电机基本知识.docx
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电机基本知识
电动机基本知识
目录
一、旋转电机的定义是什么？
3
二、旋转电机是如何分类的？
4
三、旋转电机的基本原理是什么？
5
四、旋转电机设计时的模拟电路？
8
五、旋转电机有哪些性能参数指标？
9
六、电机制造常用标准有哪些？
11
七、电动机型号编制方法（GB4831-1984电机产品型号编制方法）13
八、电动机电压等级的选择16
九、电机轴中心高16
十、电机绝缘等级17
十一、电机工作制（GB755-2000旋转电机定额和性能）17
十二、防护型式IPXX（GB/T4208-1993外壳防护分级（IP代码））18
十三、电机安装结构型式（GB/T997-2003旋转电机结构及安装型式（IM代码））19
十四、电机冷却方法（GB/T1993-1993旋转电机冷却方法）19
十五、湿热带、干热带环境用电动机采取的措施20
十六、防腐电机应采取的措施20
十七、电动机振动限值20
十八、电机选型要点22
十九、电动机基本特征22
一、旋转电机的定义是什么？
旋转电机（以下简称电机）是依靠电磁感应原理而运行的旋转电磁机械，用于实现机械能和电能的相互转换。
发电机从机械系统吸收机械功率，向电系统输出电功率；电动机从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。
电机运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。
电机进行能量转换时，应具备能作相对运动的两大部件：
建立励磁磁场的部件，感生电动势并流过工作电流的被感应部件。
这两个部件中，静止的称为定子，作旋转运动的称为转子。
定、转子之间有空气隙，以便转子旋转。
电磁转矩由气隙中励磁磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。
通过电磁转矩的作用，发电机从机械系统吸收机械功率，电动机向机械系统输出机械功率。
建立上述两个磁场的方式不同，形成不同种类的电机。
例如两个磁场均由直流电流产生，则形成直流电机；两个磁场分别由不同频率的交流电流产生，则形成异步电机；一个磁场由直流电流产生，另一磁场由交流电流产生，则形成同步电机。
电机的磁场能量基本上储存于气隙中，它使电机把机械系统和电系统联系起来，并实现能量转换，因此，气隙磁场又称为耦合磁场。
当电机绕组流过电流时，将产生一定的磁链，并在其耦合磁场内存储一定的电磁能量。
磁链及磁场储能的多少随定、转子电流以及转子位置不同而变化，由此产生电动势和电磁转矩，实现机电能量转换。
这种能量转换理论上是可逆的，即同一台电机既可作为发电机也可作为电动机运行。
但实际上，一台电机制成后，由于两种运行状态下电机的参数和特性方面的原因，很准满足两种运行状态下的客观要求，因此，同一台电机不经改装和重新设计，不可任意改变其运行状态。
电机内部能量转换过程中，存在电能、机械能、磁场能和热能。
热能是由电机内部能量损耗产生的。
对电动机而言：
从电源输入的电能＝耦合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的机械能
对发电机而言：
从机械系统输入的机械能＝辐合电磁场内储能增量+电机内部的能量损耗+输出的电能
二、旋转电机是如何分类的？
按电机功用分类，可分为发电机、电动机、特殊用途电机。
按电机电流类型分类，可分为自流电机和交流电机。
交流电机可分为同步电机和异步电机。
按电机相数分类，还可分为单相电机及多相（常用三相）电机。
按电机的容量或尺寸大小分类．可分为大型、中型、小型、微型电机。
电机还可按其他方式（如频率、转速、运动形态、磁场建立与分布等）分类。
按电机功用分类及主要用途：
