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电器公式
目录
1.三相异步电动机
2.同步电动机的技术测定
3.直流电动机技术测定
4.通风机的性能参数
5.
6.
7.
8.
1.三相异步电动机
三相异步电动机的出厂技术性能指标已由《电机基本技术要求(GB55—65)》与《中小型三相异步电动机试验方法(GBl032—68)》规定了的。
但经过长期运转后,它的技术性能指标是否有了变化,应重新测定。
三相异步电动机主要技术要求与性能指标为:
1,力能特性
2.运转特性
3.温升
4.运转可靠性
1,力能特性
为了减少异步电动机使用期间的用电和功率因数补偿费用,
异步电动机在额定工况下的力能指标——功率和功率因数应达到
技术条件规定的保证值,或在其容差范围内。
空载和负载试验可
以考核电动机的力能指标。
容差是指电机性能指标的试验实测值与技术条件保证值之间
的容许偏差,用来补偿许可范围内的原材料性能差异,加工偏差
及测试误差所造成的影响。
异步电动机力能指标的容差如下:
(1)效率容差
间接测定法,额定功率50千瓦以下
额定功率50千瓦以上
接测定法:
最少为0.007。
<2>功率因数容差:
最少为-0.02,最多为-0.07.其中
与
为效率与功率因数的保证值。
容差计算到小数点后三位数止。
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2.运转特性
异步电动机必需具有与其拖动机械相适应的运转特性I才能
保证生产机械在各种工作状态下稳定地运转,并适应电力系统的
要求。
技术条件对不同类型、用途、容量和转速的电动机,规定
了运转特性指标的保证值及其容差。
短路试验,最大转矩和最小转矩测定实验的主要目的于是
考核电动机的以下运转特性
1·)起动性能(仅对鼠笼型异步电动机考核)
(1)起动初始电流与额定电流的比值IQ/Ie,应低于技术条
件的保证值(一般为5--7倍),最多不得超过保证值的1.2倍,
即容差为+20%。
(2)起动初始力矩与额定力矩的比值蛰应达到技术条件的保证值(一般为0.9、1.8倍),容差为—10%。
(3)起动过程中的最小力矩与额定力矩之比MQmin/Me 应不低于技术条件的保证值,但至少应不低于0.5倍起动初始力矩的保证值(计及容差)o.8倍(100千瓦及以下的电机)或0.6倍
(100千瓦以上的电机)的额定力矩。
对于检修后的高压异步电
动机,起动力矩不应低于规定值的15%。
起动力矩或最小力矩太低,会使电动机的起动时间加长,甚至在电网电压较低时,不能带负载起动到额定转速。
2)最大力矩
最大力矩与额定力矩的比值Mmax/Mmin,应达到技术条件的保证值,容差为—10%,计及容差后,连续或短时定额的电动机不应低于1.6倍,断续定额的电动机不应低于2倍。
最大力矩太小,当电网电压短时下降或机6S短时过载时;电动机就难以可靠工作。
绕线型异步电动机都是转子串电阻起动,其最大力矩实际上还影响起动性能。
3)转差率
对于异步电动机的额定转差率,一般不严加控制,只要求不因转差*过大而影响效率,不因转差率过小而影响起动性能。
但当用户提出特殊要求时,额定转差率应符合技术条件的保证值(容差为20%),以免因电动机的转速一转矩特性改变,不能适应拖动机械的特性,或不能满足多台电动机在机械上并联运转的要求。
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3.温升
电动机绕组、轴承以及其他部件,只有在低于其最高容许工
作温度下使用,才能保障其经济使用寿命和运转可靠性。
温升试
验的目的,就是考核电动机额定运转时各部分的温升。
在—般使用条件下(冷却介质温度低于40ºC,海拔不超过1000米),电动机额定运转时各部件的温升限度如下:
1)绕组
容量小于5000千瓦,铁心长度短于1米的电动机,各级绝缘
绕组的温升限度列于表6-1中。
绕组温升过高,其寿命将缩短甚至烧毁,例如,A级绝缘绕组
中最热点工作温度每超过允许工作温度8ºC,E,B级绝缘每
超过100ºC,H级绝缘每超过12ºC,其热老化寿命将缩短——半。
