电机基础知识课件

1、电机基础知识大连苏尔寿刘彦超第1页，共34页。电机分类 单相、二相异步电动机 Y2、Y3系列 交流异步电动机 普通型三相异步电动机 YR 系列 三相异步电动机 YK 系列（高压） 交流同步电动机 YB2 系列 电动机 特殊型三相异步电动机 YZR3系列 直流电动机 YBP 系列 电机 交流发电机 发电机 直流发电机第2页，共34页。佳电股份产品分类Y、YR、Y2系列高压三相异步电动机 YKS、YRKS水冷高压三相异步电动机 普通三相 YKK、YRKK高压三相异步电动机 异步电动机 YL立式三相异步电动机 其它派生产品如：YTM、YHP、YMPS等 三相异步 YB、YB2隔爆型三相异步电动机 电

2、动机 YA增安型三相异步电动机 防爆三相 YAKS增安型三相异步电动机 三 异步电动机 YAKK增安型三相异步电动机 相 YBKS隔爆型三相异步电动机 电 其它派生产品如：YAKSPT、YBPT等 机 普通三相 TK三相同步电动机 三相同步 同步电动机 T三相同步电动机(实心磁极) 电动机 防爆三相同步电动机 TAW增安型无刷励磁同步电动机 三相同步发电机 TF三相同步发电机；QFRW汽轮发电机第3页，共34页。交流三相异步电动机产品分类 因交流三相异步电机结构型式较多，功率跨度大，细分如下表分类方式类 别电源相数单相、三相转子绕组形式鼠笼型、绕线型定子铁心外径（mm）大型中型小型微型1000

3、5001000120500120防护型式开启式IP00、IP11；防护式IP22、IP23；封闭式IP44、IP54、IP55、IP65通风冷却方式自冷式（IC410，如YG、YBI）、自扇冷式（IC411带内循环通风或不带内循环通风；IC511带内循环通风；IC611带空/空冷却器，如YKK）、空/水冷（IC81W，如YBKS）、他冷式（IC15，如YZRF），管道通风式（IC17，如YZRG），液体冷却式（ICW37，如DEBD）及自循环通风冷却式（IC01，如开启式、防护式电机采用的冷却方式）安装型式卧式（IMB3）、立式（IMV1）、悬臂式（IMB5）耐热等级130 （B级）、 155

4、（ F级）、180 （ H级）工作制连续、短时、断续周期性第4页，共34页。产品分类“电机”分为发电机和电动机两类。电动机又有交流、直流之分，交流电机可分为同步、异步。 同步电机与异步电机的主要区别是：前者的实际转速与同步转速相同，如下表；后者的转速在极数相同时与前者有个小小的差“异”，“异步”也是因此而得名。如，2极同步电机转速n=3000r/min，2极的异步电机转速则为n2950-2990 r/min，同理，4极同步电机n=1500 r/min，异步电机则为n1460-1490 r/min。 极数与同步转速的对应关系见下表。或按下式计算n=式中：n同步转速（r/min） f电源频率（Hz

5、）（国内工频为50Hz） P极对数极数与同步转速的对应关系极 数 2468101214 16 18 20 22 24同步转速r/min300015001000750600500429375333300273250第5页，共34页。定义（1） 结构型式 即有关固定用构件、轴承装置和轴伸等电机部件的构成情况。（2） 安装型式 即用轴线方向和固定用构件的状况来全面表达电机的安装情况。（3） 基础构件 是指底座、基础、导轨、轴承架等构件。 （4） D端（传动端） 一般指电动机的传动端和发电机的被传动端。 对有双轴伸的电机，应按如下规定：轴径不同直径大的一端就是D端、集电环或内装式励磁机，按如下区分：

6、轴径相同a. 电机没有换向器、集电环或内装式励磁机，按如下区分： 借底脚安装的电机，接线盒或主导线出口不在顶端而在侧面的电机 从一端看，接线盒或主导线出口在右侧，则这端就是D端 不属于上者的电机 按具体情况确定D端 第6页，共34页。定义 b. 电机至多有一个换向器、集电环或外装式励磁机，按如下区分： 只有一个换向或一套集电环或一台励磁机的电机 换向器、集电环或励磁所在端的另一端就是D端 有一个换向器并附有一组集电环或一台励磁机的电机 换向器所在端的另一端就是D端 两端都有换向器的电机 较高电压换向器所在端的另一端就是D端 不属于以上三者的电机 按具体情况确定D端 （5） N 端（非传动端）即

