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电机选型知识

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旋转电机选型知识

一、 电机的基本运行条件

GB755-2000旋转电机 定额和性能中规定的电动机的基本运行条件包括：对海拔高度、环境温度、冷却介质和相对湿度的要求,电气条件,运行期间电压和频率的变化,电机的中点接地等规定;

1、海拔：一般不超过1000M;特殊要求,如微特电机的运行的海拔高度可达2500～31200m;

2、最高环境空气温度：电机运行地点的环境温度随季节而变化,一般不超过40℃;但一些专用电机可超过40℃,微特电机的最高环境温度为125℃;

3、最低环境温度：对已安装就位处于运行或断电停转电机,运行地点的最低环境温度为-15℃；对微特电机最低空气温度为-55℃;对于用水作为初级或次级冷却介质的电机的最低环境空气温度为5℃;

4、环境空气相对湿度：电机运行地点的最湿月份月平均最高相对湿度为90%,同时,该月月平均最低温度不高于25℃;

5、电压和电流的波形对称性：对于交流电动机,其电源电压波形的正弦性畸变率不超过5%；对于多相电动机,电源电压的负序分量不超过5%长期运行或%不超过几分钟的短式运行,且电压的零序分量不超过正序分量的1%;

6、运行期间电压的偏差：当电动机的电源电压如为交流电源时,频率为额定在额定值的95%～105%之间变化,输出功率仍能维持额定值;当电压发生上述变化时,电机的性能和温升允许偏离规定;

7、运行期间的频率偏差：但交流电机的频率电压为额定额定值的偏差不超过±1%时,输出功率仍能维持额定值;

8、电压和频率同时发生偏差：电压和频率同时发生偏差两者偏差分别不超过±5%和±1%,若两者都是正值,且其和不超过6%；或两者均为负值,或分别为正值和负值,且其绝对值之和不超过5%时,电机输出功率仍能维持额定值;

9、电机的中性点接地：交流电机Y连结应能在中性点处于接地电位或接近接地电位的情况下连续运行;如果电机绕组的线端与中性点端的绝缘不同,应在电机的使用说明书中说明,未征得电机厂同意,不允许将电机的中性点接地或将多台电机的中性点相互连接;

二、 电机的电压和频率的选取

1、我国的工频及电压：我国的工频电的频率是50Hz,电压等级分为：220V、380V、660V、1140V、3300V、6000V、10000V;

2、其它国家的电源工频：国际上大多数国家的电源频率都是50Hz,而美洲国家如美国、加拿大、巴西、哥伦比亚以及台湾和韩国的电源频率都是60Hz;其电压有：460V、575V、2300V、4000V、6600V、13200V等;

三、 电机功率的选取

根据GB755的推荐,一般来说,对于380V电压,由于电机电流过大的限制,上限功率一般定为1000KW；而对于6000V和10KV电机,考虑其经济性原因,下限功率等级定为160KW;

四、 绝缘耐热等级及电机的温升限值

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℃ >180℃

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;

绝缘材料根据耐热等级分级,在其极限温度时,于正常运行条件下,应能保证长期使用;对于一般电机在正常运行条件下的使用期限约为20年,绝缘材料的使用寿命与使用温度的关系是,电机运行温度每增加10℃,绝缘寿命减半;

五、 电机外壳防护型式和冷却方法的选取

1、电动机的防护型式：代号为IPXX

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;

2、冷却方法：电机冷却方法代号由字母IC、冷却介质代号和两位表征数字织成;

第一位数字代表冷却回路布置

第二位数字代表冷却介质驱动方式

3、常用冷却方法：

1、开启式,防滴式,冷却方法为IC01——空气可以通过电机自带风扇进出电机内腔,将电机内部热量带走;可以适合电机的功率从很小到很大,但由于电机内部可出进出空气,电机内部有灰尘,形响电机的绝缘性能,原JS系列电机使用较多,现在的Y系列电机使用较少,只有在环境条件较好的情况下才有使用

2、封闭式,防护等级为IP44以上,冷却方法分为：

IC411——全封闭自扇冷,电动机外壳带散热片,内风路和外风路靠自带风扇循环;全封闭自扇冷电机具有结构简单,制造成本低等优点,在电机功率许可和能够达到冷却效果的条件下应优先选用;

IC511——全封闭自扇冷,电动机周围带散热管,内风路和外风路靠自带风扇循环;具有结构相对独立的特点,我公司引进西门子公司电机中心高在560以上的隔爆型电机使用这种结构的较多;

IC611——电动机上部带散热管式散热器,内风路和外风路靠自带风扇循环;当电机功率较大,需要一定的散热量,电机自身散热片不能满足散热要求情况下使用,如YKK、YAKK系列电机,电机运行相对于水冷方式比较独立;

