電動機(jī)的正常運(yùn)行狀態(tài)和條件稱電動機(jī)的額定運(yùn)行情況,表征電動機(jī)額定運(yùn)行情況的各種數(shù)值如電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速、工作溫度、頻率、力矩、效率等稱為電動機(jī)的額定值。電動機(jī)的額定值一般標(biāo)記在電動機(jī)的銘牌和產(chǎn)品說明書上。
1、額定電壓un
電動機(jī)在額定運(yùn)行情況下的工作電壓稱電動機(jī)的額定電壓,一般情況,電動機(jī)設(shè)計(jì)成能在額定電壓的±10%范圍內(nèi)工作。一臺額定電壓為220v電動機(jī)能在198v電源下滿載運(yùn)行,為了長期運(yùn)行而不超過最高額定溫度,電壓要低于242v。
例計(jì)算額定電壓230v電動機(jī)能正常工作的最低和最高電壓。
解:u最低=u定額-0.1u額定
u最高=u額定+0.1u額定
所以
u最低=230(1-0.1)=207v
u最高=230(1+0.1)=253v
答:電動機(jī)能正常工作的最低電壓是207v,最高工作電壓是253v。
例 若例6-1的電動機(jī)在滿負(fù)荷工作狀態(tài),它能在有±10%變化范圍的220 v電源下長期工作嗎?為什么?
解:已知u源最低=u電源(1-0.1)
所以 u源最低=220(1-0.1)=198v
答:不能工作,因?yàn)閡源最低小于u馬達(dá)低。
額定電壓220v交流電動機(jī)在210v、220v、230v的電壓下都能正常運(yùn)行,當(dāng)然在220v的電源下工作是最好的。如果沒有220v的電壓,230v和210v那個電壓更好呢?230v更好。因?yàn)殡妱訖C(jī)在較高的電壓下有如下優(yōu)點(diǎn):
1. 較大的起動或制動力矩
2. 在額定負(fù)載情況下電動機(jī)的工作電流較小
3. 在額定負(fù)載情況下電動機(jī)的工作溫度較低
4. 在額定負(fù)載情況下效率高
根據(jù)電動機(jī)的工作原理,對于一個電動機(jī),起動或制動力矩取決電動機(jī)內(nèi)部的磁場強(qiáng)度,而磁場強(qiáng)度取決于電動機(jī)線圈的電流的大小,由于一個電動機(jī)的線圈電阻與電抗在電源頻率確定的情況下是不變的。因此,線圈電流正比于加到電動機(jī)的電壓。電源電壓越高,線圈電流越大,電動機(jī)內(nèi)部的磁場強(qiáng)度越大,電動機(jī)的起動或制動力矩就越大。
電動機(jī)的輸出的功率由電源產(chǎn)生。在電動機(jī)的功率因素一定的情況下,電源提供的功率正比于電壓和電流。因此電動機(jī)滿載時電源電壓越高,電動機(jī)的電流越小。電流越小,線圈的銅損(i2r)也就越小,這樣電動機(jī)的工作溫度較低,效率較高。電壓較高的缺點(diǎn)是電動機(jī)工作的噪聲較大。
2、額定電流in
電動機(jī)在額定運(yùn)行情況下的工作電流稱電動機(jī)的額定電流。
電動機(jī)的起動或堵轉(zhuǎn)電流比工作電流要大幾倍。例如一臺250w小電動機(jī),堵轉(zhuǎn)電流可達(dá)到40a,該電流是電動機(jī)在起動瞬間的電流。這種瞬間電流將極大地增加電源線上的壓降。對于大功率電動機(jī),起動電流和工作電流之比率很大。如此大的起動電流,使許多電動機(jī)在起動時不得不降低電壓或使用限流電阻。等電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升以后,再使電壓增加到額定值。
3、額定功率pn
電動機(jī)的額定功率指在額定運(yùn)行情況下電動機(jī)軸上的輸出的機(jī)械功率,額定功率的符號為pn。類似于許多其他的電器設(shè)備,電動機(jī)在大于額定功率的情況下也能運(yùn)行。但是電動機(jī)不應(yīng)在大于額定功率負(fù)荷下運(yùn)行,特別是不能在大于額定功率的負(fù)荷下較長時間的運(yùn)行,否則將會造成電動機(jī)過熱,影響其使用壽命。
電動機(jī)設(shè)計(jì)成運(yùn)行在一個最高環(huán)境溫度以下。大多數(shù)電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)最高環(huán)境溫度是400c。若電動機(jī)工作時功率、電壓等都在額定范圍之內(nèi),電動機(jī)的工作溫度也要在設(shè)計(jì)的極限之內(nèi)。也就是說環(huán)境溫度也不能超過400c。
電動機(jī)工作的最高溫度取決于電動機(jī)繞組絕緣材料的類型。表1列出了電動機(jī)的4類絕緣等級的最高工作溫度。最高工作溫度與額定環(huán)境溫度之差就是電動機(jī)的最大允許溫升。因此b類絕緣材料最大允許溫升是1300-400c=900,而f類絕緣材料最大允許溫升是1150c。
表1電動機(jī)4類絕緣等級的最高工作溫度
絕緣級別
最高工作溫度0c
a
105
b
130
f
155
m
180
有些電動機(jī)設(shè)計(jì)成在某種條件下可輸出比額定值更大的功率。換句話就是說,這種電動機(jī)額定功率有一定的安全裕量,所以即使功率超出額定功率電動機(jī)也能正常運(yùn)行。安全裕量的大小由電動機(jī)的伺服系數(shù)額定值表示(sf)。電動機(jī)的伺服系數(shù)乘以電動機(jī)額定功率就可以計(jì)算電動機(jī)在連續(xù)工作時可以提供的最大功率。
例某機(jī)械系統(tǒng)由一電動機(jī)拖動,正常情況下需要0.7kw的拖動功率,但是在條件惡劣的情況下需要0.9kw的拖動功率,一臺額定功率為3/4kw,伺服系數(shù)為1.25的電動機(jī)能用于該系統(tǒng)嗎?