种类
名称
主要用途
发
电
机
1．交流发电机
各种发电电源
2．直流发电机
各种直流电源
和作测速发电机用
电
动
机
1．交流电动机
A．同步电动机
驱动功率较大或转速效低的机械设备
B．异步电动机
笼型转子异步电动机
用于驱动一般机械设备
绕线转子异步电动机
用于要求起动转矩高、起
动电流小或小范围调速的机械设备
2．直流电动机
主要驱动需要调速的机械设备
3．交直流两用电动机
主要用于电动工具
特
殊
用
途
电
机
1．电动测功机
2．同步调相机
3．进相机
4．微特电机
5．其它用途电机
测定机械功率
改善功率因数
等
对于各类电机，还可按电机的的使用环境条件、用途、外壳防护型式、通风冷却方法和冷却介质、结构、转速、性能、绝缘、励磁方式和工作制等特征进行分类。
三、旋转电机的基本原理是什么？
前面我们讲过的电机分类，其中有很大一部分由交流电机构成。
交流电机包括同步电机和异步电机两大类。
虽然同步电机和异步电机在运行原理和结构上有很多不同，但它们之间也有许多相同之处。
因此，我们将着重对交流电机的共同问题进行讲解。
1、三相异步电动机的结构
在各类电动机中，笼型转子三相异步电动机是结构简单、运行可靠、使用范围最广的一种电动机，以下就以这种电动机为例简单介绍旋转电机的基本原理。
三相异步电动机分成两个基本部分：
定子（固定部分）和转子（旋转部分）。
其基本构造如下图：
定子：
由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的三相定子绕组组成。
机座是用铸铁或铸钢制成的。
铁心是由互相绝缘的硅钢片叠成的，铁心的内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组AX，BY，CZ，有的联接成星形，有的联接成三角形。
转子：
转子是由转子铁心和力矩输出轴组成。
转子铁心是圆柱状，也用硅钢片叠成，表面冲有槽。
铁心装在转轴上，轴用以输出机械力矩。
2、电动机旋转实验
三相异步电动机接上电源，就会转动。
这是什么原理呢?
为了说明这个转动原理，我们先看一个演示。
下图所示的是一个装有手柄的蹄形磁铁，磁极间放有一个可以自由转动的、由铜条组成的转子。
铜条两端分别用铜环联接起来，形似鼠笼，作为鼠笼式转子。
磁极和转子之间没有机械联系。
当我们摇动磁极时，发现转子跟着磁极一起转动。
摇得快，转子转得也快；摇得慢，转得也慢；反摇，转子马上反转。
从这一演示得出两点启示：
第一、有一个旋转的磁场；第二、转子跟着磁场转动。
异步电动机转子转动的原理是与上述演示相似的。
那么，在三相异步电动机中，磁场从何而来，又怎么还会旋转呢?
下面就首先来讨论这个问题。
3、电动机内旋转磁场的产生
三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组AX，BY和CZ。
设将三相绕组联接成星形，接在三相电源上，绕组中便通入三相对称电流其波形如下图所示。
取绕组始端到末端的方向作为电流的参考方向。
在电流的正半周时，其值为正，其实际方向与参考方向一致；在负半周时，其值为负，其实际方向与参考方向相反。
定子铁心和定子绕组并不转动，定子绕组中的三相电流随着时间和相位的变化，三相磁势相加便形成了旋转的磁场。
旋转的定子磁场在切割转子导条时，会在转子绕组中感应出一个转子磁场，引起转子旋转。
由于感应励磁场的需要，转子的转速总是比定子磁场的转速稍慢，有一个转差，这就是感应异步电动机名称的来历。
如果转子是一个永磁体或是一个由转子励磁绕组产生的恒定磁场，那么转子的转速就与定子磁场的转速同步，就形成同步电机。
三相电流产生的旋转磁场
定转子磁场分布图
四、旋转电机设计时的模拟电路？
电动机的设计与制造现今已是理论成熟行业，并有完善的理论体系，下图即是三相感应电动机的一相电路的等效电路图。
