低壓籠型三相異步電動機的選用

0．引 言

籠型三相異步電動機，具有體積小、效率高、噪聲低、振動小、起動性能好、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。廣泛應用于一般農業(yè)和工礦企業(yè)，驅動對轉差率及其他性能無特殊要求的機械，如水泵、鼓風機、運輸機械、農業(yè)機械、礦山機械、金屬切削機床、攪拌機、碾米機、磨粉機等。由于電機具有較好的起動性能，因此，也適用于某些對起動轉矩有較高要求的機械。

籠型三相異步電動機的絕緣等級一般采用F級絕緣、外殼防護等級為IP55，冷卻方式為ICO141。環(huán)境溫度不超過+40℃，海拔不超過1000m，定子繞組用電阻法測量溫升不超過85℃。電動機以連續(xù)工作制（S1）為基準的連續(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．籠型三相異步電動機選擇的基本因素

電機質量的可靠性是選擇電動機首要因素，其次是電機的運行效率，再是生產商的技術支持和專業(yè)服務能力。質量可靠的電動機可最大限度減少設備事故發(fā)生率，避免突然停機造成的損失；電機的采購成本同全部運行成本相比，采購價格是相對次要的，其主要運行成本是電耗，電機的運行效率是決定運行費用的主導因素；生產商的技術支持和專業(yè)服務能力可為用戶設備提供專業(yè)化最優(yōu)配置的電機，能對問題電機做出及時有效的故障處理。

影響電機質量的三個主要因素是：材料質量，企業(yè)的質量管理體系和人員技術水平。軸承，繞組，機座，轉子軸，風扇，接線盒等主要部件的質量是電機質量的重要組成部分，要保證電機質量，提高電機壽命，必須確保這些部件的材料和設計指標合格。電機在各種條件下，應用于眾多場合，為某種工況條件下，選擇適用電機的合理建議，是保證電機壽命的首要前提。正規(guī)的電機生產制造企業(yè)擁有廣泛的工業(yè)應用經驗，對于特定工況條件和工業(yè)領域的特定要求的電機，可制定出合理有效的檢查試驗質量管理保證體系。高素質的專業(yè)隊伍，可在電機的安裝，冷卻，防護結構形式，電壓功率的選用和節(jié)能調速的選擇等方面給出合理的建議。

2．籠型三相異步電動機安裝結構型式的選擇

電動機的結構型式主要指電動機的外殼防護型式、冷卻方法及安裝方式?；\型三相異步電動機的防護型式有多種，選擇使用時必須根據(jù)不同的工作環(huán)境選擇適宜防護類型的電動機。電動機的防護等級有開啟式、防護式、封閉式、防爆式、潛水式等數(shù)種。通常情況下優(yōu)先選用開啟式，價格便宜，相對效率偏高，適用于干燥清潔的環(huán)境。

對于潮濕、易受風雨侵蝕、多灰塵、易燃、腐蝕性的環(huán)境應選用封閉式，而在灰塵多，對電機絕緣無害且易被壓縮空氣吹凈時，可選用防護式。潛水泵用電機，應采用完全密封式，保證在水中工作時不被潮氣侵入，當電動機在有火災或爆炸危險的環(huán)境中時，選用防爆式；對海拔高度超過1000米的地方選用高原電機；對環(huán)境溫度濕度較高的地方，可選用耐濕熱電機。

電動機的冷卻方法主要是指電動機冷卻回路的布置方式、冷卻介質的形式以及冷卻介質的推動方法等。按通風冷卻方式分為：

1）自冷式：電動機僅依靠表面的輻射和空氣的自然流動獲得冷卻。

2）自扇冷式：電動機由本身驅動的風扇，供給冷卻空氣以冷卻電動機表面或其內部。3）他扇冷式：供給冷卻空氣的風扇不是由電動機本身驅動，而是獨立驅動的。

4）管道通風式：冷卻空氣不是直接由電動機外部進入電動機或直接由電動機內部排出，而是經過管道引入或排出電動機，管道通風的風機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：冷卻電動機的介質循環(huán)在包括電動機和冷卻器的封閉回路里，冷卻介質經過電動機時吸收熱量，經過冷卻器時放出熱量。

