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高压电机知识交流培训,2018-7-12,马德望海螺设备保全处,目 录,电机的一般技术数据,异步电动机知识介绍,电机的常见故障及处理方法,典型高压电机故障案例分析,高压电机简介,一、高压电机简介,什么是高压电机,高压电机是指在工频50Hz，额定电压在1000V以上电动机。常使用的是6000V和10000V电压，由于国外的电网不同，也有3300V和6600V的电压等级。高压电机产生是由于电机功率与电压和电流的乘积成正比，因此低压电机功率增大到一定程度(如300KW/380V)电流受到导线的允许承受能力的限制就难以做大，或成本过高。需要通过提高电压实现大功率输出。 高压电机优点是功率大，承受冲击能力强；缺点是惯性大，启动和制动都困难。,高压电机应用,高压电动机广泛运用在水力、电力、冶金、石化、煤炭、水泥制品等厂矿，作大、中型机械设备的驱动动力。 各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机 ）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难；20世纪70年代以后，随着电力电子技术的发展，交流电动机的调速技术渐趋成熟，设备价格日益降低，已开始得到应用。 大容量低转速的动力机常用同步电动机。同步电动机不但功率因数高，而且其转速与负载大小无关，只决定于电网频率，工作较稳定。 在要求宽范围调速的场合多用直流电动机，但它有换向器，结构复杂，价格昂贵，维护困难，不适于恶劣环境。 电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。,高压电机的分类,高压电动机分类方法有很多种： 从容量上分为小型、中型、大型和特大型四种 从绝缘等级分为A、E、B、F、H级电动机 从结构及用途上分为通用型高压电动机及特殊结构与用途高压电动机,高压电机控制装置,根据实际而定方式: 电机容量大小与电源容量且1000KW以下的可直接启动,这时的冲击电流是额定值的3-6倍。 为了防止冲击电流过大,对于大电机必须考虑减少启动电流的启动方式:有串电抗启动,变频启动,液力偶合器启动等多种方式.有复杂有简单,价钱差异很大。由于电压高,电流冲击大,电机制造必须满足过电压的要求,绝缘等级要求较高。,高压电机保护装置,电动机差动保护装置主要用在大型高压电动机、发电厂、化工厂等地方。如果发生严重故障导致电机烧毁，将严重影响生产的正常进行，造成巨大的经济损失，因此必须对其提供完善的保护。现有电动机综合保护装置主要针对中小型电动机，为其提供电流速断、热过载反时限过流、两段式定时限负序、零序电流、转子停滞、启动时间过长、频繁启动等保护功能。而对于2000KW以上特大容量电动机，则无法满足其内部故障时对保护灵敏度与速动性的要求，因而研制此装置并配合综合保护装置，为高压电动机提供更可靠更灵敏的保护措施。本装置设计成三相式纵差，因为2000KW以上特大容量的电动机所在的3KV6KV10KV电网可能是变压器中性点经高电阻接地的电网，三相式纵差保护不但能作为电动机定子绕组及引出线相间短路的主保护，而且可作为单相接地故障的主保护，作用于瞬时跳闸。,二、电机的一般技术数据,电机的一般技术数据,三化：标准化、系统化、通用化 它牵连着工厂和用户的利益。也是产品水平的重要标志之一，我国采用的是IEC国际标准。 标准化：所设计的产品应符合各类有关标准 国标GB 行业标准三产QJB 系列化：即为使属于同一系列的产品在结构性能上保持共性，功率，尺寸有规律地递增以方便制造时的材料准备，工艺装备以及在试验，检测，生产管理及质量保证上通盘考虑，因此设计的产品应尽量纳入靠近其列特别是本厂正在生产的产品。 通用化：即产品之间在零部件，外购件及材料上要最大限度通用，有些标准件、易损件、同行业厂家之间也要通用，以方便维修。,电机产品型号部分内容及标识规定,Y-异步电动机 T-同步电动机 TF-同步发电机 Z-直流电动机 ZF-直流发电机 QF-汽轮发电机 SF-水轮发电机 Q-潜水电机 本次培训重点对异步电动机相关知识进行交流,我国生产的高压电动机系列产品已系列化、规格化，其中Y(JS)、YR(JR)是基本系列电动机，其它为派生系列,三相异步电动机铭牌与技术数据,铭牌永久性固定在电机的机座上，不得拆除。