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西门子电机1FL6042-2AF21-1MH1
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西门子电机1FL6042-2AF21-1MH1
电动机
(电力学术语)
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电动机(Motor)是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子与转子组成,通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。
中文名电动机外文名Motor拼 音diàn dòng jī又 名马达;电滚子行 业机械制造业解 释把电能转化机械能工作的机器
目录
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1 基本介绍
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2 国内现状
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? 使用寿命
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? 启动方式
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? 调速方法
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3 结构分类
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? 基本结构
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? 冷却方式
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? 方法代号
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? 电机分类
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? 产品分类
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? 代表产品
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4 用途应用
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? 市场情况
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? 优势
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? 保护
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? 故障
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? 变频调速
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? 国内发展
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5 环保政策
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6 注意事项
基本介绍
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发明过程
电动机使用了通电导体在磁场中受力的作用的原理(这是不同于电流的磁效应的说法,现行人教版九年级物理明确把二者分开),发现这一原理的的是丹麦物理学家—奥斯特,1777年8月14日生于兰格朗岛鲁德乔宾的一个药剂师家庭。1794年考入哥本哈根大学,1799年获博士学位。1801~1803年去德、法等国访问,结识了许多物理学家及化学家。1806年起任哥本哈根大学物理学教授,1815年起任丹麦皇家学会常务秘书。1820年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家学会科普利奖章。
奥斯特
1829年起任哥本哈根工学院院长。1851年3月9日在哥本哈根逝世。他曾对物理学、化学和哲学进行过多方面的研究。由于受康德哲学与谢林的自然哲学的影响,坚信自然力是可以相互转化的,长期探索电与磁之间的联系。1820年4月终于发现了电流对磁针的作用,即电流的磁效应。同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用的实验》为题发表了他的发现。这篇短短的论文使欧洲物理学界产生了极大震动,导致了大批实验成果的出现,由此开辟了物理学的新领域──电磁学。
1812年他最先提出了光与电磁之间联系的思想。1822年他对液体和气体的压缩性进行了实验研究。1825年提炼出铝,但纯度不高。在声学研究中,他试图发现声所引起的电现象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位热情洋溢重视科研和实验的教师,他说:“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课,所有的科学研究都是从实验开始的”。因此受到学生欢迎。他还是卓越的讲演家和自然科学普及工作者,1824年倡议成立丹麦科学促进协会,创建了丹麦第一个物理实验室。1908年丹麦自然科学促进协会建立“奥斯特奖章”,以表彰做出重大贡献的物理学家。1934年以“奥斯特”命名CGS单位制中的磁场强度单位。1937年美国物理教师协会设立“奥斯特奖章”,奖励在物理教学上做出贡献的物理教师。
1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前,奥斯特已发现如果电路中有电流通过,它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发,认为假如磁铁固定,线圈就可能会运动。根据这种设想,他成功地发明了一种简单的装置。在装置内,只要有电流通过线路,线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机,是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋,但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。这是一项重大的突破。只是最初它的实际用途还非常有限,因为当时除了用简陋的电池以外别无其它方法发电。
1873年,比利时人格拉姆发明大功率电动机,电动机从此开始大规模用于工业生产。
国内现状
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我国的电动机生产开始于1917年,该行业在国内已经形成比较完整的产业体系。我国电动机制造行业随着电力发展呈现出勃勃生机,产销规模和经济效益都有了大幅度提高。
