電機選擇的基本要求有哪些?
內(nèi)容簡介:電機選擇的基本要求有哪些?首先回答問題,電機選型需要的基本內(nèi)容有:所驅(qū)動的負載類型,額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速。這個得反過來從電機特點說。電機可以簡單劃分為直流電機和交流電機,交流又分為同步電機和異步電機。
電機選擇的基本要求有哪些?這個問題很大,試著來寫一點。本人是工業(yè)大型電動機銷售,電氣工程及其自動化專業(yè),畢業(yè)后從事電機行業(yè)兩年余,技術(shù)略懂一些,遇到問題更多是商務和售后,設計方面很少,所以只能從工業(yè)使用角度分析一下。我也在學習當中,回答難免偏頗錯漏,歡迎交流探討。
首先回答問題,電機選型需要的基本內(nèi)容有:所驅(qū)動的負載類型,額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速。
一、所驅(qū)動的負載類型
這個得反過來從電機特點說。電機可以簡單劃分為直流電機和交流電機,交流又分為同步電機和異步電機。
1、直流電機
直流電機的優(yōu)點是可以方便地通過改變電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,并可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。適用于需要頻繁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的負載,如鋼廠的軋機,礦山的提升機等。但現(xiàn)在隨著變頻技術(shù)的發(fā)展,交流電機也可以通過改變頻率來實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。不過雖然變頻電機價格比普通電機貴不了多少,但變頻器價格在整套設備中占據(jù)主要部分,所以直流電機還有一個優(yōu)點是便宜。
直流電機的缺點在于結(jié)構(gòu)復雜,任何設備只要結(jié)構(gòu)復雜,必然導致故障率增加。直流電機相比于交流電機,除了繞組復雜(勵磁繞組、換向極繞組、補償繞組、電樞繞組),還增加了滑環(huán)、電刷和換向器。不僅對制造商的工藝要求高,而且后期維護成本也相對較高。因此直流電機在工業(yè)應用中是處在一個逐漸沒落但過渡階段仍有用武之地的尷尬境地。如果用戶資金比較充裕的話,建議選擇交流電機配變頻器的方案,畢竟使用變頻器也帶來很多好處,這個不細說了。
2、異步電機
異步電機的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,維護方便,價格便宜。且制造工藝上也是最簡單的,曾聽車間的老技師說過,裝配一臺直流電機的所用工時,可以完成差不多功率的兩臺同步電機或者四臺異步電機,由此可見一斑。因此異步電機在工業(yè)中得到了最廣泛的應用。
異步電機又分為鼠籠型電機和繞線型電機,其區(qū)別在于轉(zhuǎn)子。鼠籠型電機轉(zhuǎn)子由金屬條制成,銅制或鋁制。鋁的價格比較低,我國又是鋁礦大國,在要求不高的場合應用廣泛。但銅的機械性能和導電性能都好于鋁,就我所接觸的絕大部分都是銅制轉(zhuǎn)子。鼠籠型電機在工藝上解決了斷排的問題后,可靠性遠遠超過繞組型轉(zhuǎn)子的電機。而其缺點在于,金屬轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的定子磁場中切割磁感線獲得的轉(zhuǎn)矩較小,且起動電流較大,對起動力矩要求較大的負載難以勝任。盡管增加電機鐵心長度可以獲得更多的轉(zhuǎn)矩,但力度十分有限。繞線型電機在啟動時通過滑環(huán)給轉(zhuǎn)子繞組通電,形成轉(zhuǎn)子磁場,與旋轉(zhuǎn)的定子磁場相對運動,因此獲得轉(zhuǎn)矩更大。且在啟動過程中串聯(lián)水電阻來降低啟動電流,水電阻由成熟的電控裝置控制隨啟動過程改變阻值。適用于軋機、提升機等負載。由于繞線型異步電機相對鼠籠型電機增加了滑環(huán)、水電阻等,在整體設備價格上有一定提高。其與直流電機相比,調(diào)速范圍較為狹窄且轉(zhuǎn)矩相對較小,相應價值也低。
然而異步電機由于給定子繞組通電建立旋轉(zhuǎn)磁場,而繞組屬于電感性元件不做功,要從電網(wǎng)中吸收無功功率,對電網(wǎng)沖擊很大。直觀體驗有大功率電感性電器接入電網(wǎng)時,電網(wǎng)電壓下降,電燈亮度一下都降低。因此供電局對異步電動機的使用會有所限制,這也是很多工廠必須考慮的地方。部分用電大戶如鋼廠、鋁廠等,選擇建立自備電廠,形成自己獨立的電網(wǎng),以減免對異步電動機的使用限制。所以異步電動機如果要滿足大功率負載使用,需配備無功功率補償裝置,而同步電動機則可通過勵磁裝置向電網(wǎng)提供無功功率,功率越大同步電動機的優(yōu)勢就越明顯,由此產(chǎn)生了同步電動機的舞臺。