其中图中的I0为激磁电流，I’2为转子电流，r’2/s与电流平方的乘积即为电机输出功率。
可以说，在电动机各方面尺寸合理情况下，电动机转子的大小决定着电动机的输出功率。
对于任何电机，转矩的要求对电机的尺寸都有决定性的作用：
T－转矩（N*m）；P－功率（kW）；n－转速（rpm）；D－定子内径；
l－定子铁心长
这里我们可以理解电机功率大小与电机机座号的关系，转速在选型过程中也同样有决定性的作用。
五、旋转电机有哪些性能参数指标？
1．异步电动机额定数据
a）相数
b）额定频率（Hz）
c）额定功率kW
d）额定电压V
e）额定电流A
f）绝缘等级
g）额定转速（极数）r/min
h）防护性能
i）冷却方式
2．异步电机主要技术指标
a）效率η：
电动机输出机械功率与输入电功率之比，通常用百分比表示。
b）功率因数COSφ：
电动机输入有效功率与视在功率之比。
c）堵转电流IA：
电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时从供电回路输入的稳态电流有效值。
d）堵转转矩TK：
电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时所产生转矩的最小测得值。
e）最大转矩TMAX：
电动机在额定电压、额定频率和运行温度下，转速不发生突降时所产生的最大转矩。
f）噪声：
电动机在空载稳态运行时A计权声功率级dB（A）最大值。
g）振动：
电动机在空载稳态运行时振动速度有效值（mm/s）。
电动机主要性能中分为：
一是起动性能；二是运行性能。
起动性能有：
起动转矩、起动电流。
一般起动转矩越大越好，而起动时的电流越小越好，在实际中通常以起动转矩倍数（起动转矩与额定转矩之比Tst/Tn）和起动电流倍数（起动电流与额定电流之比Ist/In）进行考核。
电机在静止状态时，一定电流值时所能提供的转矩与额定转矩的比值，表征电机的起动性能。
运行性能有：
效率、功率因数、绕组温升（绝缘等级）、最大转矩倍数Tmax/Tn、振动、噪声等。
效率、功率因数、最大转矩倍数越大越好，而绕组温升、振动和噪声则是越小越好。
起动转矩、起动电流、效率、功率因数和绕组温升合称电机的五大性能指标。
下图分别是异步电动机常用的两个性能曲线，一个是电机运行时的效率、功率因数与负载大小之间的关系曲线。
一个是电机在100%和80%额定电压下的起动力矩曲线。
电动机性能参数计算常用的公式有：
1、电动机定子磁极转速n=（60×频率f）÷极对数p
2、电动机额定功率P=1.732×电压U×电流I×效率η功率因数COSΦ
3、电动机额定力矩T=9550×额定功率P÷额定转速n
六、电机制造常用标准有哪些？
1．国际电工委员会（IEC标准）
IEC60034-1旋转电机.第1部分:
额定值和性能
IEC60034-2旋转电机.第2部分:
旋转电机损耗和效率的试验测定方法（不包括牵引车辆用电机）
IEC60034-3旋转电机.第3部分:
50Hz三相汽轮发电机的额定值和特性
IEC60034-4旋转电机.第4部分:
同步电机参数的试验测定方法
IEC60034-5旋转电机.第5部分:
整体设计的防护等级（IP代码）分级
IEC60034-6旋转电机.第6部分:
冷却方法
IEC60034-7旋转电机第7部分旋转电机结构和安装型式的分类（IM代号）
IEC60034-8旋转电机.第8部分:
线端标志和旋转方向
IEC60034-9旋转电机.第9部分:
噪声极限值
IEC60034-11旋转电机.第11部分:
内装式热保护.第1章:
旋转电机的保护规则
IEC60034-12旋转电机.第12部分:
单速三相笼型感应电动机的起动性能
IEC60034-14旋转电机.第14部分:
轴中心高56mm及以上的电机可靠机械振动强度的测量、评价和极限值
IEC60034-15旋转电机第15部分：
