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浅析高起动转矩电动机

作者: 发布时间:2020-01-21 15:15:22 阅读: 59 次

摘要:电机已被广泛应用于各行各业,特别是作为原动机的电动机更是发展迅速,其中高起动转矩电机是具有特殊性能的笼型三相异步电动机,具有很大的经济意义。本文主要阐述了高起动转矩电动机的特性、优势与发展意义。

关键词:电机;高起动转矩电动机;特性与优势;发展意义

一、我国电机制造工业的近况和发展趋势

电机是一种进行机电能量转换或信号转换的电磁机构装置,被广泛的应用于各个行业,尤其是近年来,我国电机的发展已经取得了辉煌的成果。首先是产品的品种规格不断增加,单机容量不断增大,技术经济指标也逐步提高。其次是积极采用新技术、新材料、新结构和新工艺。在工艺水平和自动化生产方面都取得了很大的进步,使电机的功效和质量都大大提高[1]

就能量转换的功能来看电机可分为电动机和发电机。其中电动机作为原动机,已广泛应用于各行各业,大至冶金企业使用的高达上万千瓦的电动机,小至小功率电机、乃至几瓦的微电机。在各类原电机中,电动机的容量已超过总容量的60%

根据应用场合的要求和电源的不同,电动机有直流电动机、交流同步电动机、交流感应电动机,以及满足不同需求的特种电动机。40年代以后,由于受第二次世界大战的影响,自动控制技术得到很大发展,出现了一系列新的控制电机。70年代以后,由于现代控制理论的创立,以及大功率电力电子元件、微电子器件、变频技术以及微型计算机技术得到的一系列进展,为交流调速技术的发展创造了理论和物质基础,从而研制出多种调速性能优良、效率较高、能满足不同要求的交流电动机。

二、电动机选择过程中几个重要方面

在电力拖动系统中为生产机械选配电动机时,首先应满足生产机械的要求,例如对工作环境、工作制、起动、制动、减速或调速以及功率等的要求。依据这些要求,合理地选择电动机的类型、运行方式、额定转速及额定功率,使电动机在高效率、低损耗的状态下可靠地运行,以达到节能和提高综合经济效益的目的[3,4,6]

为了达到这个目的,正确地选择电动机的额定功率十分重要。如果额定功率选小了,电动机经常在过载状态下运行,会使它因过热而过早的损坏;还有可能承受不了冲击负载或造成起动困难。额定功率选的过大也不合理,此时不仅增加了设备投资,而且由于电动机经常在欠载下运行,其效率及功率因数等功能指标变差,浪费了电能,增加了供电设备的容量,综合经济效益下降。 除确定电动机的额定功率外,正确地选择电动机的类型、外部结构形式、额定电压及起动转矩等,对节约投资、节电及提高综合经济效益都是十分重要的。 中、小型三相异步电动机,在中国应用十分广泛,其装机容量达3亿kW,用电量约占总发电量的60%,月3500亿kw·h。目前由于电动机选用不合理,每年浪费的投资约10亿元,浪费电能50亿kW·h以上。可见,合理选择电动机具有可观的节电效果和重大的经济效益。

电动机种类的选择的依据是在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下,力求结构简单、运行可靠、维护方便,价格低廉。中国普遍采用的动力电源是三相交流电源,因此,最简单、经济的办法是选择三相或单相异步电动机来驱动机械负载。

鼠笼式异步电动机,由于结构简单、运行可靠、维护方便和价格便宜等特点,广泛应用于国民经济和日常的各个领域,是生产量更大、应用面最广的电机。但起动和调速性能差,功率因数低。在不要求调速,对起动性能无过高要求的常用机械、家用电器、仪器仪表,例如水泵、通风机、机床、洗衣机、电扇等广泛采用鼠笼式异步电动机。

有些生产机械要求起动转矩较大,如空气压缩机,皮带运输机,纺织机等,可采用高起动转矩的鼠笼式异步电动机。

三、高起动转矩电机的特性及优势

高起动转矩电机是具有特殊性能的笼型三相异步电动机,它是一种侧重采用特殊材料,特殊工艺,根据负载机械特性、使用特点、使用环境设计专用电机,通过采用新技术、新材料、新工艺,可以进一步起动转矩和工作性能,从而降低定、转子铜耗、铁耗和机械损耗,提高效率,节能降耗。适用于要求起动转矩高的场合[2]

高起动转矩电机为一专用的电动机,主要由两部分组成:定子和转子。根据导体在旋转磁场中旋转的原理来实现旋转的,当定子绕组中通入周期变化的电流,产生旋转的磁场,由于磁场的作用力使定子铁芯旋转[5]

