低壓籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的選用

0．引 言

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，具有體積小、效率高、噪聲低、振動(dòng)小、起動(dòng)性能好、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于一般農(nóng)業(yè)和工礦企業(yè)，驅(qū)動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)差率及其他性能無(wú)特殊要求的機(jī)械，如水泵、鼓風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、金屬切削機(jī)床、攪拌機(jī)、碾米機(jī)、磨粉機(jī)等。由于電機(jī)具有較好的起動(dòng)性能，因此，也適用于某些對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩有較高要求的機(jī)械。

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)一般采用F級(jí)絕緣、外殼防護(hù)等級(jí)為IP55，冷卻方式為ICO141。環(huán)境溫度不超過(guò)+40℃，海拔不超過(guò)1000m，定子繞組用電阻法測(cè)量溫升不超過(guò)85℃。電動(dòng)機(jī)以連續(xù)工作制（S1）為基準(zhǔn)的連續(xù)定額，額定電壓為380V，額定頻率為50Hz，4KW以下者為Y接，4KW及以上者為Δ接。

1．籠型三相異步電動(dòng)機(jī)選擇的基本因素

電機(jī)質(zhì)量的可靠性是選擇電動(dòng)機(jī)首要因素，其次是電機(jī)的運(yùn)行效率，再是生產(chǎn)商的技術(shù)支持和專業(yè)服務(wù)能力。質(zhì)量可靠的電動(dòng)機(jī)可最大限度減少設(shè)備事故發(fā)生率，避免突然停機(jī)造成的損失；電機(jī)的采購(gòu)成本同全部運(yùn)行成本相比，采購(gòu)價(jià)格是相對(duì)次要的，其主要運(yùn)行成本是電耗，電機(jī)的運(yùn)行效率是決定運(yùn)行費(fèi)用的主導(dǎo)因素；生產(chǎn)商的技術(shù)支持和專業(yè)服務(wù)能力可為用戶設(shè)備提供專業(yè)化最優(yōu)配置的電機(jī)，能對(duì)問(wèn)題電機(jī)做出及時(shí)有效的故障處理。

影響電機(jī)質(zhì)量的三個(gè)主要因素是：材料質(zhì)量，企業(yè)的質(zhì)量管理體系和人員技術(shù)水平。軸承，繞組，機(jī)座，轉(zhuǎn)子軸，風(fēng)扇，接線盒等主要部件的質(zhì)量是電機(jī)質(zhì)量的重要組成部分，要保證電機(jī)質(zhì)量，提高電機(jī)壽命，必須確保這些部件的材料和設(shè)計(jì)指標(biāo)合格。電機(jī)在各種條件下，應(yīng)用于眾多場(chǎng)合，為某種工況條件下，選擇適用電機(jī)的合理建議，是保證電機(jī)壽命的首要前提。正規(guī)的電機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)擁有廣泛的工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于特定工況條件和工業(yè)領(lǐng)域的特定要求的電機(jī)，可制定出合理有效的檢查試驗(yàn)質(zhì)量管理保證體系。高素質(zhì)的專業(yè)隊(duì)伍，可在電機(jī)的安裝，冷卻，防護(hù)結(jié)構(gòu)形式，電壓功率的選用和節(jié)能調(diào)速的選擇等方面給出合理的建議。

2．籠型三相異步電動(dòng)機(jī)安裝結(jié)構(gòu)型式的選擇

電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式主要指電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)型式、冷卻方法及安裝方式。籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的防護(hù)型式有多種，選擇使用時(shí)必須根據(jù)不同的工作環(huán)境選擇適宜防護(hù)類型的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的防護(hù)等級(jí)有開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式、潛水式等數(shù)種。通常情況下優(yōu)先選用開(kāi)啟式，價(jià)格便宜，相對(duì)效率偏高，適用于干燥清潔的環(huán)境。

對(duì)于潮濕、易受風(fēng)雨侵蝕、多灰塵、易燃、腐蝕性的環(huán)境應(yīng)選用封閉式，而在灰塵多，對(duì)電機(jī)絕緣無(wú)害且易被壓縮空氣吹凈時(shí)，可選用防護(hù)式。潛水泵用電機(jī)，應(yīng)采用完全密封式，保證在水中工作時(shí)不被潮氣侵入，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在有火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中時(shí)，選用防爆式；對(duì)海拔高度超過(guò)1000米的地方選用高原電機(jī)；對(duì)環(huán)境溫度濕度較高的地方，可選用耐濕熱電機(jī)。

