电动机知识讲座

2024/5/101電動機知識講座主講人:

陳世欽2024/5/1022024/5/103电动机据说为意大利人阿拉格〔Arago〕实验创造。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屡次的改进到现在的实际应用。电动机之原理2024/5/104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。2024/5/105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.gif2024/5/106图4--1旋轉方向磁場2024/5/107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.doc2024/5/108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。各局部的尺寸如变为90%导线的尺寸也成90%，断面积为0.92²=81%，如电流密度之设计一定，电流那么必须减为81%，同样的磁气回路的断面积也变为81%，假设磁通密度不变，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%，那么容量减少为65KW。2024/5/109但重量方面，面积变为1.93=72.9%，假定各局部的材质不变更比重一定，重量那么减为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廉价了。此即为推广单机大容量的理由。2024/5/1010電動機構造2024/5/1011依外壳、冷却通风、保设方式之综合分：2024/5/1012电动机之种类,依使用电源分:2024/5/1013依转速分：定转速马达〔ConstantSpeedMotor〕马达的转速，不管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，那么不管负载变化否，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。2024/5/1014脚安装型〔FootMounting〕凸缘型〔FlangeMounting〕埋入型〔BuiltIn〕依安装构造分：2024/5/1015依轴向方式分：横型〔HorizontalType〕竖立型〔VertictalType〕：轴向上、轴向下

2024/5/1016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2024/5/1017

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。2024/5/1018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:回转部份舆导电局部不使异物舆之接触，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12mmΦ之圆棒通不过之保護为原那么，但舆转部及导电部离开100mm以上之开口部位，20mmΦ之圆棒应不能通过。2024/5/1019d.防滴型：为开放型。由垂直15O以内滴落之水滴，不管是直接、沿外壳外表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外表或经机体外表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：2024/5/1020g.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25mmΦ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:2024/5/1021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、平安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。2024/5/1022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。2024/5/1023E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。2024/5/1024H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。2024/5/1025低压感应电动机绝缘2024/5/10262024/5/1027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)2024/5/1028表一2024/5/1029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：表二2024/5/1030电动机之振动与噪音2024/5/10312024/5/10322024/5/1033根底计算公式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≈1000W2024/5/1034

2024/5/10352024/5/10362024/5/10372024/5/10382024/5/1039

同步转速之计算

2024/5/1040各种级数与频率之同步转速2024/5/1041电源电压与周率变化对感应电动机特性之影响2024/5/1042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℃半那么〔10degreerule〕。2024/5/1043引起绝缘破坏有以下诸因素：⑴卷线与其相接局部之膨胀、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，其寿命那么短。⑵机械振动及冲击，而破坏绝缘。⑶周围污染空气及湿气影响劣化。⑷电气的应力〔特别是电晕corona〕。⑸其他偶发因素。2024/5/1044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，外表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枯燥时的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外表容易潮湿，平滑外表者因富有排2024/5/1045排水性，故其外表电阻不易下降。如矽质重合体富有排水性，其外表不易受潮，用于温度高的场所甚佳。依绝缘体外表的状态受付着水分的影响而有很大的差异，即外表有尘埃或其他杂质的存在，尤其是附有汗渍者，极易受潮，那么绝缘体外表具有导电性，致使绝缘电阻值降低，因此绝缘物应予以被覆加工〔Coating〕处理，使外表光滑，到达受水分与湿度的影响至最小限。2024/5/1046

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)。2024/5/10472024/5/1048(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)

2024/5/10492024/5/1050(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)。2024/5/10512024/5/1052【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)

2024/5/10531-3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(或为对抗转矩)。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。2024/5/10542024/5/1055

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。2024/5/1056

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。2024/5/10572024/5/10582024/5/10592024/5/10602024/5/1061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。2024/5/10622024/5/10632-2电动机之使用及额定对于电动机之使用方法，在JISC4004「回转电气机械通那么」有如表2-2之规定。2024/5/10642-3出力之决定方法⑴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。2024/5/1065⑵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。