IC81W——全封闭,电动机上部带水冷散热器,内风路靠自带风扇循环;这种冷却方式冷却量较大,可以将电机功率做到很大,但缺点是需要水源和管线,成本高,结构复杂,维护困难;

IC416——全封闭,电动机外壳带散热片,内风路靠自带风扇循环,外风路靠强制风机循环;变频电机

IC616——电动机上部带散热管式散热器,内风路靠自带风扇循环,外风路靠强制风机循环;高压变频电机 电动机冷却方式的选择原则是：从电机独立性考虑,电机冷却方式能采用自扇冷的不采用强制冷却,能采用空冷的不采用水冷;

低压电机1000KW以下、高压非防爆电机2000KW以下的2、4极电机采用IC411这种冷却方式;

高压电机1000KW以上电机宜采用IC611,2000KW以上宜采用IC81W水冷;

六、 电机轴承型式和润滑方式的选取

电动机的轴承型式分为：滚动轴承、滑动轴承

滚动轴承的选型范围为中心高63~710；中心高710mm以上电机,由于转子重量较重,要选用滑动轴承;由于滑动轴承体积的限制,中心高450以下电机不宜再选用滑动轴承;

滚动轴承是标准件,具有使用维护方便、互换方使、供货渠道多,小规格价格便宜等优点,但大规格轴承受极限转速和使用量小等限制,价格相对要高;

滑动轴承具有使用寿命长、可以做到较大的轴径和转速等优点;小规格滑动轴承轴承与滚动轴承相比成本要高;

滑动轴承的润滑方式分为自润滑和强制润滑,按一般选型原则是能采用自润滑的不采用强制润滑,如果主机有共用油站,则选用强制润滑比较好,但存在油管布置的复杂及漏油的可能;

一般对于2极电机,1000kW以下电机选用自润滑；1000KW以上选用强制润滑,润滑油;润滑油选用L-TSA32汽轮机油;

对于4极及以上电机,2000KW以下电机选用自润滑,2000KW以上选用强制润滑;润滑油选用L-TSA46汽轮机油;

七、 电机检测装置及配件的选取

电动机常用的检测装置有：定子测温装置、轴承测温装置、漏水检测装置、定子绕组接地差动保护等;有些大型电机装有轴振动检测探头,但由于必要性不大和成本高,选用量较小;

在定子绕组温度监控和超温保护方面：低压电机有些选用PTC热敏电阻,保护温度为135℃或145℃;高压电动机定子绕组埋置Pt100铂热电阻三线制6支,每相2只,3支工作,3支备用;

在轴承温度监控和超温保护方面：电动机的每个轴承设置一个Pt100双支铂热电阻三线制,共2支,有些电机只要现场温度显示;电动机轴瓦温度不应超过80℃,报警温度80℃,停机温度 85℃ ;电动机轴承温度不应超过95℃;

电动机设有防漏水措施：对于采用上水冷的水冷电机,一般要装有漏水检测开关,当冷却器发生泄漏或一定泄漏量时,控制系统会发出报警;

定子绕组接地差动保护：国家相关标准规定,电动机功率大于2000KW时,定子绕组宜设置接地差动保护装置;

八、 电机空间加热器的选取

对于高压电机、水冷电机、使用于潮湿环境、有凝露环境的电机,一般加设有空间防潮加热器,加热器功率小于时电压选用单相220VAC；功率大于时选用三相电压380VAC;

选用加热器的目的是在电机停机时确保电机内部的空气温度比周围环境温度高5℃,防止电机内部定子绕组上产生凝露而损坏绝缘; 一般低压电机选用柔性电加热带,高压电机选用翅式电加热器;

电机加热器;有的用处是防止电机受潮用的,如果电机长期放置不用,在使用前要先通电加热驱潮,在通电试机防止电机损坏;

九、 高海拔电机与一般电机的不同

1、产品型号说明

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,示例：

YB2 - 200L-2 G

特殊环境代号高原用 规格代号中心高-铁心长度-极数

产品代号隔爆型三相异步电动机

常用特殊环境代号有：W户外型、WF1户外防中等腐蚀型、WF2户外防强腐蚀型、F1户内防中等腐蚀型、F2户内防强腐蚀型、TH湿热带型、WTH户外湿热带型、TA干热带型、T干、湿热合型、H船或海用、G高原用;

2、高原环境条件的特点及影响

以海平面为基准起算的陆地高度称为海拔高度,普通电动机一般使用条件为海拔高度不超过1000m,对于海拔超过1000m的地区则称为高原地区;高原地区的海拔高度为1000~4000m,我国高原地区海拔和最高气温及最低气压的关系见下表：