交流电机定子成形线圈耐冲击电压水平
IEC60072旋转电机尺寸和输出功率等级
IEC60079-0爆炸气体环境中的电气设备.第0部分:
一般要求
IEC60079-1爆炸气体环境中的电气设备.第1部分:
隔爆型外壳“d”
IEC60079-2爆炸气体环境中的电气设备.第2部分:
正压外壳“P”
IEC60079-7爆炸气体环境中的电气设备.第7部分:
增安型
IEC60079-15爆炸气体环境中的电气设备.第15部分:
"n"型电气设备的结构、试验和标志
2．国际标准化组织（ISO）
ISO1680旋转电机噪声测定方法
ISO1940-1刚性转子平衡品质许用不平衡的确定
3．国家标准（GB）
GB755-2000旋转电机定额和性能
GB/T756-1990旋转电机圆柱形轴伸
GB/T757-1993旋转电机圆锥形轴伸
GB/T997-2003旋转电机结构及安装型式（IM代码）
GB/T1029-2005三相同步电动机试验方法
GB/T1032-2005三相异步电动机试验方法
GB/T1971-2006旋转电机线端标志与旋转转方向
GB/T1993-1993旋转电机冷却方法
GB/T4208-1993外壳防护分级（IP代码）
GB/T4772-1999旋转电机尺寸和输出功率等级
GB/T4942.1-2006旋转电机整体外壳结构的防护分级（IP代码）分级
GB/T7064-2002透平型同步电机技术要求
GB/T7409.3-1997同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求
GB10068-2000轴中心高为56mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值
GB/T10069-2006旋转电机噪声测定方法及限值
GB/T12351-1990热带型旋转电机环境技术要求
GB/T13957-1992大型三相异步电动机基本系列技术条件
GB18613-2006中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级
GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备第1部分：
通用要求
GB3836.2-2000爆炸性气体环境用电气设备第2部分：
隔爆型“d”
GB3836.3-2000爆炸性气体环境用电气设备第3部分：
增安型“e”
GB3836.4-2000爆炸性气体环境用电气设备第4部分：
本质安全型“i”
GB3836.5-2004爆炸性气体环境用电气设备第3部分：
正压外壳型“e”
GB3836.8-2003爆炸性气体环境用电气设备第8部分：
“n”型电气设备
目前国际上有两大标准体系：
一个是IEC（国际电工委员会）标准；
二个是NEMA（美国电气制造商协会）；
我国电机制造行业所执行的GB（国家）标准基本上都是等同或等效采用IEC标准。
所谓等同采用，就是译为中文后不作修改或作很少的修改直接采用；所谓等效采用就对原有的国际标准在不改变原主旨条件下，重新组织形成国家标准后颁布执行。
七、电动机型号编制方法（GB4831-1984电机产品型号编制方法）
1、产品型号由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号等四个部分组成，并按下列顺序排列：
-
-
-
补充代号
特殊环境代号
规格代号
产品代号
2、电机的产品代号由电机类型代号、电机特点代号、设计序号和励磁方式代号等四个小节顺序组成。
2.1类型代号系表征电机的各种类型而采用的汉语拼音字母，见下表：
类型代号
序号
电机类型
代号
1
异步电动机（笼型及绕线形）
Y
2
同步电动机
T
3
同步发电机（除汽轮发电机）
TF
4
直流电动机
Z
5
直流发电机
ZF
6