3、同步電動機
同步電動機的優(yōu)點除了過勵狀態(tài)可以補償無功功率外,還包括1)同步電動機的轉(zhuǎn)速嚴格遵守n=60f/p,可以精確控制轉(zhuǎn)速;2)運行穩(wěn)定性高,當電網(wǎng)電壓突然下降,其勵磁系統(tǒng)一般會強行勵磁,保證電動機運行穩(wěn)定,而異步電動機轉(zhuǎn)矩(與電壓平方成正比)則會大幅下降;3)過載能力比相應異步電動機大;4)運行效率高,尤其是低速同步電動機。
同步電動機無法直接啟動,需要異步啟動或變頻啟動。異步啟動指同步電動機在轉(zhuǎn)子上裝有類似于異步電機籠式繞組的啟動繞組,在勵磁回路中串接約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來構(gòu)成閉合電路,把同步電動機的定子直接接入電網(wǎng),使之按異步電動機啟動,當轉(zhuǎn)速達到亞同步轉(zhuǎn)速(95%)時,再切除附加電阻的啟動方式;變頻啟動不多贅述。所以同步電動機缺點之一是需要為啟動增加額外的設備裝置。
同步電機是靠勵磁電流運行的,如果沒有勵磁,電機就是異步的。勵磁是加在轉(zhuǎn)子上的直流系統(tǒng),它的旋轉(zhuǎn)速度和極性與定子是一致的,如果勵磁出現(xiàn)問題,電動機就會失步,調(diào)整不過來,觸發(fā)保護“勵磁故障”電動機跳閘。所以同步電動機缺點之二是需要增加勵磁裝置,以前是由直流機直接供給,現(xiàn)在大多由可控硅整流供給。還是那句老話,結(jié)構(gòu)越復雜、設備裝置越多,故障點就越多,故障率越高。
(同步電機參考資料:百度文庫>專業(yè)資料>工程科技>電力/水利《同步電動機特點》)
根據(jù)同步電機的性能特點,其應用主要在提升機、磨機、風機、壓縮機、軋機、水泵等負載上。
綜上所述,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,鼠籠型異步電動機優(yōu)于繞線型異步電動機。
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)先選用普通鼠籠型異步電動機,其廣泛用于機械、水泵、風機等。
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,應采用同步電動機,例如中、大容量的水泵,空氣壓縮機、提升機、磨機等。
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或同步電機,例如大型精密機床、龍門刨床、軋鋼機、提升機等。
要求起動轉(zhuǎn)距大,機械特性軟的生產(chǎn)機械,使用串勵或復勵直流電動機,例如電車、電機車、重型起重機等。
二、額定功率
電動機的額定功率是指輸出功率,即軸功率,也稱容量大小,是電動機標志性參數(shù)。常有人問電機多大的,一般不是指電機的尺寸大小,而是指額定功率。它是量化電動機拖動負載能力的最重要的指標,也是電機選型時必須提供的參數(shù)要求。
P_{N}=\sqrt{3} \cdot U_{N} \cdot I_{N} \cdot cos\theta \cdot \eta
(P_{N} 為額定功率,U_{N} 為額定電壓,I_{N} 為額定電流,cosθ為功率因素,η為效率)
正確選擇電動機容量的原則,應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。
決定電動機主要功率的因素有三個:
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)對異步鼠籠型電動機還要考慮起動能力。
首先具體生產(chǎn)機械根據(jù)其發(fā)熱、溫升及其負載要求,計算并選擇負載功率,電動機再根據(jù)負載功率、工作制、過載要求預選額定功率。電動機的額定功率預選好后,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。因此工作制也是必要提供的要求之一,若無要求則默認按最常規(guī)的S1工作制處理;有過載要求的電機也需要提供過載倍數(shù)及相應運行時間;異步鼠籠型電機驅(qū)動風機等大轉(zhuǎn)動慣量負載時,還需要提供負載的轉(zhuǎn)動慣量及起動阻力矩曲線圖來校核起動能力。
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下表相應增減。
