《电动机知识讲座》PPT课件.ppt

2019/5/15,1,電動機知識講座,主講人: 陳世欽,2019/5/15,2,2019/5/15,3,电动机据说为意大利人阿拉格（Arago）实验发明。如图4-1所示将磁铁依箭头方向沿一块可自由旋转之圆铜板移动，因圆板切割从N到S流动之磁力线，圆板内感应生电形成涡流，由于涡流与磁铁与产生电磁力而使圆板旋转，电动机就是利用这种原理经过多次的改进到现在的实际应用 。,电动机之原理,2019/5/15,4,感应电动机由定子引入电源，定子绕组通过电流后定子铁心即因电磁感应作用产生旋转磁场，此旋转磁场穿过转子线圈，转子线圈便发生割切磁场之作用，因而在转子线圈感应副电流（二次电流），此二次电流又产生转子磁场。转子磁场与定子旋转磁场相互作用即产生一使转子转动之力量，此力量便是一般所称之转矩（Torque），使电动机继续旋转。,2019/5/15,5,由于感应电动机之转子绕组不与电源相接，转子发生电磁作用完全是以感应方式将定子绕组之电能感应过来，而感应电动机亦即是采电磁感应之“感应”而得。,內部磁場交變情形.gif,磁力線變化.gif,2019/5/15,6,图4-1,磁場,2019/5/15,7,感应电动机的进步,第7图为国内某制造厂电动机重量的变动以百分率表示的一例。第8圖為表示其外型的比較，铸铝转子的采用，由铸铁框架，且由A级绝缘变成E级绝缘，可知其重量已有大幅度的减轻。第9图为表示欧洲某制造厂的一例，其倾向也很相似。,圖七.doc,圖九.doc,圖八.doc,2019/5/15,8,为了简单说明，举个例单纯以感应电动机尺寸变为90%时，容量变为如何检讨之。各部分的尺寸如变为90%导线的尺寸也成90%，断面积为0.92 =81%，如电流密度之设计一定，电流则必须减为81%，同样的磁气回路的断面积也变为81%，若磁通密度不变，所经过的磁通量变为81%，端电压也可当作81%，因此容量减少为电压电流的白分率1.812=65.6%，即如100KW的马达各部尺寸缩减10%，则容量减少为65KW。,2019/5/15,9,但重量方面，面积变为1.93=72.9%，假定各部分的材质不变更比重一定，重量则减为73%，因此，重量只减为73%，但输出已减为65%，此换言之，如机器的容量愈大，涉及单位重量的资料即减少，有关单位容量的价格就便宜了。 此即为推广单机大容量的理由。,2019/5/15,10,電動機構造,2019/5/15,11,依外壳、冷却通风、保设方式之综合分：,2019/5/15,12,电动机之种类,依使用电源分:,2019/5/15,13,依转速分：,定转速马达（Constant Speed Motor） 马达的转速，不论在无载或全载下皆保持一定，唯一般无 载时之转速约略大于全载时之转速，如泛用感应电动机。 可调速马达（Adjustable Speed Motor） 马达之转速可在一特定范围内渐次增减，而且一旦调于某 一转速后，则不论负载变化否，接可保持在该调定之转速 下运转。如分激式、复激式直流电动机及整流子电动机。 多转速马达（Multi Speed Motor） 马达为有阶段性之多重转速，一旦设定于某一转速后，不 论负载变化否，皆保持于约略相同之转速。如变级马达。 变速马达（Varying Speed Motor） 马达转速随负载而改变，通常是负载增加，转速降低。如 串激式直流电动机及转矩马达。,2019/5/15,14,脚安装型（Foot Mounting） 凸缘型（Flange Mounting） 埋入型（Built In）,依安装构造分：,2019/5/15,15,依轴向方式分： 横型（Horizontal Type） 竖立型（Vertictal Type）：轴向上、轴向下,2019/5/15,16,依外壳形式分：,开放型（Open Type）： 外型(含拖架與框架)有开孔，外气空氣可通 自由过内部。 全闭型（Enclosed Type）： 外型及軸承等均完全封閉内外空氣不相通 风之构造,2019/5/15,17,依冷却通风方式分： 自然冷却型：利用马达外壳自然散热，无冷 却装置。 自力通风型：由转部本身之通风作用或在转 部另加风扇者。 他力通风型：附加独立之送风机做为通风冷 却者。,2019/5/15,18,依环境保護方式分： a.无保護型：为开放型: 机体上半部之开口，无 特别保设之构造。 b.半保護型：为开放型: 机体上半部开口位加以 保设者。 c.保護型： 为开放型: 回转部份舆导电部分不 使异物舆之接触，所有开口均以金 属网或其他之方法加以保護者。此 等之开口应以12mm之圆棒通不过 之保護为原则，但舆转部及导电部 离开100mm以上之开口部位，20mm 之圆棒应不能通过。,2019/5/15,19,d.防滴型：为开放型。