汽轮发电机
QF
7
水轮发电机
SF
8
测功机
C
9
交流换向器电动机
H
10
潜水电泵
Q
11
纺织用电机
F
2.2特点代号系表征电机的性能、结构或用途而采用的汉语拼音字母，对于防爆电机类型的字母A（增安型）、B（隔爆型）、W（无火花型）应标于电机特点代号首位，即紧接在电机类型代号后面的标注。
2.3设计序号系指电机产品设计的顺序，用阿拉伯数字标示。
对于第一次设计的产品，不标注设计序号。
从基本系列派生的产品，其设计序号按基本系列标注；专用系列产品则按本身设计的顺序标注。
2.4励磁方式代号分别用字母S表示3次谐波励磁、J表示晶闸管励磁、X表示相复励磁，并应标于设计序号之后，当不必设计序号时，则标于特点代号之后，并用短划分开。
3、常用异步电动机的产品代号见下表：
常用异步电动机的产品代号
序号
产品名称
产品代号
代号汉字意义
1
三相异步电动机
Y
异
2
绕线转子三相异步电动机
YR
异绕
3
三相异步电动机（高效率）
YX
异效
4
增安型三相异步电动机
YA
异安
5
隔爆型三相异步电动机
YB
异爆
4、电机的规格代号用中心高、铁心外径、机座号、机壳外径、轴伸直径、凸缘代号、机座长度、铁心长度、功率、电流等级、转速或极数等来表示。
主要系列产品的规格代号按下表的规定。
其他系列产品如确有需要采用上列以外的其他参数来表示时，应在该产品的标准中说明。
机座长度采用国际字母符号来表示，S表示短机座，M表示中机座，L表示长机座。
铁心长度按由短至长顺序用数字1、2、3…表示。
凸缘代号采用国际通用字母符号FF（凸缘上带通孔）或FT（凸缘上带螺孔）连同凸缘固定孔中心基圆直径的数值来表示。
系列产品的规格代号
序号
系列产品
规格代号
1
小型异步电动机
中心高（mm）-机座长度（字母代号）-铁心长度（数字代号）-极数
2
中大型异步电动机
中心高（mm）-铁心长度（数字代号）-极数
3
小型同步电动机
中心高（mm）-机座长度（字母代号）-铁心长度（数字代号）-极数
4
中大型同步电动机
中心高（mm））-铁心长度（数字代号）-极数
5
汽轮发电机
功率（MW）-极数
6
中小型水轮发电机
功率（kW）-极数/定子铁心外径（mm）
7
大型水轮发电机
功率（MW）-极数/定子铁心外径（mm）
8
测功机
功率（kW）-转速（仅对直流测功机）
9
分马力电动机
（小功率电动机）
中心高或机壳外径（mm）-（或/）机座长度（字母代号）-铁心长度、电压、转速（均用数字代号）
5、电机的特殊环境代号按下表的规定选用
特殊环境代号
“高”原用
G
“船”（海）用
H
户“外”用
W
化工防“腐”用
F
“热”带用
T
“湿热”带用
TH
“干热”带用
TA
6、环境条件的考虑
特殊环境派生系列，实质上属于结构派生系列，它是在基本系列结构设计的基础上作一些改动，使产品具有某种特殊的防护能力（例如防爆、化工防腐、户外和船用等）。
这些系列的部分结构部件及防护措施与基本系列不同。
环境派生有：
特殊环境条件代号
湿热型，有气候防护场所TH
干热型，有气候防护场所TA
热带型，有气候防护场所T
湿热型，无气候防护场所THW
干热型，无气候防护场所TAW
热带型，无气候防护场所TW
户内，轻防腐型无代号
户内，中等防腐型F1
户内，强防腐型F2
户外，轻防腐型W
户外，中等防腐型WF1
户外，强防腐型WF2
高原用G
对于特殊环境条件下使用的电动机，订货时应在电机型号后加注特殊环境代号。
注：
1）有气候防护场所：
户内或具有较好遮蔽（其建筑结构能防止或减少室外气候日变化的影响，包括棚下条件）的场所。
2）无气候防护场所：
全露天或仅有简单遮蔽（几乎不能防止室外气候日变化的影响）的场所。
7、电机的补充代号仅适用于有此要求的电机。
补充代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字表示。