因此氣候惡劣地區(qū)還需要提供環(huán)境溫度,例如印度,環(huán)境溫度就需要按50℃進行校核。此外,高海拔對電機功率也會有影響,海拔越高,電機溫升越大,輸出功率越小。并且高海拔使用的電機還需考慮電暈現(xiàn)象的影響。
對于目前市場上電動機的功率范圍,我謹列舉所掌握的本人所在公司業(yè)績表數(shù)據(jù)以供參考。
直流電機:ZD9350(磨機) 9350kW
異步電機:鼠籠型YGF1120-4(高爐風機) 28000kW
繞線型YRKK1000-6(生料磨機) 7400kW
同步電機:TWS36000-4(高爐風機) 36000kW(試驗機組達到40000kW)
三、額定電壓
電動機的額定電壓,是指在額定工作方式下的線電壓。
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。低壓電機功率增大到一定程度(如300KW/380V),電流受到導線承受能力的限制就難以做大,或成本過高。需要通過提高電壓實現(xiàn)大功率輸出。 高壓電網(wǎng)供電電壓一般為為6000V或10000V,國外也有3300V、6600V和11000V的電壓等級。 高壓電機優(yōu)點是功率大,承受沖擊能力強;缺點是慣性大,啟動和制動都困難。
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為220V。
四、額定轉(zhuǎn)速
電動機的額定轉(zhuǎn)速,是指在額定工作方式下的轉(zhuǎn)速。
電動機和由它拖動的工作機械都有各自的額定轉(zhuǎn)速。在選擇電動機的轉(zhuǎn)速時,應注意轉(zhuǎn)速不宜選的過低,因為電動機額定轉(zhuǎn)速越低,其級數(shù)越多,體積就越大,價格也就越高;同時,電動機的轉(zhuǎn)速也不宜選的過高,因為這樣會使傳動機構(gòu)過于復雜,而且難以維護。
此外功率一定時,電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。T=9550P/n
所以啟動、制動要求不高者可從設備初始投資、占地面積和維護費用等方面,以幾個不同的額定轉(zhuǎn)速進行全面比較,最后確定額定轉(zhuǎn)速;而經(jīng)常啟動、制動及反轉(zhuǎn),但過渡過程持續(xù)時間對生產(chǎn)率影響不大者,除考慮初始投資外,主要以過渡過程量損耗最小為條件來選擇轉(zhuǎn)速比及電動機額定轉(zhuǎn)速。例如提升機電機,需要頻繁正反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)矩很大,轉(zhuǎn)速就很低,電機體積龐大,價格昂貴。
當電機轉(zhuǎn)速較高時,還需考慮電機的臨界轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)中都會發(fā)生振動,轉(zhuǎn)子的振幅隨轉(zhuǎn)速的增大而增大,到某一轉(zhuǎn)速時振幅達到最大值(也就是平常所說的共振),超過這一轉(zhuǎn)速后振幅隨轉(zhuǎn)速增大逐漸減少,且穩(wěn)定于某一范圍內(nèi),這一轉(zhuǎn)子振幅最大的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。這個轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子的固有頻率。當轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大,接近2倍固有頻率時振幅又會增大,當轉(zhuǎn)速等于2倍固有頻率時稱為二階臨界轉(zhuǎn)速 ,依次類推有三階、四階等臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子如果在臨界轉(zhuǎn)速下運行,會出現(xiàn)劇烈的振動,而且軸的彎曲度明顯增大,長時間運行還會造成軸的嚴重彎曲變形,甚至折斷。電機的一階臨界轉(zhuǎn)速一般在1500轉(zhuǎn)/分以上,故而常規(guī)低速電機一般不考慮臨界轉(zhuǎn)速的影響。反之,對2極高速電機,額定轉(zhuǎn)速接近3000轉(zhuǎn)/分,則需考慮該影響,需避免讓電機長期使用在臨界轉(zhuǎn)速范圍。
