【文章內(nèi)容簡介】 電動機允許的條件時，應(yīng)增設(shè)外通風(fēng)設(shè)施，以免損壞電動機。 電動機 52 電動機功率、轉(zhuǎn)矩的選擇 電動機容量即額定功率的選擇是由生產(chǎn)機械的需要決定的，也就是說由負(fù)載功率來決定。電動機功率的選擇應(yīng)按電動機的工作方式采用不同的方法。對于連續(xù)工作方式的電動機，選擇其容量只要等于或略大于生產(chǎn)機械所需功率即可。對于斷續(xù)工作方式的電動機，所選電動機在該負(fù)載持續(xù)作用下的額定功率等于或略大于生產(chǎn)機械所需功率。機械負(fù)載短時工作時，應(yīng)選用相對應(yīng)的短時工作電動機，其功率等于或略大于負(fù)載功率。 電動機電壓的選擇 電壓選擇主要依據(jù)電動機運行場所供電網(wǎng)的電壓等級，同時還應(yīng)兼顧電動機的類型和功率。小容量的電動機額定電壓均為 380V，大容量的電動機有時采用 3kV、6kV和 10kV的高壓電動機。 電動機 53 三相異步電動機的啟動 從異步電動機接入電源，轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的過程，稱為啟動。在啟動開始的瞬間 (n=0， s=1)，轉(zhuǎn)子和定子繞組中都有很大的啟動電流。一般中、小型鼠籠式電動機的定子啟動電流 (線電流 )是額定電流的4～ 7倍。過大的啟動電流會造成輸電線路的電壓降增大，容易對處在同一電網(wǎng)中的其他電器設(shè)備的工作造成危害，例如，使照明燈的亮度減弱，使鄰近異步電動機的轉(zhuǎn)矩減小等。另外，雖然轉(zhuǎn)子電流較大，但由于轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) 很低，啟動轉(zhuǎn)矩并不是很大。 為了改善電動機的啟動過程，要求電動機在啟動時既要把啟動電流限制在一定數(shù)值內(nèi)，同時要有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，以便縮短啟動過程，提高生產(chǎn)率。 2cos? 三相異步電動機的啟動、調(diào)速與制動 電動機 54 （ 1）鼠籠式電動機的起動 鼠籠式電動機的起動方法有直接起動和降壓起動兩種。 ① 直接啟動 ：就是將三相籠型異步 電動機的定子繞組加上額定電壓的 啟動方式，也稱全壓啟動，如 圖 。這種方法最簡單，設(shè) 備少，投資小，啟動時間短，但啟 動電流大，啟動轉(zhuǎn)矩小，一般只適 用于小容量電動機 ( )的 啟動。 直接啟動線路 電動機 55 較大容量的電動機，在電源容量也較大的情況下，可參考以下經(jīng)驗公式確定能否直接啟動： 式 ()的左邊為電動機的啟動電流倍數(shù)，右邊為電源允許的啟動電流倍數(shù)。只有滿足該條件，方可采用直接啟動。 ② 降壓啟動 ：降壓啟動的主要目的是為了限制啟動電流，但同時也限制了啟動轉(zhuǎn)矩，因此，這種方法只適用于輕載或空載情況下啟動。常用的降壓啟動方法有下列幾種： 電動機 56 第一 ，定子電路中串電抗器啟動。這種啟動方法是在電動機定子繞組的電路中串入一個三相電抗器，其接線如 圖 。 啟動時，先合上電源開關(guān) QS1，此時利用電抗器的 分壓，使加到電動機兩端 的電壓降低，從而降低了 啟動電流；待電動機的轉(zhuǎn) 速升高而接近額定轉(zhuǎn)速時， 再將開關(guān) QS2閉合，電抗 器被短接，電動機便在額 定電壓下正常運轉(zhuǎn)。 串電抗器啟動 電動機 57 第二 ， Y△ 啟動。這種方法只適用于正常運轉(zhuǎn)時定子繞組作三角形連接的電動機。啟動時，先將定子繞組改接成星形，使加在每相繞組上的電壓降低到額定電壓的 1/3，從而降低了啟 動電流；待電動機轉(zhuǎn)速 升高后，再將繞組接成 三角形，使其在額定電 壓下運行。 Y△ 啟動線 路如 圖 。 圖 Y△ 啟動線路圖 電動機 58 可以證明，星形啟動時的啟動電流 (線電流 )僅為三角形直接啟動時電流 (線電流 )的 1/3，即 ；其啟動轉(zhuǎn)矩也為后者的 1/3，即 。 Y△ 啟動的優(yōu)點是啟動設(shè)備簡單，成本低，能量損失小。目前， 4～ 100kW的電動機均設(shè)計成 380V三角形連接，所以，這種方法有很廣泛的應(yīng)用意義。 第三 ，自耦變壓器啟動。對容量較大或正常運行時作星形連接的電動機，可應(yīng)用自耦變壓器降壓啟動。此自耦變壓器稱為啟動補償器，其電路接線如 圖 示。自耦變壓器的一次繞組接電源。啟動時，將開關(guān)接到“啟動”位置，則低壓側(cè)接電動機的定子繞組，使電動機在低電壓下啟動；待電動機轉(zhuǎn)速升高到一定值，將開關(guān)切換到“運行”位置，電動機便在額定電壓下運行。 