海拔和最高气温及最低气压的关系 海拔高度m 1000 2000 3000 4000

最高气温oC 40 35 30 25

最低气压mm 656 581 514 454

注：在表列海拔高度之间,某海拔高度最低气压额定值,可用线性插算法求取;

高原地区环境的特点及对电动机的影响：

低气压：引起电动机空气绝缘耐压强度降低各部温升增高

气温日变化大：导致电动机机械结构的变形和密封的可靠性变坏

太阳辐射强度大：引起户外电动机温升增高,在氧气水汽存在的条件下使电动机的绝缘材料和漆层加速老化寿命缩短

低气温：低气温对电动机因气压或空气密度降低而引起的温度升高有补偿作用;

3、防电晕处理

高压电机绕组的电晕与其周围气体的性质和相对密度有关;海拔升高,气压下降,起晕电压也下降;经实验证明,海拔每升高100m,起晕电压下降～%,平均下降水量%;所以对在海拔1000～5000m运行的高原电机,尤其是高压电机3000V以上,应进行防电晕处理;低压电机可不必进行防晕处理;

防电晕措施有：定子槽内喷或涂半导体漆；定子线圈直线部分包低电阻防晕带一层；槽口至线圈端部处包中电阻防晕带一层,两者搭接20~30mm；槽内所有垫条改为半导体玻璃布板;

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电机磁钢选型

电机磁钢选型

首先，从车友们最关心的磁钢开始。磁钢的种类他有很多种，常见的有三种：铁氧体，铝镍钴，钕铁硼。作为稀土永磁材料，钕铁硼能够在有限的体积内释放较强的磁能积，使得直流电机小型化成为动能，故而电动车电机除最早有过铁氧体外基本都是钕铁硼的天下，这里的磁钢也就不再单独加以标识。磁钢是商品，既然是商品就有三六九等，那么磁钢标识怎么区分好坏？首先是牌号，磁钢牌号从高到低有EH,UH,SH,H,M,N这几个标准，对应耐温系数为200，180,150，120,100,80。，耐温系数越高越好，毕竟电机自身会发热，发热以后就会退磁影响电机寿命；在磁钢牌号前面一般还会跟一个数字，这个数字一般是35，38，40这几个为主，这些数字标识解释起来专业术语较强，大家只要知道数字越大，磁性越强这条基本准则就可以了。现在市面上的电机普遍采用的都是耐温100度的38M料磁钢，能用到标准的H料磁钢的少之又少，说自己是SH料的我只能笑笑了，这样的毛坯都没有人给你烧结，怎么可能有成品？

确定了材质然后看高度，由于电机的工作原理简单说来就是电磁转换，那么你需要足够的速度或载重必须要足够的功率，也就势必需要足够体积的磁钢。一般现在电机厂都是只标高度，而厚度宽度都没有标识，而磁钢的退磁与厚度息息相关（举例来说，3毫米厚的磁钢退磁在100度标准下2小时不会超过3%，2.5毫米厚度同等环境下退磁在5-8%，2个厚度则超过10%，相比之下宽度对于电机的影响倒不是很大，市场上的已经开始有这种黑心电机），大家需要多留个心眼哦。 说完了磁钢我们来说说铁芯，最早的电机由于是单张的矽钢片在电机厂自己叠压而成，所以现在依然有人称其为矽钢片，两者是一样的。铁芯材质一般为冷轧板（06以前有热轧板），牌号则是800，600，470,400,350，300从高到低。这些牌号代表什么意义呢？以冷轧470为例，表示铁损值为4.7w/kg，具体解释下去可能比较复杂，大家只要知道这个铁损值对于电机不是好事，还是越低越好就行，当然越低的牌号也代表着越贵的钢材，而且每家钢厂出产的效果也不尽相同，以国内钢材为例，同等牌号下武钢最好，宝钢太钢则是紧随其后，当然最好的钢材还是进口德国或日本的，只是不会出现在电动车电机行业罢了。

电机选型计算

电机选型计算

圆周率PI3.141593g＝重力加速度[2](9.807)F＝F0＝μ0＝η＝机械效率（0.85-0.95)i＝减速比（机构的减速比）PB＝滚珠螺杆螺距（m/rev)ρ＝密度（kg/m3)FA＝外力(N)铁7.9x103kg/m3FB＝主轴开始运动时的力（N)铝2.8x103kg/m3(FB=弹簧秤值（kgxg [m/s2]))黄铜8.5x103kg/m3

m＝尼龙1.1x103kg/m3μ＝滑动面的摩擦系数(0.05）a＝倾斜角度（°）D＝终段滑轮直径（m）

金属线、皮带 齿轮、齿条驱动下负载转矩滑轮驱动下负载转矩不同驱动机构下负载转矩计算 —— 计算不同驱动

轴方向负载（N)预负载（N)(≈1/3 F)预压螺帽的内部摩擦系数（0.1-0.3)