7、传动端的另一端。第7页，共34页。型号说明电动机的型号由系列代号、规格代号、环境代号3部分依次排列组成示例：YKK 56014 - W 环境代号，W-表示户外（户内无防护要求时省略） F1-防中等腐蚀型 F2-防强腐蚀型 TH-湿热带 TA-干热带 规格代号，表示轴中心高560mm，1号铁心长，4极 系列代号，表示封闭带空-空冷却器的笼型转子异步电动机 Y-三相异步电动机 YA-增安型三相异步电动机 YB-隔爆型三相异步电动机 R-绕线转子 KK-封闭带空-空冷却器 KS-封闭带空-水冷却器第8页，共34页。特征含义-防护等级例：YKS710-10 1000kW 50Hz 10kV IP54

8、IMB3 IC81W F级 S1防护等级 防护等级的标志由表征字母“IP”及附加在后的两个表征数字组成,第一位数字表示第一种防护（防尘）的等级,第二位数字表示第二种防护（防水）的等级.防护等级中5、4两个数字所代表的含义：第一位数字“5”表示能防止触及或接近壳内带电或转动部件，虽不能完全防止灰尘进入，但进尘量不足以影响电机的正常运行。第二位数字“4”表示承受任何方向的溅水应无有害影响（防溅水电机）具体防护等级方面的知识可见GB4942.1第9页，共34页。特征含义-结构及安装型式例：YKK710-10 1000kW 50Hz 10kV IP54 IMB3 IC81W F级 S1结构及安装型式

9、结构及安装型式代号分为两种方式，按规定1和规定2表示。规定1的代号组成 代号由“国际安装”（Internationa1 Mounting）的缩写字母“IM”， “卧式安装”的大写字母“B”或代表“立式安装”的大写字母“V”连同1位或2位阿拉伯数字组成。卧式安装电机 由大写字母“B”连同1位或2位阿拉伯数字所表示的结构特点和安装型式。 如B3： 表示卧式安装，机座有底脚，有轴伸及安装在基础构件立式安装电机 由大写字母“V”连同1位或2位阿拉伯数字所表示的结构特点和安装型式。 如V1：表示立式安装，机座无底脚，端盖上带凸缘，凸缘有通孔， 凸缘在D端，借凸缘在底部安装。具有端盖式轴承和一个轴伸的电机

10、，应优先采用规定1的代号。 第10页，共34页。特征含义-结构及安装型式规定2的代号组成 代号由字母“IM”连同4位阿拉伯数字组成。例如：IM2011，各组成部分意义如下： IM表示“国际安装”的缩写字母 2 第一位数字，表示结构型式的分类(见表一) 01第二位和第三位数字，表示安装型式（见GB997） 1 第四位数字，表示轴伸型式的分类（见表二）另如：IM7211：表示有两个座式轴承，带底脚，底脚为整块底板，有一圆柱形轴伸；IM7311：表示有两个座式轴承，带抬高了的底脚，底脚为整块底板，有一圆柱形轴伸；IM8421：表示立式安装，有推力轴承，转子上、下均有导瓦，有转轴无飞轮。 第11页，共

11、34页。特征含义-结构及安装型式结构型式分类（表一） 第四位数字轴伸型式1具有端盖式轴承，用底脚安装电机2具有端盖式轴承，用底脚和凸缘安装的电机3具有端盖式轴承，其中一个端盖带凸缘，用凸缘安装的电机4具有端盖式轴承，机座带凸缘，用凸缘安装的电机5无轴承电机6具有端盖式轴承和座式轴承的电机7具有座式轴承的电机（无端盖）8除上述1至4以外的立式电机9特殊安装型式的电机第12页，共34页。特征含义-结构及安装型式结构型式分类（表二） 第四位数字轴伸型式0无轴伸1有一个圆柱形轴伸2有两上圆柱形轴伸3有一个圆锥形轴伸4有两个圆锥形轴伸5有一个带凸缘的轴伸6有两个带凸缘的轴伸7在D端有带凸缘的轴伸，在N端

