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電動機的發(fā)熱和冷卻

1.電動機的發(fā)熱過程

電動機在運行過程中, 由于總損耗轉(zhuǎn)換的熱量不斷產(chǎn)生, 電動機溫度升高, 就有了溫升, 電動機就要向周圍散熱。溫升越高,散熱越快。當(dāng)單位時間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時, 電動機溫度不再升高, 而保持一個穩(wěn)定不變的溫升, 即處于發(fā)熱與散熱平衡的狀態(tài)。此過程是升高的熱過渡過程, 稱為發(fā)熱。

由于電動機發(fā)熱的具體情況比較復(fù)雜, 為了研究分析方便, 假設(shè)電動機長期運行, 負(fù)載不變, 總損耗不變, 電動機本身各部分溫度均勻, 周圍環(huán)境溫度不變。

2、電動機的冷卻過程

對負(fù)載運行的電動機, 在溫升穩(wěn)定以后, 如果使其負(fù)載減小或使其停車, 那么電動機內(nèi)的總損耗及單位時間的發(fā)熱量 Q 都將隨之減小或不再繼續(xù)產(chǎn)生。這樣就使發(fā)熱少于散熱, 破壞了熱平衡狀態(tài), 電動機的溫度下降,溫升降低。

在降溫過程中,隨著溫升的降低, 單位時間散熱量也減小。當(dāng)發(fā)熱量等于散熱量時,電動機不再繼續(xù)降溫,其溫升又穩(wěn)定在一個新的數(shù)值上。在停車時,溫升將降為零。溫升下降的過程稱為冷卻。

電動機容量的選擇方法

選擇電動機的容量較為繁瑣,不僅需要一定的理論分析計算, 還需要經(jīng)過校驗。其基本步驟是：根據(jù)生產(chǎn)機械負(fù)載提供的負(fù)載圖 PL= f(t)及溫升曲線τ= f (t) , 并考慮電動機的過載能力, 預(yù)選一臺電動機, 然后根據(jù)負(fù)載圖進行發(fā)熱校驗, 將校驗結(jié)果與預(yù)選電動機的參數(shù)進行比較, 若發(fā)現(xiàn)預(yù)選電動機的容量太大或太小, 再重新選擇, 直到其容量得到充分利用, 最后再校驗其過載能力與啟動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。

電動機種類、型式、電壓、轉(zhuǎn)速的選擇

1.電動機種類的選擇

選擇電動機種類的原則是在滿足生產(chǎn)機械技術(shù)性能的前提下,優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜、維修方便、運行經(jīng)濟的電動機。從這個意義上看, 交流電動機優(yōu)于直流電動機, 異步電動機優(yōu)于同步電動機, 籠型異步電動機優(yōu)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。

當(dāng)生產(chǎn)機械負(fù)載平穩(wěn), 對啟動、 制動及調(diào)速性能要求不高時, 應(yīng)優(yōu)先采用異步電動機。例如普通機床、水泵、 風(fēng)機等可選用普通籠型異步電動機。像空壓機、 皮帶運輸機等要求電動機有較好的啟動性能, 則可選用深槽式或雙籠型異步電動機。而像電梯、 橋式起重機一類提升機械, 啟、制動頻繁, 對電動機的啟動、制動、調(diào)速有一定要求時, 應(yīng)選用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。對于功率較大而又不需調(diào)速的生產(chǎn)機械, 如大功率水泵、空壓機等, 為了提高電網(wǎng)的功率因數(shù), 可選用同步電動機。

調(diào)速范圍要求不大, 并可由機械變速箱配合的生產(chǎn)機械, 如普通機床、 鍋爐引風(fēng)機等, 可選用多速籠型異步電動機。

調(diào)速范圍要求較大, 且需要平滑調(diào)速的生產(chǎn)機械,如軋鋼機、龍門刨床、大型精密機床、造紙機等, 應(yīng)選用他勵直流電動機或采用變頻調(diào)速的籠型異步電動機。

