型異步電動機，最后還要校核起動能力是否達到，若達不到，也應(yīng)重選電動機及其額定功率。以上關(guān)于額定功率的選擇是在標準環(huán)境溫度為40℃前提下進行的。若電動機工作的環(huán)境溫度發(fā)生變化，則必須對電動機的額定功率進行修正。根據(jù)理論計算和實踐，在周圍環(huán)境溫度不同時，電動機的功率可粗略地按表8-1相應(yīng)增減。環(huán)境溫度/℃303540455055電動機功率的增減/%+8+50-5-12.5-258.6電動機的選擇

表8-1不同環(huán)境溫度下的電動機功率增減百分數(shù)

由表8-1可見，環(huán)境溫度低，電動機實際功率應(yīng)比標準規(guī)定的額定功率高，反之，則應(yīng)降低額定功率使用。

2)短時工作方式選擇短時工作方式的電動機。對短時工作方式下的負載，其工作時間與電動機的標準時間一致，例如也是15min、30min、60min和90min，則選擇電動機的額定功率只須滿足PN≤PL。若負載的工作時間與標準工作時間不一致，則預(yù)選電動機功率時，應(yīng)先按發(fā)熱和溫升等效的原則把負載功率由非標準工作時間折算成標準工作時間，然后再按標準工作時間預(yù)選額定功率。設(shè)短時工作方式負載工作時間為tr，其最近的標準工作時間為trb，則預(yù)選電動機額定功率應(yīng)滿足≥ (8.15)8.6電動機的選擇

上式是從發(fā)熱和溫升等效原則得出的，故經(jīng)過向標準工作時間折算后，預(yù)選電動機肯定能滿足溫升條件，不必再校核。選擇連續(xù)工作方式的電動機。由于短時工作方式的電動機較少，故可選擇連續(xù)工作方式的電動機。從發(fā)熱和溫升的角度考慮，電動機在連續(xù)工作方式下應(yīng)該輸出比連續(xù)工作方式時額定功率要大的功率才能充分發(fā)揮電動機的能力?；蛘哒f，預(yù)選電動機時也要把短時工作的負載功率等效折算到連續(xù)工作方式上去才合理。設(shè)電動機中不變損耗與額定負載時的可變損耗的比值用

表示，則預(yù)選的電動機額定功率應(yīng)滿足≥ (8.16)

式中——發(fā)熱時間常數(shù)；

tr——短時工作時間(s)。其中

數(shù)值因電動機而異。一般地說，普通直流電動機

=1～1.5，冶金用直流電動機

=0.5～0.9，冶金專用中、小型三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機

=0.45～0.6，冶金專用大型三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機

=0.9～1.0，普通三相籠型異步電動機

=0.5～0.7。對于具體電動機而言，和

可從技術(shù)數(shù)據(jù)中找出或估算。8.6電動機的選擇

若實際工作時間極短，則電動機的發(fā)熱與溫升已不成問題，只需從過載能力及起動能力方面來選擇電動機連續(xù)工作方式下的額定功率。短時工作方式折算到連續(xù)工作方式下再預(yù)選電動機額定功率后，也不必再進行溫升校核。

2.變化負載時電動機額定功率的選擇

(1)周期性變化負載連續(xù)工作方式。連續(xù)工作方式下的變化負載，其變化通常具有周期性。負載變化周期為tt，一個周期內(nèi)負載的平均功率式中PL1、PL2、…、PLn——各段負載功率(kW)；

t1、t2、…、tn——各段負載作用時間(s)。按負載平均功率再乘上1.1～1.6的系數(shù)來預(yù)選電動機的額定功率，即

(8.18)

電動機的額定功率預(yù)選好后，還要進行發(fā)熱、過載能力及必要時的起動能力校驗。若其中有一項不合格，須重新選擇電動機，再進行校核，直到各項都合格為止。(8.17)

校核電動機發(fā)熱的方法很多，這里只介紹一種常用的等效轉(zhuǎn)矩法。負載轉(zhuǎn)矩已知后，只是作為預(yù)選電動機額定功率的依據(jù)。校核發(fā)熱溫升，還需要知道電動機在一個周期內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩的變化情況。怎樣從負載轉(zhuǎn)矩找出電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與時間的關(guān)系T=f(t)呢？在電動機穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)速恒定，則T=TL；在電動機過渡過程(起動與制動)中，則T=TL+Ta。Ta為動轉(zhuǎn)矩，即使電力拖動系統(tǒng)加速或減速的轉(zhuǎn)矩。加速時為正值，減速時為負值。這樣，一個周期內(nèi)電動機的電磁轉(zhuǎn)矩情況便可確定。在電動機氣隙磁通恒定的條件下，一個周期內(nèi)發(fā)熱相同的等效轉(zhuǎn)矩Td可用式(8.19)表示。式中Ti——第i段電動機的電磁轉(zhuǎn)矩(N·m)。若Td≤TN，則發(fā)熱校核通過。TN為預(yù)選電動機的額定轉(zhuǎn)矩。等效轉(zhuǎn)矩法使用于氣隙磁通恒定的條件，若電動機在運行過程中只有一段時間采用降低磁通升速，則通過對弱磁階段的轉(zhuǎn)矩進行修正，也可使用等效轉(zhuǎn)矩法。即將弱磁這一段的轉(zhuǎn)矩向著額定磁通折算，便可認為整個周期時間內(nèi)均為恒定磁通。設(shè)弱磁段的轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)速為n()，折算后的轉(zhuǎn)矩為，8.6電動機的選擇

