第九章电器元件的选择和电动机的保护
本章要求了解有关电器元件选择方法基本概念；了解有关电机各种非正常情况下的保护措施。
本章重点电动机的保护措施
本章简述正确合理地选择电器元件，是使控制线路安全、可靠工作的重要保证。电器元件的选择,主要是根据电器产品目录上的各项技术指标来进行的。电动机除了能满足生产机械的加工工艺要求外，要想长期安全地正常运行，必须有各种保护措施。保护环节是电气控制系统不可缺少的组成部分，可靠的保护装置可以防止对电动机、电网、电气控制设备以及人身安全的损害。电动机的安全保护环节有短路保护、过载保护、过流保护、欠压保护及弱磁保护等。
本章学时2学时
第一节电器元件的选择
本节学时1学时
本节重点接触器、继电器、熔断器、开关、控制变压器、主令电器的选择教学方法结合电器元件理论，得出各种电器常用元件的选择原则
教学手段以传统教学手段与电子课件相结合的手段，让学生在有限的时间内掌握更多的相关知识。
教学内容：
正确合理地选择电器元件，是使控制线路安全、可靠工作的重要保证。电器元件的选择,主要是根据电器产品目录上的各项技术指标来进行的。下面对常用电器的选用做一简单的介绍。
一.、接触器的选择
正确选择接触器就是要使所选用的接触器的技术数据应能满足控制线路对它提出的要求。选择接触器可按下列步骤进行：
（一）接触器种类
根据接触器所控制的负载性质来选择：直流负载用直流接触器，交流负载用交流接触器，对频繁动作的交流负载，可选用带直流电磁线圈的交流接触器。
（二）接触器额定电压
接触器主触点的额定电压要根据主触点所控制负载电路的额定电压来确定。例如，所控制的负载为380V 的三相鼠笼型异步电动机，则应选用额定电压为380V 以上的交流接触器。
（三）接触器额定电流
一般情况下，接触器主触点的额定电流应大于等于负载或电动机的额定电流，计算公式
为
式中 I N — 接触器主触点额定电流；
K — 经验常数，一般取1～1.4；
P N — 被控电动机额定功率；
U N — 被控电动机额定线电压。
如果接触器用于电动机的频繁起动、制动或正反转的场合，一般可将其额定电流降一个等级来选用。常用的额定电流等级为：5、10、20、40、60、100、150、250、400、600A 等，具体电流等级随选用的系列不同而不同。
（四）接触器电磁线圈的额定电压
接触器电磁线圈的额定电压应等于控制回路的电源电压。其电压等级为：交流线圈36、110、127、220、380V ；直流线圈24、48、110、220、440V 等。
为了保证安全，一般接触器电磁线圈均选用较低的电压值，如110V 、127V ，并由控制变压器供电。但如果控制电路比较简单，所用接触器的数量较少时，为了省去变压器，可选用380V 、220V 电压。
（五）接触器触点数目
根据控制线路的要求而定。交流接触器通常有三对常开主触点和四至六对辅助触点，直流接触器通常有两对常开主触点和四对辅助触点。
（六）接触器额定操作频率
一般交流接触器为600次/小时，直流接触器为1200次/小时。
二.、继电器的选择
选择继电器时，应主要考虑电源种类、触点的额定电压和额定电流、线圈的额定电压或额定电流。触点组合方式及数量、吸合时间及释放时间等因素。下面介绍几种常用继电器的选择原则：
（一）电磁式继电器的选择
⒈ 电流继电器
根据负载所要求的保护作用，电流继电器分为过电流继电器和欠电流继电器两种类型。 过电流继电器选择的主要参数是额定电流和动作电流，其额定电流应大于或等于被保护电动机的额定电流，动作电流应根据电动机工作情况按其起动电流的1.1～1.3倍整定。一般绕线型异步电动机的起动电流按2.5倍额定电流考虑，笼型异步电动机的起动电流按（5～7）倍额定电流考虑。选择过电流继电器的动作电流时，应留有一定的调节余地。 欠电流继电器一般用于直流电动机及电磁吸盘的弱磁保护。选择的主要参数是额定电流N
N N KU P I 3
10?≥
和释放电流，其额定电流应大于或等于额定励磁电流，释放电流整定值应低于励磁电路正常工作范围内可能出现的最小励磁电流，可取最小励磁电流的0.85倍。选择欠电流继电器的释放电流时，应留有一定的调节余地。
⒉电压继电器
根据在控制电路中的作用，电压继电器分为过电压继电器和欠电压（零电压）继电器两种类型。
过电压继电器选择的主要参数是额定电压和动作电压，其动作电压可按系统额定电压的1.1～1.5倍整定。欠电压继电器常用一般电磁式继电器或小型接触器充任，其选用只要满足一般要求即可，对释放电压值无特殊要求。
（二）热继电器的选择
热继电器主要用于电动机的过载保护，通常选用时按电动机型式、工作环境、起动情况及负载性质等几方面综合加以考虑。
1.热继电器结构型式
当电动机绕组为Y接法时,可选用两相结构的热继电器,如果电网电压严重不平衡、工作环境恶劣，可选用三相结构的热继电器；当电动机绕组为△接法时，则应选用带断相保护装置的三相结构热继电器。
2.热继电器额定电流
对于长期正常运行的电动机，热继电器热元件额定电流取为电动机额定电流的0.95～1.05倍；对于过载能力较差的电动机，热继电器热元件额定电流取为电动机额定电流的0.6～0.8倍。
对于不频繁起动的电动机，要保证热继电器在电动机起动过程中不产生误动作，若电动机起动电流为其额定电流的6倍，并且起动时间不超过6秒时，则可按电动机的额定电流来选择热继电器。
对于重复短时工作制的电动机，首先要确定热继电器的允许操作频率，可根据电动机的起动参数（起动时间、起动电流等）和通电持续率来选择。
（三）时间继电器的选择
时间继电器的类型很多，选用时应从以下几方面考虑：
1.电流种类和电压等级
电磁阻尼式和空气阻尼式时间继电器，其线圈的电流种类和电压等级应与控制电路的相同；电动机式和晶体管式时间继电器，其电源的电流种类和电压等级应与控制电路的相同。
2.延时方式
根据控制电路的要求来选择延时方式，即通电延时型和断电延时型。
3.触点型式和数量
根据控制电路的要求来选择触点型式(延时闭合或延时断开）及数量。
4.延时精度
电磁阻尼式时间继电器适用于精度要求不高的场合，电动机式或电子式时间继电器适用于延时精度要求高的场合。
5.操作频率
操作频率不宜过高，否则会影响电寿命，甚至会导致延时动作失调。
（四）中间继电器的选择
选用中间继电器时，应注意线圈的电流种类和电压等级应与控制电路一致，同时，触点的数量、种类及容量也要根据控制电路的需要来选定。如果一个中间继电器的触点数量不够用，可以将两个中间继电器并联使用，以增加触点的数量。
三、熔断器的选择
（一）一般熔断器的选择
一般熔断器的选择内容主要是熔断器类型、额定电压、额定电流等级及熔体的额定电流。
⒈熔断器类型
熔断器类型根据线路要求、使用场合及安装条件来选择，其保护特性应与被保护对象的过载能力相匹配。对于容量较小的照明及电动机，一般是考虑它们的过载保护，可选用熔体熔化系数小一些的熔断器，如熔体为铅锡合金的RC1A系列熔断器；对于容量较大的照明及电动机，除过载保护外，还应考虑短路时的分断短路电流能力，若短路电流较小时，可选用低分断能力的熔断器，如熔体为锌质的RM10系列熔断器，若短路电流较大时，可选用高分断能力的RL1系列熔断器，若短路电流相当大时，可选用有限流作用的RT0及RT12系列熔断器。
⒉熔断器额定电压及额定电流
熔断器的额定电压应大于或等于线路的工作电压，额定电流应大于或等于所装熔体的额定电流。
⒊熔断器熔体额定电流
⑴对于如照明线路或电热设备等没有冲击电流的负载，应选择熔体的额定电流等于或稍大于负载的额定电流，即
I
≥I N
RN
式中I RN —熔体额定电流；
—负载额定电流。
I
N
⑵对于长期工作的单台电动机，要考虑电动机起动时不应熔断，即
I
≥（1.5～2.5）I N
RN
轻载时系数取1.5，重载时系数取2.5。
⑶对于频繁起动的电动机，在频繁起动时，熔断器不应熔断，即
I
≥（3～3.5）I N
RN
⑷对于多台电动机长期共用一个熔断器，熔体额定电流选择为：
I
≥（1.5～2.5）I Nmax+∑I N
RN
式中：I Nmax —容量最大的电动机额定电流；
∑I
—除容量最大的电动机外，其余电动机额定电流之和。
