电动机的几个概念

功率
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服务系数
• 服务系数是指工作制式和过载率，是衡量电机连续负载工作能力的一 个参数；它是为了满足特殊应用场合而备用的一个功率系数；
• 电机的服务系数：服务系数=最大可输出功率/额定功率，例如：服务 系数1.15，指的是最大可输出功率为额定功率的1.15倍，目前在空压 机行业都是使用了一定服务系数的电机，且实际部分或者全部使用了 该余量；
效率高，但IE3等级的二极电机会比IE2等级的四极电机效率高
– 缺点
• 体积大
• 二机电机
– 优点
• 体积小 • 小功率与四极电机效率相差不多
转子转速
• 转子转速n=定子旋转磁场转速n0吗？
– 异步
• 转子转速与旋转磁场转速差别用转差率表示为
s n0 n n 它与电机的设计和电机负0载有关
• n=(1-s)n0=(1-s)×60f/p (r/min)
在我国工频f=50Hz不同极对数p的旋转磁场转速
p n0 (r/min)
1
2
3
4
5
6
3000 1500 1000 750
600
500
二极电机与四级电机
• 四极电机应用更普遍 • 四极电机
– 优点
• 同功率下，四极电机较二极电机扭矩大 • 四极电机较二极电机波动小 • 四极电机较同等级二极电机效率高，如同为IE2的四极电机较同功率二极电机
– 对某些金属材料性能的影响
• 金属材料的强度和硬度随温度升高而下降
• 影响电机温升的因素
– 环境温度 – 海拔 – 电机的结构和工艺
异步电动机结构
• 二部分组成
– 定子
• 固定不动部分，固定在电动机的机座上； • 由定子铁心和绕组组成，铁心由冲有线槽的矽钢片叠压而成，而绕组均匀地
分布在铁心的槽内；
• 电机的额定电压一般都有一个公差，如400V+/-10%
功耗
• 电机的功耗并不是额度的功率，如75KW电机，功耗并不一定是 75KW，要考虑电机效率，如电机效率为93.6%，那么功耗为 75/0.936，也要考虑服务系数，不是看服务系数是多少，而是看实际 使用了多少。如服务系数为1.15，实际使用了1.1，那么功耗为 75/0.936×1.1=88.1KW
• 功率因数是因为电压与电流不同相产生，可以通过增加电容来增大功 率因数。
电机电流
• 从电机功率P=1.732×U×I×cosφ可得，I=P/1.732/U/cosφ • 额定电流是指额定功率下的电流 • 工作电流是指在工作状态下的实际电流 • 启动电流是指启动过程中的电流
电机电流
• 工作电流
– 通常将工作电流与额定电流混淆
seconds
电机星-三角启动
• 星-三角启动
启动电压：电机额定电压的1/1.732 启动电流：全压启动电流的1/3 启动转矩：全压启动扭矩的1/3 启动特点：启动电流和启动扭矩小 适用电机类型：电机接法为三角形， 具有6个出线头的低压电动机
电机星-三角启动
主接触器 过载保护
电机
三角接触器
启动时, 电机先接成星形, 经过预置定时后, 再接成三角 形运行.
电机效率等级
• IEC60034-30-2008 • 标准（Standard）电机IE1，对应原EFF2 • 高效（High）电机IE2，对应原EFF1 • 超高效（Premium）电机IE3 • 超超高效（high-Premium）电机IE4，设想中
额定电压
• 额定电压是与额定频率是组合中一起的，如400V/50Hz，460V/60Hz， 380V/50Hz，415V/50Hz
如75KW空压机工作电流， 功率因数约为90%， 那么工作电流I=P/1.732/U/cosφ
=75/0.936×1.1×1000/1.732/380/0.9=148.8安培 上面计算中乘以1000，是将KW换算为W，148.8约为75的两倍，通常可以2倍估
算工作电流，如55KW空压机工作电流约为110安培
柳州富达机械有限公司 Liuzhou Tech Machinery Co., Ltd.
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电机功率
• 电机功率：电机功率是指可输出的轴功率，不是实际功耗（输入功率） • 电机额定功率：电机铭牌上标的功率，如75KW，160KW，或称铭牌
• 空压机整机功耗：电机功率经常被误认为空压机整机功耗，整机还要 考虑冷却电机、干燥机等功耗，如风扇功耗1.7kw，整机功耗为 88.1+1.7=89.8KW
功率因数
• 功率因数cosφ：功率因数不是一个电机概念而是一个系统概念，同样 的电机在变频驱动时比星三角驱动功率因数高。功率因数会影响到电 机的电流，如三相电机，功耗P=1.732×U×I×cosφ，功率因数越小， 工作电流越大，系统的铜损也就越大。影响系统的效率。
防护等级 0 1 2 3 4 5
6 7 8
第一个数字
无专门的防护 防护大于50mm的固体 防护大于12mm的固体 防护大于2.5mm的固体 防护大于1mm的固体 完全防止外物侵入，灰尘
不影响 完全防止外物及灰尘侵入
/ /
第二个数字
无专门的防护 防滴 150防滴 防淋水 防溅 防喷水
防海浪或防强力喷水 浸入 潜水
星形连接时,其启动电流 和转矩仅是三角形连接时的
1/3.