(8.19)

8.6電動機的選擇

(8.20)

轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，則它們之間的關(guān)系為(2)周期性斷續(xù)工作方式。這種工作方式的電動機，按標準規(guī)定每個工作與停歇的周期不超過10min。每個周期內(nèi)都有起動、運行、制動和停歇各個階段。普通電動機難以勝任如此頻繁的起、制動工作。因此，周期性斷續(xù)工作方式的電動機有轉(zhuǎn)子細長、飛輪矩小、起動和過載能力強、機械強度大、絕緣等級高等特點。若負載持續(xù)率為標準負載持續(xù)率，則預(yù)選電動機的額定功率應(yīng)滿足≥（1.1～ (8.21)

若負載持續(xù)率為非標準負載持續(xù)率，則需向與其最接近的標準負載持續(xù)率FSb(%)折算。折算的原則是損耗相等。折算后的公式為≥（1.1～ (8.22)

式中FS——負載實際持續(xù)率(%)。

預(yù)選電動機額定功率后進行發(fā)熱校核時仍可用等效轉(zhuǎn)矩法。先找出電動機在工作時間內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩與時間的關(guān)系，再計算等效轉(zhuǎn)矩Td。對于他扇冷式電動機，等效轉(zhuǎn)矩為對于自扇冷式電動機，由于起動與制動過程中電動機轉(zhuǎn)速低，散熱條件差，穩(wěn)定后的最高溫升將比沒有起制動時的要高，因此需相應(yīng)提高等效轉(zhuǎn)矩，即8.6電動機的選擇

(8.23)

(8.24)

式中ts——起動時間(s)；

tc——恒速運行時間(s)；

tb——制動時間(s)；

β——系數(shù)，其值因電動機而異，一般直流電動機為0.75，異步電動勸機為0.5。若Td≤TN，則發(fā)熱校核通過。上述方法適用于10%≤FS≤70%的范圍。8.6電動機的選擇

當負載持續(xù)率FS≤10%時，應(yīng)按短時工作方式處理，根據(jù)過載及起動能力選擇電動機的額定功率。當FS≥70%時，則應(yīng)按連續(xù)工作方式處理，選擇連續(xù)工作方式的電動機。其負載性質(zhì)屬于一個周期性變化負載，且每個周期內(nèi)包括一次起動、制動和停歇時間。他扇冷式電動機的等效轉(zhuǎn)矩為式(8.24)

自扇冷式電動機的等效轉(zhuǎn)矩為(8.25)

式中T0——停歇時間(s)。

——系數(shù)，其值通常為小于1，直流電動機約為0.5，異步電動機約為0.25。若≤，則發(fā)熱校核通過。周期性變化負載預(yù)選電動機額定功率及發(fā)熱校核通過后，還需校核過載能力，必要時還要校核起動能力，這些是同常值負載情況一樣的。8.7電動機的維護處理及故障

一、起動前的準備

對新安裝或久未運行的電動機，在通電使用之前必須先進行下列4項檢查，以驗證電動機能否通電運行。

1.安裝檢查要求電動機裝配靈活、螺釘擰緊、軸承運行無阻、聯(lián)軸器中心無偏移等。

2.絕緣電阻檢查要求用兆歐表檢查電動機的絕緣電阻，包括三相相間絕緣電阻和三相繞組對地絕緣電阻，測得的數(shù)值一般不小于10MΩ。

3.電源檢查一般當電源電壓波動超出額定值+10%或-5%時，應(yīng)改善電源條件后投運。

4.起動、保護措施檢查要求起動設(shè)備接線正確(直接起動的中小型異步電動機除外)；電動機所配熔絲的型號合適；外殼接地良好。在以上各項檢查無誤后，方可合閘起動。8.6電動機的選擇

二、起動時的注意事項(1)合閘后，若電動機不轉(zhuǎn)，應(yīng)迅速、果斷地拉閘，以免燒毀電動機。

(2)電動機起動后，應(yīng)注意觀察電動機，若有異常情況，應(yīng)立即停機。待查明故障并排除后，才能重新合閘起動。

(3)籠型電動機采用全壓起動時，次數(shù)不宜過于頻繁，一般不超過3～5次。對功率較大的電動機要隨時注意電動機的溫升。

(4)繞線轉(zhuǎn)子電動機起動前，應(yīng)注意檢查起動電阻是否接入。接通電源后，隨著電動機轉(zhuǎn)速的提高而逐漸切除起動電阻。

(5)幾臺電動機由同一臺變壓器供電時，不能同時起動，應(yīng)由大到小逐臺起動。對運行中的電動機應(yīng)經(jīng)常檢查它的外殼有無裂紋，螺釘是否有脫落或松動，電動機有無異響或振動等。監(jiān)視時，要特別注意電動機有無冒煙和異味出現(xiàn)，若嗅到焦糊味或看到冒煙，必須立即停機檢查處理。三、運行中的監(jiān)視8.6電動機的選擇