在铭牌栏目中的右上方有个出品号，该出品编号是每一台电机唯一使用的标识记号，是识别电机的唯一信息。,1. 型号 Y（YR） 900 - 6,鼠笼型异步电动机,中心高,绕线型异步电动机,注意：型号YK表示“三相高速笼形异步电动机”，YKK表示“空-空冷却方式三相笼形异步电动机”,W,V,U,Y 接法,接法,2.常见电动机接法,3. 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.,线 电 压,U1,W2,V1,V2,U2,W1,线 电 压,U,V,W,例：10000/6000 Y/是指：线电压为10000V时采用Y接法； 当线电压为6000V时采用接法。,5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。,U,V,W,4. 额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 （ ），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的 关系为：,其中,大中型异步动电机 效率 =9096%,额定负载时一般为0.7 0.9， 空载时功率因数很低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。,注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。,5. 功率因数(cos1)：,P2,PN,cos1,（1）连续 连续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很长，电动机的温升可以达到稳态温升的工作方式,用S1表示。,6定额,定额是指三相电动机的运转状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短时、周期断续三种,（2）短时 短时工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停机时间很长，使电动机的温升可以降到零的工作方式。 （3）周期断续 周期断续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停止时间也很短，使电动机的温升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。,绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。,7绝缘等级,常将电机的绝缘系统按极限温度分为若干耐热等级：A,E,B,F,H 。它们分别代表绝缘材料的最高温度为：105，120，130，155，180。 上面铭牌中的绝缘等级为F级，表示其最高工作温度为155 。,绕组和轴承的温升和温度限值： 电阻法 RTD法 绕组B级温升限值 80K （R法） 90K （RTD）,电机温升,Y有直接关系,电机总损耗,冷却效果,防护等级表示三相电动机外壳的防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面的两位数字分别表示电机防固体和防水能力。数字越大，防护能力越强，如IP44中第一位数字“4”表示电机能防止直径或厚度大于1毫米的固体进入电机内壳。第二位数字“4”表示能承受任何方向的溅水。,8防护等级,防护等级（常用）,第一位数字表示 2 防护大于12mm固体 3 防护大于2.5mm固体 4 防护大于1mm固体 5 防尘电机,第二位数字表示 2防滴（垂直15） 3防淋水（60 ） 4 防溅水 5 防喷水,IP55IP54IP44IP23,9 冷却方式（IC）,冷却方式是根据冷却回路布置和冷却介质运动的 推动方法来分类,异步电机通常采用以下冷却方式： IC01 自然通风 IC06 强迫通风 IC411/416 筋外冷/强迫 TEFC/TEBC IC81W 空水冷 TEAWC IC86W 空水冷 冷却器外带独立鼓风机 IC611 空空冷 TEAAC IC616 空空冷 外风路带独立鼓风机 IC666 空空冷 内、外风路均带独立鼓风机,10 安装型式（IM）,卧式异步电机 最常见的结构安装 型式是IMB3,立式异步电机最常见 的结构安装型式是 IMV1,11.