解:已知pmax=pra×sf
pmax=0.75×1.25=0.9375kw
答:額定功率為3/4kw,伺服系數(shù)為1.25的電動機(jī)能滿足要求,因?yàn)閜max大于負(fù)載所需的最大功率0.9kw。
4、額定轉(zhuǎn)速nn、電源的額定頻率fn、額定轉(zhuǎn)矩tn
電動機(jī)銘牌上的轉(zhuǎn)速是電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速,額定轉(zhuǎn)速是電動機(jī)在額定運(yùn)行條件下的轉(zhuǎn)速,在輕載條件下電動機(jī)轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速,當(dāng)負(fù)載大于額定功率,轉(zhuǎn)速將低于額定轉(zhuǎn)速。
對于交流電動機(jī),還有一個指標(biāo):電源的額定頻率,我國的市電頻率為50hz,所以國家電動機(jī)的額定頻率為50hz。大多數(shù)電動機(jī)電源電壓在額定值時,頻率容差為±5%。由于市電頻率有嚴(yán)格的限制,頻率容差一般都能滿足要求。
能使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)或產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)趨勢的是轉(zhuǎn)矩。常用的轉(zhuǎn)矩單位是牛頓米(nm)。如圖6-1所示,轉(zhuǎn)矩是力和力臂的乘積,圖6-1(a)力矩為
圖6-1(b)力矩為
電動機(jī)的起動力短(堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)對于在慣性大的負(fù)載下是很重要的。許多種電動機(jī),比如電容起動分相式電動機(jī)它的起動轉(zhuǎn)矩比正常運(yùn)行時大很多。有一些電動機(jī),如罩極和磁阻電動機(jī),其起動轉(zhuǎn)矩比正常運(yùn)行時小很多。
電動機(jī)在不同的運(yùn)行條件下有不同的轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)在滿載情況下,轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時軸上輸出的機(jī)械力矩稱為額定轉(zhuǎn)矩。額定轉(zhuǎn)矩的符號為tn,電動機(jī)在轉(zhuǎn)速為零時的力矩稱堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,堵轉(zhuǎn)力矩通常要大于額定轉(zhuǎn)矩。
電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速、額定功率與額定轉(zhuǎn)矩三者的關(guān)系是:
式中pn的單位為千瓦(kw),nn的單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。
例 一臺電動機(jī)的額定功率為15kw,額定轉(zhuǎn)速1460轉(zhuǎn)/分。求額定轉(zhuǎn)矩。
解:
額定轉(zhuǎn)矩是98nm。
有的電動機(jī)的工作是短時的,如電動門,電動機(jī)的工作時間很短。因此,有些電動機(jī)設(shè)計(jì)成間歇工作而不是連續(xù)工作,間歇工作電動機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)是在電動機(jī)在額定功率下工作一定時間,然后電動機(jī)有足夠的停止時間使電動機(jī)冷卻回到一定的溫度。其工作時間與總時間之比稱占空比,常用百分比表示。例電動機(jī)開2分鐘,關(guān)5分鐘,占空比是2/(2+5)=0.29或29%。
效率也是電動機(jī)的一個重要參數(shù),大功率電動機(jī)的效率很高(大約95%),但是小功率電動機(jī)(分馬力電動機(jī))效率很低,只有30%到40%。對于一臺斷續(xù)方式工作的小功率電動機(jī),在整個使用期限內(nèi)的由于效率低而增加了費(fèi)用,但是這點(diǎn)費(fèi)用要比設(shè)計(jì)一臺高效的電動機(jī)便宜一些。
電動機(jī)效率與負(fù)載的大小有關(guān),電動機(jī)在額定負(fù)載下效率最高,在負(fù)載為額定負(fù)載一半時效率降低10%左右,空載時效率是0。
電動機(jī)效率隨負(fù)載增加的原因之一是電動機(jī)的功率因數(shù)隨負(fù)載增加而增加。因?yàn)殡妱訖C(jī)繞組是繞在硅鋼鐵心上的,電動機(jī)空載時,幾乎所有的輸入功率,都轉(zhuǎn)換成了銅損和鐵損,所以效率為0。當(dāng)負(fù)載增加,輸出功率增加,而銅損增加不多,效率就提高了。
例一臺1.7kw電動機(jī)從240v電源吸收15a電流,功率因數(shù)為0.7。求該電動機(jī)的效率。
解:p=uicos cos=0.7
pin=240×15×0.7=2520w
電動機(jī)的效率是67.5%。