由垂直15O以内滴落之 水滴，不论是直接、沿外壳表面反 弹而进入马达内部时，不能触及铁 心及绝缘物。 e.防沫型：为开放型。由垂直100O以内落下之 水滴及异物不直接 沿机体表面或经 机体表面反弹而进入机体之内部者。 f.防水型：为防滴型或防沫型。马达内部一时浸 水至轴之下方，仍可使用而不造成故 障者。,依环境保護方式分：,2019/5/15,20,g.保護防滴型：为开放型。具有保護型及防滴 型两重功能者。 大多数半封闭三相IM皆属此型。 h. 防尘型： 为全闭型。尘埃、异物不能 侵入马达内部。 防水型： 为全闭型。由电动机各个不 同方向以内径25mm之喷 水，水头水压10M以上距离 马达3M，总喷水时间 5Min，拆开马达，内部不 得有水浸入。 j.全闭水中型：在规定时间、规定压力，可在 水中连续使用且不故障者。,依环境保護方式分:,2019/5/15,21,依环境保護方式分: k.防蚀型：在指定之腐蚀性酸、碱或有害气体存在之 场所可连续使用而不故障者。可分为三类。 13级。 l.防暴型：马达使用在有爆炸性物质之场所，马达故 障时产生之火花不致引起外部爆炸性物质 着火或爆炸者。有耐压防暴型、内压防暴 型、油中防暴型、微隙防暴型、安全增防 暴型及特殊防暴型。 m.屋外型：马达置在屋外（露天场所）可连续使用而 不故障者。,2019/5/15,22,感应电动机之绝缘与温升,电动机之绝缘（Insulation） 绝缘物之寿命因，故绝缘材料有其最高容许 温度之限制。JIS规格中绝缘等级（Insulation Class）有如下之分类： Y级: 以木棉、绢、纸等植物纤维所构成， 最高 容许温度90C，目前已淘汰。 A级： 以Y级之材料浸以凡立水或油，最高容许 温度105。于1965年已将低压三相鼠笼 式电 动机由此种最普遍之马达绝缘改成 E级。,2019/5/15,23,E级：以树脂（Epoxy Resin）材料含浸凡立水 可耐120，为目前最广用之绝缘材料。 B级：以云母、石棉、玻璃纤维等与接着材料共 同使用所构成的材料制成。最近马达为适 应耐高温场所及缩小体积已渐被应用，可 耐130。 F级：同B级材料与矽树脂等接着剂构成，可耐 155，在指定耐高温之场所已渐采用。,2019/5/15,24,H级：以云母、石棉、玻璃纤维等与硅树脂 或等同性质的接着剂共同构成，胶状 或固体状的硅树脂单独使用，可耐 180，与F级同渐被采用。 C级：以生云母、石棉、磁器等单独使用 或与接着剂共同使用，可耐180 以上，目前少用。,2019/5/15,25,低压感应电动机绝缘,2019/5/15,26,2019/5/15,27,低压三相鼠笼式感应电动机之噪音基准（单位唪）,注：1（1）表为JEM-R2066-1972 噪音基准 2表内数值容许误差+3Phon 3表内数值参考IEC、NEMA、VDE之规格 为无负荷噪音。 4特殊规格马达或特殊规格电源时不适 用本表。 5. (2)表 NEMA之规定(单位:dp),2019/5/15,28,表一,2019/5/15,29,噪音（Noise）,一般泛用三相鼠笼式感应电动机之无负荷时噪音JEM及NEMA有如下表之基准： 表二,2019/5/15,30,电动机之振动与噪音,2019/5/15,31,2019/5/15,32,2019/5/15,33,基础计算公式,11KW之意义为102kg重之物体在1秒钟举起 至1M高度所需之“力”。 1HP（英、美制称户）为将76kg重之物体在 1秒钟举起至1M高度所需之“力”。 1PS为将75 kg重之物体在1秒钟举起至1M 高度所需之“力”。 1HP=746W0.75KW 1KW1.36PS 1PS=736W 1KW4/3HP 1KW1000W,2019/5/15,34,2019/5/15,35,2019/5/15,36,2019/5/15,37,2019/5/15,38,2019/5/15,39,同步转速之计算,2019/5/15,40,各种级数与频率之同步转速,2019/5/15,41,电源电压与周率变化对感应电动机特性之影响,2019/5/15,42,电气绝缘的热劣化,绝缘物的实用耐热寿命，依其机器之运转时间及其使用期间之负载程度而定。平常运转或过载运载，虽决定其绝缘寿命，而运转、停止反覆继续使用及负载变动之要素特别重要。 绝缘材料每温度升高10，其耐热寿命减半，即称为10半则（10 degree rule）。,2019/5/15,43,引起绝缘破坏有下列诸因素： 卷线与其相接部分之膨胀、收缩而引 起的相对的移动时发生的机械应力， 因而引起卷线绝缘劣化，其寿命则短。 机械振动及冲击，而破坏绝缘。 周围污染空气及湿气影响劣化。 电气的应力（特别是电晕corona）。 其他偶发因素。,2019/5/15,44,水分队绝缘的影响,水分及湿度对绝缘材料的特性有重大的影响，多孔质的固体材料容易吸收水分，而使其绝缘电阻降低，表面潮湿的材料有大的导电性。