2005-2011年,我国电动机制造行业销售收入年均增长36.92%。除了2009年受金融危机影响,制造业普遍下滑,电动机的同比增速下降到11.20%之外,其他年份,我国电动机的市场规模增长率均处于较高水平,同比均在20%以上,即使在2011年我国制造业发展速度普遍放缓的情况下,电动机的同比增长仍达到21.87%。
电机制造企业应建立自主品牌,发力高端,拓展海外市场,保障产品质量和售后服务,向航空、航海、军工、核电以及特种电机等新领域发展,才能在严峻的市场竞争中立于不败之地。
在全社会电能消耗中,有70%左右耗费在工业领域,而工业电机的耗电量又占据整个工业领域用电的70%。提高电机效率可以主要通过2种方式,通过一个频率转换器,提高运作效率的交流电机;二是使用高效电机。不同的频率转换器是主要的工业领域的节能,节能效率一般在30%以上,在某些行业甚至高达40%-50%。高效电机的市场应用比例仍然相对较低,但最低能源效率标准和补贴政策的支持,未来高效电机的市场应用比例将大幅上升。
2012年1-12月,我国累计出口电动机及发电机30.96亿台,与2011年同期相比减少了8.2%,累计出口金额达92.24亿美元,同比增长5.0%。12月当月,我国电动机及发电机出口量为2.748亿台,出口金额为8.18亿美元。在投资上,应该在政策利好出台前提前布局。高效电机市场应用比例仍较低,但在最低能效标准及补贴政策支持下,未来高效电机的市场应用比例将大幅上升。 电机系统包括控制装置、电动机、被拖动装置、传动装置以及管网负荷等,是一个涉及多学科、多专业、多领域的复杂系统。
战略性新兴产业、合同能源管理政策、市场化节能环保服务体系建设、资源综合利用和再制造及节能产品惠民工程高效电机推广为电机行业发展带来重大机遇,与之相关的电机生产制造商和电机配套企业也迎来了产品更新换代的市场增长潜力。特别是为适应低碳经济时代的节能技术创新趋势,高效电机已逐渐成为未来市场的主流。
我国电机年用电量超过2万亿千瓦时,约占全国用电量的60%和工业用电量的80%。高效电机能耗比普通电机低20%~30%,但我国高效电机市场占有率只有10%,因此大力推广高效电机会对国家推进节能减排具有一定意义,其潜在的市场商机也初现端倪。
我国电机产品虽然种类繁多,但效率普遍不高,严重存在"大马拉小车"的现象,高效电机的推广与应用已经刻不容缓。我国"十二五"期间将集中力量围绕电机系统节能工程、装备制造调整和振兴、新能源领域技术的大力推进,优化发展一批高效节能环保重点产品,淘汰一批普通效率的电机产品,促进产品更新换代。在工信部公布的《高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录(第二批)》中,电机设备位列其中,预示我国电机行业即将面临市场和科技的全新发展。
为有效淘汰低效电机、加快高效电机的推广,国家标准化管理委员会发布的新版《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》国家标准于2012年9月实施,中小型电机行业面临较大的影响。目前我国大批量生产的Y、Y2、Y3系列三相异步电动机将被禁止生产,享受国家惠民工程的YX3系列高效率三相异步电动机将有可能不再得到政策补贴。高效电机的研发与推广犹如在弦之箭,行业内关注度空前。
使用寿命
电动机的寿命与绝缘劣化或是滑动部的摩耗、轴承的劣化等造
寿命图_电动机外壳温度
成的功能障碍等各项要素有关,大部分视轴承状况而定。轴承的寿命如下述,有机构寿命、润滑油寿命两种。
轴承的寿命
1、润滑油因热劣化的润滑油寿命
2、运转疲劳造成的机械寿命
电动机在绝大部分的情况下,因发热对于润滑油寿命的影响更甚于加在轴承上的负载重量对机械寿命的影响。因此,以润滑油寿命推算电动机寿命,对润滑油寿命影响最大的要因是温度,温度大幅地影响了寿命时间。
启动方式
电动机启动方式包括:全压直接启动、自耦减压起动、y-δ 起动、软起动器、变频器。
全压直接起动:
在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下,可以考虑采用全压直接起动。优点是操纵控制方便,维护简单,而且比较经济。主要用于小功率电动机的起动,从节约电能的角度考虑,大于11kw 的电动机不宜用此方法。
自耦减压起动:
利用自耦变压器的多抽头减压,既能适应不同负载起动的需要,又能得到更大的起动转矩,是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式。它的最大优点是起动转矩较大,当其绕组抽头在80%处时,起动转矩可达直接起动时的64%。并且可以通过抽头调节起动转矩。至今仍被广泛应用。
y-δ 起动:
对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说,如果在起动时将定子绕组接成星形,待起动完毕后再接成三角形,就可以降低起动电流,减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动,或简称为星三角起动(y-δ 起动)。采用星三角起动时,起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6~7ie 计,则在星三角起动时,起动电流才2~2.3 倍。这就是说采用星三角起动时,起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且同任何别的减压起动器相比较,其结构最简单,价格也最便宜。除此之外,星三角起动方式还有一个优点,即当负载较轻时,可以让电动机在星形接法下运行。此时,额定转矩与负载可以匹配,这样能使电动机的效率有所提高,并因之节约了电力消耗。
软起动器:
这是利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动,主要用于电动机的起动控制,起动效果好但成本较高。因使用了可控硅元件,可控硅工作时谐波干扰较大,对电网有一定的影响。另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通,特别是同一电网中有多台可控硅设备时。因此可控硅元件的故障率较高,因为涉及到电力电子技术,因此对维护技术人员的要求也较高。
变频器:
变频器是现代电动机控制领域技术含量最高,控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置,它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。因为涉及到电力电子技术,微机技术,因此成本高,对维护技术人员的要求也高,因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。
调速方法
电动机的调速方法很多,能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调
速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看,调速大致可分两种 :
① 保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗,调节输出功率以调节电动机的转速。