保证值,效率： -0.1（1-） 功率因数：-（1-cos）/6 (0.020.07) 起动电流：+20% 起动转矩：-15% 最大转矩：-10% 设计值-实测值（实验值）-保证值,三、异步电动机知识介绍,1、异步电动机分类,按定子绕组相数分 单相、两相、三相异步电动机 按转子结构分 绕线型、鼠笼型异步电动机 鼠笼型异步电动机又可分为： 单鼠笼、双鼠笼、深槽异步电动机,2、异步电动机用途,（1）异步电机的用途 用于拖动各种生产机械，功率范围从几十瓦数千 千瓦，应用范围非常广泛。 工业：机床、风机、泵、压缩机、矿山机械、轻工机械等； 农业：水泵、脱粒机、粉碎机、加工机械等； 民用：电风扇、洗衣机、电冰箱、空调等。 （2）异步电动机的特点 优点 结构简单、容易制造、成本较低、坚固耐用、 运行可靠（鼠笼型）； 运行效率较高，具有适用的工作特性。 缺点 功率因数总小于1（从电网吸收感性无功功率）； 调速性能不如直流电动机。,3、三相异步电动机基本工作原理,4、异步电动机结构,绕线型绕组的联结方式,转子绕线型绕组通常采用Y联结,三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为1.2mm5mm。 气隙太大，电动机运行时的功率因数降低。 气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。,定转子铁心与内风扇组成内风路，把电机内部热量带给冷却器钢管外圆 风罩与外风扇共同组成外风路，将热量从冷却器钢管内圆带走。,三相异步电动机风路图解,定子铁心 由0.5mm表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，可减少铁心涡流损耗。,（a）定子铁心 （b）定子冲片 定子铁心及冲片示意图,50W350 50W400 50W470,异步电动机主要构件,定子绕组 线圈由绝缘铜导线绕制。,3M43-F云母导线,“N”，“弓”形,2019/11/16,45,可编辑,带绕组定子铁心VPI浸漆,三相异步电动机转子铁心,中性点出线盒,主出线盒,5、电机轴承结构,电机轴承结构的选择和设计对整台电机非常 重要。 .主要有滚动和滑动轴承两种 .滑动轴承一般用在（大型）电机高速场合 分为自润滑和强迫油循环（带稀油站） .滚动轴承在 （内径+外径）*n/250万时不适 合用脂润滑 .润滑失效；加油（脂）周期,6、应用于电动机的一些仪表,（停机）加热器 作用 防潮 单相/三相 功率 PT100 单支/双支 两线/三线/四线制 双金属表盘式温度计,7、三相异步电机的起动,大电流使电网电压降低 影响其他负载,频繁起动时造成热量积累 电机过热,影响：,电机起动和运行 机械特性,当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图所示。,sm,异步电机的机械特性,三种起动过程的电流比较,图 异步电动机的起动过程与电流冲击,一级降压起动,软起动器,直接起动,异步电动机机械特性,n0,TL,UsN,0.7UsN,A,B,C,F,D,E,0.5UsN,风机类负载特性,恒转矩负载特性,图5-4 异步电动机不同电压下的机械特性,8、水电阻在高压电机启动时的作用,一般而言，高压电机如果直起，启动电流是额定电流的68倍，这样如果系统容量太小，也可能会将系统电压拖低20甚至更厉害，这样连在这个系统内的其他电气设备都有可能保护跳机，所以一般都会采用软启动技术。水电阻启动，就是其中一种。,（1）水电阻的基本原理 靠溶解在水中的电解质（NaHCO3）离子导电，电解质充满于两个平面极板之间，构成一个电容状的导电体，自身无感性元件，故与频敏、电抗器等起动设备相比，有提高电动机的功率因数，节能降耗的功能。水电阻串入电动机定子回路以后，不仅能改变电动机的转差率S，达到调速的目的，还能增加电动机起动时的转矩，减小起动电流。具有平滑无级调速，并可使转速达到额定转速。HYT系列水阻调速器是以改变串入电机转子回路的水电阻来调节电机转速的，电阻越大，电机转速越低；电阻为零，电机达 到全速。为了克服调速过程中水电阻过热现象，循环冷却装置,8、水电阻在高压电机启动时的作用,（2）技术特点 1.大中型绕线异步电动机进行无级调速，调速比可达2：1，完全可以满足设备所需的调速范围； 2.