磁场中的NS极就是磁极。同一组绕组的N极和S极称为一对磁极多个N极和S极即为多个磁极对数。周期变化的电流产生旋转的磁场,磁场旋转的快慢决定了电机的转速成正比,并与电流的变化周期成反比,与电流的频率成正比。转速公式:n=60f/P。国内P指的是磁极对数,其它一些P指的是磁极数,因此国外有另一种公式:n=120f/P。其中f并不是指工频50Hz,而是指电动机的额定频率。额定频率算出的是电动机的更高转速,当使用变频器驱动电动机时,f表示的是变频器输出的频率。

高起动转矩电动机的基本防护等级为IP44,工作方式:S1连续工作制,绝缘等级为B级。该系列电动机具有效率高、节能、噪声低、振动小、起动转距高、可靠性高、安装维护方便等特点。电动机的功率等级、安装尺寸、电气性能均符合标准GB755-2000《旋转电机定额和性能》、和有关的IEC标准。该型号电动机主要适用于某些对起动转矩有较高要求的机械,如压缩机、搅拌机、传送带等等,由于电动机有较好的起动性能,因此也适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械设备。 

   高起动转矩电动机具有特殊的使用条件:

1)环境温度不超过+40℃。

2)海拔不超过1000米。

3)相对温度不超过95%

与普通三相异步电动机一样,在高起动转矩电动机的理论分析中,电动机的参数是十分重要的物理量。在电机学中利用电动机的参数构成等值电路,以此为基础对三相异步电动机的各种运行特性进行分析。在三相异步电动机的仿真分析中,数学模型也涉及到三相异步电动机的参数。三相异步电动机的参数包括三相异步电动机定子电阻、漏电抗、转子电阻、漏电抗及励磁阻抗。这些参数的确定,可以利用电机设计制造时的技术数据进行理论计算,也可以通过试验的方法确定。但前者,不仅计算复杂,而且与实际存在较大的误差;后者虽然方法简单,但无法将各参数进行分离,为此常采用估算的方法来分离参数,与实际情况也存在较大的误差;若电动机参数的理论值与实际值差异较大,则理论分析将与实际运行不相符,在实验方法的基础上,根据三相异步电动机的等值电路,利用三相异步电动机的额定数据,运用计算机算法将参数地进行分离的方法。

四、发展高起动转矩电机的重要意义

随着我国电机工业的不断发展,鼠笼式异步电动机将大量用在要求起动转矩较大的生产机械上,可以预期,在不远的将来,随着高起动转矩三相异步电动机其占有量在全国不断增长,这些电机处于经济运行状态,对节约能源、节约企业投资、产品成本有很大的经济意义。

因而对高起动转矩电动机进行改造具有很大的节能效果和经济效益。电动机在满足高起动转矩的运行要求的前提下,以节能和提高综合经济效益为原则,选择电动机的类型、运行方式及功率匹配,使电动机在效率高、损耗低、经济效益更佳状态下运行。

   主要参考文献:

1  一机部情报所.国外机械工业基本情况(中小型电机) [J]1975

2  童群伦. 鼠笼式高起动转矩异步电动机的特点及使用[J]. 华北电力技术学报 1996 10(4) :43~45

3 P.C.Krause.Analysis of Electric Machinery.McGraw-Hill[J]1986

4 沈阳机电学院.三相异步电动机原理、设计与实验[M].北京:科学出版社,1977

5 潘品英.电动机绕组修理.上海[M]:上海科学技术出版社,1984

6 Charles C.Libby.Motor selection and Application.New York[J]1960

7 西北电力设计院,东北电力设计院.电力工程设计手册[M].上海:上海科学技术

出版社,1983

   8 顾永辉等.煤矿电工手册(第四分册) [M]:煤炭工业出版社,1981

9 凌松年. 异步电动机双鼠笼转子槽形设计. 中小型电机[J]19824(4)1~11

10 赵家礼.交流电动机节能挖潜修理[M].北京:机械工业出版社,1983

11 张明玉, 潘锦英, 夏东伟, 唐孝镐, 林金铭. 具有环形槽的复合转子异步电动机的电磁场分析及端部系数计算[J]. 中国电机工程学报, 1995,15(4):13~17

12 赵争鸣, 郑逢时, 高景德. 同步电机数学模型及参数研究综述[J]. 电工技术学报, 1991, 8(1):1~4

13 王然冉, 王振永.异步电机饱和漏抗的辨识[J].哈尔滨电工学院学1981,10(3):211~221