6）表面冷卻和內部冷卻：冷卻介質不經過電動機導體內部稱為表面冷卻，冷卻介質經過電動機導體內部稱為內部冷卻。一般用途電動機用空氣作為冷卻介質，采用機殼表面冷卻方式，初、次級冷卻介質的推動方法均采用自循環(huán)。電動機冷卻方式的選擇原則是：從電機獨立性考慮，電機冷卻方式能采用自扇冷的不采用強制冷卻，能采用空冷的不采用水冷。

電動機的安裝型式有臥式和立式兩種。臥式電機的安裝型式主要分為B₃，B₅，B₃₅；立式電機的安裝型式主要有V₁，V₃，V₅，V₆，V₁₅，V₃₆。一般情況下根據(jù)設備的安裝型式優(yōu)先選用臥式電機，特殊情況用立式。不同安裝型式注意軸承的正確選用，大機座號臥式電機的前軸承選擇承載能力強的柱軸承，立式電機一端選用可承受軸向負荷的軸承。

3．籠型三相異步電動機的額定轉速選擇

三相異步電動機的額定轉速要根據(jù)拖動生產機械的要求及傳動裝置的配比情況來選擇。電動機每分鐘的同步轉速通常有3000、1500、1000、750及600等多種，異步電動機額定轉速由于存在轉差率，一般要比同步轉速低2％～5%。從電動機制造角度講，同樣功率的電動機若額定轉速越高，其電磁轉矩外形尺寸愈小，成本就愈低，且重量亦輕，并且高速電機的功率因數(shù)及效率比低速電機都高。選擇轉速愈高的電動機，經濟性愈好，但若由此而引起電動機與被拖動機械間的轉速相差過大時，所需裝設減速裝置的傳動級數(shù)就越多，會加大設備成本及傳動的能量損耗，因此要經過分析比較擇優(yōu)選定。我們通常應用的電機大部分是選用4極，同步轉速1500r/min的電機，這種額定轉速的電機適應范圍廣，功率因數(shù)和工作效率較高。

4．籠型三相異步電動機的額定電壓選擇

現(xiàn)有工廠企業(yè)的生產機械選配電動機時，電動機的額定電壓應與工廠配電電壓一致，新建工廠的電動機，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，經技術經濟比較后擇優(yōu)決定。我國規(guī)定的低電壓電機標準為220/380V。一般中小容量的低壓電動機，其額定電壓分別為220/380V（△/Y接法）和380/660V(△/Y接法)兩種。

5．籠型三相異步電動機額定功率的選擇

電動機的容量計算及校驗比較復雜，其中電動機的負載轉矩的計算考慮的因素較多，電動機負載圖的得到比較困難，實際工程應用中，常常采用統(tǒng)計法和類比法。統(tǒng)計法是將同類型設備所選用電動機的容量進行統(tǒng)計分析，找出電動機容量與該類生產機械主要參數(shù)之間的關系，根據(jù)實際情況，定出相應的指數(shù)，得到電動機容量的相應計算公式。類比法是指對經過長期運行考驗的同類生產機械所采用電動機的容量進行調查，并對生產機械及電動機的主要參數(shù)和工作條件進行類比，確定新生產機械所選電動機容量的方法。

電動機額定功率的選擇步驟是：首先計算負載功率P_zd；然后根據(jù)負載功率預選電動機的額定功率P_N；最后進行發(fā)熱、過載能力和啟動能力校驗，直至合適為止。由于電動機一個周期內的溫升不僅與負載的大小有關，還與負載的持續(xù)時間有關。生產機械平均負載功率P_zd 只能反映電動機的平均溫升，因此按P_N=(1.1~1.6) P_zd預選電動機額定功率，大負載的運行時間長則應選擇較大系數(shù)；然后再計算出電動機的溫升變化曲線得到最高溫升θ_max ，并對電動機進行校驗。