stY st II ?? )31(stY st TT ?? )31( 電動機 59 自耦變壓器上備有抽頭，以便根據(jù)所要求的啟動轉(zhuǎn)矩來選擇不同的電壓。如 QJ3型的抽頭比 (U2/U1)為 40％、60％、 80％。 同樣可以證明，自耦變 壓器降壓啟動電流為直 接啟動電流的 1/K2，其 啟動轉(zhuǎn)矩也為后者的 1/K2。這里， K為變壓 器的變壓比 （ K= U2/U1 ）。 圖 自耦變壓器啟動線路圖 電動機 60 自耦變壓器降壓啟動的優(yōu)點是不受電動機繞組接線方法的限制，可按照允許的啟動電流和所需的啟動轉(zhuǎn)矩選擇不同的抽頭，常用于啟動容量較大的電動機。其缺點是設(shè)備費用高，不宜頻繁啟動。 例 一臺三角形連接的三相鼠籠式異步電動機，已知 PN =10kW， UN =380V， IN =20A， nN =1450r/min，由手冊查得， Ist / IN =7， Tst/TN =，擬半載啟動，電源容量為 200kVA，試選擇適當(dāng)?shù)膯臃椒ǎ⑶蟠藭r的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩。 電動機 61 第四，三相籠型異步電動機的軟啟動。軟啟動器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電動機控制裝置，國外稱為 Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電動機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。軟啟動器實際上是個調(diào)壓器，用于電動機啟動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。 軟啟動器用于需降壓啟動和停止的場合。 軟啟動只改變輸出電壓，不改變頻率，也就是不改變電動機運行曲線上的 n1，而是加大該曲線的陡度，使電動機特性變軟。當(dāng) n1不變時，電動機的各個轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩）均正比于其端電壓的平方，因此用軟啟動時大大降低了電動機的啟動轉(zhuǎn)矩，所以軟啟動并不適用于重載啟動的電動機。 電動機 62 （ 2）繞線式電動機的啟動 ① 轉(zhuǎn)子繞組串接電阻啟動：繞線式電動機是在轉(zhuǎn)子電路中接入電阻來啟動的，如 圖 。啟動時，先將啟動變阻器調(diào)到最大值， 使轉(zhuǎn)子電路電阻最大，從而 降低啟動電流和提高啟動轉(zhuǎn) 矩。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高， 逐步減小變阻器電阻。啟動 完畢時，切除啟動電阻。 繞線式電動機常用于要求啟 動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上， 如卷揚機、鍛壓機、起重機 及轉(zhuǎn)爐等。 圖 繞線式電動機的啟動線路 電動機 63 電動機 64 頻敏變阻器是一種由鑄鐵片或鋼板疊成鐵芯，外面套上三相繞組組成三相電抗器。將其接入繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路中，由其繞組電抗和鐵芯損耗（主要是渦流損耗）決定的阻抗隨電動機的轉(zhuǎn)速而變化。其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、運行可靠，但啟動時功率因數(shù)低，啟動轉(zhuǎn)矩小。常用的頻敏變阻器有用于輕載啟動的 BPBP BP3系列，用于重載啟動的 BP BP6 系列。 三相異步電動機的反轉(zhuǎn) 根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)動原理，如果旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向也隨之改變。改變?nèi)嚯娫吹南嘈?(即把任意兩相線對調(diào) )，就可改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，電動機便會反轉(zhuǎn)。 電動機 65 所謂調(diào)速，就是在同一負(fù)載下使電動機得到不同的轉(zhuǎn)速。生產(chǎn)機械采用電氣調(diào)速，可以大大簡化機械變速系統(tǒng)。 由式（ ）知，改變電動機的轉(zhuǎn)速有三種方式，即改變電源頻率 、極對數(shù) p 和轉(zhuǎn)差率 s 。 （ 1）變頻調(diào)速 近年來，交流變頻調(diào)速在國內(nèi)外發(fā)展非常迅速。由于晶閘管變流技術(shù)的日趨成熟和可靠，變頻調(diào)速在生產(chǎn)實際中應(yīng)用非常普遍，它打破了直流拖動在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位。 