12、有圆柱形轴伸9 所有其它类型的轴伸 第13页，共34页。特征含义-冷却方式例：YKS710-10 1000kW 50Hz 10kV IP54 IMB3 IC81W F级 S1 冷却方式 电机冷却方法的标记，由标志字母IC和后面的数字组成，IC是英文InternationalCooling的简写。以完整标记IC8A1W7或简化标记IC81W为例说明各位置上的数字和字母的含义：完整标记 IC 8 A 1 W 7简化标记 IC 8 1 W标志字母冷却回路的布置初级冷却介质 冷却介质如为空气,在简化标记中字母A省略。初级冷却介质运动的推动方法次级冷却介质冷却介质如为空气，在简化标记中字母A可省略。次级

13、冷却介质运动的推动方法第14页，共34页。特征含义-冷却方式冷却介质如为水且推动方法为7，在简化标记中字母A可省略。冷却回路布置：用特征数字09表示，常用的有0、4、5、6、8，它们的含义如下：0自由循环 4机壳表面冷却 5内装式冷却器（用周围环境介质）6外装式冷却器（用周围环境介质） 8外装式冷却器（用远方介质）冷却介质：有初级冷却介质和次级冷却介质，常用的冷却介质有空气（A）、水（W）等等。初级冷却介质：温度比电机某部件的温度低的气体或液体介质，它与电机的该部件相接触，并将其放出的热量带走。次级冷却介质：温度低于初级冷却介质温度的气体或液体介质，通过冷却器或电机的外表面将初级冷却介质放出的

14、热量带走。冷却介质运动的推动方法：用特征数字09表示，常用的有0、1、6，它们的含义如下：0自由对流：依靠温度差促使冷却介质运动，转子的风扇作用可忽略不计。1自循环：冷却介质运动与电机转速有关，通常是安装在转子上的风扇使介质运动。6外装式独立部件：由安装在电机上的独立部件驱动介质运动，该部件所需动力与主机转速无关。常用的冷却方法有： IC411 IC416 IC511 IC516 IC611 IC616 IC666 IC81W第15页，共34页。特征含义-绝缘等级例：YKS710-10 1000kW 50Hz 10kV IP54 IMB3 IC81W F级 S1绝缘等级 绝缘材料的耐热等级 旧

15、标准以字母表示，如B、F、H等 新标准以数值表示，如130、155、180等130-最高容许工作温度130，表示为130或130（B）， 旧标准B级；155-最高容许工作温度155，表示为155或155（F）， 旧标准F级；180-最高容许工作温度180，表示为180或180（H）， 旧标准H级；高压电机常采用155（F）即F级绝缘。第16页，共34页。特征含义-工作制例：YKS710-10 1000kW 50Hz 10kV IP54 IMB3 IC81W F级 S1工作制 电机所承受的一系列负载状况的说明，包括起动、电制动、空载、停机和断能及其持续时间和先后顺序等。 工作制可分为连续、短时、

16、周期性或非周期性几种类型。 如：S1-连续工作制 保持在恒定负载下运行至热稳定状态。 其余工作制详见GB755-2000标准。第17页，共34页。特征含义-额定电压例：YKS710-10 1000kW 50Hz 10kV IP54 IMB3 IC81W F级 S1额定电压 标准电压等级220V、380V、660V、1140V、3000V、6000V及10000V。 3000V及以上电压等级电机为高压电机。 其它电压等级：415V、690V、3300V、6300V、11000V、13800V。第18页，共34页。防爆知识-定义定义a. 爆炸性气体环境：在大气条件下，气体、蒸气或薄雾状的可燃物质与

17、空气构成的混合物，在该混合物中点燃后，燃烧将传遍整个未燃混合物的环境。b. 最高表面温度：电气设备在允许的最不利条件下运行时，其表面或任一部分可能达到的并有可能引燃周围爆炸性气体环境的最高温度。c. 防爆型式：为防止电气设备引起周围爆炸性气体环境引燃而采取的特定措施。d. 温度组别：爆炸性环境用电气设备按其最高表面温度划分的组别。e. 隔爆型电气设备“d”：电气设备的一种防爆型式，其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏，并且不会引起由一种、多种气体或蒸气形成的爆炸性环境的点燃。f. 增安型电气设备“e”：对在下常运行条件下不会产生电弧或火花的电

18、气设备进一步采取措施，提高其安全程度，防止电气设备产生危险温度、电弧和火花的可能性的防爆型式。g. 增安型电气设备的tE时间：交流绕组在最高环境温度下达到额定运行稳定温度后，从开始通最初起动电流IA时计起直至上升到极限温度所需的时间。第19页，共34页。防爆知识- tE时间tE时间应不小于当转子堵转时热过载保护装置能够切断电动机电源所需时间，如果电动机的tE时间大于下图中按起动电流比IA/IN（起动电流倍数）确定的tE时间最小值，则一般可以满足上述要求。 tE时间不允许小于5s，起动电流IA/IN（起动电流倍数）不允许大于10。 对增安型电动机进行控制时，须采用适当的保护装置，确保电动机不会超