补充代号所代表的内容，在产品标准中有规定。
8、产品型号示例
例1：
户外化工防腐蚀隔爆型异步电动机
YB160M—4W
特殊环境代号，W表示户外用
规格代号，表示中心高160mm，中机座，4极
产品代号，表示隔爆型异步电动机
例2：
TAW800—16/1730
规格代号，表示功率800kW，16极，定子铁心外径1730mm
产品代号，增安型无刷励磁同步电动机
我公司低压电机（1140V及以下）主要产品代号有：
Y、YA、YB2、YXn、YAXn、YBXn、YW、YBF、YBK2、YBS、YBJ、YBI、YBSP、YZ、YZR等；
高压电机（3000V及以上）主要产品代号有：
Y、YKK、YKS、Y2、YA、YB、YB2、YAKK、YAKS、YBF、YR、YRKK、YRKS、TAW、YFKS、QFW等。
八、电动机电压等级的选择
我国工业用三相交流电的频率为50HZ，而电压等级一般分为：
127V、220V、380V、660V、1140V、6000V、10000V等几个等级。
根据GB755的推荐，一般来说，对于380V电压，由于电机电流的限制上限功率为1000KW；而对于6000V和10KV电机，下限功率等级为160KW。
九、电机轴中心高
轴中心高是从电机成品底脚平面至铀中心线的距离，它包括制造厂供应的绝缘势块厚度，但不包括电机安装时调整用垫块的厚度。
轴中心高应符合下表的规定。
轴中心高公差及平行度公差应符合下表的规定。
中心高公差适用于在公共底板上安装的电机。
平行度公差是指电机两个轴伸端面中心高之差。
十、电机绝缘等级
电机绝缘结构是指用不同的绝缘材料、不同的组合方式和不同的制造工艺制成的电机绝缘部分的结构型式。
电动机的绝缘系统大致分为：
绝缘电磁线、槽绝缘、相间绝缘、浸渍漆、绕组引接线、接线绝缘端子等。
电机绝缘耐热等级及温度限值见下表：
电机绝缘耐热等级及温度限值
耐热等级
A
E
B
F
H
C
极限温度
105
120
130
155
180
210
以前电动机最常用的绝缘等级为B级，目前最常用的绝缘等级为F级，H级绝缘也正在陆续被采用。
十一、电机工作制（GB755-2000旋转电机定额和性能）
S1—连续工作制
S2—短时工作制
S3—断续周期工作制
S4—包括起动的断续工作制
S5—包括电制动的断续工作制
S6—连续周期工作制
S7—包括电制动的连续周期工作制
S8—包括变速负载的连续周期工作制
S9—负载和转速非周期变化工作制
十二、防护型式IPXX（GB/T4208-1993外壳防护分级（IP代码））
防护标志由字母IP和两个表示防护等级的表征数字组成。
第一位数字表示：
防止人体触及或接近壳内带电部分及壳内转动部件，以及防止固体防异物进入电机。
第二位数字表示：
防止由于电机进水而引起的有害影响。
第一位表征数字含义
0
无防护电机
1
防止>φ50mm固体进入壳内
2
防止>φ12mm固体进入壳内
3
防止>φ2.5mm固体进入壳内
4
防止>φ1mm固体进入壳内
5
防尘电机
第二位数字表示：
防止由于电机进水而引起的有害影响。
0
无防护电机
1
垂直滴水无有害影响
2
电机从各方向倾斜15度，垂直滴水无有害影响
3
与垂直线成60度角范围内淋水应无有害影响
4
承受任何方向溅水应无有害影响
5
承受任何方向喷水应无有害影响
6
在海浪冲击或强烈喷水时电机的进水量不应达到有害成度
常用电机的防护等级有：
IP23：
防止大于2.5mm固体的进入和与垂线成60°以内角度的淋水对电机应无影响
IP44：
防止大于1mm固体的进入和任一方向的溅水对电机应无影响
防爆电机的外壳防护等级不低于IP44
IP54：
能防止触及或接近电机带电或转动部件，不完全防止灰尘进入，但进入量不足以影响电机的正常运行和任一方向的溅水对电机应无影响
凡使用于户外的电动机外壳防护等级不低于IP54
I
升级会员 