星接触器
电机星-三角启动
• 电机控制线路举例-星-三角启动控制电路
扭矩与机械特性
▪ 电动机扭矩T= KT I2 cosφ
T
▪ 额定扭矩 T p2 9550 p2
2n / 60
n
Tm ax
▪ 最大扭矩约为额定扭矩的2.3倍左右
▪ 启动扭矩较低，当通过星三角启动时，降低
– 变频启动VSD
% Full Load Current
启动电流比较
800
700
600
Star Delta
500
DOL
400
Soft Starter
VSD
300
200
100
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
绝缘等级
• 电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。 允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。
• 绝缘的温度等级 A级 E级 B级 F级 H级 • 最高允许温度（℃） 105 120 130 155 180 • 绕组温升限值（K） 60 75 80 100 125 • 性能参考温度（℃） 80 95 100 120 145 • 最高运行温度=参考环境温度+允许温升+安全余量 • 所以绝缘等级F允许环境温度：最高允许温度为155 ℃ ，温升为100K，安全
轴功率
• 轴功率是指驱动端输出的功率。如前文所述，实际的功率输出都指的 是轴功率；
• 轴功率的概念是为了匹配动力的，如动力除了电动机之外，还有内燃 机，汽轮机；
电机效率
• 电机的效率：
– 电机效率=输出轴功率/输入电功率，例如：
电机额定功率（铭牌功率）160KW空气压缩机，如全部使用了1.15服务 系数，电机效率为95%，那么功耗为160x1.15/0.95=193.7KW
Tst TN
了启动电流至1/3，也降低了启动扭矩至1/3，
O
这也是为什么用于压缩机时启动需要卸载， s 1
nN n0
n
sm
0
喷油螺杆需要放空油气分离罐的气体； s
三相异步电机的机械 特性曲线
卓越表现 卓越品质
Excellence in Performance Excellence in Quality
余量为10 ℃ ，环境温度不应大于155-100-10=45℃。 • F级绝缘，B级温升：电机绝缘F级155 ℃ ，而B级温升为80 ℃ ，那么电机的
工作环境温度应小于155-80-10=65 ℃ 。
电动机的发热与冷却
• 电机发热的影响
– 电机发热对绝缘寿命的影响
• 对于B、F、H级绝缘，温度分别每上升10，12，14℃，寿命将缩短一半。
极数与转速
• 绕组通过电流时形成 2p=四极磁场 • 电流变化一周期时, 四极磁场在空间旋转1/p=1/2周 ---旋转磁场转速n0=(1/2)/f*60=60f/2 r/min • 对于极对数p旋转磁场转速n0=(1/P)/f*60=60f/P • 定子极数较为常用的有2，4，6，8等，其中4极和2极最为普遍。
• 启动电流
– 星三角启动电流为直接启动电流的1/3，直接启动电流为额定电流的7倍， 那么星三角启动电流约为2.33倍额定电流，75KW空压机启动电流约为 2.33×148.8=347.2安培，也可简单计算75×2×2.33=350安培
防护等级
• IPxx，第一个数字是防止灰尘、外物侵入；第二个数字是防 水侵入的等级。标准为IEC 529 – 598 ，GB700-86
电机启动方式
• 为什么需要多种启动方式？
– 直接启动，即全压启动时启动 电流很高，高电流会产生大量 的热，会对用电器及电网造成 影响，故启动时需要降低电流； 降低电流的启动方式很多，有 负藕降压，部分绕组等。
• 常用启动方式
– 全压启动，也叫直接启动 （DOL）
– 星-三角启动
– 软启动 Soft Starter
– 转子
• 旋转部分，固定在旋转轴上有鼠笼式和绕线式两类转子； • 由转子铁心和导体或绕组组成，鼠笼式转子采用铸铝浇注而成，绕线式则由
漆包绕组和滑环形成。
极数与转速
• 绕组通过电流时形成 两极磁场 ----极对数p=1 • 电流变化一周期时, 两极磁场在空间也旋转一周 ---旋转磁场转速n0=60f r/min