要求啟動轉(zhuǎn)矩大、機械特性軟的生產(chǎn)機械,如電車、電機車、重型起重機、挖掘機、便攜工具等, 一般應(yīng)選用串勵或復(fù)勵直流電動機。如有易燃、易爆氣體的礦井等特殊場所, 不能使用直流電動機, 而應(yīng)采用異步電動機和同步電動機。

隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展, 交流電動機的應(yīng)用將越來越廣泛, 正逐漸取代直流電動機。

2、電動機電壓等級的選擇

交流電動機額定電壓的選擇主要按使用場所的供電電壓等級選擇。一般低壓電網(wǎng)為380 V，因此中小型三相異步電動機的額定電壓大多為380 V(Y或△形法),220/380 V（△/Y形接法)和380/660 V（△/Y形接法）。單相異步電動機的額定電壓多采用220 V, 礦山及鋼鐵企業(yè)的大型設(shè)備用大功率電動機, 可采用高壓電動機, 這樣既減小了電動機的體積, 又節(jié)約了銅線的用量。

直流電動機的額定電壓也要與電源電壓相配合。由直流發(fā)電機供電的直流電動機額定電壓一般為110 V或220 V。大功率電動機可提高到 600～1000 V, 當(dāng)電網(wǎng)電壓為 380 V, 直流電動機由晶閘管整流電路供電時, 采用三相整流可選額定電壓為 440 V, 單相整流可選額定電壓為160 V或180 V。

3、電動機額定轉(zhuǎn)速的選擇

電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械傳動系統(tǒng)的要求來選擇的。在一定功率時, 電動機的額定轉(zhuǎn)速越高,其體積越小, 重量越輕, 價格越低, 運行的效率越高, 電動機的飛輪矩越小, 因此選用高速電動機較經(jīng)濟。但是, 若生產(chǎn)機械要求的轉(zhuǎn)速低, 如果選擇高速電動機, 則會使傳動機構(gòu)復(fù)雜。

對于經(jīng)常啟動、制動、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械, 若過渡過程時間對生產(chǎn)效率有較大影響, 則應(yīng)以GD2·nN 為最小來選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。若過渡過程時間對生產(chǎn)效率影響不大, 則應(yīng)以過渡過程中能量損耗最小來選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速。

4、電動機結(jié)構(gòu)形式的選擇

電動機的結(jié)構(gòu)形式有開啟式、防護式、封閉式和防爆式四種。為使電動機能正常工作于不同環(huán)境下, 必須根據(jù)工作環(huán)境條件來選擇電動機的防護形式, 以保護電動機長期工作而不被損壞。

(1)開啟式

開啟式電動機的價格便宜, 散熱條件較好, 但由于轉(zhuǎn)子和繞組暴露在空氣中, 容易被水汽、 灰塵、 鐵屑、油污等侵蝕,影響電動機的正常工作及使用壽命。因此, 它只能用于干燥、灰塵很少又無腐蝕性和爆炸性氣體的環(huán)境。

(2) 防護式

防護式電動機一般可防止水滴、鐵屑等外界雜物落入電動機內(nèi)部, 但不能防止潮氣及灰塵的侵入。它只適用于較干燥且灰塵不多又無腐蝕性和爆炸性氣體的工作環(huán)境。這種電動機的通風(fēng)散熱條件也較好。

(3)封閉式

封閉式電動機有自冷式、強迫通風(fēng)式和密閉式三種。自冷式電動機一般自帶風(fēng)扇, 自冷式和強迫通風(fēng)式電動機能防止任何方向的水滴或雜物侵入電動機, 潮濕空氣和灰塵也不易侵入, 因此適用于潮濕、多塵、易受風(fēng)雨侵蝕, 有腐蝕性氣體等較惡劣的工作環(huán)境, 應(yīng)用較普遍。而密閉式電動機, 則適用于浸入液體中的生產(chǎn)機械, 如潛水泵等。

(4)防爆式

防爆式電動機是在密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制成隔爆型、增安型和正壓型等, 適用于有爆炸危險的工作環(huán)境, 如礦井、油庫、煤氣站等場所。

此外, 對于濕熱地帶、高海拔地帶及船舶等用電動機, 還應(yīng)選具有特殊防護要求的電動機。

電動機的溫升和絕緣