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電動機的發熱和冷卻
1.電動機的發熱過程
電動機在運行過程中, 由于總損耗轉換的熱量不斷產生, 電動機溫度升高, 就有了溫升, 電動機就要向周圍散熱。溫升越高,散熱越快。當單位時間發出的熱量等于散出的熱量時, 電動機溫度不再升高, 而保持一個穩定不變的溫升, 即處于發熱與散熱平衡的狀態。此過程是升高的熱過渡過程, 稱為發熱。
由于電動機發熱的具體情況比較復雜, 為了研究分析方便, 假設電動機長期運行, 負載不變, 總損耗不變, 電動機本身各部分溫度均勻, 周圍環境溫度不變。
2、電動機的冷卻過程
對負載運行的電動機, 在溫升穩定以后, 如果使其負載減小或使其停車, 那么電動機內的總損耗及單位時間的發熱量 Q 都將隨之減小或不再繼續產生。這樣就使發熱少于散熱, 破壞了熱平衡狀態, 電動機的溫度下降,溫升降低。
在降溫過程中,隨著溫升的降低, 單位時間散熱量也減小。當發熱量等于散熱量時,電動機不再繼續降溫,其溫升又穩定在一個新的數值上。在停車時,溫升將降為零。溫升下降的過程稱為冷卻。
電動機容量的選擇方法
選擇電動機的容量較為繁瑣,不僅需要一定的理論分析計算, 還需要經過校驗。其基本步驟是：根據生產機械負載提供的負載圖 PL= f(t)及溫升曲線τ= f (t) , 并考慮電動機的過載能力, 預選一臺電動機, 然后根據負載圖進行發熱校驗, 將校驗結果與預選電動機的參數進行比較, 若發現預選電動機的容量太大或太小, 再重新選擇, 直到其容量得到充分利用, 最后再校驗其過載能力與啟動轉矩是否滿足要求。
電動機種類、型式、電壓、轉速的選擇
1.電動機種類的選擇
選擇電動機種類的原則是在滿足生產機械技術性能的前提下,優先選用結構簡單、工作可靠、價格便宜、維修方便、運行經濟的電動機。從這個意義上看, 交流電動機優于直流電動機, 異步電動機優于同步電動機, 籠型異步電動機優于繞線轉子異步電動機。
當生產機械負載平穩, 對啟動、 制動及調速性能要求不高時, 應優先采用異步電動機。例如普通機床、水泵、 風機等可選用普通籠型異步電動機。像空壓機、 皮帶運輸機等要求電動機有較好的啟動性能, 則可選用深槽式或雙籠型異步電動機。而像電梯、 橋式起重機一類提升機械, 啟、制動頻繁, 對電動機的啟動、制動、調速有一定要求時, 應選用繞線轉子異步電動機。對于功率較大而又不需調速的生產機械, 如大功率水泵、空壓機等, 為了提高電網的功率因數, 可選用同步電動機。
調速范圍要求不大, 并可由機械變速箱配合的生產機械, 如普通機床、 鍋爐引風機等, 可選用多速籠型異步電動機。
調速范圍要求較大, 且需要平滑調速的生產機械,如軋鋼機、龍門刨床、大型精密機床、造紙機等, 應選用他勵直流電動機或采用變頻調速的籠型異步電動機。
要求啟動轉矩大、機械特性軟的生產機械,如電車、電機車、重型起重機、挖掘機、便攜工具等, 一般應選用串勵或復勵直流電動機。如有易燃、易爆氣體的礦井等特殊場所, 不能使用直流電動機, 而應采用異步電動機和同步電動機。
隨著交流變頻調速技術的發展, 交流電動機的應用將越來越廣泛, 正逐漸取代直流電動機。
2、電動機電壓等級的選擇
交流電動機額定電壓的選擇主要按使用場所的供電電壓等級選擇。一般低壓電網為380 V，因此中小型三相異步電動機的額定電壓大多為380 V(Y或△形法),220/380 V（△/Y形接法)和380/660 V（△/Y形接法）。單相異步電動機的額定電壓多采用220 V, 礦山及鋼鐵企業的大型設備用大功率電動機, 可采用高壓電動機, 這樣既減小了電動機的體積, 又節約了銅線的用量。
直流電動機的額定電壓也要與電源電壓相配合。由直流發電機供電的直流電動機額定電壓一般為110 V或220 V。大功率電動機可提高到 600～1000 V, 當電網電壓為 380 V, 直流電動機由晶閘管整流電路供電時, 采用三相整流可選額定電壓為 440 V, 單相整流可選額定電壓為160 V或180 V。
3、電動機額定轉速的選擇
電動機的額定轉速是根據生產機械傳動系統的要求來選擇的。在一定功率時, 電動機的額定轉速越高,其體積越小, 重量越輕, 價格越低, 運行的效率越高, 電動機的飛輪矩越小, 因此選用高速電動機較經濟。但是, 若生產機械要求的轉速低, 如果選擇高速電動機, 則會使傳動機構復雜。
對于經常啟動、制動、反轉的生產機械, 若過渡過程時間對生產效率有較大影響, 則應以GD2·nN 為最小來選擇電動機的額定轉速。若過渡過程時間對生產效率影響不大, 則應以過渡過程中能量損耗最小來選擇電動機的額定轉速。
4、電動機結構形式的選擇
電動機的結構形式有開啟式、防護式、封閉式和防爆式四種。為使電動機能正常工作于不同環境下, 必須根據工作環境條件來選擇電動機的防護形式, 以保護電動機長期工作而不被損壞。
(1)開啟式
開啟式電動機的價格便宜, 散熱條件較好, 但由于轉子和繞組暴露在空氣中, 容易被水汽、 灰塵、 鐵屑、油污等侵蝕,影響電動機的正常工作及使用壽命。因此, 它只能用于干燥、灰塵很少又無腐蝕性和爆炸性氣體的環境。
(2) 防護式
防護式電動機一般可防止水滴、鐵屑等外界雜物落入電動機內部, 但不能防止潮氣及灰塵的侵入。它只適用于較干燥且灰塵不多又無腐蝕性和爆炸性氣體的工作環境。這種電動機的通風散熱條件也較好。
(3)封閉式
封閉式電動機有自冷式、強迫通風式和密閉式三種。自冷式電動機一般自帶風扇, 自冷式和強迫通風式電動機能防止任何方向的水滴或雜物侵入電動機, 潮濕空氣和灰塵也不易侵入, 因此適用于潮濕、多塵、易受風雨侵蝕, 有腐蝕性氣體等較惡劣的工作環境, 應用較普遍。而密閉式電動機, 則適用于浸入液體中的生產機械, 如潛水泵等。
(4)防爆式
防爆式電動機是在密封結構的基礎上制成隔爆型、增安型和正壓型等, 適用于有爆炸危險的工作環境, 如礦井、油庫、煤氣站等場所。
此外, 對于濕熱地帶、高海拔地帶及船舶等用電動機, 還應選具有特殊防護要求的電動機。
電動機的溫升和絕緣