19、过极限温度，并在电动机堵转时在tE时间内切断电动机电流。第20页，共34页。防爆知识-电气设备的分类电气设备的分类类：煤矿用电气设备；类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电气设备。类电气设备可以按爆炸性气体的特性进一步分类。 类隔爆型“d” 电气设备又分为A、B、C类。 所有防爆型式的类电气设备分为T1T6组。 具体爆炸性气体的分级和温度组别，详情参见GB3836.1中的附录B。第21页，共34页。防爆知识-最高表面温度最高表面温度对于煤矿用I类电气设备，其最高表面温度不应超过： 150，当电气设备表面可能堆积粉尘时； 450，当电气设备表面不会堆积或采取措施（例如密封防尘或能风）可以防止堆积

20、粉尘时。对于类电气设备，温度分为T1T6组，其表面最高温度及引燃温度见下表。温度组别最高表面温度（）气体或蒸气的引燃温度（）T1450450T2300300T3200200T4135135T5100100T68585第22页，共34页。防爆知识-防爆标志防爆标志a. 类煤矿用电动机，标志由Ex和防爆型式类别级别，如Exd，“d”隔爆型，“”类电气设备。b. 类：除煤矿外的其他爆炸性气体环境用电动机，标志由Ex、防爆型式类别、温度组别组成， 如ExdBT4隔爆型，“d”为隔爆型，“”为电气设备类别，爆炸性环境中的可燃性气体、蒸气属于B级温度组别T4组； 在类产品中，B的电动机可代替A电动机，C的

21、电动机可代替B及A电动机。 增安型“e”电动机,标志由由Ex、防爆型式类别、温度组别组成,如ExeT3,“e”为增安型，“”为电气设备类别，温度组别T3组,(注：没有A、B、C级区别了)。ExeT3的电机可以替代ExeT2的电机。 用于煤矿的电气设备，其爆炸性气体环境除了甲烷外，可能还含有其他成分的爆炸性气体时，应按照类和类相应气体的要求进行制造和检验。该电气设备应有相应标志（例如ExdBT3或Exd（NH3）。 采用滑动轴承结构的电机不能做成C类。第23页，共34页。防爆知识-选型电机选型注意事项 防爆电机应按使用现场的环境条件正确选择其类型、防爆等级。 根据爆炸性气体环境出现的频率和持续时

22、间把危险场所划为3个区域： 0区-爆炸性气体环境连续出现或长时间存在的场所； 1区-在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所； 2区-在正常运行时，不可能出现爆炸性气体环境，如果出现也是偶尔发生并且仅是短时间 存在的场所。 每种防爆型式的电机可以应用的区域 0区-本质安全型“i”； 1区-隔爆型“d”、增安型“e”*、正压型“p”； 2区-隔爆型“d”、增安型“e”、正压型“p”、无火花型“n”； 注：增安型电机适用于2区，IEC6007914规定“e”型电气设备可用于1区。而我国标准规定可适用于1区的是带有热保护“e”型低压电动机（起动频繁、环境条件恶劣除外）。高压电机主体为隔爆型接线盒采

23、用增安型可用在1区。第24页，共34页。相关基础标准三相异步电动机设计、制造、检验、贮存、发运、验收等主要基础标准如下： 1 GB755-2000 旋转电机定额和性能； 2 GB/T1032 三相异步电动机试验方法； 3 GB/T997-2003 旋转电机结构及安装型式（IM代码 4 GB/T1993-1993 旋转电机冷却方法； 5 GB/T477.1-1999 旋转电机尺寸和输出功率等级； 6 GB/T4942.1-2001 旋转电机外壳防护分级（IP代码）； 7 GB/T10068-2000 轴中心高56mm及以上电机的机械振动 振动的测量、评定及限值； 8 GB/T10069.1-19