N
⒋对于配电系统，在多级熔断器保护中，为防止发生越级熔断，使上、下级熔断器间有良好的配合，选用熔断器时应注意上一级（干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（支线）的额定电流大1～2个级差。
（二）快速熔断器的选择
⒈快速熔断器熔体的额定电流
选择熔体额定电流时应当注意，快速熔断器熔体的额定电流是以有效值表示的，而硅整
流元件和晶闸管的额定电流则是以平均值表示的。
当快速熔断器接入交流侧，熔体的额定电流选为
I RN ≥k
1
I
ZMAX
式中I ZMAX —可能使用的最大整流电流；
k
1
—与整流电路的形式及导电情况有关的系数，若保护硅整流元件时，K1取值见表9-1，若保护晶闸管时，K1取值见表9-2。
表9-2 不同整流电路及不同导通角时的K1值
当快速熔断器接入整流桥臂时，熔体额定电流选为：
I
RN
≥1.5I GN
式中 I GN —硅整流元件或晶闸管的额定电流（平均值）。
⒉快速熔断器额定电压
快速熔断器分断电流的瞬间，最高电弧电压可达电源电压的1.5～2倍。因此，硅整流元件或晶闸管的反向峰值电压必须大于此电压值才能安全工作，即
U
F
≥k2 √2 U RE
式中U F —硅整流元件或晶闸管的反向峰值电压；
U RE —快速熔断器额定电压；
K2 —安全系数，一般取为1.5～2。
四、开关电器的选择
（一）刀开关的选择
刀开关主要根据使用场合、电源种类、电压等级、电机容量及所需极数来选择。
首先根据刀开关在线路中的作用和安装位置选择其结构形式，若用于隔断电源时，需选用无灭弧罩的产品，若用于分断负载时，则需选用有灭弧罩、且用杠杆来操作的产品。然后再根据线路电压和电流来选择，刀开关的额定电压应大于或等于所在线路的额定电压；额定电流应大于负载的额定电流，当负载为异步电动机时，其额定电流应取为电动机额定电流的1.5倍以上。刀开关的极数应与所在电路的极数相同。
（二）组合开关的选择
组合开关主要根据电源种类、电压等级、所需触点数及电动机容量进行选择。选择时应掌握以下原则：
⒈组合开关的通断能力并不是很高，因此不能用它来分断故障电流。对用于控制电动机可逆运行的组合开关，必须在电动机完全停止转动后才允许反方向接通。
⒉组合开关接线方式很多，使用时应根据需要正确地选择相应规格的产品。
⒊组合开关的动作频率不宜太高（一般不宜超过300次/小时），所控制负载的功率因数也不能低于规定值，否则组合开关就要降低容量使用。
4．组合开关本身不带过载、短路、欠压保护，如果需要这类保护，必须另设其它保护电器。
（三）低压断路器的选择
低压断路器主要根据保护特性要求、分断能力、电网电压类型及等级、负载电流、操作频率等方面进行选择。
1．额定电压和额定电流
低压断路器的额定电压和额定电流应大于或等于线路的额定电压和额定电流。
2．热脱扣器
热脱扣器整定电流应与被控制电动机的额定电流或负载的额定电流一致。
3．过电流脱扣器
过电流脱扣器瞬时动作整定电流由下式确定
I
Z
≥KI S
式中 I Z —瞬时动作整定电流值；
I S —线路中的尖峰电流。若负载是电动机，则I S即为起动电流；
K—考虑整定误差和起动电流允许变化的安全系数。当动作时间大于20ms时，取
K =1.35；当动作时间小于20ms时，取K =1.7。
4．欠电压脱扣器
欠电压脱扣器的额定电压应等于线路的额定电压。
（四）电源开关连锁机构
电源开关连锁机构与相应的断路器和组合开关配套使用，用于接通电源、断开电源和柜门开关连锁，以达到在切断电源后才能打开门、将门关闭好后才能接通电源的效果，以起到安全保护作用。电源开关连锁机构有DJL系列和JDS系列。
五、控制变压器的选择
控制变压器一般用于降低控制电路或辅助电路的电压，提高控制电路的安全可靠性。控制变压器主要根据一次侧、二次侧的电压等级及所需要的变压器容量来选择。
控制变压器一次侧电压应与所接的交流电源电压相符合，二次侧电压应与控制电路、辅助电路的电器线圈额定电压相符合。控制变压器容量的选择分为两种情况：1．变压器长期运行时，最大工作负载时变压器的容量应大于或等于最大工作负载所需要的功率，计算公式为
P T ≥ K
T
∑P
XC
式中P T—控制变压器所需容量；
∑P
XC
—控制电路最大负载时工作的电器所需的总功率，其中P XC为电磁器件的吸持功率；
K T—控制变压器容量储备系数，一般取K T =1.1～1.25。
2．控制变压器容量应满足已吸合的电器在起动其它电器时仍能保持吸合状态，而起动电器也能可靠地吸合，计算公式为
P T ≥0.6∑P
XC
+ 1.5∑P ST
式中∑P ST —同时起动的电器总吸收功率。
最后所需控制变压器的容量，应由上两式中所计算出的最大容量决定。
六、主令电器的选择
主令电器种类很多，应用很广泛。下面仅简单介绍两种常用主令电器的选择。
（一）按钮的选择
按钮的选择应从以下几方面考虑：
1．根据使用场合和具体用途选择按钮形式。
如果按钮安装于控制柜的面板上，需采用开启式的；如要显示工作状态，需采用带指示灯的；如要避免误操作，需采用钥匙式的；如要避免腐蚀性气体侵入，需采用防腐式的。
2．根据控制作用选择按钮帽的颜色
按钮帽的颜色有红色、绿色、白色、黄色、蓝色、黑色、橙色等，一般起动或通用按钮采用绿色，停止按钮采用红色。
3．根据控制回路的需要确定触头数量和按钮数量，如单钮、双钮、三钮、多钮等。
（二）行程开关的选择
⒈根据使用场合和控制对象确定行程开关的种类：一般用途行程开关还是起重设备用行程开关。例如，当生产机械运动速度不是太快时，可选用一般用途的行程开关；在工作频率很高、对可靠性及精度要求也很高时，可选用接近开关。
⒉根据生产机械的运动特性确定行程开关的操作方式。
⒊根据使用环境条件确定行程开关的防护形式，如开启式或保护式。
第二节电动机的保护
本节学时1学时
本节重点认识电机的各种非正常状态及相应的保护措施
教学方法结合电机理论，得出电机短路保护、过载保护、过流保护、欠压保护及弱磁保护的方法和线路。
教学手段以传统教学手段与电子课件相结合的手段，让学生在有限的时间内掌握更多的相关知识。
教学内容：
电动机除了能满足生产机械的加工工艺要求外，要想长期安全地正常运行，必须有各种保护措施。
保护环节是电气控制系统不可缺少的组成部分，可靠的保护装置可以防止对电动机、电网、电气控制设备以及人身安全的损害。
电动机的安全保护环节有短路保护、过载保护、过流保护、欠压保护及弱磁保护等。
一、短路保护
在电动机绕组的绝缘、导线的绝缘损坏，负载短路、接线错误等故障情况下，有可能产生短路现象。短路时产生的瞬时故障电流可能达到电动机额定电流的几十倍，会造成严重的绝缘破坏、导线熔化，因此在电动机中会产生强大的电动力而使绕组或机械部件损坏。
短路保护要求具有瞬动特性，即要求在很短时间内切断电源。当电动机正常起、制动时，短路保护装置不应误动作。
短路保护常用的方法是采用熔断器，将熔断器串接于被保护的电路中，还可以采用具有瞬时动作脱扣器的低压断路器或采用专门的短路保护装置，可以根据上一节介绍的选择原则来选用和整定动作值。当主电路容量较小时，主电路中的熔断器可以同时作为控制电路的短路保护；当主电路容量较大时，则控制电路需有单独的短路保护熔断器。图9-1所示为电动机常用保护类型示意图。
图9-1 电动机常用保护类型示意图
二、过载保护
过载是指电动机工作电流超过其额定电流而使绕组发热。引起过载的原因很多，如负载的突然增加、电源电压降低、缺相运行等。电动机长期过载运行时，绕组温升将超过其允许值，电动机绝缘材料就要变脆，寿命缩短，甚至使电动机损坏。
电动机过载保护常用的元件是热继电器。热继电器具有反时限特性，即根据电流过载倍
数的不同，其动作时间是不同的，过载电流越大，动作时间越短，而电动机为额定电流时，热继电器不动作。由于热惯性的原因，热继电器不会受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，所以在使用热继电器做过载保护的同时，还必须设有短路保护，并且选作短路保护的熔断器熔体的额定电流不应超过4倍热继电器发热元件的额定电流。过载保护电路如图9-1所示。