一般來說,提供了驅(qū)動的負載類型、電機的額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速便可以將電機大致確定下來。但如果要最優(yōu)化地滿足負載要求,這些基本參數(shù)就遠遠不夠了。還需要提供的參數(shù)包括:頻率,工作制,過載要求,絕緣等級,防護等級,轉(zhuǎn)動慣量,負載阻力矩曲線,安裝方式,環(huán)境溫度,海拔高度,戶外要求等,根據(jù)具體情況提供。
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首先回答問題,電機選型需要的基本內(nèi)容有:所驅(qū)動的負載類型,額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速。
一、所驅(qū)動的負載類型
這個得反過來從電機特點說。電機可以簡單劃分為直流電機和交流電機,交流又分為同步電機和異步電機。
1、直流電機
直流電機的優(yōu)點是可以方便地通過改變電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,并可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。適用于需要頻繁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的負載,如鋼廠的軋機,礦山的提升機等。但現(xiàn)在隨著變頻技術(shù)的發(fā)展,交流電機也可以通過改變頻率來實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。不過雖然變頻電機價格比普通電機貴不了多少,但變頻器價格在整套設備中占據(jù)主要部分,所以直流電機還有一個優(yōu)點是便宜。
直流電機的缺點在于結(jié)構(gòu)復雜,任何設備只要結(jié)構(gòu)復雜,必然導致故障率增加。直流電機相比于交流電機,除了繞組復雜(勵磁繞組、換向極繞組、補償繞組、電樞繞組),還增加了滑環(huán)、電刷和換向器。不僅對制造商的工藝要求高,而且后期維護成本也相對較高。因此直流電機在工業(yè)應用中是處在一個逐漸沒落但過渡階段仍有用武之地的尷尬境地。如果用戶資金比較充裕的話,建議選擇交流電機配變頻器的方案,畢竟使用變頻器也帶來很多好處,這個不細說了。
2、異步電機
異步電機的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,維護方便,價格便宜。且制造工藝上也是最簡單的,曾聽車間的老技師說過,裝配一臺直流電機的所用工時,可以完成差不多功率的兩臺同步電機或者四臺異步電機,由此可見一斑。因此異步電機在工業(yè)中得到了最廣泛的應用。
異步電機又分為鼠籠型電機和繞線型電機,其區(qū)別在于轉(zhuǎn)子。鼠籠型電機轉(zhuǎn)子由金屬條制成,銅制或鋁制。鋁的價格比較低,我國又是鋁礦大國,在要求不高的場合應用廣泛。但銅的機械性能和導電性能都好于鋁,就我所接觸的絕大部分都是銅制轉(zhuǎn)子。鼠籠型電機在工藝上解決了斷排的問題后,可靠性遠遠超過繞組型轉(zhuǎn)子的電機。而其缺點在于,金屬轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的定子磁場中切割磁感線獲得的轉(zhuǎn)矩較小,且起動電流較大,對起動力矩要求較大的負載難以勝任。盡管增加電機鐵心長度可以獲得更多的轉(zhuǎn)矩,但力度十分有限。繞線型電機在啟動時通過滑環(huán)給轉(zhuǎn)子繞組通電,形成轉(zhuǎn)子磁場,與旋轉(zhuǎn)的定子磁場相對運動,因此獲得轉(zhuǎn)矩更大。且在啟動過程中串聯(lián)水電阻來降低啟動電流,水電阻由成熟的電控裝置控制隨啟動過程改變阻值。適用于軋機、提升機等負載。由于繞線型異步電機相對鼠籠型電機增加了滑環(huán)、水電阻等,在整體設備價格上有一定提高。其與直流電機相比,調(diào)速范圍較為狹窄且轉(zhuǎn)矩相對較小,相應價值也低。
然而異步電機由于給定子繞組通電建立旋轉(zhuǎn)磁場,而繞組屬于電感性元件不做功,要從電網(wǎng)中吸收無功功率,對電網(wǎng)沖擊很大。直觀體驗有大功率電感性電器接入電網(wǎng)時,電網(wǎng)電壓下降,電燈亮度一下都降低。因此供電局對異步電動機的使用會有所限制,這也是很多工廠必須考慮的地方。部分用電大戶如鋼廠、鋁廠等,選擇建立自備電廠,形成自己獨立的電網(wǎng),以減免對異步電動機的使用限制。所以異步電動機如果要滿足大功率負載使用,需配備無功功率補償裝置,而同步電動機則可通過勵磁裝置向電網(wǎng)提供無功功率,功率越大同步電動機的優(yōu)勢就越明顯,由此產(chǎn)生了同步電動機的舞臺。
3、同步電動機