作电动机起动之用，具备水阻软起动器起动电流小，起动平稳等全部优点； 3.频调速、可控硅串级调速相比更经济可靠实用，且维护简单； 4.液力偶合器相比，布置灵活，使用方便，另外，用液力偶合器后，工作机械达不到电机的全速，而用本调速 器则可达到； 5.为风量与转速成正比，该调速器调节风量的线性度更好。可将液体电阻循环冷却降温。,8、水电阻在高压电机启动时的作用,（3）高压水阻调速与低压变频调速比较 大容量变频器产生的高次谐波对电网产生比较大的影响，使电力变压器发热，干扰弱电仪表的运行，并且功率因数低，在的额定转速时功率因数只有.。而液体电阻调速不仅不产生任何谐波，而且在任何低速下都能维持电机功率因数达.，可明显地改善电网质量，提高功率因数，同时变频调速技术复杂，维修困难，而液体电阻迅速简单实用，维护方便。 从能量转换角度上看，液体电阻调速器是将全部的转差率转换成热能的形式，即它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低，转速约低，调速效率约低，全速时高于变频，变频则无上述缺点。 变频可以实现从零到全速的调速过程，而水阻调速比为：。 目前低压变频器成熟产品最大功率只有，而水阻调速可以达到3800，高压变频器则价格昂贵。 电机容量大于后一般都采用高压。因为在运行中，低压损耗大、不经济、不合理。,8、水电阻在高压电机启动时的作用,测试题 1.异步电动机铭牌上的各项内容有什么意义？电动机在什么情况下运行最有利？ 2.鼠笼异步电动机能代替绕线型异步电动机使用吗？为什么？,测试题解析 1.任何一台异步电动机在它的机座上都钉有一块不锈钢制标牌，称为电动机铭牌。它简要地记载着电动机制造厂的规定的电动机运行条件。我们要想正确的使用、检查和修理电机，必须首先搞清楚铭牌上的记载的各项内容及其意义，否则就无法使用。例如不知道这台电动机该接多高电压的电源，能拖动多大负载，应该怎样接线等等。而盲目使用，往往造成事故，甚至烧毁电动机。 现以YKK630异步电动机的铭牌（图1）为例来加以说明。,（1）型号 型号是表示电动机的类型、结构、规格及性能等特点的代号，如YKK630-10，表示Y系列三相封闭型空-空冷却的鼠笼型异步电动机，中心高630mm，是10极的电动机。 （2）功率 铭牌上注明的功率为电动机额定功率，是表明该电动机的长期使用时的负载能力。电动机功率单位通常用“千瓦”表示，也有用“马力”表示的。“千瓦”和“马力”之间的关系为： 马力=0.736千瓦 千瓦=1.36马力 应该指出：铭牌所标的功率是电动机输出功率。“900千瓦”表示能带动900千瓦的机械工作。使用时要特别注意配套，即电动机与所带机械的功率是否符合。如果电动机功率与所带机械功率小，即经常过载工作，就如小马拉大车，负载过量，使电动机过热受损坏。如果电动机功率比所机械功率大得多，即经常轻载工作，就如大马拉小车，电动机并未发挥应有作用，很不经济。 （3）电压、电流 铭牌上注明的电压和电流是指额定电压和额定电流。 额定电压是指电动机在额定运行时，定子绕组应接的线电压（端电压），电源线电压应等于电动机额定电压，电源电压过高、过低都会使电动机过热而损坏。 额定电流是指电动机外接额定电压，输出额定功率时，电动机定子绕组中的线电流。也是电动机最大安全电流。若因过载使得电流超过铭牌上规定值，电动机就会过热。,（4）接线和接线标牌 铭牌上注明的接线方式都是电动机内部接线，高压电机一般都是星型接法。出线盒中一般都是三个出线端子，外接电缆线不容易接错。小型低电压机，特别是Y-起动的电动机出线盒有六个出线盒端子，外接电缆线要严格按照接线标牌，以免接错造成电机损坏。 （5）定额 定额表示电动机允许的持续运行时间。如果铭牌上标题有“S1”，表示这台电机可以在输出额定功率情况下连续使用，不会使绕组过热。如果铭牌上标有“S2”，表明电机只能短时工作，如果连续使用，电动机绕组将会过热、烧坏。 （6）频率 这时指额定频率。铭牌注明50赫兹。表明该电动机应接到频率为50赫兹的交流电源上。国外许多国家是采用60赫兹。 （7）转速 它是指电动机额定转速。当电源电压为额定电压，频率为额定频率，电动机输出为额定功率时，电动机每分钟的转速就是它的额定转速。一般异步电动机的额定转速比旋转磁场转速（也称同步转速）低2%-5% （8）出品号 电动机的出品号和人的姓名的作用相似。同一规格的许多电动机，由于不同的出品号。