电动机过载保护还可以采用带长延时脱扣器的低压断路器或具有反时限特性的过电流继电器。采用带长延时脱扣器的低压断路器时，脱扣器的整定电流一般可取为电动机的额定电流或稍大一些，并应考虑到电动机实际起动时间的长短。采用过电流继电器时，应保证产生过电流的时间长于起动时间时，继电器才动作。
三、过流保护
过电流是指电动机的工作电流超过其额定值的运行状态，过电流常常是由于不正确的起动和负载转矩过大而引起的，其值比短路电流小。在电动机运行中，产生过电流比发生短路的可能性要大，特别是在频繁正反转、重复短时工作的电动机中更易出现。因此，过电流保护的动作值应比正常的起动电流稍大一些，以免影响电动机的正常运行。
过电流保护也要求保护装置能瞬时动作，即只要过电流值达到整定值，保护装置就应立即动作切断电源。过电流保护常用电路如图9-1所示，过电流继电器线圈串接在被保护的电路中，电路电流达到整定值时，过电流继电器动作，其常闭触点断开，接触器线圈断电。
过流保护还可以采用低压断路器、电动机保护器等。通常情况下，过流保护用于直流电动机或绕线型异步电动机，对鼠笼型异步电动机，短时的过流不会产生严重后果，所以不采用过流保护而采用短路保护。
四、欠压和失压保护
（一）欠压保护
电动机正常运行时，若电源电压降低，由于电动机的负载功率没有改变，就使电机绕组的电流增加，使电动机转速下降、温度增高，严重时会使电动机停转。另一方面，电源电压低于一定限度时，会使控制线路中的一些电器（如交流接触器、继电器等）释放或处于抖动状态，造成控制线路工作不正常，甚至导致事故。因此，在电源电压降到允许值以下时，需要自动切断电源。这就是欠压保护。
欠压保护可以用欠压继电器，欠压继电器的释放电压整定值可以比较低；另外，还可用具有失压保护作用的接触器或具有欠电压脱扣器的断路器。图9-1所示为采用欠压继电器的保护电路，图中，ＳＡ为主令控制器，有三档工作位置。
开始工作时，将ＳＡ置于中间档位，则SＡ0闭合，欠压继电器ＫＶ的线圈通电并自锁。将ＳＡ置于右边位置时，则ＳＡ0断开、ＳＡ１闭合，接触器ＫＭ１通电吸合，电动机正转。将ＳＡ置于左边位置时，SA2闭合，接触ＫＭ２通电吸合，电动机反转。若在运行过程中，电源电压降低或消失，欠压继电器ＫＶ就会断电释放，接触器ＫＭ１或ＫＭ２也马上释放，电动机脱离电源而停转。当电源电压恢复时，由于ＳA０和ＫＶ都是断开的，故KV和KM1（或ＫＭ２）都不能通电，电机不会自行起动。若使电动机重新起动，必须将ＳＡ置于中间位置，使ＳＡ０闭合，KV线圈通电并自锁，然后再将ＳＡ值于右边或左边位置，电动机才能起动。
（二）失压保护
当电动机接至额定频率的电源上正常工作时，如果电源电压因某种原因消失，那么在电源电压恢复时，电动机将自行起动，此时可能引起电动机或生产机械的损坏，甚至危害工作人员的安全。另外，多台电动机同时自行起动也会引起不允许的过电流和电网电压下降。为了防止电源电压失去后恢复供电时电动机的自行起动，需要进行失压保护，或称零压保护。
失压保护可以用零压继电器。当控制电路中用按钮驱动接触器来控制电动机的起停时，也可利用按钮的自动恢复作用和接触器失压保护功能来实现失压保护，而不必再用零压继电器。因为当电压消失时，接触器就自动释放，其主触点和自锁触点同时断开，切断电动机电源，当电压恢复正常时，必须重新按下起动按钮，才能使电动机起动。
五、断相保护
异步电动机在正常运行时，如果电源任一相断开，电动机将在缺相电源中低速运转或堵转，定子电流很大，是造成电动机绝缘及绕组烧毁的常见故障之一。因此应进行断相保护，或称缺相保护。
引起电动机断相的主要原因有：电动机定子绕组一相断线，电源一相断线，熔断器、接触器、低压断路器等接触不良或接头松动等。断相运行时，线路电流和电动机绕组连接因断相形式（电源断相、绕组断相等）的不同而不同；电动机负载越大，故障电流也越大。
断相保护的方法很多，可以用带断相保护的热继电器、电压继电器及电流继电器等，下面介绍一种固态断相保护器。图9-2所示为固态断相保护器的原理框图，它由检测电路、滤波电路、鉴别电路、放大电路、执行电路和稳压电源组成。
图9-2 固态断相保护器原理框图
图9-3所示为固态断相保护器工作原理图。
图9-3 固态断相保护器工作原理图
三个完全相同的电阻R1、R2、R3作星形连接，组成断相信号检测电路；其人工中性点O 接L1、C1组成串联谐振式滤波电路；二极管V1、V2和稳压管V3组成断相信号鉴别电路；晶闸管VS1和光电耦合器组成放大电路；晶闸管VS2、整流桥VC、双向晶闸管V8组成执行电路；电容C3、C4和稳压管V9、二极管V10组成稳压电源。
当电动机正常运行时，人工中性点对地的谐波干扰电压近于零，电容C2上也无整流电压，稳压管V3不会击穿，晶闸管VS1不被触发导通，光耦的发光二极管V4无电流通过，其光敏三极管V5的输出端呈高阻状态，晶闸管VS2触发导通，整流桥VC、晶闸管VS2、电阻R9便流过较大的电流，双向晶闸管V8被触发导通，外接的接触器正常吸合，电动机正常运转。
当电动机发生断相故障时，人工中性点对地可输出较高的偏移电压，经V2半波整流后对电容C2充电，在很短时间内击穿稳压管V3，使晶闸管VS1触发导通，直流稳压电源经限流电阻R5向发光二极管V4和晶闸管VS1组成的串联电路输出电流，光敏三极管V5的输出端呈低阻状态，晶闸管VS2截止，整流桥VC、电阻R7、R8、R9回路中仅流过很小的电流，双向晶闸管V8阻断，外接的接触器释放，电动机停转。
这种固态断相保护器能有效地滤除电源的谐波干扰，其电路内部不含有可动的电磁继电器，既无机械磨损，又无触点的回跳和
抖动现象，故障率低。
六、弱磁保护
直流电动机在轻载运行时，若磁场
减弱或消失，将会产生超速运行甚至飞
车；直流电动机在重载运行时，若磁场
减弱或消失，则电枢电流迅速增加，使
电枢绕组绝缘因发热而损坏。因此需要
采取弱磁保护。弱磁保护是通过直流电
动机励磁回路串入弱磁继电器（欠电流
图9-4 弱磁保护线路
继电器）来实现的，如图9-4所示。
当合上电源开关QS后，电动机励磁绕
组中通以额定励磁电流，此电流使电流继电器KA动作，常开触点闭合。这时，按下起动按钮SB2，接触器KM线圈通电，其常开主触点闭合，电动机起动运行，若运行时励磁电流消失或减小很多时，电流继电器KA释放，常开触点断开，切断主回路接触器KM线圈的电源，使电动机脱离电源而停车。
七、智能综合保护
电动机综合保护是对电动机进行常见故障的保护。保护内容有：
1．具有反时限特性的长延时过载保护。
2．具有定时限的短延时短路保护。
3．具有瞬时动作的短路保护。
4．欠压保护和过压保护。
5．漏电保护和断相保护。
智能综合保护是把单片机技术引入电动机综合保护中，这样可以提高对电动机的保护水
平，使性能稳定可靠，显示直观、正确，操作方便，保护范围广。下面简单介绍一种以单片机为核心的智能综合保护装置，它可以实现短路、过载、欠压和过压、断相及漏电保护。
（一）设计原理
智能综合保护装置的信号采集单元需要采集电动机的三相线电流来判断电机的短路、断相及过载故障，采集单相线电压来判断失压和过压故障，采集零序电流来判断漏电故障。其中，电压故障和漏电故障都是单相采集，容易实现，而由三相线电流判断的各种故障中，因故障产生的原因不一样，故障电流大小也不一样，对故障保护的动作时间要求就不一样。对于短路故障，要求迅速切断线路，无须延时；对于堵转和起动超时，故障电流小于短路电流，为保证电动机的正常起动，躲过起动电流，就需要存在延时保护；对于断相故障，原则上也希望尽快切除线路，但考虑到故障电流小于堵转或起动超时电流，为了能准确区分各种电机故障，给维修带来方便，它的整定延时时间一般大于堵转或起动超时的延时时间；对于过载，要求过载倍数和过载时间必须满足反时限特性。
将采集到的电流、电压信号通过信号处理单元变换为直流电压信号送入A/D转换输入端，经A/D转换后再送入单片机系统，CPU对采集来的信号进行处理、分析、判断后发出相应的操作信号，实现相应的保护。
（二）硬件电路及软件设计
图9-5
图9-5 智能综合保护装置系统构成
