電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和冷卻


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電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過程


電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中， 由于總損耗轉(zhuǎn)換的熱量不斷產(chǎn)生， 電動(dòng)機(jī)溫度升高， 就有了溫升， 電動(dòng)機(jī)就要向周圍散熱。溫升越高，散熱越快。當(dāng)單位時(shí)間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時(shí)， 電動(dòng)機(jī)溫度不再升高， 而保持一個(gè)穩(wěn)定不變的溫升， 即處于發(fā)熱與散熱平衡的狀態(tài)。此過程是升高的熱過渡過程， 稱為發(fā)熱。



由于電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的具體情況比較復(fù)雜， 為了研究分析方便， 假設(shè)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行， 負(fù)載不變， 總損耗不變， 電動(dòng)機(jī)本身各部分溫度均勻， 周圍環(huán)境溫度不變。



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電動(dòng)機(jī)的冷卻過程


對(duì)負(fù)載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)， 在溫升穩(wěn)定以后， 如果使其負(fù)載減小或使其停車， 那么電動(dòng)機(jī)內(nèi)的總損耗及單位時(shí)間的發(fā)熱量 Q 都將隨之減小或不再繼續(xù)產(chǎn)生。這樣就使發(fā)熱少于散熱， 破壞了熱平衡狀態(tài)， 電動(dòng)機(jī)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(shí)間散熱量 也減小。當(dāng)發(fā)熱量等于散熱量時(shí)，電動(dòng)機(jī)不再繼續(xù)降溫，其溫升又穩(wěn)定在一個(gè)新的數(shù)值上。在停車時(shí)，溫升將降為零。溫升下降的過程稱為冷卻。



電動(dòng)機(jī)容量的選擇方法

選擇電動(dòng)機(jī)的容量較為繁瑣，不僅需要一定的理論分析計(jì)算， 還需要經(jīng)過校驗(yàn)。其基本步驟是：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載提供的負(fù)載圖 PL= f ( t )及溫升曲線τ= f ( t ) ， 并考慮電動(dòng)機(jī)的過載能力， 預(yù)選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)， 然后根據(jù)負(fù)載圖進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)， 將校驗(yàn)結(jié)果與預(yù)選電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行比較， 若發(fā)現(xiàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的容量太大或太小， 再重新選擇， 直到其容量得到充分利用， 后再校驗(yàn)其過載能力與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。



電動(dòng)機(jī)種類、型式、電壓、轉(zhuǎn)速的選擇


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電動(dòng)機(jī)種類的選擇


選擇電動(dòng)機(jī)種類的原則是在滿足生產(chǎn)機(jī)械技術(shù)性能的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 工作可靠、 價(jià)格便宜、 維修方便、 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的電動(dòng)機(jī)。從這個(gè)意義上看， 交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)， 異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于同步電動(dòng)機(jī)， 籠型異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。



當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載平穩(wěn)， 對(duì)啟動(dòng)、 制動(dòng)及調(diào)速性能要求不高時(shí)， 應(yīng)優(yōu)先采用異步電動(dòng)機(jī)。例如普通機(jī)床、水泵、 風(fēng)機(jī)等可選用普通籠型異步電動(dòng)機(jī)。像空壓機(jī)、 皮帶運(yùn)輸機(jī)等要求電動(dòng)機(jī)有較好的啟動(dòng)性能， 則可選用深槽式或雙籠型異步電動(dòng)機(jī)。而像電梯、 橋式起重機(jī)一類提升機(jī)械， 啟、制動(dòng)頻繁， 對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速有一定要求時(shí)， 應(yīng)選用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)于功率較大而又不需調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械， 如大功率水泵、 空壓機(jī)等， 為了提高電網(wǎng)的功率因數(shù)， 可選用同步電動(dòng)機(jī)。



調(diào)速范圍要求不大， 并可由機(jī)械變速箱配合的生產(chǎn)機(jī)械， 如普通機(jī)床、 鍋爐引風(fēng)機(jī)等， 可選用多速籠型異步電動(dòng)機(jī)。



調(diào)速范圍要求較大， 且需要平滑調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如軋鋼機(jī)、龍門刨床、大型精密機(jī)床、造紙機(jī)等， 應(yīng)選用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)或采用變頻調(diào)速的籠型異步電動(dòng)機(jī)。



要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、機(jī)械特性軟的生產(chǎn)機(jī)械，如電車、電機(jī)車、重型起重機(jī)、挖掘機(jī)、便攜工具等， 一般應(yīng)選用串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。如有易燃、易爆氣體的礦井等特殊場(chǎng)所， 不能使用直流電動(dòng)機(jī)， 而應(yīng)采用異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。



隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展， 交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將越來越廣泛， 正逐漸取代直流電動(dòng)機(jī)。



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電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)的選擇


交流電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇主要按使用場(chǎng)所的供電電壓等級(jí)選擇。一般低壓電網(wǎng)為380 V，因此中小型三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的額定電壓多采用220 V， 礦山及鋼鐵企業(yè)的大型設(shè)備用大功率電動(dòng)機(jī)， 可采用高壓電動(dòng)機(jī)， 這樣既減小了電動(dòng)機(jī)的體積， 又節(jié)約了銅線的用量。



直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓也要與電源電壓相配合。由直流發(fā)電機(jī)供電的直流電動(dòng)機(jī)額定電壓一般為110 V或220 V。大功率電動(dòng)機(jī)可提高到 600～1000 V， 當(dāng)電網(wǎng)電壓為 380 V， 直流電動(dòng)機(jī)由晶閘管整流電路供電時(shí)， 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。



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電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇


電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求來選擇的。在一定功率時(shí)， 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速越高，其體積越小， 重量越輕， 價(jià)格越低， 運(yùn)行的效率越高， 電動(dòng)機(jī)的飛輪矩越小， 因此選用高速電動(dòng)機(jī)較經(jīng)濟(jì)。但是， 若生產(chǎn)機(jī)械要求的轉(zhuǎn)速低， 如果選擇高速電動(dòng)機(jī)， 則會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜。



對(duì)于經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械， 若過渡過程時(shí)間對(duì)生產(chǎn)效率有較大影響， 則應(yīng)以 GD2 · nN 為小來選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。若過渡過程時(shí)間對(duì)生產(chǎn)效率影響不大， 則應(yīng)以過渡過程中能量損耗小來選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。



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電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選擇


電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式四種。為使電動(dòng)機(jī)能正常工作于不同環(huán)境下， 必須根據(jù)工作環(huán)境條件來選擇電動(dòng)機(jī)的防護(hù)形式， 以保護(hù)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作而不被損壞。



開啟式

開啟式電動(dòng)機(jī)的價(jià)格便宜， 散熱條件較好， 但由于轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)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(huán)境。



防護(hù)式

防護(hù)式電動(dòng)機(jī)一般可防止水滴、鐵屑等外界雜物落入電動(dòng)機(jī)內(nèi)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(huán)境。這種電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)散熱條件也較好。



封閉式

封閉式電動(dòng)機(jī)有自冷式、強(qiáng)迫通風(fēng)式和密閉式三種。自冷式電動(dòng)機(jī)一般自帶風(fēng)扇， 自冷式和強(qiáng)迫通風(fēng)式電動(dòng)機(jī)能防止任何方向的水滴或雜物侵入電動(dòng)機(jī)， 潮濕空氣和灰塵也不易侵入， 因此適用于潮濕、多塵、易受風(fēng)雨侵蝕， 有腐蝕性氣體等較惡劣的工作環(huán)境， 應(yīng)用較普遍。而密閉式電動(dòng)機(jī)， 則適用于浸入液體中的生產(chǎn)機(jī)械， 如潛水泵等。



防爆式

防爆式電動(dòng)機(jī)是在密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制成隔爆型、增安型和正壓型等， 適用于有爆炸危險(xiǎn)的工作環(huán)境， 如礦井、油庫(kù)、煤氣站等場(chǎng)所。



此外， 對(duì)于濕熱地帶、高海拔地帶及船舶等用電動(dòng)機(jī)， 還應(yīng)選具有特殊防護(hù)要求的電動(dòng)機(jī)。



電動(dòng)機(jī)的溫升和絕緣


提電動(dòng)機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)， 其內(nèi)部總損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁闺妱?dòng)機(jī)溫度升高。而電動(dòng)機(jī)中耐熱差的是絕緣材料，若電動(dòng)機(jī)的負(fù)載太大， 損耗太大而使溫度超過絕緣材料允許的限度時(shí)， 絕緣材料的壽命就急劇縮短， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)使絕緣遭到破壞， 電動(dòng)機(jī)冒煙而燒毀。這個(gè)溫度限度稱為絕緣材料的允許溫度。由此可見， 絕緣材料的允許溫度就是電動(dòng)機(jī)的允許溫度；絕緣材料的壽命就是電動(dòng)機(jī)的壽命。