2)与绕组接触的铁心及其他部件
这些部件的温升(指温度计法测温),不应超过所接触的绝
缘绕组用电阻法测温的温升限度(见表6-1)。
3)不与绕组接触的铁心及其他部件
对不绝缘的短路绕组(如鼠笼绕组),不与绕组接触的铁心
及其它部件的温升,不应达到足以使任何邻近的绝缘或其他材料
有损坏危险的数值。
4)集电环
集电环的温升。
(温度计法)应不超过本身所用的绝缘等级的
容许限度,短时定额电动机的温升,比上述数值提高10ºC。
因为短时负
载的电动机,温升只是在短时间内高出10ºC,而长期处于冷状
态,因而其使用寿命仍可与连续负载正常温升的电动机接近。
5)轴承
在环境温度40ºC时,滑动轴承的温度应不超过8080ºC, 滚动轴
承应不超过95ºC ,特种轴承采用特殊的润滑脂后,工作温度允许
升高到制造厂规定的数值。
滑动轴承工作温度过高时,会加速润滑油氧化变质,并使其粘度降低、油膜不稳定、甚至引起轴承合金与转轴干摩擦而熔化。
●各种耐热等级绝缘材料的最高允许工作温度如下:
A级,105ºC,E级、120ºC、
p级、130ºC、F级155ºC、H级180ºC、C级、180ºC以上。
滚动轴承温度过高,会引起润攒脂变质、硬化,分解,有效润滑期缩短(润滑脂温度每超过其允许工作温度10ºC,有效润滑期约缩短一半);轴承退火、硬度降低,寿命缩短,轴承游隙减小,摩擦损耗剧增,润滑脂熔化而严重漏油,轴承发生干摩擦而损坏。
润滑油和润滑脂的粘度随温度升高而降低。
环境温度升高
时,轴承摩擦损耗减小,轴承温升也稍降低。
因此,轴承是否过
热以工作温度来考核。
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4.运转可靠性
电动机运转的可靠性关系到电动机能否正常使用及人身设备
的安全问题。
绝缘电阻测定,耐压试验,都是为了考核产品的运
转可靠性,以保证电动机具有经济的使用寿命。
标准对电动机安全运转方面的要求如下:
1)绕组绝缘的介电强度
(1)绝缘电阻:
在电动机的热状态下,绕组对机壳及其相
互间的绝缘电阻,不应低于下式的计算值
式中p。
——电机的额定功率(kW):
Uo——绕组的额定电压(V)。
(2)对地及相间耐压,绕组对地及相间绝缘,应能承受交流50赫电压数值为2U。
+1.0千伏并历时1分钟试验而不被损坏。
但对于2—6千伏高压电动机更换定子绕组及更换绕线式转子绕组时交流耐压试验标准如表6-2所示。
(3)匝间耐压,电动机在空载情况下应能承受1.3倍的额
定电压并历时5分钟的耐压试验,而匝间绝缘不被损坏。
2)机械强度一般用途的异步电动机,应能经受住1.2倍ne的转速,空载运转2分钟不产生损坏或残余变形。
3)过载能力
在额定电压与额定频率下,异步电动机应能承受1.6倍(连
续定额及短时定额的电动机)或2倍(断续定额的电动机)额定
转矩作用历时15秒钟而不被损坏,并在逐步增加转矩时不致出现
堵转或转速突降的现象。
表6-2a
4)运转平稳性
一般用途的三相异步电动机,在额定电压及额定频率下空载
运转时,机座和轴承座上任何一点在纵向、轴向和水平方向振动
的最大等效双振幅,不应超过袭6—3所规定的数值,且无显著的
周期性变化。
电动机振动过大,可能引起轴承过热,电刷冒火,加速集电
环磨损,绝缘发生机械损伤,噪声增大,甚至导致动静部分互相
摩擦,零部件松脱或疲劳损伤等现象。
此外,还会对所拖动机械
本身的性能造成不良的影响,特别大型电动机甚至造成建筑物的
寿命缩短。
表6-3一般用途三相异步电动机容许振动范围
同步转速(r.p.m)
3000
1500
1000
750以下
两倍振幅度值(mm)
0.050
0.085
0.100
0.120
电动机在起动过程的某一转速下,振动可能特别大,但只要不引起动静部分摩擦
和零件损坏,且临界转速与额定转速相差较大,可不予考核
2.同步电动机的技术测定
同步电动机各种损耗的测定
同步机的测定方法和异步机差不多。
试验时的线路图和异步机相同。
区别是同步机有励磁机的损耗。
因为励磁机的损耗是从线路上取得的能量,所以应该算入输入功率,同时同步机的转子不计损耗,只计算励磁损耗。
下面分别谈谈同步机功率及效率的计算。
