《电动机知识讲座》PPT课件.ppt

2020 3 24 1 電動機知識講座 主講人 陳世欽 2020 3 24 2 2020 3 24 3 电动机据说为意大利人阿拉格 Arago 实验发明 如图4 1所示将磁铁依箭头方向沿一块可自由旋转之圆铜板移动 因圆板切割从N到S流动之磁力线 圆板内感应生电形成涡流 由于涡流与磁铁与产生电磁力而使圆板旋转 电动机就是利用这种原理经过多次的改进到现在的实际应用 电动机之原理 2020 3 24 4 感应电动机由定子引入电源 定子绕组通过电流后定子铁心即因电磁感应作用产生旋转磁场 此旋转磁场穿过转子线圈 转子线圈便发生割切磁场之作用 因而在转子线圈感应 副电流 二次电流 此二次电流又产生 转子磁场 转子磁场与定子旋转磁场相互作用即产生一使转子转动之力量 此力量便是一般所称之转矩 Torque 使电动机继续旋转 2020 3 24 5 由于感应电动机之转子绕组不与电源相接 转子发生电磁作用完全是以感应方式将定子绕组之电能感应过来 而感应电动机 亦即是采电磁感应之 感应 而得 內部磁場交變情形 gif 磁力線變化 gif 2020 3 24 6 图4 1 磁場 2020 3 24 7 感应电动机的进步 第7图为国内某制造厂电动机重量的变动以百分率表示的一例 第8圖為表示其外型的比較 铸铝转子的采用 由铸铁框架 且由A级绝缘变成E级绝缘 可知其重量已有大幅度的减轻 第9图为表示欧洲某制造厂的一例 其倾向也很相似 圖七 doc 圖九 doc 圖八 doc 2020 3 24 8 为了简单说明 举个例单纯以感应电动机尺寸变为90 时 容量变为如何检讨之 各部分的尺寸如变为90 导线的尺寸也成90 断面积为0 92 81 如电流密度之设计一定 电流则必须减为81 同样的磁气回路的断面积也变为81 若磁通密度不变 所经过的磁通量变为81 端电压也可当作81 因此容量减少为电压 电流的白分率1 812 65 6 即如100KW的马达各部尺寸缩减10 则容量减少为65KW 2020 3 24 9 但重量方面 面积变为1 93 72 9 假定各部分的材质不变更比重一定 重量则减为73 因此 重量只减为73 但输出已减为65 此换言之 如机器的容量愈大 涉及单位重量的资料即减少 有关单位容量的价格就便宜了 此即为推广单机大容量的理由 2020 3 24 10 電動機構造 2020 3 24 11 依外壳 冷却通风 保设方式之综合分 2020 3 24 12 电动机之种类 依使用电源分 2020 3 24 13 依转速分 定转速马达 ConstantSpeedMotor 马达的转速 不论在无载或全载下皆保持一定 唯一般无载时之转速约略大于全载时之转速 如泛用感应电动机 可调速马达 AdjustableSpeedMotor 马达之转速可在一特定范围内渐次增减 而且一旦调于某一转速后 则不论负载变化否 接可保持在该调定之转速下运转 如分激式 复激式直流电动机及整流子电动机 多转速马达 MultiSpeedMotor 马达为有阶段性之多重转速 一旦设定于某一转速后 不论负载变化否 皆保持于约略相同之转速 如变级马达 变速马达 VaryingSpeedMotor 马达转速随负载而改变 通常是负载增加 转速降低 如串激式直流电动机及转矩马达 2020 3 24 14 脚安装型 FootMounting 凸缘型 FlangeMounting 埋入型 BuiltIn 依安装构造分 2020 3 24 15 依轴向方式分 横型 HorizontalType 竖立型 VertictalType 轴向上 轴向下 2020 3 24 16 依外壳形式分 开放型 OpenType 外型 含拖架與框架 有开孔 外气空氣可通自由过内部 全闭型 EnclosedType 外型及軸承等均完全封閉内外空氣不相通风之构造 2020 