對軸承部位，要注意它的溫度和響度。溫度升高，響聲異常則可能是軸承缺油或磨損。用聯(lián)軸器傳動的電動機，若中心校正不好，會在運行中發(fā)出響聲，并伴隨著發(fā)生電動機振動和聯(lián)軸節(jié)螺栓膠墊的迅速磨損。這時應(yīng)重新校正中心線。用帶傳動的電動機，應(yīng)注意傳動帶不應(yīng)過松而導(dǎo)致打滑，但也不能過緊而使電動機軸承過熱。在發(fā)生以下嚴重故障情況時，應(yīng)立即斷電停機處理：

(1)人身觸電事故；

(2)電動機冒煙；

(3)電動機劇烈振動；

(4)電動機軸承劇烈發(fā)熱；

(5)電動機轉(zhuǎn)速迅速下降，溫度迅速升高。異步電動機定期維修是消除故障隱患、防止故障發(fā)生的重要措施。電動機維修分月維修和年維修，俗稱小修和大修。前者不拆開電動機，后者需把電動機全部拆開進行維修。四、電動機的定期維修1.定期小修主要內(nèi)容定期小修是對電動機的一般清理和檢查，應(yīng)經(jīng)常進行。小修內(nèi)容包括：

(1)清擦電動機外殼，除掉運行中積累的污垢；

(2)測量電動機絕緣電阻，測后注意重新接好線，擰緊接線頭螺釘；

(3)檢查電動機端蓋、地腳螺釘是否緊固；

(4)檢查電動機接地線是否可靠；

(5)檢查電動機與負載機械間的傳動裝置是否良好；

(6)拆下軸承蓋，檢查潤滑介質(zhì)是否變臟、干潤，及時加油或換油。處理完畢后，注意上好端蓋及緊固螺釘；

(7)檢查電動機附屬起動和保護設(shè)備是否完好。

2.定期大修主要內(nèi)容異步電動機的定期大修應(yīng)結(jié)合負載機械的大修進行。大修時，拆開電動機進行以下項目的檢查修理。

(1)檢查電動機各部件有無機械損傷，若有則應(yīng)進行相應(yīng)修復(fù)；

(2)對拆開的電動機和起動設(shè)備，進行清理，清除所有油泥、污垢。清理中注意觀察繞組絕緣狀況。若絕緣為暗褐色，說明絕緣已經(jīng)老化，對這種絕緣要特別注意不要碰撞使它脫落。若發(fā)現(xiàn)有脫落就進行局部絕緣修復(fù)和刷漆；

(3)拆下軸承，浸在柴油或汽油中徹底清洗。把軸承架與鋼珠間殘留的油脂及臟物洗掉后，用干凈柴(汽)油清洗一遍。清洗后的軸承應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，不松動。若軸承表面粗糙，說明油脂不合格；若軸承表面變色(發(fā)藍)，則它已經(jīng)退火。根據(jù)檢查結(jié)果，對油脂或軸承8.6電動機的選擇

8.6電動機的選擇

進行更換，并消除故障原因(如清除油中砂、鐵屑等雜物；正確安裝電動機等)；軸承新安裝時，加油應(yīng)從一側(cè)加入。油脂占軸承內(nèi)容積1/3～2/3即可。油加得太滿會發(fā)熱流出。潤滑油可采用鈣基潤滑脂或鈉基潤滑脂。

(4)檢查定子繞組是否存在故障。使用兆歐表測繞組電阻可判斷繞組絕緣性能是否因受潮而下降，是否有短路。若有，應(yīng)進行相應(yīng)處理；

(5)檢查定、轉(zhuǎn)子鐵心有無磨損和變形，若觀察到有磨損處或發(fā)亮點，說明可能存在定、轉(zhuǎn)子鐵心相擦，應(yīng)使用銼刀或刮刀把亮點刮低，若有變形應(yīng)做相應(yīng)修復(fù)；

(6)在進行以上各項修理、檢查后，對電動機進行裝配、安裝；

(7)安裝完畢的電動機，應(yīng)進行修理后檢查，符合要求后，方可帶負載運行。五、常見故障及掃除方法1.電源接通后電動機不起動的可能原因

(1)定子繞組接線錯誤。檢查接線，糾正錯誤。

(2)定子繞組斷路、短路或接地，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組斷路。找出故障點，排除故障。

(3)負載過重或傳動機構(gòu)被卡住。檢查傳動機構(gòu)及負載。

(4)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路斷線(電刷與滑環(huán)接觸不良，變阻器斷路，引線接觸不良等)。找出斷路點，并加以修復(fù)。

(5)電源電壓過低。檢查原因并排除。8.6電動機的選擇

2.