1.同步机的损耗
1)铁损.△Pti
2)机械损耗△Pj
3)定子绕组的铜损△Pti
4)杂散损耗△Pz
5)励磁机损耗△Pe
2.各种损耗的确定
1)铁损耗△Pt:
和机械损耗△Pj之和:
应使同步机在额定电压
和额定频率下空载运行,调节励磁机电流使定予绕组中的输入电
流为最小值时,测量同步机的输入功率并由(6-49)式计算求出。
△Pti+△Pj=P。
—3I2Rw(kW)(6-49)
式中△Pt:
——同步机的铁损(kW),
△Pj——同步机的机械损耗(kW),
Po——同步机空载功率(kW),—
I。
——同步机的空载电流(A),
Rw—一基准温度时的定子相电阻(Q)。
为了计算方便,我们把铁损△Pti与机械损耗△Pj之和,称为固定损耗如公式(6-50)所示。
△P=△Pti+△Pj(kw)(6-50)
若该同步机是由附设的励磁机供给励磁,在空载输入功率中:
^
除减去空载电枢电阻损耗外,还要减去励磁线路中的基本铜耗及励磁机的铁损和铜耗,而附设励磁机的机械损耗贝咂并入被测同步电动机的机械损耗之内。
2)定子绕组的铜耗计算
△Ptl=3I2Rw*10-3(kW)
式中I1——带负载时的相电流。
3)励磁损耗△Pe。
当被测同步机直接由外界直流励磁时,
励磁损耗△Pe按(6-52)式计算
△Pe=I2Re*10-3(kW)(6-52)
式中△Pe——励磁损耗(kw)
I。
——励磁电流(A)。
Re·—标准工作温度(75
)时励磁绕组的直流电阻值(
)。
如果励磁电流是通过滑环电刷引入,则励磁损耗还应包括电刷电能损耗,它可由给定负载时的励磁电流与电刷接触电压降乘积求出。
若无其他规定,电刷接触电压降可按每极性“碳精石墨”为1伏,“金属石墨”为0.3伏计算。
由外电源励磁,外电源中的损耗不被计入。
在有附设励磁机的同步电动机中,励磁绕组中的铜耗。
集电环上电刷电能的损耗,励磁机中的损耗,如果励磁电路内有变阻器,还有变阻器损耗,它们皆应列入励磁损耗中。
励磁机的机械损耗,应包括在同步电动机的机械损耗内,励磁机的其他损耗可由同步电动机励磁绕组中的基本铜耗与电刷电能损耗之和除以励磁机的效率先求出励磁机的输入功率,再减去励磁机的输出功率而求得。
4)杂散损耗△PZ,在矿井条件下一般按下式计算:
式中Pe——铭牌给出的额定功率(kW)
Ie——额定电流(A);
I——负载时的电流(A)。
3.同步机效率计算
同步机的效率计算公式如(6-54)式
式中
——总损耗(kW)
P1——输入功率(kW)
qt——同步机的效率。
4、同步机输出功率计算
具体同步机的试验方法,可参阅国家标准(GBl029-67)。
二、同步电动机V型曲线[I=f(Ic)]的测定
矿井电网的主要负载多为异步电动机与变压器,这类负载都要从电网中吸收电感性无功功率,造成电网功率因数较低,增大了电网酌压降与矿井电费,为此矿井大型固定机械负载在机械性能要求允许的情况下,尽可能采用同步电动机拖动方式。
因为同步电动机在过激磁状态时,则从电网吸收电容性无功功率,这就补偿了电网中电感性无功功率,减少了电网的无功功率量,提高了电网的功率因数。
测定调整同步电动机励磁电流对定予电流变化的规律(V型曲线),是掌握同步电动机从电网吸收无功功率性质的重要方法之一。
通常是电网供给电动机额定电压u。
、额定频率fc、并维持其输出功率不变的条件下,调整励磁电流,观察并记录定子电流值,
若定子三相电流对称,则只记录一相即可。
若增大励磁电流,而定子电流减弱,则同步电动机从电网吸收的是电感性无功功率,即同步电动机的功率因数小于1二若增大励磁电流时定子电流相应增大,则同步电动机从电网吸收电容性无功功率,则定子电流
超前于电网电压。
一般调励磁对应保证定于电流不超过额定值,否则将引起同步电动机过热。
调整同步电动机励磁电流多用调整供给励磁的电源电压,其电源是发电—电动机组,可通过调发电机励磁来实现,若电源为可控硅整流,则直接控制触发角实现。
测出I=f(I。
)之后,可根据测定时交流回路功率表的读数,直接求出功率因数。
式中P——同步电动机从电网吸收的有功功率(同步电动机的输入功率(kW),
Ue——同步电动机的额定电压(V);
I--同步电动机定子电流(A)