5.1 連續(xù)工作制電動機額定功率的選擇

連續(xù)工作的生產機械電動機功率的選擇較為簡單，根據(jù)負載的功率，在產品目錄中選一臺額定功率等于或略大于負載功率，且轉速合適的電動機即可。

5.2 周期性變化負載下電動機額定功率的選擇

電動機在變動負載下運行，其輸出的功率不斷變化，電動機內部的損耗和溫升也不斷變化。此時，如按最大負載功率選擇電動機功率，電動機將不能充分利用；而按最小負載功率選擇電動機功率，電動機要過載，會引起電動機溫升過高。因此，變化負載下電動機額定功率的選擇要復雜些，一般按下列步驟進行：預選電動機額定功率；電動機額定功率的校驗；電動機額定功率的修正；過載能力和啟動能力的校驗。

5.3 短時工作制下電動機功率的選擇

短時工作制的負載，應選用專用的短時工作制電動機。在沒有專用電動機的情況下，也可以選用連續(xù)工作制的電動機。

1）直接選用短時工作制電動機，電動機制造廠專門為短時工作制的生產機械設計制造了短時工作制電動機，其時間規(guī)格有：15min、30min、60min、90min四種。當工作時間接近上述標準時間時，可以按生產機械的功率、工作時間及轉速的要求，在產品目錄上直接選取。

2）選用連續(xù)工作制電動機，由于短時工作制的電動機的生產很少，實踐中常選用連續(xù)工作制的電動機來代替短時工作制的電動機工作。如果選擇一臺連續(xù)工作制的電動機，使用正常同功率的電機，電動機在發(fā)熱上沒有被充分利用；為此，可選擇一臺功率較小的電動機，使電動機短時過載運行，此時電動機功率的選擇依據(jù)為：在短時工作時間內，電動機過載運行所達到的溫升恰好等于或略小于電動機所允許的最高溫升。

5.4 斷續(xù)周期工作制下電動機功率的選擇

斷續(xù)周期工作制下電動機的標準負載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%四種。同一臺電動機，在不同負載持續(xù)率下，其額定輸出功率不同，負載持續(xù)率越小，額定功率就越大，即P15%>P25%>P40%>P60%。斷續(xù)周期工作制電動機功率選擇的步驟與連續(xù)工作制變動負載下的功率選擇是相似的，要經過預選電動機和校驗等步驟，一般情況下，應根據(jù)生產機械的負載持續(xù)率來預選電動機。

6．籠型三相異步電動機節(jié)能調速的選擇

從節(jié)能和調速的角度考慮，應選擇高效變頻電機，采用變頻調速系統(tǒng)進行控制。普通雙速或多速三相籠型異步電動機選型時由于考慮到啟動，過載等因素的影響，電機正常運轉時，達不到滿載運行，使電機的效率降低，浪費一部分電能。變頻調速系統(tǒng)的推廣應用，改善了風機、泵類電機系統(tǒng)調節(jié)方式，消除“大馬拉小車”現(xiàn)象，通過合理匹配電機系統(tǒng)，做到了電機運行控制系統(tǒng)的集成化，智能化，信息化。集成化是指提供電機與控制器集成化的產品給客戶，即電力電子、電機與控制系統(tǒng)高度集成化，使三者從設計、制造到運行、維護都更緊密地融為一體。

智能化是指在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、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和精度，更好的達到系統(tǒng)節(jié)能的效果。信息化，即現(xiàn)代電氣傳動系統(tǒng)不但是轉換、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。通過不斷加快技術創(chuàng)新、努力提高電機系統(tǒng)能效水平、扎實推進相關配套措施的落實，使電機系統(tǒng)節(jié)能成為最具潛力的節(jié)能方法。

7．結 論

全世界的用電量中約有60%是通過電動機來消耗的。合理選用電機的安裝防護型式，電制頻率和轉速功率，可減少設備事故發(fā)生率，提高生產效率，節(jié)約電能。同時，使用高效變頻電機，采用變頻調速節(jié)能系統(tǒng)，可使高效變頻電機在達到需要的負載下節(jié)能運行，節(jié)約電能。特別是對風機，泵類負載的運行，通過變頻調速來調節(jié)流量，將閥門，擋板開到最大，減小管路的阻尼，使變頻電機在經濟節(jié)能狀態(tài)下運行，節(jié)能效果更加明顯。變頻調速節(jié)能系統(tǒng)，由于本身具有無級調速和節(jié)能雙重優(yōu)勢，所以是今后機械設備提高效率，節(jié)約能源，調速運行的發(fā)展方向。