②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。电机、电动机、制动电机、变频电机、调速电机、三相异步电动机、高压电机、多速电机、双速电机和防爆电机。
结构分类
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基本结构
一、三相异步电动机的结构,由定子、转子和其它附件组成。
(一)定子(静止部分)
1、定子铁心
作用:电机磁路的一部分,并在其上放置定子绕组。
构造:定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成,在铁心的内圆冲有均匀分布的槽,用以嵌放定子绕组。
定子铁心槽型有以下几种:
半闭口型槽:电动机的效率和功率因数较高,但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。
半开口型槽:可嵌放成型绕组,一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。
开口型槽:用以嵌放成型绕组,绝缘方法方便,主要用在高压电机中。
2、定子绕组
作用:是电动机的电路部分,通入三相交流电,产生旋转磁场。
构造:由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成,这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。
定子绕组的主要绝缘项目有以下三种:(保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘)。
⑴对地绝缘:定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。
⑵相间绝缘:各相定子绕组间的绝缘。
⑶匝间绝缘:每相定子绕组各线匝间的绝缘。
电动机接线盒内的接线:
电动机接线盒内都有一块接线板,三相绕组的六个线头排成上下两排,并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1(U1)、2(V1)、3(W1),下排三个接线桩自左至右排列的编号为6(W2)、4(U2)、5(V2),.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。
3、机座
作用:固定定子铁心与前后端盖以支撑转子,并起防护、散热等作用。
构造:机座通常为铸铁件,大型异步电动机机座一般用钢板焊成,微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积,防护式电机的机座两端端盖开有通风孔,使电动机内外的空气可直接对流,以利于散热。
(二)转子(旋转部分)
1、三相异步电动机的转子铁心:
作用:作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。
构造:所用材料与定子一样,由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成,硅钢片外圆冲有均匀分布的孔,用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上,大、中型异步电动机(转子直径在300~400毫米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。
2、三相异步电动机的转子绕组
作用:切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流,并形成电磁转矩而使电动机旋转。
构造:分为鼠笼式转子和绕线式转子。
⑴鼠笼式转子:转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心,整个绕组的外形像一个鼠笼,故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组,对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。
⑵绕线式转子:绕线转子绕组与定子绕组相似,也是一个对称的三相绕组,一般接成星形,三个出线头接到转轴的三个集流环上,再通过电刷与外电路联接。
特点:结构较复杂,故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件,用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能,故在要求一定范围内进行平滑调速的设备,如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。
(三)三相异步电动机的其它附件
1、端盖:支撑作用。
2、轴承:连接转动部分与不动部分。
3、轴承端盖:保护轴承。
4、风扇:冷却电动机。[1]
二、直流电动机采用八角形全叠片结构,串励绕组,适用于需要正、反
电动机
转的自动控制技术中。根据用户需要也可以制成带串励绕组。中心高100~280mm的电动机无补偿绕组,但中心高250mm、280mm的电动机根据具体情况和需要可以制成带补偿绕组,中心高315~450mm的电动机带有补偿绕组。中心高500~710mm的电动机外形安装尺寸及技术要求均符合IEC国际标准,电机的机械尺寸公差符合ISO国际标准。
电动机分类原理
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换向器
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没有换向器
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机电
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电子
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定子线圈由电压驱动
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电机有一个换向器,用来开启或是关闭转子线圈
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开启或是关闭定子线圈,通过检测转子位置,或离散传感器,或从线圈反馈,或开环反馈。
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电子机械换向器
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电子开关
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驱动
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交流
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直流
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直流