同步電動機的優(yōu)點除了過勵狀態(tài)可以補償無功功率外,還包括1)同步電動機的轉(zhuǎn)速嚴格遵守n=60f/p,可以精確控制轉(zhuǎn)速;2)運行穩(wěn)定性高,當電網(wǎng)電壓突然下降,其勵磁系統(tǒng)一般會強行勵磁,保證電動機運行穩(wěn)定,而異步電動機轉(zhuǎn)矩(與電壓平方成正比)則會大幅下降;3)過載能力比相應異步電動機大;4)運行效率高,尤其是低速同步電動機。
同步電動機無法直接啟動,需要異步啟動或變頻啟動。異步啟動指同步電動機在轉(zhuǎn)子上裝有類似于異步電機籠式繞組的啟動繞組,在勵磁回路中串接約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來構(gòu)成閉合電路,把同步電動機的定子直接接入電網(wǎng),使之按異步電動機啟動,當轉(zhuǎn)速達到亞同步轉(zhuǎn)速(95%)時,再切除附加電阻的啟動方式;變頻啟動不多贅述。所以同步電動機缺點之一是需要為啟動增加額外的設備裝置。
同步電機是靠勵磁電流運行的,如果沒有勵磁,電機就是異步的。勵磁是加在轉(zhuǎn)子上的直流系統(tǒng),它的旋轉(zhuǎn)速度和極性與定子是一致的,如果勵磁出現(xiàn)問題,電動機就會失步,調(diào)整不過來,觸發(fā)保護“勵磁故障”電動機跳閘。所以同步電動機缺點之二是需要增加勵磁裝置,以前是由直流機直接供給,現(xiàn)在大多由可控硅整流供給。還是那句老話,結(jié)構(gòu)越復雜、設備裝置越多,故障點就越多,故障率越高。
(同步電機參考資料:百度文庫>專業(yè)資料>工程科技>電力/水利《同步電動機特點》)
根據(jù)同步電機的性能特點,其應用主要在提升機、磨機、風機、壓縮機、軋機、水泵等負載上。
綜上所述,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,鼠籠型異步電動機優(yōu)于繞線型異步電動機。
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)先選用普通鼠籠型異步電動機,其廣泛用于機械、水泵、風機等。
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,應采用同步電動機,例如中、大容量的水泵,空氣壓縮機、提升機、磨機等。
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或同步電機,例如大型精密機床、龍門刨床、軋鋼機、提升機等。
要求起動轉(zhuǎn)距大,機械特性軟的生產(chǎn)機械,使用串勵或復勵直流電動機,例如電車、電機車、重型起重機等。
二、額定功率
電動機的額定功率是指輸出功率,即軸功率,也稱容量大小,是電動機標志性參數(shù)。常有人問電機多大的,一般不是指電機的尺寸大小,而是指額定功率。它是量化電動機拖動負載能力的最重要的指標,也是電機選型時必須提供的參數(shù)要求。
P_{N}=\sqrt{3} \cdot U_{N} \cdot I_{N} \cdot cos\theta \cdot \eta
(P_{N} 為額定功率,U_{N} 為額定電壓,I_{N} 為額定電流,cosθ為功率因素,η為效率)
正確選擇電動機容量的原則,應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。
決定電動機主要功率的因素有三個:
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)對異步鼠籠型電動機還要考慮起動能力。
首先具體生產(chǎn)機械根據(jù)其發(fā)熱、溫升及其負載要求,計算并選擇負載功率,電動機再根據(jù)負載功率、工作制、過載要求預選額定功率。電動機的額定功率預選好后,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。因此工作制也是必要提供的要求之一,若無要求則默認按最常規(guī)的S1工作制處理;有過載要求的電機也需要提供過載倍數(shù)及相應運行時間;異步鼠籠型電機驅(qū)動風機等大轉(zhuǎn)動慣量負載時,還需要提供負載的轉(zhuǎn)動慣量及起動阻力矩曲線圖來校核起動能力。
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下表相應增減。
因此氣候惡劣地區(qū)還需要提供環(huán)境溫度,例如印度,環(huán)境溫度就需要按50℃進行校核。此外,高海拔對電機功率也會有影響,海拔越高,電機溫升越大,輸出功率越小。并且高海拔使用的電機還需考慮電暈現(xiàn)象的影響。
對于目前市場上電動機的功率范圍,我謹列舉所掌握的本人所在公司業(yè)績表數(shù)據(jù)以供參考。