3 24 17 依冷却通风方式分 自然冷却型 利用马达外壳自然散热 无冷却装置 自力通风型 由转部本身之通风作用或在转部另加风扇者 他力通风型 附加独立之送风机做为通风冷却者 2020 3 24 18 依环境保護方式分 a 无保護型 为开放型 机体上半部之开口 无特别保设之构造 b 半保護型 为开放型 机体上半部开口位加以保设者 c 保護型 为开放型 回转部份舆导电部分不使异物舆之接触 所有开口均以金属网或其他之方法加以保護者 此等之开口应以12mm 之圆棒通不过之保護为原则 但舆转部及导电部离开100mm以上之开口部位 20mm 之圆棒应不能通过 2020 3 24 19 d 防滴型 为开放型 由垂直15O以内滴落之水滴 不论是直接 沿外壳表面反弹而进入马达内部时 不能触及铁心及绝缘物 e 防沫型 为开放型 由垂直100O以内落下之水滴及异物不直接沿机体表面或经机体表面反弹而进入机体之内部者 f 防水型 为防滴型或防沫型 马达内部一时浸水至轴之下方 仍可使用而不造成故障者 依环境保護方式分 2020 3 24 20 g 保護防滴型 为开放型 具有保護型及防滴型两重功能者 大多数半封闭三相IM皆属此型 h 防尘型 为全闭型 尘埃 异物不能侵入马达内部 防水型 为全闭型 由电动机各个不同方向以内径25mm 之喷水 水头水压10M以上距离马达3M 总喷水时间5Min 拆开马达 内部不得有水浸入 j 全闭水中型 在规定时间 规定压力 可在水中连续使用且不故障者 依环境保護方式分 2020 3 24 21 依环境保護方式分 k 防蚀型 在指定之腐蚀性酸 碱或有害气体存在之场所可连续使用而不故障者 可分为三类 1 3级 l 防暴型 马达使用在有爆炸性物质之场所 马达故障时产生之火花不致引起外部爆炸性物质着火或爆炸者 有耐压防暴型 内压防暴型 油中防暴型 微隙防暴型 安全增防暴型及特殊防暴型 m 屋外型 马达置在屋外 露天场所 可连续使用而不故障者 2020 3 24 22 感应电动机之绝缘与温升 电动机之绝缘 Insulation 绝缘物之寿命因 故绝缘材料有其最高容许温度之限制 JIS规格中绝缘等级 InsulationClass 有如下之分类 Y级 以木棉 绢 纸等植物纤维所构成 最高容许温度90C 目前已淘汰 A级 以Y级之材料浸以凡立水或油 最高容许温度105 于1965年已将低压三相鼠笼式电动机由此种最普遍之马达绝缘改成E级 2020 3 24 23 E级 以树脂 EpoxyResin 材料含浸凡立水可耐120 为目前最广用之绝缘材料 B级 以云母 石棉 玻璃纤维等与接着材料共同使用所构成的材料制成 最近马达为适应耐高温场所及缩小体积已渐被应用 可耐130 F级 同B级材料与矽树脂等接着剂构成 可耐155 在指定耐高温之场所已渐采用 2020 3 24 24 H级 以云母 石棉 玻璃纤维等与硅树脂或等同性质的接着剂共同构成 胶状或固体状的硅树脂单独使用 可耐180 与F级同渐被采用 C级 以生云母 石棉 磁器等单独使用或与接着剂共同使用 可耐180 以上 目前少用 2020 3 24 25 低压感应电动机绝缘 2020 3 24 26 2020 3 24 27 低压三相鼠笼式感应电动机之噪音基准 单位唪 注 1 1 表为JEM R2066 1972噪音基准2 表内数值容许误差 3Phon3 表内数值参考IEC NEMA VDE之规格为无负荷噪音 4 特殊规格马达或特殊规格电源时不适用本表 5 2 表NEMA之规定 单位 dp 2020 3 24 28 表一 2020 3 24 29 噪音 Noise 一般泛用三相鼠笼式感应电动机之无负荷时噪音JEM及NEMA有如下表之基准 表二 2020 3 24 30 电动机之振动与噪音 2020 3 24 31 2020 3 24 32 2020 3 24 33 