信号采集单元的作用是定时采集三相线电流、一相线电压及零序电流信号，这些信号均为交流信号；处理单元的作用是将采集到的交流信号变换成能使A/D转换器接收的电压信号，例如三相线电流信号，首先通过二极管整流将交流电流转换为直流电压信号，再经过电位器的调节，转换为0～5V的直流电压；A/D转换单元的作用是将输入端模拟电压信号转换为单片机能识别的数字量，单片机将数字量与对应的整定信号比较以决定何时发出操作信号；执行单元的作用是将单片机输出的低压直流信号隔离、驱动来控制晶闸管元件，再由晶闸管控制接触器和断路器的脱扣器，从而达到智能控制的目的。
软件程序实现数据采集、信号处理、显示控制及监控。数据采集和信号处理由8031定时器T0完成，单片机依此对信号进行采集，每采集一个信号就进行比较判断，有故障就迅速做出反应。显示控制由定时器T1完成，根据人眼的视觉要求，设置为1s更换一次显示内容。监控由单片机中断完成，监控电动机运行时的电压、电流及绕组温升，以便实时协调操作者和单片机各执行模块。
智能综合保护装置集成化程度高、抗干扰能力强、工作温度范围宽、耗电小、参数设置方便，具有友好、灵活的显示界面和按键设置，安装快捷，便于在各种生产环境中使用，是电动机保护装置最先进、最可靠的换代产品。
电动机保护装置的应用 摘要：电动机在工业控制领域具有举足轻重的地位，堵转、重负载等故障会对 电动机造成不可逆转的损害。而传统的热继电器保护由于反应速度较慢，不适用 于对频繁起动、工作时间较短的电动机进行保护。随着微机继电保护的应用，其 快速准确的计算性能、强大的存储及网络功能，为电动机保护提供许多常规继电 保护无法完成的功能。 关键词：电动机；保护装置；应用 1引言 现在国内的电动机微机保护装置一般都采用高性能16位单片机作控制器， 计算速度快，保护功能齐全，动作可靠；所有定值均可通过面盘整定，中文液晶 显示，界面简洁友好；具有多种电动机启动控制方式，可以实现电动机就地/远方的启停控制。配有RS-485或CAN通讯接口，所有保护动作信息、测量信息等均 可通过RS-485通讯网或CAN网上传到后台计算机监控系统；综合管理单元还可 以选配4-20mA直流输出、漏电流保护以及电动机温度测量等功能，为电动机提 供更完善的测量手段和保护功能，并为增安型电动机提供可靠的tE时间保护。 2电动机微机保护装置的功能 2.1电动机的控制功能 国内的微机综合保护装置品牌很多，大多数用户可以通过面板上的“就地/远方”选择开关选择对电动机的控制方式。在“就地”控制方式下，通过面板上的“启 动Ⅰ”、“启动Ⅱ”和“停止”按键对电动机进行启停控制（必须在装置的主循环显示 界面下进行操作）。在“远方”控制方式下，面板“启动Ⅰ”、“启动Ⅱ”和“停止”按键操作无效，此时，可以选择综合管理单元菜单中的“远方控制方式”，分别通过DCS端子输入或通讯对电动机进行控制。综合管理单元若有保护动作或相关的保 护动作信号未复归，大多品牌的微机保护装置会禁止所有的控制功能。 2.1.1直接启动 控制交流接触器将交流电直接送入电动机进行启动。 2.1.2双向启动 通过两个交流接触器改变电动机交流电输入的相序，从而改变电动机的正转 和反转启动。 2.1.3双速启动 采用两个交流接触器控制，通过改变绕组的接法来改变电动机的极数，以实 现双速电动机高速和低速启动。 2.1.4降压启动 （1）电阻降压启动 （2）星-三角启动 （3）自耦变压器启动 （4）支持与软启动器配合启动电动机 （5）支持与变频器配合实现电动机多段速度控制 2.1.5上电自动重启动控制 （1）上电自启动模式设定为恢复，当电源从掉电到有电时，若掉电前电动 机处于运行状态，并且掉电时间没超过3秒（可根据用户需求设计，标准为3秒，最大可为10秒），则重新启动电动机，若掉电前电动机处于停车状态，则综合 管理单元通电后不启动电动机。
3873滚珠丝杠电机选型计算 设计要求： 夹具加工件重量：W1=300kg 提升部位重量：W2=100kg 行走最大行程：S= 1200mm 最大速度：V=20000mm/min 使用寿命：Lt=20000h 滑动阻力：u=0。01 电机转数：N=1333RPM 运转条件： v（m/min) 加速下降时间：T1=0.75S 匀速下降时间T2=3S 减速下降时间T3=0.75S t(sec) 加速上升时间T4=0.75S 匀速上升时间T5=3S 减速上升时间T6=0.75S 匀速下降3s 1，螺杆轴径，导程，螺杆长度选定 a：导程（l） 由电机最高转数可得
L大于或等于V/N=20000/1333=15mm 即导程要大于15mm，根据THK样本得导程16mm 即L=16mm b：轴负荷计算 1，加速下降段 a1=V/T=20000/60X0.75=444(mm/s2)=0.444m/s2 f=u(W1+W2)xG=0.01(300+100)x9.8=40N F1=(W1+W2)xG-f-(W1+W2)xa1=(300+100)x9.8-40-(300+100)x0.444=3702N 2,匀速下降段 F2=(W1+W2)xG-f=(300+100)x9.8-40=3880N 3减速下降段 F3=(W1+W2)xG-f+(W1+W2)xa1=(300+100)x9.8-40+(300+100)x0.444=4058N 4 加速上升段 F4=(W1+W2)xG+f+(W1+W2)xa1=(300+100)x9.8+40+(300+100)x0.444=4137N 5，匀速上升段 F5=(W1+W2)xG+f=(300+100)x9.8+40=3960N
电动机类型的选择 选择电动机类型时，首先考虑的是电动机的性能应能全面满足被驱动机械负载的要求，如启动性能、正反转运行、调速性能、过载能力等。在这个前提下，优先选用结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜的电动机。 一般情况下，对于不需要调速或对调速要求不高的生产机械，可优先选用笼型三相感应电动机。这时应充分考虑电动机的启动容量与电源容量的对应关系。普通笼型电动机的启动转矩不大，特别是采用降压启动时，只适用于空载或轻载启动的场合，例如，风机、泵类负载等。高启动转矩的笼型电动机（深槽式、双笼式）可应用于重载启动的生产机械，如压缩机、皮带运输机等。对于需要有级调速的生产机械，可选用变级多速笼型电动机，如电梯、机床等。对于带有飞轮的冲击性负载，则应选用高转差率笼型电动机，如冲压机床、锻压机床等。 对于启动、制动转矩要求较大，需要频繁启动、制动，并且需要调速的生产机械，可选用绕线型感应电动机，如起重机、升降机、轧钢机、压缩机等。 对于容量较大且不需要调速的生产机械，应优先选用同步电动机，让同步电动机运行于过励状态，还可以改善电网的功率因数。 对于要求在宽广范围内平滑调速或要求准确位置控制的生产机械，可选用他励（并励）直流低压电机电动机。如数控机床、龙门刨床、轧钢机、印刷机、造纸机等。对于要求软机械特性、高启动转矩的生产机械，如电车、蓄电池车、电力机车等，可选用串励或复励直流电动机。直流电动机有电刷和换向器，维护工作量较大，价格也比感应电动机要贵些。 有爆炸性危险的场所应选用具有防爆结构的电动机。有爆炸性危险的场所称为危险场所，危险场所分为若干等级，不同等级的危险场所应选用不同类型的防爆电动机。化工等场合，对于防爆电动机的结构及其适用的危险场所，国家标准中均有严格的详细规定，选用电动机时应格外谨慎从事。 电动机的冷却方法主要是指电动机冷却回路的布置方式、冷却介质的形式以及冷却介质的推动方法等。一般用途电动机用空气作为冷却介质，采用机壳表面冷却方式，初、次级冷却介质的推动方法均采用自循环。因此电动机的体积小、重量轻、价格便宜，在无爆炸性危险的场合，可优先选择一般用途电动机 按电动机的结构及安装型式，可分为卧式安装和立式安装两种，它们又分为端盖无凸缘和端盖有凸缘两种型式。一般情况下大多采用卧式安装，特殊情况下才考虑采用立式安装。立式和有凸缘安装的电动机价格较贵。 轴伸是电动机转子与机械负载连接，从而传递转矩和转速并输出机械功率的部分，有单轴伸、双轴伸、圆柱形轴伸、圆锥形轴伸等型.
