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低压笼型三相异步电动机的选用

学术研究2021.05.17
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摘要:

本文主要讲述笼型三相异步电动机选用的主客观因素,从电机质量的可靠性到电机的安装方式,防护型式,额定转速,电制频率,功率选择和调速节能等方面阐述笼型三相异步电动机的选用要求。


关键词:三相异步电动机;防护型式;额定转速;额定功率;工作制;节能调速。


 The low-voltage cage three-phase asynchronous motor selection

Chen Jingang

DeZhou HengLi Electrical Machinery CO.,LTD253002

AbstractThis paper mainly describes the cage type three-phase asynchronous motor of subjective and objective factorsfrom the installation reliability to the motor qualityprotective typerated speedPower system frequencythe basis for selecting the three-phase cage induction motor power of choice and control and energy saving etc..

KeywordCage type three-phase asynchronous motor Protective type rated speed power rating.

 

0.引 言


笼型三相异步电动机,具有体积小、效率高、噪声低、振动小、起动性能好、运行可靠、维护方便等优点。广泛应用于一般农业和工矿企业,驱动对转差率及其他性能无特殊要求的机械,如水泵、鼓风机、运输机械、农业机械、矿山机械、金属切削机床、搅拌机、碾米机、磨粉机等。由于电机具有较好的起动性能,因此,也适用于某些对起动转矩有较高要求的机械。


笼型三相异步电动机的绝缘等级一般采用F级绝缘、外壳防护等级为IP55,冷却方式为ICO141。环境温度不超过+40℃,海拔不超过1000m,定子绕组用电阻法测量温升不超过85℃。电动机以连续工作制(S1)为基准的连续定额,额定电压为380V,额定频率为50Hz4KW以下者为Y接,4KW及以上者为Δ接。


1.笼型三相异步电动机选择的基本因素


电机质量的可靠性是选择电动机首要因素,其次是电机的运行效率,再是生产商的技术支持和专业服务能力。质量可靠的电动机可最大限度减少设备事故发生率,避免突然停机造成的损失;电机的采购成本同全部运行成本相比,采购价格是相对次要的,其主要运行成本是电耗,电机的运行效率是决定运行费用的主导因素;生产商的技术支持和专业服务能力可为用户设备提供专业化最优配置的电机,能对问题电机做出及时有效的故障处理。


影响电机质量的三个主要因素是:材料质量,企业的质量管理体系和人员技术水平。轴承,绕组,机座,转子轴,风扇,接线盒等主要部件的质量是电机质量的重要组成部分,要保证电机质量,提高电机寿命,必须确保这些部件的材料和设计指标合格。电机在各种条件下,应用于众多场合,为某种工况条件下,选择适用电机的合理建议,是保证电机寿命的首要前提。正规的电机生产制造企业拥有广泛的工业应用经验,对于特定工况条件和工业领域的特定要求的电机,可制定出合理有效的检查试验质量管理保证体系。高素质的专业队伍,可在电机的安装,冷却,防护结构形式,电压功率的选用和节能调速的选择等方面给出合理的建议。


2.笼型三相异步电动机安装结构型式的选择


电动机的结构型式主要指电动机的外壳防护型式、冷却方法及安装方式。笼型三相异步电动机的防护型式有多种,选择使用时必须根据不同的工作环境选择适宜防护类型的电动机。电动机的防护等级有开启式、防护式、封闭式、防爆式、潜水式等数种。通常情况下优先选用开启式,价格便宜,相对效率偏高,适用于干燥清洁的环境。


对于潮湿、易受风雨侵蚀、多灰尘、易燃、腐蚀性的环境应选用封闭式,而在灰尘多,对电机绝缘无害且易被压缩空气吹净时,可选用防护式。潜水泵用电机,应采用完全密封式,保证在水中工作时不被潮气侵入,当电动机在有火灾或爆炸危险的环境中时,选用防爆式;对海拔高度超过1000米的地方选用高原电机;对环境温度湿度较高的地方,可选用耐湿热电机。


电动机的冷却方法主要是指电动机冷却回路的布置方式、冷却介质的形式以及冷却介质的推动方法等。按通风冷却方式分为:


1)自冷式:电动机仅依靠表面的辐射和空气的自然流动获得冷却。

2)自扇冷式:电动机由本身驱动的风扇,供给冷却空气以冷却电动机表面或其内部。3)他扇冷式:供给冷却空气的风扇不是由电动机本身驱动,而是独立驱动的。

4)管道通风式:冷却空气不是直接由电动机外部进入电动机或直接由电动机内部排出,而是经过管道引入或排出电动机,管道通风的风机可以是自扇冷式或他扇冷式。

5)闭路循环液体或气体冷却:冷却电动机的介质循环在包括电动机和冷却器的封闭回路里,冷却介质经过电动机时吸收热量,经过冷却器时放出热量。

6)表面冷却和内部冷却:冷却介质不经过电动机导体内部称为表面冷却,冷却介质经过电动机导体内部称为内部冷却。一般用途电动机用空气作为冷却介质,采用机壳表面冷却方式,初、次级冷却介质的推动方法均采用自循环。电动机冷却方式的选择原则是:从电机独立性考虑,电机冷却方式能采用自扇冷的不采用强制冷却,能采用空冷的不采用水冷。


电动机的安装型式有卧式和立式两种。卧式电机的安装型式主要分为B3B5B35;立式电机的安装型式主要有V1V3V5V6V15V36。一般情况下根据设备的安装型式优先选用卧式电机,特殊情况用立式。不同安装型式注意轴承的正确选用,大机座号卧式电机的前轴承选择承载能力强的柱轴承,立式电机一端选用可承受轴向负荷的轴承。


3.笼型三相异步电动机的额定转速选择


三相异步电动机的额定转速要根据拖动生产机械的要求及传动装置的配比情况来选择。电动机每分钟的同步转速通常有300015001000750600等多种,异步电动机额定转速由于存在转差率,一般要比同步转速低2%~5%。从电动机制造角度讲,同样功率的电动机若额定转速越高,其电磁转矩外形尺寸愈小,成本就愈低,且重量亦轻,并且高速电机的功率因数及效率比低速电机都高。选择转速愈高的电动机,经济性愈好,但若由此而引起电动机与被拖动机械间的转速相差过大时,所需装设减速装置的传动级数就越多,会加大设备成本及传动的能量损耗,因此要经过分析比较择优选定。我们通常应用的电机大部分是选用4极,同步转速1500r/min的电机,这种额定转速的电机适应范围广,功率因数和工作效率较高。


4.笼型三相异步电动机的额定电压选择


现有工厂企业的生产机械选配电动机时,电动机的额定电压应与工厂配电电压一致,新建工厂的电动机,其电压选择要与工厂供配电电压的选择一起考虑,根据不同电压等级,经技术经济比较后择优决定。我国规定的低电压电机标准为220/380V。一般中小容量的低压电动机,其额定电压分别为220/380V(△/Y接法)和380/660V(/Y接法)两种。


5.笼型三相异步电动机额定功率的选择


电动机的容量计算及校验比较复杂,其中电动机的负载转矩的计算考虑的因素较多,电动机负载图的得到比较困难,实际工程应用中,常常采用统计法和类比法。统计法是将同类型设备所选用电动机的容量进行统计分析,找出电动机容量与该类生产机械主要参数之间的关系,根据实际情况,定出相应的指数,得到电动机容量的相应计算公式。类比法是指对经过长期运行考验的同类生产机械所采用电动机的容量进行调查,并对生产机械及电动机的主要参数和工作条件进行类比,确定新生产机械所选电动机容量的方法。


电动机额定功率的选择步骤是:首先计算负载功率Pzd;然后根据负载功率预选电动机的额定功率PN;最后进行发热、过载能力和启动能力校验,直至合适为止。由于电动机一个周期内的温升不仅与负载的大小有关,还与负载的持续时间有关。生产机械平均负载功率Pzd 只能反映电动机的平均温升,因此按PN=(1.1~1.6) Pzd预选电动机额定功率,大负载的运行时间长则应选择较大系数;然后再计算出电动机的温升变化曲线得到最高温升θmax ,并对电动机进行校验。