電動(dòng)機(jī)的冷卻方法主要是指電動(dòng)機(jī)冷卻回路的布置方式、冷卻介質(zhì)的形式以及冷卻介質(zhì)的推動(dòng)方法等。按通風(fēng)冷卻方式分為：

1）自冷式：電動(dòng)機(jī)僅依靠表面的輻射和空氣的自然流動(dòng)獲得冷卻。

2）自扇冷式：電動(dòng)機(jī)由本身驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇，供給冷卻空氣以冷卻電動(dòng)機(jī)表面或其內(nèi)部。3）他扇冷式：供給冷卻空氣的風(fēng)扇不是由電動(dòng)機(jī)本身驅(qū)動(dòng)，而是獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的。

4）管道通風(fēng)式：冷卻空氣不是直接由電動(dòng)機(jī)外部進(jìn)入電動(dòng)機(jī)或直接由電動(dòng)機(jī)內(nèi)部排出，而是經(jīng)過(guò)管道引入或排出電動(dòng)機(jī)，管道通風(fēng)的風(fēng)機(jī)可以是自扇冷式或他扇冷式。

5）閉路循環(huán)液體或氣體冷卻：冷卻電動(dòng)機(jī)的介質(zhì)循環(huán)在包括電動(dòng)機(jī)和冷卻器的封閉回路里，冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)時(shí)吸收熱量，經(jīng)過(guò)冷卻器時(shí)放出熱量。

6）表面冷卻和內(nèi)部冷卻：冷卻介質(zhì)不經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體內(nèi)部稱為表面冷卻，冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)導(dǎo)體內(nèi)部稱為內(nèi)部冷卻。一般用途電動(dòng)機(jī)用空氣作為冷卻介質(zhì)，采用機(jī)殼表面冷卻方式，初、次級(jí)冷卻介質(zhì)的推動(dòng)方法均采用自循環(huán)。電動(dòng)機(jī)冷卻方式的選擇原則是：從電機(jī)獨(dú)立性考慮，電機(jī)冷卻方式能采用自扇冷的不采用強(qiáng)制冷卻，能采用空冷的不采用水冷。

電動(dòng)機(jī)的安裝型式有臥式和立式兩種。臥式電機(jī)的安裝型式主要分為B₃，B₅，B₃₅；立式電機(jī)的安裝型式主要有V₁，V₃，V₅，V₆，V₁₅，V₃₆。一般情況下根據(jù)設(shè)備的安裝型式優(yōu)先選用臥式電機(jī)，特殊情況用立式。不同安裝型式注意軸承的正確選用，大機(jī)座號(hào)臥式電機(jī)的前軸承選擇承載能力強(qiáng)的柱軸承，立式電機(jī)一端選用可承受軸向負(fù)荷的軸承。

3．籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速選擇

三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速要根據(jù)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的要求及傳動(dòng)裝置的配比情況來(lái)選擇。電動(dòng)機(jī)每分鐘的同步轉(zhuǎn)速通常有3000、1500、1000、750及600等多種，異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速由于存在轉(zhuǎn)差率，一般要比同步轉(zhuǎn)速低2％～5%。從電動(dòng)機(jī)制造角度講，同樣功率的電動(dòng)機(jī)若額定轉(zhuǎn)速越高，其電磁轉(zhuǎn)矩外形尺寸愈小，成本就愈低，且重量亦輕，并且高速電機(jī)的功率因數(shù)及效率比低速電機(jī)都高。選擇轉(zhuǎn)速愈高的電動(dòng)機(jī)，經(jīng)濟(jì)性愈好，但若由此而引起電動(dòng)機(jī)與被拖動(dòng)機(jī)械間的轉(zhuǎn)速相差過(guò)大時(shí)，所需裝設(shè)減速裝置的傳動(dòng)級(jí)數(shù)就越多，會(huì)加大設(shè)備成本及傳動(dòng)的能量損耗，因此要經(jīng)過(guò)分析比較擇優(yōu)選定。我們通常應(yīng)用的電機(jī)大部分是選用4極，同步轉(zhuǎn)速1500r/min的電機(jī)，這種額定轉(zhuǎn)速的電機(jī)適應(yīng)范圍廣，功率因數(shù)和工作效率較高。