基础计算公式 1 1KW之意义为102kg重之物体在1秒钟举起至1M高度所需之 力 1HP 英 美制称户 为将76kg重之物体在1秒钟举起至1M高度所需之 力 1PS为将75kg重之物体在1秒钟举起至1M高度所需之 力 1HP 746W 0 75KW1KW 1 36PS1PS 736W1KW 4 3HP1KW 1000W 2020 3 24 34 2020 3 24 35 2020 3 24 36 2020 3 24 37 2020 3 24 38 2020 3 24 39 同步转速之计算 2020 3 24 40 各种级数与频率之同步转速 2020 3 24 41 电源电压与周率变化对感应电动机特性之影响 2020 3 24 42 电气绝缘的热劣化 绝缘物的实用耐热寿命 依其机器之运转时间及其使用期间之负载程度而定 平常运转或过载运载 虽决定其绝缘寿命 而运转 停止反覆继续使用及负载变动之要素特别重要 绝缘材料每温度升高10 其耐热寿命减半 即称为10 半则 10degreerule 2020 3 24 43 引起绝缘破坏有下列诸因素 卷线与其相接部分之膨胀 收缩而引起的相对的移动时发生的机械应力 因而引起卷线绝缘劣化 其寿命则短 机械振动及冲击 而破坏绝缘 周围污染空气及湿气影响劣化 电气的应力 特别是电晕corona 其他偶发因素 2020 3 24 44 水分队绝缘的影响 水分及湿度对绝缘材料的特性有重大的影响 多孔质的固体材料容易吸收水分 而使其绝缘电阻降低 表面潮湿的材料有大的导电性 多孔性绝缘物的水分吸收速度及水分保有特性与材料的多孔度有关 在100 相对湿度下测定绝缘的静电容量增加为干燥时的2倍 功率近于100 但绝缘电阻的值可能也会降至百分之一 一般吸水性大的多孔质材料的表面容易潮湿 平滑表面者因富有排 2020 3 24 45 排水性 故其表面电阻不易下降 如矽质重合体富有排水性 其表面不易受潮 用于温度高的场所甚佳 依绝缘体表面的状态受付着水分的影响而有很大的差异 即表面有尘埃或其他杂质的存在 尤其是附有汗渍者 极易受潮 则绝缘体表面具有导电性 致使绝缘电阻值降低 因此绝缘物应予以被覆加工 Coating 处理 使表面光滑 达到受水分与湿度的影响至最小限 2020 3 24 46 电动机之转矩特性 电动机自开始转动 称起动 起 使负载机械加速 乃至定常运转为止之速度及转矩之关系入图1 1所示 而此图被称之为速度 转矩曲线 S TCurve 2020 3 24 47 2020 3 24 48 1 最小起动转矩 LockedRotorTorque 在额定电压 频率之基准下 电动机之转部行将开始时所产生之转矩 依转部之构造 其大小有所不同 请参看图1 2 2020 3 24 49 2020 3 24 50 2 拉升转矩 PullupTorque 电动机于自零速度起到相当于制动转矩速度之间所发生之最小值 一般为起动转矩之80 左右 3 制动转矩 BreakdownTorque 将电动机之负载逐渐增加时 其转差率 Slip 会增大终至停止转动 此乃指电动机之已到耐不住带动当时之负荷所致 而此停止转动瞬间前之转矩之值称之为制动转矩 最大转矩 2020 3 24 51 2020 3 24 52 例题 额定出力3 7KW 额定回转速1750rpm之电动机之额定转矩为多少 答 由式 1 1 2020 3 24 53 1 3负载之转矩特性 为了使所有之机械连续运转 必须给予某种程度之转矩 为了使此机械转动所必要之转矩即为电动机之负载转矩 或为反抗转矩 电动机与负载转矩之关系如图1 3所视 T为电动机之转矩特性 Te T e为某负载之转矩曲线 2020 3 24 54 2020 3 24 55 在零速度因T Te而开始回转 并以T Te之范围加速之 且在T Te之点P2做定常运转 亦即点P2为安定之平衡点 在点P2时 