电机开发

术语详解 dEEx deEEx eEEx nA CEI/IEC 各个代表的意义。国内通常所讲的，，隔爆电机、增安电机是否都能用以上字母表示？如何可以用以上字母表示，该如何用行业字母术语表示？ EExp：正压型；EEx d：隔爆型EEx de：隔爆增安型； EEx e：：无火花防爆型；CEI：IEC：国际电工委员会 防爆电机：电机的统称，指各种防爆标准的电机，包括各种防爆类型； 防火电机：flameproof motor，电机的统称，没有具体的一种标准，我们一般认为防火电机也可以叫防爆电机； 隔爆电机：EEx d 增安电机；EEx e 隔爆电机(EEx d)和增安电机（EEx e）是最常用的2种类型防爆电机，EEx d的应用环境区域比EEx e更高。 2G、2D、2GD代表的意义。 2G表示表面气体高防护类别，2D表示表面粉尘高防护类别，2GD表示表面气体和粉尘高防护类别。其中G、D表示爆炸环境的类型：G（气体、蒸气或薄雾）和D（粉尘） Group I、IIB、IIC；其中I和IIB，IIC代表的意义。 Ⅰ类设备:用于矿井地下部分的设备和用于这些矿井地面设施部分的设备，能因沼气和/或易燃粉尘而发生危险。 II类设备：工厂用电设备，用于能因爆炸环境而发生危险的其他场合的设备。 Ⅱ类设备进一步细分为：ⅡA类（丙烷）；ⅡB类（乙烯）；ⅡC类（氢气）；Ⅱ类（所有气体），其中A表示气体环境为丙烷，B表示气体环境为乙烯，C类表示气体环境为氢气。 IIB和IIC是电气设备和气体的防爆级别 IIB代表最小点燃能量为6微焦 IIC代表最小点燃能量为2微焦 温度等级 T3、T4、T5、T6意义。 电气设备按其最高表面温度分为T1～T6组，使得对应的T1～T6组的电气设备的最高表面温度 不能超过对应的温度组别的允许值。温度组别、设备表面温度和可燃性气体或蒸气的引燃温 度之间的关系如下所示。 电动机的日常维护 （1）电动机的日常维护 日常维护对减少和避免电机在运行中发生故障是相当重要的,其中最重要的环节是巡回检查和及 时排除任何不正常现象的引发根源.出现事故后认真进行事故分析,采取对策,则是减少事故次数和修 理停歇台时提高电机运行效率必不可少的技术工作.电机的日常维护对其正常运行固然非常重要,但 运行中的电机往往会遇到许多突发情况,如短路,过载,断相等.为了使电机在出现这些情况的条件下 不至于被损坏,必须采取一些运行保护措施 保持电机清洁.电机内部不允许进入水珠,油污,灰尘等,并定期清除电机内外的灰尘. 注意负载电流不要超过额定值. 注意检查轴承发热,漏油等情况,尤其要按规定加油. 电机的温升不能超过额定值. （2）异步电机过负荷原因 异步电机过负荷原因大致分为如下几种情况。①由所拖动的机械设备造成。如排灌机械水路阻塞，机轴不同心等，造成电机负荷过大，甚至堵转。②由于电机本身工作条件低劣而造成的。如通风不良，周围环境温度过高，电机机械部分故障等原因引起的电机过热，绝缘水平降低．甚至短路。③由于供电电网质量不佳，如电压过低、三相不平衡等原因造成的电机电流增加等。 （3）正确选用电动机的基本原则 电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谢波干扰等），应在容许的范围内； 按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内； 根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作； 综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。 节能电机 据《中国高新技术产业导报》报道：国家质量监督检验检疫总局于今年1月1日颁布了国家强制性标准GB18613-22《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》，于22年8月实施，同时中国节能产品认证中心也启动了认证工作。基于此，日前，由国家经贸委资源节约与综合利用司主办、中国标准研究中心联合中国节能产品认证中心等单位举办了“中小型三相异步电动机能效国家标准及节能产品认证专题研讨会”，介绍了我国及国外电动机能效标准、测试方法、节能认证程序等。 国家经贸委资源司节能新能源处徐志强处长介绍：我国对能源的利用与发达国家相比还有很大差距，特别是很多企业对能源的消耗很大，例如某些企业的主要产品单位能耗甚至超过国外的4%左右，节能空间还是很大。我国电动机消耗的电量约占全国用电量的6%，而中小型电动机占全国电动机功率的75%，若把中小型电动机的效率平均提高一个百分点，一年可节电2多亿kw/h。中小型电动机出口量每年约为7万kw，占交流电动机总产量的2%，是我国重要的出口机电产品之一，随着加入WTO后，国际贸易加强，国外电机能效标准作为一项非贸易性壁垒，对我国电动机产品出口将产生一定压力。 国家认证机构认可委员会陈云华处长谈到，标准是企业生产的根本依据，直接影响着产品的质量和竞争力。GB18613-22《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》是我国第一个工业设备的能效标准，它既是电动机生产的技术依据，也是今后我国能源政策在电动机生产和应用领域中实施的主要依据，其在技术指标上与欧盟协议指标相当，测试方法采用了美国的先进方法。 据悉，经贸委资源司已将主要工业耗能设备能效标准制定、修订工作列为重点工作之一，中小型电动机能效标准是我国制定的第一个工业产品能效标准，今后还将陆续组织制定空气压缩机、风机、水泵等工业品能效标准。 步进电机原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机 ，利用其没有积累误差(精度为1%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 变频电机 一、变频器对普通异步电动机的影响 1、电动机的效率和温升的问题 2、电动机绝缘强度问题 3、谐波电磁噪声与震动 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 5、低转速时的冷却问题 二、变频电动机的特点 1、电磁设计 2、结构设计 一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。以下为变频器对电机的影响 1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，正弦波PWM型变频器的低次谐波基本为零，高次谐波主要集中在载波频率整数倍频率附近。由于高次谐波阻抗较大，流过电机的电流波形接近正弦波，右图为变频器输出的PWM电压波形及电流波形图。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加1%~2%。 2、电动机绝缘强度问题 中小型变频器大多采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。 3、谐波电磁噪声与震动 普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。 5、低转速时的冷却问题 首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机再转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。 二、变频电动机的特点 1、电磁设计 对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下： 1） 尽可能的减小定子和转子电阻。 减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增加 2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。 3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。 2、结构设计 再结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题： 1）绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。 2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。 3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。 4）防止轴电流措施，对容量超过16KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。 5）对恒功率变频电动机，当转速超过3/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。