分别记载各台电动机试验结果和使用情况。用户可根据出品号到制造去查阅技术档案。,（9）冷却方式、安装方式、防护等级 分别说明电动机冷却方式，如IC611是指空-空冷却，IC81W是指空-水冷却。安装方式，如IMB3 是指卧式安装，IMV1是指立式安装。防护等级，正如前后所讲的电动机防固体和防水的能力。 （10）绝缘等级 电动机铭牌上标有电动机的绝缘等级。实际上是指电动机温升的规定值，温升是检查电动机运行是否正常的重要标志。 电动机温升是指在规定的环境温度下（根据国家标准规定，环境温度为40）电动机绕组高出环境温度的数值。比如在铭牌上绝缘等级为“F级”，表明环境温度为40时，绕组的温升不能超过105K,也就是说绕组的温度不能超过105+40=145。 一般情况下，电动机运行到4-5小时后，电动机温升即达到稳定值。若继续运转，温度不再上升，这时可测定电动机的温升值。 按上述分析可知，电动机在额定电压和额定频率下，带额定负载运行最安全、可靠，经济性最好。这样电动机运行的效率和功率因数最高。温升也在控制的范围内。因此，选用电动机时应使电动机的功率与负载相当，使电动机经常在额定负载下运行为最有利。,2.不能。 因为鼠笼型异步电动机转子端环在电机内部已短接，电机的堵转电流倍数在6倍左右，且堵转转矩也不大，启动时间很快，不能满足绕线电机的绝大部分工况和电网条件很差的环境。 而绕线型异步电动机的转子有滑环装置，外接电阻可以接到滑环上，通过外接电阻可以将电动机的起动电流控制在1.5-2倍左右，由于外接电阻可以是水电阻，也可以是金属电阻，都可以在电机外面冷却，冷却效果好，可适当的延长起动时间，可以拖动转矩很大的负载。所以鼠笼型异步电动机是不能代替绕线形异步电机的,四、电机的常见故障及处理方法,电机的常见故障及处理办法,电机的故障与电机设计和制造的质量有关，与电机的使用条件工作方法及使用维修因素有关，正常使用寿命为15年20年。 使用不当或缺乏必要的日常维护就容易发生故障造成损坏，从而缩短电机的使用寿命。,（一）轴承过热和产生异常响声原因及处理,1、轴承与轴、轴承室配合太紧太松。 2、润滑脂的质量太差，油脂太多太少，清洁 度。 3、轴伸与负载连接不良。 4、轴承响声大、游隙过大，油脂有杂质，滚子损坏。 5、电机装配不当。,（二）交流电机内部冒烟、冒火的原因,1、电机库存时间长，有油污和潮气。 2、直流电机内部冒烟、冒火的原因： 1）火花过大3级 2）电枢线圈有短路 3）换向器表面有油污 4）内部连接线有螺丝未撬紧、发热 5）电机过载,3、交流电机内部冒烟、冒火的原因 1）滑环火花大 2）定子线圈短路 3）连接线焊不良 4）电机过载 5）三相电流不平衡 6）线圈对地 7）电机启动时间过长，频繁起动容易过热,（三）电机起动困难和转速不正常的 原因及处理方法,一）直流电动机的起动和转速主要和电源电压，回路的电阻和磁通有关。 1、电枢电源的电压低 2、电枢绕组有短路或断路 3、刷架有接地 4、刷架的电刷不在中心位置上 5、电刷接触不良 6、负载过大 7、复激电机的串激线圈接反 8、换向级连线接错 9、励磁线圈有缺路断路 10、起动开关触头接触不良,二）交流电机,1、开关在分开状态 2、电源断线 3、熔断丝烧断 4、电气设备故障 5、有一相断路 6、定子线圈断线 7、定转子相擦卡死,（四）电机起动时溶丝烧断或跳闸的原因。,1、负载过大或整定值太小。 2、相间短路或有接地现象。 3、Y接线错接为形。 4、绕组的线首未接错，造成转速低声音大、电流大，三相电流不平衡。,（五）电机带负载后转速下降或不能起动。,1、负载过大。 2、电网电压低。 3、将形错接成Y形。 4、鼠笼转子断条。 5、绕线转子焊点脱焊，外部接线断路。,（六）三相交流电不平衡原因,1、三相电源电压不平衡。 2、电源一相缺相。 3、绕组一相断裂。 4、绕组相间短路。 5、线圈匝数短路。 6、引出线头尾有错。 7、定子绕组接线有错。 8、线圈三相匝数不等。 9、绕组接地。 10、焊接不良。,（七）交流电动机空载电流偏大的原因,1、电源电压偏差超过5%。 2、Y形接成形。 3、定子、转子间气隙偏大。 4、铁芯导磁性能差、铁耗大。 5、定、转子铁芯不对齐。 6、线圈匝数绕错。 7、线圈节距嵌错。 8、接线有错。 9、轴承损坏，机械损耗大。 10、修理时用火烧铁芯拆线圈，使硅钢片片间短路铁耗大。,（八）电机发热不正常的原因,1