直流電機:ZD9350(磨機) 9350kW
異步電機:鼠籠型YGF1120-4(高爐風機) 28000kW
繞線型YRKK1000-6(生料磨機) 7400kW
同步電機:TWS36000-4(高爐風機) 36000kW(試驗機組達到40000kW)
三、額定電壓
電動機的額定電壓,是指在額定工作方式下的線電壓。
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。低壓電機功率增大到一定程度(如300KW/380V),電流受到導線承受能力的限制就難以做大,或成本過高。需要通過提高電壓實現(xiàn)大功率輸出。 高壓電網(wǎng)供電電壓一般為為6000V或10000V,國外也有3300V、6600V和11000V的電壓等級。 高壓電機優(yōu)點是功率大,承受沖擊能力強;缺點是慣性大,啟動和制動都困難。
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為220V。
四、額定轉(zhuǎn)速
電動機的額定轉(zhuǎn)速,是指在額定工作方式下的轉(zhuǎn)速。
電動機和由它拖動的工作機械都有各自的額定轉(zhuǎn)速。在選擇電動機的轉(zhuǎn)速時,應注意轉(zhuǎn)速不宜選的過低,因為電動機額定轉(zhuǎn)速越低,其級數(shù)越多,體積就越大,價格也就越高;同時,電動機的轉(zhuǎn)速也不宜選的過高,因為這樣會使傳動機構(gòu)過于復雜,而且難以維護。
此外功率一定時,電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。T=9550P/n
所以啟動、制動要求不高者可從設備初始投資、占地面積和維護費用等方面,以幾個不同的額定轉(zhuǎn)速進行全面比較,最后確定額定轉(zhuǎn)速;而經(jīng)常啟動、制動及反轉(zhuǎn),但過渡過程持續(xù)時間對生產(chǎn)率影響不大者,除考慮初始投資外,主要以過渡過程量損耗最小為條件來選擇轉(zhuǎn)速比及電動機額定轉(zhuǎn)速。例如提升機電機,需要頻繁正反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)矩很大,轉(zhuǎn)速就很低,電機體積龐大,價格昂貴。
當電機轉(zhuǎn)速較高時,還需考慮電機的臨界轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)中都會發(fā)生振動,轉(zhuǎn)子的振幅隨轉(zhuǎn)速的增大而增大,到某一轉(zhuǎn)速時振幅達到最大值(也就是平常所說的共振),超過這一轉(zhuǎn)速后振幅隨轉(zhuǎn)速增大逐漸減少,且穩(wěn)定于某一范圍內(nèi),這一轉(zhuǎn)子振幅最大的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。這個轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子的固有頻率。當轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大,接近2倍固有頻率時振幅又會增大,當轉(zhuǎn)速等于2倍固有頻率時稱為二階臨界轉(zhuǎn)速 ,依次類推有三階、四階等臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子如果在臨界轉(zhuǎn)速下運行,會出現(xiàn)劇烈的振動,而且軸的彎曲度明顯增大,長時間運行還會造成軸的嚴重彎曲變形,甚至折斷。電機的一階臨界轉(zhuǎn)速一般在1500轉(zhuǎn)/分以上,故而常規(guī)低速電機一般不考慮臨界轉(zhuǎn)速的影響。反之,對2極高速電機,額定轉(zhuǎn)速接近3000轉(zhuǎn)/分,則需考慮該影響,需避免讓電機長期使用在臨界轉(zhuǎn)速范圍。
一般來說,提供了驅(qū)動的負載類型、電機的額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速便可以將電機大致確定下來。但如果要最優(yōu)化地滿足負載要求,這些基本參數(shù)就遠遠不夠了。還需要提供的參數(shù)包括:頻率,工作制,過載要求,絕緣等級,防護等級,轉(zhuǎn)動慣量,負載阻力矩曲線,安裝方式,環(huán)境溫度,海拔高度,戶外要求等,根據(jù)具體情況提供。
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