4．籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓選擇

現(xiàn)有工廠企業(yè)的生產(chǎn)機(jī)械選配電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)與工廠配電電壓一致，新建工廠的電動(dòng)機(jī)，其電壓選擇要與工廠供配電電壓的選擇一起考慮，根據(jù)不同電壓等級(jí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)決定。我國(guó)規(guī)定的低電壓電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)為220/380V。一般中小容量的低壓電動(dòng)機(jī)，其額定電壓分別為220/380V（△/Y接法）和380/660V(△/Y接法)兩種。

5．籠型三相異步電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇

電動(dòng)機(jī)的容量計(jì)算及校驗(yàn)比較復(fù)雜，其中電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算考慮的因素較多，電動(dòng)機(jī)負(fù)載圖的得到比較困難，實(shí)際工程應(yīng)用中，常常采用統(tǒng)計(jì)法和類比法。統(tǒng)計(jì)法是將同類型設(shè)備所選用電動(dòng)機(jī)的容量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出電動(dòng)機(jī)容量與該類生產(chǎn)機(jī)械主要參數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)實(shí)際情況，定出相應(yīng)的指數(shù)，得到電動(dòng)機(jī)容量的相應(yīng)計(jì)算公式。類比法是指對(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行考驗(yàn)的同類生產(chǎn)機(jī)械所采用電動(dòng)機(jī)的容量進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)生產(chǎn)機(jī)械及電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，確定新生產(chǎn)機(jī)械所選電動(dòng)機(jī)容量的方法。

電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇步驟是：首先計(jì)算負(fù)載功率P_zd；然后根據(jù)負(fù)載功率預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率P_N；最后進(jìn)行發(fā)熱、過(guò)載能力和啟動(dòng)能力校驗(yàn)，直至合適為止。由于電動(dòng)機(jī)一個(gè)周期內(nèi)的溫升不僅與負(fù)載的大小有關(guān)，還與負(fù)載的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。生產(chǎn)機(jī)械平均負(fù)載功率P_zd 只能反映電動(dòng)機(jī)的平均溫升，因此按P_N=(1.1~1.6) P_zd預(yù)選電動(dòng)機(jī)額定功率，大負(fù)載的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)則應(yīng)選擇較大系數(shù)；然后再計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的溫升變化曲線得到最高溫升θ_max ，并對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)。

5.1 連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇

連續(xù)工作的生產(chǎn)機(jī)械電動(dòng)機(jī)功率的選擇較為簡(jiǎn)單，根據(jù)負(fù)載的功率，在產(chǎn)品目錄中選一臺(tái)額定功率等于或略大于負(fù)載功率，且轉(zhuǎn)速合適的電動(dòng)機(jī)即可。

5.2 周期性變化負(fù)載下電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇

電動(dòng)機(jī)在變動(dòng)負(fù)載下運(yùn)行，其輸出的功率不斷變化，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的損耗和溫升也不斷變化。此時(shí)，如按最大負(fù)載功率選擇電動(dòng)機(jī)功率，電動(dòng)機(jī)將不能充分利用；而按最小負(fù)載功率選擇電動(dòng)機(jī)功率，電動(dòng)機(jī)要過(guò)載，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高。因此，變化負(fù)載下電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇要復(fù)雜些，一般按下列步驟進(jìn)行：預(yù)選電動(dòng)機(jī)額定功率；電動(dòng)機(jī)額定功率的校驗(yàn)；電動(dòng)機(jī)額定功率的修正；過(guò)載能力和啟動(dòng)能力的校驗(yàn)。

5.3 短時(shí)工作制下電動(dòng)機(jī)功率的選擇

短時(shí)工作制的負(fù)載，應(yīng)選用專用的短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)。在沒(méi)有專用電動(dòng)機(jī)的情況下，也可以選用連續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)。