1f 電動機 66 （ 2）電磁調(diào)速 電磁調(diào)速異步電動機是由普通鼠籠式異步電動機、電磁滑差離合器和直流勵磁電源三部分組成。異步電動機作為原動機使用 ,當(dāng) 它旋轉(zhuǎn)時帶動離合器 的電樞一起旋轉(zhuǎn) ,直流 勵磁電源是提供滑差 離合器勵磁線圈勵磁 電流的裝置。這里主 要介紹電磁滑差離合 器 ,圖 意圖。 圖 1— 可控整流器； 2— 負(fù)載； 3— 磁極； 4— 電樞； 5— 籠型機； 6— 電磁調(diào)整電動機； 7— 勵磁線圈 電動機 67 它包括電樞、磁極和勵磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu) ,它與鼠籠式異步電動機的轉(zhuǎn)軸相連接 ,俗稱主動部分；磁極做成爪形結(jié)構(gòu) ,裝在負(fù)載軸上 ,俗稱從動部分。主動部分和從動部分在機械上無任何聯(lián)系。當(dāng)勵磁線圈通過電流時 ,產(chǎn)生磁場 ,爪形結(jié)構(gòu)便形成很多磁極。此時若電樞被鼠籠式異步電動機拖著旋轉(zhuǎn) ,那么它便切割磁場相互作用 ,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動部分的磁極便跟著主動部分電樞一起旋轉(zhuǎn) ,前者轉(zhuǎn)速低于后者 ,因為只有當(dāng)電樞與磁場存在相對運動時 ,電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動機轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場的運動原理沒有本質(zhì)的區(qū)別 ,所不同的是 :異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場則由勵磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)時才起到旋轉(zhuǎn)磁場的作用。 電動機 68 （ 3）變極調(diào)速 改變磁極對數(shù)，可有效地改變電動機的轉(zhuǎn)速。增加磁極對數(shù)，可以降低電動機的轉(zhuǎn)速，但磁極對數(shù)只能成整數(shù)倍地變化，因此，該調(diào)速方法無法做到平滑調(diào)速。 變極調(diào)速的實質(zhì)是改變電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。在實際生產(chǎn)中，磁極對數(shù)可以改變的電動機稱為多速電動機，如雙速、三速、四速等。雙速電動機定子每相繞組由兩個相同的部分組成，這兩部分若串聯(lián)連接，則獲得的磁極對數(shù)為兩部分并聯(lián)時的兩倍，如 圖 示。 因為變極調(diào)速經(jīng)濟、簡便，因而在金屬切削機床中經(jīng)常應(yīng)用。 電動機 69 （ 4）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 在繞線式電動機的轉(zhuǎn)子電路中，接入調(diào)速變阻器，改變轉(zhuǎn)子回路電阻，即可實現(xiàn)調(diào)速。這種調(diào)速方法也能平滑地調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，但能耗較大，效率低，目前主要應(yīng)用在起重設(shè)備中。 圖 磁極對數(shù)改變的方法 （ a）串聯(lián)時；（ b）并聯(lián)時 電動機 70 三相異步電動機的制動 （ 1）能耗制動 這種制動方法是在電動機脫離三相電源的同時，將定子繞組接入直流電源，從而在電動機中產(chǎn)生一個不旋轉(zhuǎn)的直流磁場，如 圖 。此時，由于轉(zhuǎn)子的慣性而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，根據(jù)右手定則和左手定則不難確定，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和直流磁場相互作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，稱為制動轉(zhuǎn)矩，電動機在制動轉(zhuǎn)矩的作用下就很快停止。由于該制動方法是把電動機的旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子電阻上，故稱能耗制動。 能耗制動能量消耗小，制動平穩(wěn)，無沖擊，但需要直流電源，主要應(yīng)用于要求平穩(wěn)準(zhǔn)確停車的場合。 電動機 71 能耗制動 反接制動 電動機 72 （ 2）反接制動 在電動機停車時，可將三相電源中的任意