即使以任何之原因致速度上升时 亦因Te较T为大而使速度下降 结果回复到P2之平衡点 相反地 速度下降时 造成T Te而加速 并拉回至点P2 其次点P1时 一旦速度上升时 由于T T e 故会加速而速度逐渐上升 相反地 速度下降时终至最后之停止转动 此种现象点P1即为不安定之平衡点 且使之连续安定之运转是不可能的 2020 3 24 56 速度0 Nm之领域 仅为加速时通过之用 电动机转矩与负载转矩不得相交始可 因此 对于负载机械之起动时之转矩特性做好充分之理解是非常之重要 图1 4所示为代表性负载机械之起动时转矩特性 而表1 3 表1 4所示为负载别分类例 2020 3 24 57 2020 3 24 58 2020 3 24 59 2020 3 24 60 2020 3 24 61 出力额定之选择方法 2 1标准出力电动机之出力必须配合负载机械之所要动力者加以选定始可 出力之选定如果过大时 须采用价昂之大马力电动机 然后其效率及功因变差而不经济 又 相反地作过小之选定时 会造成起动不良 且由于以连续不停地超载运转 乃造成故障之原因 一般之负载 如将电源电压之变动等亦考虑进去 而以电动机出力之75 100 程度为选定目标可说是恰当之值吧 电动机之出力 其标准值如表2 1之所示者 故尽可能采用标准出力极为重要 2020 3 24 62 2020 3 24 63 2 2电动机之使用及额定对于电动机之使用方法 在JISC4004 回转电气机械通则 有如表2 2之规定 2020 3 24 64 2 3出力之决定方法 连续使用实质上在一定之负载下 电动机之温升达稳定之时间以上做连续运转之使用谓之连续使用 而连续额定之电动机均适用于如此之使用 预估负载机械之效率之误差 裕 以所需动力追加5 15 左右之值 从标准出力中选定之 标准大同马达为连续额定 2020 3 24 65 短时间使用实质上在一定之负载下 于电动机之温升未达最终稳定值之指定时间做连续运转之后 将电动机停止 至下一次之起动时 电动机之温升须降至与周围温度之相差至2 以内之使用谓之短时间使用 而短时间额定之电动机均适用于如此之使用 短时间额定之标准值则规定如下 0301 2 bmp 2020 3 24 66 馬達故障原因分析 2020 3 24 67 1 線圈單相運轉 Y接線法 2 線圈單相運轉 接線法 2020 3 24 68 相片號碼1 2 單相運轉是因馬達電源之 相開路所致 造成開路原因經常是保險絲燒毀 電磁接觸器不良 電源線斷或接線不良 2020 3 24 69 3 線圈相間短路 4 線圈圈間短路 2020 3 24 70 5 線圈線間短路 6 線圈在槽口對地導通 2020 3 24 71 7 線圈在槽內對地導通 8 接線處短路 2020 3 24 72 相片號碼3 8 這些圖片所顯示為典型內臟 磨損 碰傷 震動或電壓突波引起之絕緣不良 2020 3 24 73 9 電壓不平衡造成燒毀 2020 3 24 74 相片號碼9 三相電壓不平衡引起線圈絕緣熱變形不良 電壓不平衡之原因可能為電源不平衡狀態下負載 如接單相之電焊設備 馬達接線不良或電磁接觸器接觸電陰阻高 彈簧弱 注意 1 的電壓不平衡將造成6 10 電流不平衡 2020 3 24 75 10 過載造成線圈燒毀 2020 3 24 76 相片號碼10 馬達超載造成線圈絕緣熱變形 注意 電壓過高或電壓過低也會發生同樣之絕緣不良 2020 3 24 77 11 轉子堵住造成燒毀 2020 3 24 78 相片號碼11 三相線圈絕緣全部嚴重的熱變形一般是因轉子堵住造成高電流所致 但也會因高頻度之正反轉 造成電壓突波造成破壞 2020 3 24 79 12 電壓突波造成線燒毀 2020 3 24 80 相片號碼12 電壓突波經常由電源之切換 閃電雷擊 電容放電或固態電元件 如變頻器 Dioed整流