5.1 连续工作制电动机额定功率的选择


连续工作的生产机械电动机功率的选择较为简单,根据负载的功率,在产品目录中选一台额定功率等于或略大于负载功率,且转速合适的电动机即可。


5.2 周期性变化负载下电动机额定功率的选择


电动机在变动负载下运行,其输出的功率不断变化,电动机内部的损耗和温升也不断变化。此时,如按最大负载功率选择电动机功率,电动机将不能充分利用;而按最小负载功率选择电动机功率,电动机要过载,会引起电动机温升过高。因此,变化负载下电动机额定功率的选择要复杂些,一般按下列步骤进行:预选电动机额定功率;电动机额定功率的校验;电动机额定功率的修正;过载能力和启动能力的校验。


5.3 短时工作制下电动机功率的选择


短时工作制的负载,应选用专用的短时工作制电动机。在没有专用电动机的情况下,也可以选用连续工作制的电动机。


1直接选用短时工作制电动机,电动机制造厂专门为短时工作制的生产机械设计制造了短时工作制电动机,其时间规格有:15min30min60min90min四种。当工作时间接近上述标准时间时,可以按生产机械的功率、工作时间及转速的要求,在产品目录上直接选取。


2选用连续工作制电动机,由于短时工作制的电动机的生产很少,实践中常选用连续工作制的电动机来代替短时工作制的电动机工作。如果选择一台连续工作制的电动机,使用正常同功率的电机,电动机在发热上没有被充分利用;为此,可选择一台功率较小的电动机,使电动机短时过载运行,此时电动机功率的选择依据为:在短时工作时间内,电动机过载运行所达到的温升恰好等于或略小于电动机所允许的最高温升。


5.4 断续周期工作制下电动机功率的选择


断续周期工作制下电动机的标准负载持续率有15%25%40%60%四种。同一台电动机,在不同负载持续率下,其额定输出功率不同,负载持续率越小,额定功率就越大,即P15%>P25%>P40%>P60%。断续周期工作制电动机功率选择的步骤与连续工作制变动负载下的功率选择是相似的,要经过预选电动机和校验等步骤,一般情况下,应根据生产机械的负载持续率来预选电动机。


6.笼型三相异步电动机节能调速的选择


从节能和调速的角度考虑,应选择高效变频电机,采用变频调速系统进行控制。普通双速或多速三相笼型异步电动机选型时由于考虑到启动,过载等因素的影响,电机正常运转时,达不到满载运行,使电机的效率降低,浪费一部分电能。变频调速系统的推广应用,改善了风机、泵类电机系统调节方式,消除“大马拉小车”现象,通过合理匹配电机系统,做到了电机运行控制系统的集成化,智能化,信息化。集成化是指提供电机与控制器集成化的产品给客户,即电力电子、电机与控制系统高度集成化,使三者从设计、制造到运行、维护都更紧密地融为一体。


智能化是指在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标和精度,更好的达到系统节能的效果。信息化,即现代电气传动系统不但是转换、传送能量的装置,而且要成为传递、交换信息的通道,提供最优的能源利用效果。通过不断加快技术创新、努力提高电机系统能效水平、扎实推进相关配套措施的落实,使电机系统节能成为最具潜力的节能方法。


7.结 论


全世界的用电量中约有60%是通过电动机来消耗的。合理选用电机的安装防护型式,电制频率和转速功率,可减少设备事故发生率,提高生产效率,节约电能。同时,使用高效变频电机,采用变频调速节能系统,可使高效变频电机在达到需要的负载下节能运行,节约电能。特别是对风机,泵类负载的运行,通过变频调速来调节流量,将阀门,挡板开到最大,减小管路的阻尼,使变频电机在经济节能状态下运行,节能效果更加明显。变频调速节能系统,由于本身具有无级调速和节能双重优势,所以是今后机械设备提高效率,节约能源,调速运行的发展方向。

 

参考文献:

[1] GB/T 997-2008 旋转电机结构型式、安装型式及接线盒位置的分类(IM代码)

[2] 陈金刚,笼型三相异步电机额定功率的选择,电机技术,2016-0643-46

 


作者简历:陈金刚,197410月生,1996年毕业于北京航空航天大学机电工程专业,一直在德州恒力电机有限责任公司检验科从事低压电器设备的设计,选型,检测和故障分析工作,2020年破格晋升为高级工程师。


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