电动机保护用热继电器的合理选择与使用 1.前言 热继电器是一种传统的保护电动机的电器，它具有与电动机容许过载特性相同的反时限动作特性，主要用于三相交流电动机的过载保护与断相保护。从目前的情况来看，由于没有选择与使用好热继电器而引起电动机烧毁的事故，仍然时有发生。如何合理地选择与使用热继电器，也仍是一个值得关注的问题。我们从长期的实际工作中，全面总结出了这方面的经验，供大家参考。 2.热继电器类型的选择 从结构上来说，热继电器分为两极型和三极型，其中三极型又分为带断相保护和不带断相保护两种，其型号及其意义如下。 另外，从热继电器的产品目录上还有额定电压、额定频率、额定工作制、使用温度范围、安装类别、防护等级等有关数据。 三极型的热继电器主要用于三相交流电动机的过载与断相保护。当电动机定子绕组为星形接法时，可以选用一般的三极型热继电器。因为星形接法的电动机，相电流等于线电流，无论电动机是过载运行还是断相运行，串接在主回路中的热元件都会因电流过大而使热继电器触头动作，保护电动机；如果电动机定子绕组为三角形接法，一般需要选用带断相保护的热继电器。因为三角形接法的电动机，当其引出线上发生一相断线（常见的是熔断器熔断）而缺相运行时，线电流I L等于电机相电流I P的1.5倍（如图1）,不再是倍的关系，使得线电流不能正确反映出相电流，即串接在主回路中的热元件不能准确反映电机绕组是否真正过载，此时如果选用不带断相保护的热继电器，就不能很好地起到保护作用。 图1 热继电器产品目录上的其它数据，在类型选择时，考虑一下与热继电器实际使用情况相一致就行。
图2 除了上述通用型热继电器的选择外，还有些专用型热继电器。如大容量电动机用的自带专用互感器的JR20-160及以上的热继电器；重载起动的电动机用的3VA型热继电器等等。只要按它们各自适用的情况选择就行了。 值得提醒的是，有些类型的热继电器，如JR0、JR9、JRl4、JRl5、JRl6—A、B、C、D 等，国家已下令淘汰，选择时就不应再考虑了。 3.热继电器电流的选择 热继电器电流的选择包括热继电器额定电流的选择与热元件额定电流的选择两个方面。 1)热继电器的额定电流，选择时一般应等于或略大于电动机的额定电流；对于过载能力较弱且散热较困难的电动机，热继电器的额定电流为电机额定电流的70%左右。如果热继电器与电动机的使用环境温度不一致时，应对其额定电流作相应调整：当热继电器使用的环境温度高于被保护电动机的环境温度15℃以上时，应选择大一号额定电流等级的热继电器；当热继电器使用的环境温度低于被保护电动机的环境温度15℃以上时，应选择小一号额定电流等级的热继电器。 2)热元件的额定电流，选择时一般应略大于电动机的额定电流，取1．1～1．25倍，对于反复短时工作、操作频率高的电动机取上限。如果是过载能力弱的小功率电机，由于其绕组的线径小，过热能力差，应选择其额定电流等于或略小于电动机的额定电流。如果热继电器与电动机的环境温度不一致（如两者不在同一室内），热元件的额定电流同样要作调整，调整的情况与上述热继电器额定电流的调整情况基本相同。 4.热继电器质量的检查 在确定了热继电器的类型与电流等级之后，购买热继电器时要对其质量进行检查。我们对热继电器进行了过流试验，发现有些热继电器的热元件动作不符合所要求的安秒特性；有些构件的配合间隙过大，当双金属片过热弯曲时不能推动导板使动断触头打开；还有些制造工艺较差，构件上存在着毛刺或凹凸不平的现象，使得动断时运动受阻。因此购买热继电器时不仅只作外观检查，还要看其内部的构件配合是否合理，动作是否灵活，电流调节旋钮是否起作用，连接片是否焊牢等；然后进行校验，即按技术要求给热继电器的热元件通以L 2、1．5或2倍的额定电流，看其动作是否符合技术性能的要求，校验的具体方法按相关资料或产品说明书进行。
一、电动机的选择 1、空气压缩机电动机的选择 1.1电动机的选择 （1）空压机选配电动机的容量可按下式计算 P=Q(Wi+Wa) ÷1000ηηi2 (kw) 式中P——空气压缩机电动机的轴功率，kw Q——空气压缩机排气量，m3/s η——空气压缩机效率，活塞式空压机一般取0.7~0.8（大型空压机取大值，小型空压机取小值），螺杆式空压机一般取0.5~0.6 ηi——传动效率，直接连接取ηi=1；三角带连接取ηi=0.92 Wi——等温压缩1m3空气所做的功，N·m/m3 Wa——等热压缩1m3空气所做的功，N·m/m3 Wi及Wa的数值见表 Wi及Wa的数值表（N·m/m3） 1.2空气压缩机年耗电量W可由下式计算 W= Q(Wi+Wa)T ÷1000ηηiηmηs2 (kw·h) 式中ηm——电动机效率，一般取0.9~0.92 ηs ——电网效率，一般取0.95 T ——空压机有效负荷年工作小时
2、通风设备电动机的选择 （1）通风设备拖动电动机的功率可按下式计算 P=KQH/1000ηηi (kw) 式中K——电动机功率备用系数，一般取1.1~1.2 Q——通风机工况点风量，m3/s H——通风机工况点风压轴流式通风机用静压，离心式通风机用全压，Pa η——通风机工况点效率，可由通风机性能曲线查得 ηi——传动效率，联轴器传动取0.98，三角带传动取0.92 （2）通风机年耗电量W可用下式计算 W=QHT/1000ηηiηmηs 式中ηm——电动机效率， ηs ——电网效率，一般取0.95 T ——通风机全年工作小时数 3、矿井主排水泵电动机的选择 （1）电动机的选择 排水设备拖动电动机的功率可按下式计算 P=KγQH/1000η (kw) 式中K——电动机功率备用系数，一般取1.1~1.5 γ——矿水相对密度，N/m3 Q ——水泵在工况点的流量，m3/s H ——水泵在工况点的扬程，m
电机分类及选型 一、电机分类： 电机是发电机和电动机的统称。其中发电机分为三相同步发电机和单相同步发电机。而电动机分为同步电动机和异步电动机。并且异步电动机更加广泛使用。异步电动机又分为：三相异步电动机和单相异步电动机。三相异步电动机还分为铸铁壳和铝壳两种，一般铸铁居多（标注字母Y、Y2、AS、JO2、JW、YS），铝壳较少（标注字母MS）。单相异步电动机包含有：1.单相电容起动异步电动机:YC(CO2)、JY、MC（铝壳）；2.单相电阻起动异步电动机:YU(BO2)、JZ 、MU(铝壳)；3.单相电容运转异步电动机:YY(DO2)、MY(铝壳)；4.单相双值电容异步电动机:YL、ML(铝壳)；5.罩极电动机。 二、电机主要性能对比：
三、电机型号命名： Y 2 100 L 2 — 4 系第中机铁极 列二心座心数 代次高长长 号设 计 1、系列代号: Y 2、设计代号: 2为第二次设计(改进) 1 为第一次设计 3、中心高H:从电机轴伸中心轴线至底脚平面的高度。按标准有：56、63、71、80、90、100、112、132、160、180、225、280、315及以上(中型电机) 4、机座长（L）:按长短分S—短、M—中、L—长 5、铁心长:1—短、功率小；2—长、功率大 6、极数:影响电机转速。约：2极—2850r/min 4极：1450r/min 6极—930r/min 8极：720r/min 四、电机主要性能指标： 效率η:输出功率/输入功率0.4～0.9 功率因素:Cosφ0.6～0.98 起动转矩:0.5～3.0 起动电流:起动电流/额定电流=4～7倍 最大转矩:1.6～2.2倍 最小转矩:大于1.2倍
第10章 思考题与习题参考答案 10.1 异步电动机的性能指标有哪些？它们代表的物理意义是什么？ 答：异步电动机的性能指标主要有五项，分别是：额定效率N η，额定功率因数N ?cos ，最大转矩倍数N T T max ，起动转矩倍数N st T T 和起动电流倍数N st I I 。其中，N η和N ?cos 是反映电动机出力能力的指标，称为力能指标；N T max 是反映电动机短时间承受过负载能力的指标，称为过载能力；N st T T 和N st I I 是反映电动机起动性能的指标。 10.2 什么是三相异步电动机的Y -△降压起动? 它与直接起动相比，起动转矩和起动电流有何变化? 答：为了降低三相异步电动机的起动电流，对于定子绕组为Δ形联结电动机，起动时先将定子绕组接成Y 形，实现降压起动，当起动完毕后，再将定子绕组恢复成Δ形联结进入正常运行。Y -△降压起动时，绕组电压降低31倍，起动电流和起动转矩降均低为直接起动时的3 1。 10.3 三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩与直接起动时相比有何变化? 答：采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩都降低为直接起动时的 2 1a k 倍（a k 为自耦变压器的变比）。 10.4 在绕线转子异步电动机转子回路内串电阻起动，既可提高起动转矩，又能减少起动电流，这是什么原因？串电感或电容起动，是否也有同样效果？ 答：从等效电路来看，起动时，转子回路串入电阻，转子电流将减小，根据磁动势平衡关系，此时的定子电流也将减小。虽然转子电流减小了，但是因为转子电阻的增大，转子回路功率因数将提高，由22 0T cos ?I C T em 'Φ=可知，当所串电阻值适当时，转子电流有功分量22cos ?I '是增大的，所以起动转矩会增大。必须指出，串入的电阻值不能过大，否则转子电流太小，使22 cos ?I '减小，导致起动转矩反而减小。转子回路串电感，可以降低起动电流，但同时转子的功率因数也降低，使22 cos ?I '减小，导致起动转矩减小；串电容时可分两种情况：1）当2X -C X =0或|2X -C X |<2X 时，起动电流增大，起动转矩也增大；2）|2X -C X |>2X ，起动电流减小，起动转矩也减小。 10.5三相异步电动机进行变频调速时，应按什么规律来控制定子电压?为什么?