多孔性绝缘物的水分吸收速度及水分保有特性与材料的多孔度有关。在100%相对湿度下测定绝缘的静电容量增加为干燥时的2倍，功率近于100%，但绝缘电阻的值可能也会降至百分之一。一般吸水性大的多孔质材料的表面容易潮湿，平滑表面者因富有排,2019/5/15,45,排水性，故其表面电阻不易下降。如矽质重合体富有排水性，其表面不易受潮，用于温度高的场所甚佳。依绝缘体表面的状态受付着水分的影响而有很大的差异，即表面有尘埃或其他杂质的存在，尤其是附有汗渍者，极易受潮，则绝缘体表面具有导电性，致使绝缘电阻值降低，因此绝缘物应予以被覆加工（Coating）处理，使表面光滑，达到受水分与湿度的影响至最小限。,2019/5/15,46,电动机之转矩特性,电动机自开始转动(称起动)起,使负载机械加速,乃至定常运转为止之速度及转矩之关系入图1-1所示。而此图被称之为速度转矩曲线(S-T Curve) 。,2019/5/15,47,2019/5/15,48,(1)最小起动转矩(Locked Rotor Torque),在额定电压、频率之基准下,电动机之转部行将开始时所产生之转矩。 依转部之构造,其大小有所不同(请参看图1-2),2019/5/15,49,2019/5/15,50,(2)拉升转矩(Pull up Torque) 电动机于自零速度起到相当于制动转矩速度之间 所发生之最小值。一般为起动转矩之80%左右。 (3)制动转矩(Breakdown Torque) 将电动机之负载逐渐增加时,其转差率(Slip)会增 大终至停止转动。此乃指电动机之已到耐不住带 动当时之负荷所致 , 而此停止转动瞬间前之转矩 之值称之为制动转矩(最大转矩) 。,2019/5/15,51,2019/5/15,52,【例题】额定出力3.7KW、额定回转速 1750rpm之电动机之额定转矩为多少? 【答】由式(1-1),2019/5/15,53,1-3 负载之转矩特性,为了使所有之机械连续运转,必须给予某种程度之转矩。为了使此机械转动所必要之转矩即为电动机之负载转矩(或为反抗转矩) 。 电动机与负载转矩之关系如图1-3所视。 T为电动机之转矩特性,Te,Te为某负载之转矩曲线。,2019/5/15,54,2019/5/15,55,在零速度因TTe而开始回转 , 并以TTe之范围加速之 , 且在T=Te之点P2做定常运转。亦即点P2为安定之平衡点。在点P2时 , 即使以任何之原因致速度上升时 , 亦因Te较T为大而使速度下降 , 结果回复到P2之平衡点。相反地 ,速度下降时 , 造成TTe而加速,并拉回至点P2。 其次点P1时 , 一旦速度上升时 , 由于TTe , 故会加速而速度逐渐上升 , 相反地 , 速度下降时终至最后之停止转动。此种现象点P1即为不安定之平衡点 , 且使之连续安定之运转是不可能的。,2019/5/15,56,速度0Nm之领域, 仅为加速时通过之用, 电动机转矩与负载转矩不得相交始可。 因此, 对于负载机械之起动时之转矩特性做好充分之理解是非常之重要。 图1-4所示为代表性负载机械之起动时转矩特性,而表1-3、表1-4所示为负载别分类例。,2019/5/15,57,2019/5/15,58,2019/5/15,59,2019/5/15,60,2019/5/15,61,出力额定之选择方法,2-1标准出力 电动机之出力必须配合负载机械之所要动力者加以选定始可。出力之选定如果过大时，须采用价昂之大马力电动机，然后其效率及功因变差而不经济。又，相反地作过小之选定时，会造成起动不良，且由于以连续不停地超载运转，乃造成故障之原因。一般之负载，如将电源电压之变动等亦考虑进去，而以电动机出力之75%100%程度为选定目标可说是恰当之值吧。 电动机之出力，其标准值如表2-1之所示者，故尽可能采用标准出力极为重要。,2019/5/15,62,2019/5/15,63,2-2电动机之使用及额定 对于电动机之使用方法，在JIS C 4004回转电气机械通则有如表2-2之规定。,2019/5/15,64,2-3出力之决定方法 连续使用 实质上在一定之负载下，电动机之温升达稳定之时间以上做连续运转之使用谓之连续使用，而连续额定之电动机均适用于如此之使用。预估负载机械之效率之误差、裕，以所需动力追加515%左右之值，从标准出力中选定之。 标准大同马达为连续额定。,2019/5/15,65,短时间使用 实质上在一定之 负载下，于电动机之温升未达最终稳定值之指定时间做连续运转之后，将电动机停止，至下一次之起动时，电动机之温升须降至与周围温度之相差至2以内之使用谓之短时间使用，而短时间额定之电动机均适用于如此之使用。 短时间额定之标准值则规定如下。,0301-2.bmp,2019/5/15,66,馬達故障原因分析,2019/5/15,67,1.線圈單相運轉 (Y接線