1）直接選用短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)制造廠專門為短時(shí)工作制的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造了短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，其時(shí)間規(guī)格有：15min、30min、60min、90min四種。當(dāng)工作時(shí)間接近上述標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間時(shí)，可以按生產(chǎn)機(jī)械的功率、工作時(shí)間及轉(zhuǎn)速的要求，在產(chǎn)品目錄上直接選取。

2）選用連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，由于短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)很少，實(shí)踐中常選用連續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)來(lái)代替短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)工作。如果選擇一臺(tái)連續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)，使用正常同功率的電機(jī)，電動(dòng)機(jī)在發(fā)熱上沒(méi)有被充分利用；為此，可選擇一臺(tái)功率較小的電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載運(yùn)行，此時(shí)電動(dòng)機(jī)功率的選擇依據(jù)為：在短時(shí)工作時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)過(guò)載運(yùn)行所達(dá)到的溫升恰好等于或略小于電動(dòng)機(jī)所允許的最高溫升。

5.4 斷續(xù)周期工作制下電動(dòng)機(jī)功率的選擇

斷續(xù)周期工作制下電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%四種。同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，在不同負(fù)載持續(xù)率下，其額定輸出功率不同，負(fù)載持續(xù)率越小，額定功率就越大，即P15%>P25%>P40%>P60%。斷續(xù)周期工作制電動(dòng)機(jī)功率選擇的步驟與連續(xù)工作制變動(dòng)負(fù)載下的功率選擇是相似的，要經(jīng)過(guò)預(yù)選電動(dòng)機(jī)和校驗(yàn)等步驟，一般情況下，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載持續(xù)率來(lái)預(yù)選電動(dòng)機(jī)。

6．籠型三相異步電動(dòng)機(jī)節(jié)能調(diào)速的選擇

從節(jié)能和調(diào)速的角度考慮，應(yīng)選擇高效變頻電機(jī)，采用變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制。普通雙速或多速三相籠型異步電動(dòng)機(jī)選型時(shí)由于考慮到啟動(dòng)，過(guò)載等因素的影響，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，達(dá)不到滿載運(yùn)行，使電機(jī)的效率降低，浪費(fèi)一部分電能。變頻調(diào)速系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，改善了風(fēng)機(jī)、泵類電機(jī)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，消除“大馬拉小車”現(xiàn)象，通過(guò)合理匹配電機(jī)系統(tǒng)，做到了電機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)的集成化，智能化，信息化。集成化是指提供電機(jī)與控制器集成化的產(chǎn)品給客戶，即電力電子、電機(jī)與控制系統(tǒng)高度集成化，使三者從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行、維護(hù)都更緊密地融為一體。

智能化是指在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)和精度，更好的達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的效果。信息化，即現(xiàn)代電氣傳動(dòng)系統(tǒng)不但是轉(zhuǎn)換、傳送能量的裝置，而且要成為傳遞、交換信息的通道，提供最優(yōu)的能源利用效果。通過(guò)不斷加快技術(shù)創(chuàng)新、努力提高電機(jī)系統(tǒng)能效水平、扎實(shí)推進(jìn)相關(guān)配套措施的落實(shí)，使電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能成為最具潛力的節(jié)能方法。

7．結(jié) 論

全世界的用電量中約有60%是通過(guò)電動(dòng)機(jī)來(lái)消耗的。合理選用電機(jī)的安裝防護(hù)型式，電制頻率和轉(zhuǎn)速功率，可減少設(shè)備事故發(fā)生率，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約電能。同時(shí)，使用高效變頻電機(jī)，采用變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)，可使高效變頻電機(jī)在達(dá)到需要的負(fù)載下節(jié)能運(yùn)行，節(jié)約電能。特別是對(duì)風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載的運(yùn)行，通過(guò)變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，將閥門，擋板開(kāi)到最大，減小管路的阻尼，使變頻電機(jī)在經(jīng)濟(jì)節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行，節(jié)能效果更加明顯。變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)，由于本身具有無(wú)級(jí)調(diào)速和節(jié)能雙重優(yōu)勢(shì)，所以是今后機(jī)械設(shè)備提高效率，節(jié)約能源，調(diào)速運(yùn)行的發(fā)展方向。