电动机种类和形式的选择 选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与启动性能、维护及价格等方而来考虑的。三相异步电动机有笼型和绕线转子型之分，在选择时可参考下列一些原则: (1)应一首先考虑选用三相笼型异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、工作可靠、价格低廉和维护方便等优点。但它的主要缺点是调整困难，功率因数较低，启动电流较大及启动转矩较小。因此，主要适用于作为机械特性较硬而无特殊调整要求的一般生产机械的拖动，例如一般的机床、功率小于100kW的水泵和通风机等生产机械。 对某些要求启动转矩较大的生产机械，例如纺织厂的梳棉机、织布机以及压缩机、皮带运输机等，则可以选用高启动转矩笼型电动机。 在只要求有级调整的场合，可以选用笼型多速电动机，它适用于机电有级变速的机床和电梯等生产机械。 (2)绕线转子电动机的价格较笼型电动机高，但是它的机械特性可通过转子外加电阻的办法加以调节，因而能限制启动电流，提高启动转矩。故它可适用于电源容量较小，而电动机功率较大或有调整要求的场合。例如某些起重机、卷扬提升设备、锻压机及重型机床的移动横梁等。 (3)当调整范围低于1: 10,且又要求能平滑调整的生产场合，可先选用滑差电动机。 电动机的结构形式按其安装位置的不同可分为卧式与立式两种。臣卜式电动机的转轴是水平安装的，立式电动机的转轴则与地面相垂直。两者轴承的安装方向不同，故不可任意将卧式电动机竖立起来使用。在一般情况下应尽员选用卧式电动机，只有在需要垂直运转的场合(如立式深井水泵以及钻床等)，为了简化传动装置时，才考虑采用立式电动机(因为它的价格较贵)。 电动机的防护形式有多种，其正确选择也十分重要。由于电动机要能在具体的安装环境里长期工作，为防止受周围媒介质(如潮气、水分、粉尘、有害气体或杂质等)侵袭而造成故障或引发事故，实用中选择时，必须根据不同的工作环境选择适宜的防护形式。 电动机的防护形式有开启式、防护式、封闭式、防爆式和潜水式等数种。通常情况下选用开启式当然最便宜，但它只适用于干燥而清洁的环垅;对于潮湿、易受风雨侵蚀、多灰尘、易燃、腐蚀性的环境应选用封闭式，当灰尘对电机绝缘无害、且易为压缩空气吹净时，可改用防护式(或防滴式);至于潜水泵用电动机，则应采用完全密闭式，以保证在水中工作时，潮气不能侵人;当电动机在有火灾或爆炸危险的环境水中工作时(如矿井或油池等)，应注意必须选防爆式。
步进电机的计算与选型 对于步进电动机的计算与选型，通常可以按照以下几个步骤： 1) 根据机械系统结构，求得加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J ; 2) 计算不同工况下加在步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T ； 3) 取其中最大的等效负载转矩，作为确定步进电动机最大静转矩的依据； 4) 根据运行矩频特性、起动惯频特性等，对初选的步进电动机进行校核。 1. 步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 的计算 加在步进电动机转轴上的总转动惯量eq J 是进给伺服系统的主要参数之一，它对选择电动机具有重要意义。eq J 主要包括电动机转子的转动惯量、减速装置与滚珠丝杠以及移动部件等折算到电动机转轴上的转动惯量等。 2. 步进电动机转轴上的等效负载转矩eq T 的计算 步进电动机转轴所承受的负载转矩在不同的工况下是不同的。通常考虑两种情况：一种情况是快速空载起动（工作负载为0），另一种情况是承受最大工作负载。 （1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩eq1T eq1amax f 0T =T +T +T (4-8) 式中 amax T ——快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为N ·m ； f T ——移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位N ·m ； 0T ——滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，单位为N ·m 。 具体计算过程如下： 1）快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩： amax eq 2T =J =60eq m a J n t πε （4-9） 式中 eq J ——步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为2kg m ?； ε——电动机转轴的角加速度，单位为2/rad s ； m n ——电动机的转速，单位r/min ； a t ——电动机加速所用时间，单位为s ，一般在0.3~1s 之间选取。 2）移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩： f T =2F i πη摩h P （4-10）
第二章直流测速发电机 1. 为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? 答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。 由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。 2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和 A、B电刷的极性如何? 答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d指向c。电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。 当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。 3. 为了获得最大的直流电势，电刷应放在什么位置? 为什么端部对称的鼓形绕组(见图2 - 3)的电刷放在磁极轴线上? P9-10 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?
答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL∝n2。同样可以证明ea ∝n2。因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速 5. 如果电刷通过换向器所连接的导体不在几何中性线上，而在偏离几何中性线α角的直线上，如图2 - 29 所示，试综合应用所学的知识，分析在此情况下对测速机正、反转的输出特性的影响。(提示：在图中作一辅助线。)正反向特性不一致。 6. 具有16 个槽，16 个换向片的两极直流发电机结构如图2 - 30 所示。 (1) 试画出其绕组的完整连接图； (2) 试画出图示时刻绕组的等值电路图； (3) 若电枢沿顺时针方向旋转，试在上两图中标出感应电势方向和电刷极性； (4) 如果电刷不是位于磁极轴线上，例如顺时针方向
三相异步电动机的型号及选用 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 三相异步电动机的分类 三相异步电动一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，因而分类也较繁多。 1、按电动机尺寸大小分类 大型电动机：定子铁心外径D＞1000mm或机座中心高H＞630mm。 中型电动机：D=500~1000mm或H=355~630mm。 大型电动机：D=120~500mm或H=80~315mm。 2、按电动机外壳防护结构分类 3、按电动机冷方式分类 电动机按冷却方式可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。可参见国家标准GB/T199 3-93《旋转电机冷却方式》。 4、按电动机的安装形式分类
IMB3：卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘。 IMB5：卧式，机座不带底脚，端盖上有凸缘。 IMB35：卧式，机座带底脚，端盖上有凸缘。 5、按电动机运行工作制分类 S1；连续工作制 S2：短时工作制 S3~S8：周期性工作制 6、按转子结构形式分类 三相笼型异步电动机 三相绕线型异步电动机 三相异步电动机的型号及选用 我国电机产品型号的编制方法是按国家标准GB4831-84《电机产品型号编制方法》实施的，即有汉语拼音字母及国际通用符号和阿拉伯数字组成，按下列顺序排列。 1 产品（类型）代号 CHANPINGUI 异步电动机同步电动机同步发电机直流电动机直流发电机汽轮发电机水轮发电机测功机潜水电泵纺织用电机交流换向器电动机