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转子
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铁
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转子是铁磁,不是永久磁化,没有线圈
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磁阻:磁滞,同步磁阻电机
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可变磁组电机/开关磁阻电机
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可变磁组电机/开关磁阻电机,步进电机,加速器
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磁铁
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转子是永久磁化,没有线圈
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永磁同步电动机/无刷交流电机
|
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无刷直流电机
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铜(通常加磁芯)
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转子有线圈
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鼠笼式电机
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永磁绕组定子:通用电机(交直流两用马达)
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通过反相器控制电动机变频
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冷却方式
1)冷却:电机在进行能量转换时,总是有一小部分损耗转变成热量,它必须通过电机外壳和周围介质不断将热量散发出去,这个散发热量的过程,我们就称为冷却。
2)冷却介质:传递热量的气体或液体介质。
3)初级冷却介质:温度低于电机某部件的气体或液体介质,它与电机的该部件相接触,并将其放出的热量带走。
4)次级冷却介质:温度低于初级冷却介质的气体或液体介质,通过电机的外表面或冷却器将初级冷却介质放出的热量带走。
5)最终冷却介质:热量传递到最后的冷却介质。
6)周围冷却介质:电机周围环境的气体或液体介质。
7)远方介质:一种远离电机的介质,通过进、出口管或通道吸入电机热量和排出冷却介质至远方。
8)冷却器:使一种冷却介质的热量传递到另外一种冷却介质,并保持两种冷却介质分开的装置。
方法代号
1、电机冷却方法代号主要由冷却方法标志(IC)、冷却介质的回路布置代号、冷却介质代号以及冷却介质运动的推动方法代号所组成。
IC+回路布置代号+冷却介质代号+推动方法代号
2、冷却方法标志代号是英文国际冷却(International Cooling)的字母缩写,用IC表示。
3、冷却介质的回路布置代号用特征数字表示,我们公司主要采用的有0、4、6、8等,下面分别说一下它们的含义。
4、冷却介质代号有如下规定:
冷却介质
|
特征代号
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空气
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A
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氢气
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H
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氮气
|
N
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二氧化碳
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C
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水
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W
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油
|
U
|
如果冷却介质为空气,则描述冷却介质的字母A可以省略,我们所采用的冷却介质基本上都为空气。
5、冷却介质运动的推动方法,主要介绍四种。
特征数字
|
含义
|
简述
|
0
|
依靠温度差促使冷却介质运动
|
自由对流
|
1
|
冷却介质运动与电机转速有关,或因转子本身的作用,也可以是由转子拖运的整体风扇或泵的作用,促使介质运动
|
自循环
|
6
|
由安装在电机上的独立部件驱动介质运动,该部件所需动力与主机转速无关,例如背包风机或风机等
|
外装式独立部件驱动
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7
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与电机分开安装的独立的电气或机械部件驱动冷却介质运动,或是依靠冷却介质循环系统中的压力驱动冷却介质运动
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分装式独立部件驱动
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6、冷却方法代号的标记有简化标记法和完整标记法两种,我们应优先使用简化标记法,简化标记法的特点有,如果冷却介质为空气,则表示冷却介质代号的A,在简化标记中可以省略,如果冷却介质为水,推动方式为7,则在简化标记中,数字7可以省略。
7、比较常用的冷却方式有IC01、IC06、IC411、IC416、IC611、IC81W等。
举例说明 :IC411 完整标记法为 IC4A1A1
“IC”为冷却方式标志代号;
“4”为冷却介质回路布置代号(机壳表面冷却)
“A’’为冷却介质代号(空气)
第一个“1”为初级冷却介质推动方法代号(自循环)
第二个“1”为次级冷却介质推动方法代号(自循环)
IC06:自带鼓风机的外通风;
ICl7:冷却空气进口为管道,出口为百叶窗排风;
IC37:即冷却空气进出口均为管道;
IC611:全封闭带空气/空气冷却器;
ICW37A86:全封闭带空气/水冷却器。
并有多种派生形式,如自通风型、带轴向风机型、封闭型、空/空冷却器型等。
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