24、88 旋转电机噪声测定方法及限值 噪声工程测定方法； 9 GB14711 中小型旋转电机安全通用要求； 10 GB1971 电机线端标志与旋转方向； 11 GB156 -1993 标准电压； 12 GB/T2900.25-1994 电工术语 旋转电机； 13 GB/T191-2000 包装储运图示标志。第25页，共34页。电机设计、运行遵循的基本原理旋转电机是一种机电能量转换的机械,发电机把机械能转换为电能,电动机把电能转换为机械能。所有电机(交流电机、直流电机、发电机、电动机)的设计、运行原理，都是建立在以下几条基本定律和原理的基础上，它们是： 1 法拉第电磁感应定律：当通过闭合回路的磁通量

25、随时间发生变化时，电路内就会 产生电势和电流，这种现象成为电磁感应现象。数学表达式为：e=-d/dt e感应电势，单位为伏；通过回路的磁通量，单位为韦伯；t时间，单位为秒。 2 基尔霍夫定律：对于电路内任一闭合回路，若沿回路循行一周，回路内所有电势之和应等于所有电压降之和。数学表达式为：e= u。 3 安培全电流定律（或称安培环路定律）：设空间有多根载流导体，导体中的电流分别为i1，i2，则沿任意闭合曲线L，磁场强度H的线积分H.dl，恒等于被该闭合曲线所包围的导体中的代数和。数学表达式为： H.dl = i。 4 毕-萨电磁力定律：若磁场与载流导体互相垂直，则作用在导体上的电磁力应为f=Bi

26、l B磁场的磁感应强度，单位为特斯拉；i导体中的电流，单位为安；l导体的有效长度，单位为米；f电磁力，单位为牛顿。 5 能量守恒原理：在质量不变的物理系统内，能量总是守恒的，即能量既不会凭空产生亦不会凭空消灭，而仅能变换其存在形式。第26页，共34页。三相异步电动机基本工作原理三相异步电动机的定子装有三相对称绕组，当接至三相对称交流电源时，流入定子绕组的三相对称电流就将在电动机的气隙内产生一个以同步转速旋转的旋转磁场。当转子导体被此旋转磁场的磁力线切割时，导体内将产生感应电势。若旋转磁场为逆时（或顺时）针方向旋转，则根据右手定则，可以判定转子导体内的电势方向，从而就可以判定转子闭合回路内的电流

27、方向。再根据左手定则就可以判定转子导体所受的电磁力方向。转子导体在此电磁力（力矩）的作用下就会旋转起来，这就是三相异步电动机的基本工作原理。 第27页，共34页。三相异步电动机基本性能指标三相异步电动机的基本性能指标有如下五个：1 效率；2 功率因数cos；3 启动电流倍数Ist/In；4 启动转矩倍数Tst/Tn；5 最大转矩倍数Tmax/Tn。其中：效率和功率因数cos属于力能指标；最大转矩倍数 Tmax/Tn表示电动机的过载能力；启动转矩倍数Tst/Tn、启动电流倍数 Ist/In是表征电动机启动性能的技术指标。注：有的资料把电动机的温升、振动、噪声等指标也列为三相异步电动机的性能指标中

28、，并作为考核指标，这也是可以的，只要在相关的文件中规定清楚即可。第28页，共34页。三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性有如下五个：1 转速特性；2 定子电流特性；3 功率因数特性 ；4 转矩特性；5 效率特性。具体内容见下面曲线第29页，共34页。三相异步电动机的安装、维护和修理一、电动机的安装、调试拆箱检查，若不符合要求不允许使用。安装前须先检查滚动轴承的润滑状态，已防润滑脂变质、干涸或弄脏，安装前的准备：必须仔细安装电动机，电动机良好的运行性能在很大程度上取决于电机与主机轴的同心度及有关基础的刚性。二、电气连接及起动测量绝缘电阻：绕组的绝缘电阻Ri在常温25时测量时应不小于下列参考值:Ri20U/(1000+2P)M U=额定电压 V P=输出功率 kW如果绝缘电阻低于最低允许值，应干燥电机。连接：接线盒位于电动机顶部，可旋转左右90、180方向进线。在拆卸接线盒时请将电机外围清理干净。铜芯电缆芯线和电缆线内接地芯线，接于两弓型垫圈之间，注意芯线的铜丝不要飞刺突出（铝芯电缆不宜直接接入，应通过铜铝过渡接头接入）保证导体之间及导体对地之间的电气间隙不小于10mm第30页，共34页。三相异步电动机的安装、维护和修理接线盒内及电机底脚处接地螺栓应可靠接地。接好线后，应清除接线盒里面电缆线周围多余零件这样可使接