第十章电动机保护 第一节电动机的故障类型和不正常运行工作状态电动机的主要故障是定子绕组的相间短路、匝间短路和单相接地短路，以及转子鼠笼断条等。相间短路会引起电动机的严重损坏，并引起供电网络电压降低，影响其它用户的正常工作。因此电动机应装设反应相间短路的保护装置，无时限地切除故障电动机。 高压电动机的供电网络，通常采用中性点不接地的运行方式，电动机单相接地时，故障点只流过全网络的对地电容电流，因而危害较小。容量在100kW以上的电动机，接地短路电流大于5A、对电动机铁芯有威胁时，应装设动作于跳闸的单相接地保护。 定子绕组的匝间短路同样会造成电动机的严重损坏，但目前还没有理想的、简单可行的电动机匝间短路保护，因此实际工作中通常都不装设专用于此的保护装置。 电动机最常见的不正常运行状态是过负荷引起的过电流和电压短时消失或与电动机同一母线其它连接元件短路引起的电压降低。长期过负荷将使电动机的温升超过允许值，从而加速其绝缘老化、缩短寿命，严重时甚至会烧坏电动机。因此电动机必须装设过负荷保护，作用于信号、减去所带的机械负载或动作于跳闸。 对于短时电压消失或电网内短路引起的电压降低，为了保证重要负载的电动机能够自起动，此时不重要的电动机以及电压恢复时按照技术条件和工艺要求，不允许自起动的电动机，均装设动作于跳闸的低电压保护，使其退出运行。所谓重要负载的电动机是指断开它们会引起工艺过程长期的破坏或对国民经济带来严重后果的那些电动机，如发电厂的各种水泵、风机等厂用机械的电动机。 由于大量使用的是中、小型电动机，其保护装置力求简单、可靠。因此常采用熔断器作为电动机短路故障的保护，若熔断器不能满足要求时，可采用专门的电动机保护。通常电动机装设相间短路保护、过负荷保护、失压保护等，其中相间短路保护必须装设，而其它保护根据需要进行选择。 第二节电动机相间短路保护和接地故障保护 一、电动机的电流保护 电动机的电流保护分为交流操作和直流操作两种方式 1.交流操作方式的电动机电流保护 当电动机容量较小，不具备直流控制电源时，应该采用手动合闸，交流跳闸的操作方式。如图10-1所示为采用GL型感应式电流继电器构成的电动机保护，继电器的速断部分作为相间短路保护，反时限部分作为过负荷保护，而失压保护则可利用GS2型手动操作机构中失
电动机的选型 1.负载的种类、特性与要求 为防止电动机因选配不当而发生故障或损坏，在选定电动机时必须详细了解被拖动负载的种类、特性和要求，然后尽可能去选择满足这些特性和要求的电动机。 1.1被拖动负载应考虑的主要事项 （1）被拖动负载的类型； （2）被拖动负载所需的功率； （3）被拖动负载所需的转速； （4）被拖动负载的转速—转矩特性； （5）是否需要进行转速调节（分有级变速、无级变速）； （6）被拖动负载转动惯量的大小； （7）被拖动负载要求的起动方式（分手动、自动及遥控等）； （8）被拖动负载的制动方式（分一般制动、快速制动等）； （9）被拖动负载的工作制（分连续、短时、断续、变负载工作制等）； （10）被拖动负载是否需要可逆运转； （11）被拖动负载的安装型式； （12）工作时的环境条件（温度、湿度高低，有无腐蚀、爆炸性气体和液体，有无滴水和粉尘等）。 1.2电动机的技术要求 当根据被拖动负载以上的要求去选择确定电动机时，须考虑以下的技术要求： （1）电动机的类型； （2）电动机的额定功率； （3）电动机的额定电压、相数及频率； （4）电动机的额定转速； （5）电动机的起动转矩及最大转矩； （6）电动机的转速—转矩特性； （7）电动机的工作定额（连续、短时、断续定额等）；
（8）电动机能否进行转速调节； （9）电动机的绝缘等级； （10）电动机的外壳防护型式； （11）电动机轴伸中心高及轴伸尺寸； （12）电动机的安装型式（分卧式、立式和凸缘式等）； （13）供电电源容量； （14）电动机所使用的起动和控制设备； （15）相关附件（如安装用底座等）。 选择电动机的步骤和内容主要有：应以被拖动机械、设备的具体要求出发，并考虑使用场所的电源、工作环境、防护等级，以及电动机的功率因数、效率、过载能力、安装方式、传动设备、产品价格、运行和维护费用等情况来选择电动机的电气性能和机械性能，使被选定的电动机能安全、经济、节能和合理地运行。选择电动机的过程中其功率的确定极为重要，选择原则应该是在电动机能够满足被拖动负载要求的前提下，最经济、合理地确定电动机功率的大小。如果电动机的功率选得过大，不仅使设备投资费用增加，而且还会因电动机长期轻载运行致使其功率因数和效率降低；相反，若电动机的功率选得过小，电动机将经常过载运行，从而使电动机温升增高、绝缘老化以致使用寿命缩短；此外还有可能出现起动困难和经受不起冲击性负载等情况。因此，必须慎重权衡、正确合理地选择电动机的功率。 对于所选电动机的类型应能够满足生产机械各个方面的要求，如被拖动负载的性质、工作制、转速、起动特性、制动要求、过载能力及调速特性等；并应按经济合理的原则来选择电动机的类型，如电流种类、结构型式、电压等级和冷却方法等；同时所选电动机的类型除应能满足生产机械工艺过程的要求外，还应满足电源的要求，如对于供电容量较小的电源则应考虑起动时保持供电线路电压稳定，以及使电源的功率因数保持在合理范围；此外所选电动机还应适当留有备用功率，一般均使用电动机的负载率为0.75~0.9左右。电动机的结构型式和绝缘等级应满足安装与使用环境的要求，以保证电动机能够长期、可靠、安全地运行。 1.3动机类型的选择
电动机的主要保护及计算 一、速断保护 1.速断高值： 动作电流高定值Isdg 计算。 按躲过电动机最大起动电流计算，即： Isdg=Krel ×Kst ×In In=Ie/nTA 式中 Krel ——可靠系数1.5； Kst ——电动机起动电流倍数（在6-8之间）； In ——电动机二次额定电流； Ie ——电动机一次额定电流； n TA —— 电流互感器变比。 2. 速断低值：按躲过区外出口短路时电动机最大反馈电流计算。厂用母线出口三相短路时，根据 以 往 实测，电动 机 反馈电流 的 暂 态 值为 5.8 Isdd=Krel ×Kfb ×In=7.8In 式中 Krel ——可靠系数1.3； Kfb ——区外出口短路时最大反馈电流倍数，取Kfb=6。 3.动作时间整定值计算。保护固有动作时间，动作时间整定值取： 速断动作时间: tsd=0s. 二、单相接地零序过电流保护（低压电动机） 1. 一次动作电流计算。有零序电流互感器TA0的电动机单相接地保护，一次三相电流平衡时，由 于三相电流产生的漏磁通不一致，于是在零序电流 2 互感器内产生磁不 平衡电流。根据在不同条件下的多次实测结果，磁不平衡电流值均小于0.005Ip(Ip 为平衡的三相相电流)，于是按躲过电动机起动时最大不平衡电流计算，低电压电动机单相接地保护动作电流可取： I0dz=(0.05-0.15)Ie 式中 I0dz ——单相接地零序过电流保护一次动作电流整定值； Ie ——电动机一次额定电流。 当电动机容量较大时可取： I0d z =(0.05-0.075)Ie 当电动机容量较小时可取： I0d z =(0.1-0.15)Ie
电机选型-总结版 电机选型需要计算工作扭矩、启动扭矩、负载转动惯量，其中工作扭矩和启动扭矩最为重要。 1工作扭矩T b计算： 首先核算负载重量W，对于一般线形导轨摩擦系数μ=0.01，计算得到工作力F b。 水平行走：F b=μW 垂直升降：F b=W 1.1齿轮齿条机构 一般齿轮齿条机构整体构造为电机+减速机+齿轮齿条，电机工作扭矩T b的计算公式为： T b=F b?D 2 其中D为齿轮直径。 1.2丝杠螺母机构 一般丝杠螺母机构整体构造为电机+丝杠螺母，电机工作扭矩T b 的计算公式为： T b=F b?BP 2πη 其中BP为丝杠导程；η为丝杠机械效率（一般取0.9~0.95，参考下式计算）。 η=1?μ′?tanα1+μ′ tanα
其中α为丝杠导程角；μ’为丝杠摩擦系数（一般取0.003~0.01，参考下式计算）。 μ=tanβ 其中β丝杠摩擦角（一般取0.17°~0.57°）。 2启动扭矩T计算： 启动扭矩T为惯性扭矩T a和工作扭矩T b之和。其中工作扭矩T b 通过上一部分求得，惯性扭矩T a由惯性力F a大小决定： F a=W?a 其中a为启动加速度（一般取0.1g~g，依设备要求而定，参考下式计算）。 a=v t 其中v为负载工作速度；t为启动加速时间。 T a计算方法与T b计算方法相同。 3 负载转动惯量J计算： 系统转动惯量J总等于电机转动惯量J M、齿轮转动惯量J G、丝杠转动惯量J S和负载转动惯量J之和。其中电机转动惯量J M、齿轮转动惯量J G和丝杠转动惯量J S数值较小，可根据具体情况忽略不计，如需计算请参考HIWIN丝杠选型样本。下面详述负载转动惯量J的计算过程。 将负载重量换算到电机输出轴上转动惯量，常见传动机构与公式如下：
1 Y系列三相异步电动机 Y系列电动机（摘自JB/T8680.1—1998）为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，具有国际互换性的特点。用于空气中不含易燃、易炸或腐蚀性气体的场所。适用于电源电压为380V无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、农业机械等。也用于某些需要高起动转矩的机器上，如压缩机。 表Y系列三相异步电动机的技术数据