工作物与工作台的总质量（kg）滚珠螺杠驱动下负载转矩01()[]22BBLFPFPTNmi

(sincos)[]AFFmgaaN2)[]2AL

AFmgDTiFmgDNmi

[]22

(sincos)[]L

AFDFDTNmii

FFmgaaN

实际测试计算方法[]22

(sincos)[]L

AFDFDTNmii

FFmgaaN



[]2LBDTFNm速度[m/s2](9.807)

kg/m3)3kg/m33kg/m33kg/m33kg/m3同驱动机构的摩擦转矩

电机选型

电机选型

首先，一般应用建议选用交流电机。 第二，根据功率确定是采用单相电机还是三相电机。一般几个千瓦以上的都建议采用三相电机，三相电机的转矩平稳性较好。再根据电网和实际功率选择电压等级和容量。 第三，根据你对电机转速的稳定性的要求，比如说，负载变化后，是否允许转速有少量的变化，如果允许，建议选用异步电机，否则，只能选用同步电机。

第四，根据转速范围选择电机极对数。

电机类型选择：

1、不需要调速的机械装置应优先选用笼型异步电动机；

2、对于负载周期性波动的长期工作机械，宜采用绕线型异步电动机；

3、需要补偿电网功率因数及获得稳定的工作速度时，优先选用同步电机；

4、只需要几种速度，但不要求调速时，选用多速异步电动机，采用转换开关等来切换你所需要的工作速度；

5、需要大的起动转矩和恒功率调速的机械，宜选用直流电动机；

6、起制动和调速要求较高的机械，可选用直流电动机或带调速装置的交流电动机；

7、需要自动伺服控制的情况下，需要选择伺服电机。

电机转速：

在市电标准频率（50HZ）作用下，由于磁极对数不同，异步电机同步转速有500r/min、600

r/min、750 r/min、1000 r/min、3000 r/min等几种，由于存在转差率，其实际转速比同步转速低2-5%。因此选择电机转速方法如下：

1、 对于不需要调速的机械，一般选用与之转速接近的电机，这样电机就可以方便地域机械转轴通过联轴器直接连接。

2、 对于不需要调速的低转速的传动，一般选用稍高转速的电机，通过减速机来传动，但电机转速不应过高。一般，可优先选用同步转速1500 r/min的电机，因为在这个转速的电机适应性最好；

你的机械装置的输出转速比较低而电动机的转速又很高怎么办？

那您就要考虑使用带减速机的电机（马达）或者和减速机配套使用。

电机容量的选择：

电机容量说明他的带负载抗过载的能力。一般情况下，我们可以选取比较高的容量，这样电机的抗过载性能会好些。

电机选型案例

电机选型案例

小白进阶篇—电机选型案例集

主讲：小丸子教育—泽雨老师

目的：掌握不同电机在不同工况下的选型问题

课程内容：

1，皮带输送线电机选型

设计要求：

20Kg物料X 2

传送速度1m/s

加速时间0.15s

已知条件：

摩擦系数=0.2

机械效率=90%

滚子直径=200mm

1. 计算功率

sradmmsmmmmsmDVTPMNRFTNFFNNNssmKgsmKamfF/102002/10002002/14.282843112131338015.0/120/102.0g402••••••••πππππ）（辊筒辊筒辊筒负载负载辊筒皮带拉力负载负载皮带拉力负载

WWWPKPKWrTPMNMNTmmsmmrnniiTTWsradMNTP3823829.02862.1286.09550min/14409.1154.2815200/1000min/1440284/104.28•••••••电机实际电机电机电机负载电机传动比负载电机辊筒负载负载校验：π

设计要求；

M=50Kg

运行速度1m/s

加速时间0.25s

直线导轨摩擦系数0.1

带轮直径100mm

NsmKgssmKgsmKgamgmF250/)25.015010501.0(25.0/150/10501.022••••负载

sradsradmmsmmsrmmsmmDVTPmNmNmmNRFT/20/2100/1000/100/10005.1205.025050250•••••••ππππ同步轮负载负载负载负载负载同步轮负载负载

方案一：选择18NM的步进电机

WsrMNPWmmsmmMNPTP4.11302min/60min/600183602100/100018••••πππ无减速器最大转速电机负载电机电机电机电机