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電機選擇的基本要求有哪些?

禮拜六 - 02/12/2017 03:22

DC MOTOR

DC MOTOR
這個問題很大,試著來寫一點。本人是工業大型電動機銷售,電氣工程及其自動化專業,畢業後從事電機行業兩年餘,技術略懂一些,遇到問題更多是商務和售後,設計方面很少,所以只能從工業使用角度分析一下。
首先回答問題,電機選型需要的基本內容有:所驅動的負載類型,額定功率、額定電壓、額定轉速。
 
一、所驅動的負載類型
 
這個得反過來從電機特點說。電機可以簡單劃分為直流電機和交流電機,交流又分為同步電機和異步電機。
 
PMDC motor construction
 
1、直流電機
 
直流電機的優點是可以方便地通過改變電壓調節轉速,並可以提供較大的轉矩。適用於需要頻繁調節轉速的負載,如鋼廠的軋機,礦山的提昇機等。但現在隨著變頻技術的發展,交流電機也可以通過改變頻率來實現調節轉速。不過雖然變頻電機價格比普通電機貴不了多少,但變頻器價格在整套設備中佔據主要部分,所以直流電機還有一個優點是便宜。
 
直流電機的缺點在於結構複雜,任何設備只要結構複雜,必然導致故障率增加。直流電機相比於交流電機,除了繞組複雜(勵磁繞組、換向極繞組、補償繞組、電樞繞組),還增加了滑環、電刷和換向器。不僅對製造商的工藝要求高,而且後期維護成本也相對較高。因此直流電機在工業應用中是處在一個逐漸沒落但過渡階段仍有用武之地的尷尬境地。如果用戶資金比較充裕的話,建議選擇交流電機配變頻器的方案,畢竟使用變頻器也帶來很多好處,這個不細說了。
 
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2、異步電機
 
異步電機的優點在於結構簡單,性能穩定,維護方便,價格便宜。且製造工藝上也是最簡單的,曾聽車間的老技師說過,裝配一台直流電機的所用工時,可以完成差不多功率的兩台同步電機或者四台異步電機,由此可見一斑。因此異步電機在工業中得到了最廣泛的應用。
 
異步電機又分為鼠籠型電機和繞線型電機,其區別在於轉子。鼠籠型電機轉子由金屬條製成,銅製或鋁製。但銅的機械性能和導電性能都好於鋁,就我所接觸的絕大部分都是銅製轉子。鼠籠型電機在工藝上解決了斷排的問題後,可靠性遠遠超過繞組型轉子的電機。
 
而其缺點在於,金屬轉子在旋轉的定子磁場中切割磁感線獲得的轉矩較小,且起動電流較大,對起動力矩要求較大的負載難以勝任。儘管增加電機鐵心長度可以獲得更多的轉矩,但力度十分有限。繞線型電機在啟動時通過滑環給轉子繞組通電,形成轉子磁場,與旋轉的定子磁場相對運動,因此獲得轉矩更大。
 
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且在啟動過程中串聯水電阻來降低啟動電流,水電阻由成熟的電控裝置控制隨啟動過程改變阻值。適用於軋機、提昇機等負載。由於繞線型異步電機相對鼠籠型電機增加了滑環、水電阻等,在整體設備價格上有一定提高。其與直流電機相比,調速範圍較為狹窄且轉矩相對較小,相應價值也低。
 
然而異步電機由於給定子繞組通電建立旋轉磁場,而繞組屬於電感性元件不做功,要從電網中吸收無功功率,對電網衝擊很大。直觀體驗有大功率電感性電器接入電網時,電網電壓下降,電燈亮度一下都降低。因此供電局對異步電動機的使用會有所限制,這也是很多工廠必須考慮的地方。
 
部分用電大戶如鋼廠、鋁廠等,選擇建立自備電廠,形成自己獨立的電網,以減免對異步電動機的使用限制。所以異步電動機如果要滿足大功率負載使用,需配備無功功率補償裝置,而同步電動機則可通過勵磁裝置向電網提供無功功率,功率越大同步電動機的優勢就越明顯,由此產生了同步電動機的舞台。
 
3、同步電動機
 
同步電動機的優點除了過勵狀態可以補償無功功率外,還包括1)同步電動機的轉速嚴格遵守n=60f/p,可以精確控制轉速;2)運行穩定性高,當電網電壓突然下降,其勵磁系統一般會強行勵磁,保證電動機運行穩定,而異步電動機轉矩(與電壓平方成正比)則會大幅下降;3)過載能力比相應異步電動機大;4)運行效率高,尤其是低速同步電動機。
 
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同步電動機無法直接啟動,需要異步啟動或變頻啟動。異步啟動指同步電動機在轉子上裝有類似於異步電機籠式繞組的啟動繞組,在勵磁迴路中串接約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來構成閉合電路,把同步電動機的定子直接接入電網,使之按異步電動機啟動,當轉速達到亞同步轉速(95%)時,再切除附加電阻的啟動方式;變頻啟動不多贅述。所以同步電動機缺點之一是需要為啟動增加額外的設備裝置。
 
同步電機是靠勵磁電流運行的,如果沒有勵磁,電機就是異步的。勵磁是加在轉子上的直流系統,它的旋轉速度和極性與定子是一致的,如果勵磁出現問題,電動機就會失步,調整不過來,觸發保護“勵磁故障”電動機跳閘。所以同步電動機缺點之二是需要增加勵磁裝置,以前是由直流機直接供給,現在大多由可控矽整流供給。還是那句老話,結構越複雜、設備裝置越多,故障點就越多,故障率越高。
 
根據同步電機的性能特點,其應用主要在提昇機、磨機、風機、壓縮機、軋機、水泵等負載上。

 
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綜上所述,選擇電動機的原則是電動機性能滿足生產機械要求的前提下,優先選用結構簡單、價格便宜、工作可靠、維護方便的電動機。在這方面交流電動機優於直流電動機,交流異步電動機優於交流同步電動機,鼠籠型異步電動機優於繞線型異步電動機。
 
負載平穩,對起、制動無特殊要求的連續運行的生產機械,宜優先選用普通鼠籠型異步電動機,其廣泛用於機械、水泵、風機等。
起動、制動比較頻繁,要求有較大的起動、制動轉矩的生產機械,如橋式起重機、礦井提昇機、空氣壓縮機、不可逆軋鋼機等,應採用繞線式異步電動機。
 
無調速要求,需要轉速恆定或要求改善功率因數的場合,應採用同步電動機,例如中、大容量的水泵,空氣壓縮機、提昇機、磨機等。
 
調速範圍要求在1∶3以上,且需連續穩定平滑調速的生產機械,宜採用他勵直流電動機或用變頻調速的鼠籠式異步電動機或同步電機,例如大型精密機床、龍門刨床、軋鋼機、提昇機等。
 
要求起動轉距大,機械特性軟的生產機械,使用串勵或複勵直流電動機,例如電車、電機車、重型起重機等。
 
 
二、額定功率
 
電動機的額定功率是指輸出功率,即軸功率,也稱容量大小,是電動機標誌性參數。常有人問電機多大的,一般不是指電機的尺寸大小,而是指額定功率。它是量化電動機拖動負載能力的最重要的指標,也是電機選型時必須提供的參數要求。
 

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