2 Y100L-6 1.5 940 2.0 2.0 Y132M-8 3 710 2.0 2.0 Y112M-6 2.2 940 2.0 2.0 Y160M1-8 4 720 2.0 2.0 Y132S-6 3 960 2.0 2.0 Y160M2-8 5.5 720 2.0 2.0 Y132M1-6 4 960 2.0 2.0 Y160L-8 7.5 720 2.0 2.0 Y132M2-6 5.5 960 2.0 2.0 Y180L-8 11 730 1.7 2.0 Y160M-6 7.5 970 2.0 2.0 Y200L-8 15 730 1.8 2.0 Y160L-6 11 970 2.0 2.0 Y225S-8 18.5 730 1.7 2.0 Y180L-6 15 970 1.8 2.0 Y225M-8 22 730 1.8 2.0 Y200L1-6 18.5 970 1.8 2.0 Y250M-8 30 730 1.8 2.0 Y200L2-6 22 970 1.8 2.0 Y225M-6 30 980 1.7 2.0 注：电动机型号意义：以Y132S2-2-B3为例，Y表示系列代号，132表示机座中心高，S2表示短机座和第二种铁心长度（M表示中机座，L表示长机座），2表示电动机的极数，B3表示安装形式。 表机座带底脚、端盖无凸缘Y系列电动机的安装及外形尺寸mm
电动机综合保护整定原则 一、过热保护 过热保护涉及发热时间常数Tfr和散热时间Tsr二个定值。 1）发热时间常数Tfr 发热时间常数Tfr应由电动机制造厂提供，若制造厂没有提供该值，则可按下列方法之一进行估算。 A 由制造厂提供的电动机过负荷能力数据进行估算 如在X倍过负荷时允许运行t秒，则可得， Tfr =（X2-1.052）t 若有若干组过负荷能力数据，则取算出得Tfr值中最小者。 B 若已知电动机的温升值和电流密度，可用下式估算Tfr值： Tfr =（150×θe）×（θM /θe -1）/（1.05×Je2） 式中，θe：电动机定子绕组额定温升 θM：电动机所采用绝缘材料的极限温升 Je ：定子绕组额定电流密度 例如：电动机采用B级绝缘，其极限温升θM =80℃，电动机定子绕组额定温升θe =45℃，定子绕组额定电流密度Je =3.5A/mm2，则： Tfr ={（150×45）/（1.05×3.52）}×（80/45-1）=408（s） C 由电动机启动电流下的定子温升决定发热时间常数 Tfr =（θ×Ist2×Ist）/θ1st 式中，θ：电动机额定连续运行时的稳定温升 Ist ：电动机启动电流倍数 tst ：电动机启动时间 θ1st：电动机启动时间的定子绕组温升 D 根据电动机运行规程估算Tfr值 例如：某电动机规定从冷态启动到满转速的连续启动次数不超过两次，又已知该电动机的启动电流倍数Ist和启动时间tst，则：
Tfr ≤2（Ist2-1.052）tst 2) 散热时间Tsr 按电动机过热后冷却至常态所需时间整定。 二、电动机过热禁止再启动保护 过热闭锁值θb按电动机再正常启动成功为原则整定，一般可取θb=0.5。 三、长启动保护 长启动保护涉及电动机额定启动电流Iqde 和电动机允许堵转时间tyd 二个定值。 1）电动机额定启动电流Iqde 取电动机再额定工况下启动时的启动电流（A）。 2）电动机允许堵转时间tyd 取电动机最长安全堵转时间（S）。 四、正序过流保护 正序过流保护涉及正序过流动作电流I1g1 和正序过流动作时间t1g1二个定值。 1）正序过流动作电流I1gl 一般可取I1gl=（1.5~2.0）Ie 2）正序过流动作时间t1gl 一般可取t1gl=（1.5~2.0）tyd 五、低电压保护 1）按切除不重要电动机的条件整定 低电压动作值： 对中温中压电厂Udz=60~65% Ue 对高温高压电厂Udz=65~70% 为了保护重要电动机的自起动，采用最小时限t=0.5S 2) 按躲过保证电动机自起动时供电母线的最小允许电压，并计入可靠系数及电压继电器的返回系数
电动机的型号选择及适用场合 Y系列全程为全封闭自扇冷式三相鼠笼型异步电动机。使用非常普遍，应用于一般无特殊要求的机械设备、如农业机械、食品机械、风机、水泵、机床、拌搅机、空气压缩机等 YS系列三相异步电动机功率较小，适用于小型机床、泵、压缩机的驱动，接线盒均在电动机顶部。 YSF、YT系列区别不大，都是风机专用三相异步电动机，是根据风机行业的配套要求，电动机在结构上采取了一系列的降噪、减振措施。该系列电机具有高效节能、噪声低，启动性能好，运行可靠，使用安装方便等特点。适用于风机安装和使用，是风机的理想配套产品。YD为多速三相异步电动机，一般有4/2极8/6极8/4/2极6/4极12/6极8/6/4极8/4极6/4/2极12/8/6/4极，主要用于要求随负载的性质逐级调速的各种传动机械如机床、矿山、冶金、纺织、印染、化工等行业。 YL系列为双值电容单相异步电动机，也就是有两个电容，可用于塑料机械、农业机械、食品机械空压机、水泵及家庭作坊等机械设备作为动力。对只有单相电源的场合尤为适用。YC系列为单相电容起动异步电动机 YY系列为单相电容运转异步电动 SG系列为高防护等级三相异步电动机，可与Y系列互换，但性能均有所加强（如电磁方案的调整优化，部分规格采用冷轧硅钢片等），使该系列电机的振动和噪音（特别是负载噪音）明显低于Y系列电机。实验证明该系列电机的噪音达到I级标准，电机的振动值比Y系列标准低1个优先级。轴伸端轴承增加了注油装置，不需拆卸电机就可对轴承进行换油，维护简单。 YCT系列为电磁调速电动机，是改变励磁电流大小的方法来调节输出轴力矩和转速的一种调速电机。它可应用于恒转矩负载的速度调节和张力控制的场合，更适合于鼓风机和泵类负载的场合。对于起动力矩高、惯性大的负载有缓冲起动的作用，同时有防止过载等保护作用。YP2系列为变频调速三相异步电动机，是以变频器为供电电源的变频调速三相异步电动机。通过改变电源频率实现平滑地调节电动机的转速，达到节能和控制自动化的目的。YP2系列电动机效率高，调速范围广，精度高，运行稳定，操作和维修方便，其安装尺寸符合国际电工委员会(IEC)标准，分为自扇冷却和外置风扇冷却两种。 CXT系列为稀土永磁三相同步电动机，采用新型稀土永磁材料及其它优质材料制造，在转子结构设计和电磁参数选定方面有较大创新，使电机具有超高效率、功率因数的同时（功率因数达到95%以上），因而具有较高的起动性能、较高的牵入同步转矩和较大的过载能力，并且电机效率曲线比较平直，低负荷时也具有很高的效率，能够广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、纺织等长期负荷运行的设备。 YLZC系列为冷却塔专用电机，电机外壳防护等级为IP45（或IP55），该系列电机在结构上采取—系列的降噪、减振、防水、防潮措施，具有噪音低、效率高、防水、防潮等有点。 YZS系列为注塑机专用电机，它除具有Y系列电机基本特性外，还具有过载能力强，噪声低，尤其是额定负载和超载时噪声低的特点。 YXF系列为高温消防排烟风机专用电机，电机外壳与烟气完全隔离，内置独立的冷却通路，具有连续输送300C°高温烟气30MIN的超凡能力。
电机选型计算书 PZY 电机（按特大型车设计即重量为2500吨） 一、提升电机 根据设计统计提升框架重量为：2200kg,则总提升重量为G=2500+2200=4700kg 。设计提升速度为5-5.5米/分钟，减速机效率为0.95。 则提升电机所需要的最小理论功率： P=386.444495 .0605.58.94700=??? 瓦。 设计钢丝绳绕法示意图： 如图所示F=1/2*G ，V2=2*V1 即力减半，速度增加一 倍，所以F=2350 kg 。 根据设计要求选择电机功率应P ＞4444.386瓦，因为所有车库专用电机厂家现有功率P ＞4444.386瓦电机最小型号 5.5KW ，所以就暂定电机功率P=5.5KW ，i=60。 钢丝绳卷筒直径已确定为260mm ，若使设备提升速度到 5.5m/min 即0.09167m/s ；
由公式： D πων= 可求知卷筒转速： r D 474.1326 .014.311=?==πνω 查电机厂家资料知：电机功率：P=5.5KW 速比： i=60电机输出轴转速为ω=25r ，扭矩为M=199.21/kg ·m ，输出轴径d=φ60mm 。 则选择主动链轮为16A 双排 z=17，机械传动比为： 25474.13i 1' ==z z 54.31474 .131725z 1=?= 取从动轮16A 双排z=33； 1）.速度校核： 所选电机出力轴转速为ω=25r ，机械减速比为33/17，得提升卷筒转速： r 88.1233 17251=?=ω 综上可知：提升钢索自由端线速度： min)/(52.1026.088.1214.3m D =??==πων 则提升设备速度为：v=10.52/2=5.26m/min 。 2）.转矩校核： 设备作用到钢索卷筒上的力为：G/2=2350kg 。