同步电动机的线路图为6-30所示:
测定同步电动机V形特性曲线时,应先按图将仪表接好,并用电压奉和频率计预测电网电压与频率,若电源电压基本对称,而频率与电压为额定值(或近于额定值)·而且稳定,这时投入测定,先将同步电动机励磁电流由0.6Ict调至1.2Ict观察定子电流及 变化情况,若基本符合V型曲线规律,再开始作V型曲线。
可分别作出P=1/2P1e,
P=3/4P1e
P=P1a几条曲线,作每条曲线时一定读取定子电流最小点,也就是功率因数为1的点,每条曲线可作7—9个点。
并注意作表填入记录数据。
由实验数据绘出的V形曲线如图6—31所示
3.直流电动机技术测定
直流电动机参数的计算
1.电枢电阻的确定
2.激磁绕组的电阻
3.电动机的额定力矩
4.电动机的电枢电势(反电势)E。
5.电动机的转速调整率
根据直流他激电动机铭牌给定的数据即
额定功率Pe额定温升t
C
额定电压ue额定效率
额定电
激磁连接方式
额定转速ne
额定励磁电压ULe
额定励磁电流ILe
确定电动机的各项参数,即电动机的电枢电阻,激磁绕线电阻,额定力矩,电动机电枢电势及电动机的速度调整率等。
1.电枢电阻的确定
根据电动机铭牌给出的数据可以近似地认为铜损占总损耗的一半,则可得到:
2.激磁绕组的电阻
根据铭牌数据给出的励磁电压与电流则可得出
式中
——励磁机的电压(V),
ILC——励磁机的电流(A),
RLC——励磁绕组的电阻 。
3,电动机的额定力矩
电动机额定力矩是指电动机带动工作机械的输出力矩:
即
4.电动机的电枢电势(反电势)E。
根据直流电动杌的电压平衡方程式可得出
5.电动机的转速调整率
直流电动机的额定转速调整率是:
式中
----为理想空载时电动机的转速(r.Lm),
——直流电动机额定转速.(r.p.m)
电动机理想空载转速可根据电压平衡方程式得出
直流电动机技术测定
二、直流电动机的技术要求
1.温升性能
拖动提升机用的ZD系列直流电动机的环境温度不超过40
,电动机各部分的最高允许温升不得超过表(6—7)规定。
而滑动铀奉的晕高允许洱寞不超过80~C…滚动轴承的最高允许温度不超过站写,对于采用强迫通风的电动机,需要符合制造厂规定的通风技术要求
2.安全性能
直流电动机的安全性能是指绝缘性能,换向性能,振动容
差等。
1)绝缘性能
直流电动机在热态时绕组绝缘电阻的要求与交流异步电动机一样,但对于四极以上的直流电动机匝间绝缘强度试验的最高电压不应使相邻换向片间的平均电压超过24伏。
2)换向性能
直流电动机产生火花的原因是复杂的,不仅仅由于电磁原因,在很多情况下是由机械和化学等原因所引起的。
发生火花是直流机换向性能不良的直接表现,当火花超过一定限度时,会妨碍电机正常运转。
但是,也不必要求绝对没有火花,因为电刷下只有微弱的火花时,电机的正常工作不会受什么影响。
根据技术标准的规定,火花等级见表6-8。
直流电动机的换向性能要求当电动机运转在空载至满载的整个过程中,其火花应不大于1.5级。
对于ZD系列通过规定的过载电流时,应不大于2级。
对于 Z2 系列电动机,在发热情况下,电动机接近额定转速,额定电压,力矩过50%肘,历时十分钟,其火花不超过2级,此时电动机应不致损坏或发生有害变形,并无局部过热现象。
3)振动容差
对ZD系列电动机的容许振动值不超过表6-9的规定。
对于 Z2 系列电动机的振动(两倍振幅值)应不大于表6-10规定。
3.运转性能
电动机的运转性能是指电动机运转中对效率、速度调整率,电流过载倍数等技术参数的要求。
1)、电动机效率容差
如8-8
对于Z2系列电动机效率容差规定如下:
用直接法测定效率时,为--0.15(1-ρ),最小为-0.007
用间接法测定效率时,额定功率在50千瓦及以下者为-0.15(1-ρ)。
额定功率在50千瓦以上者为-0.10(1-ρ)
ρ——电动机效率的保证值。
2)电动机的速度调整率
对于ZD系列电动机的速度调整率,其容差为保证值的±20%,但最少为±2%。
对 Z2系列电动机,当负载由空载增加到满载时,其速度调
整率Δn%不超过表6-11规定。
表6-11速度调整率容差表
额定功率与额定转速比
<0.67
>=0.67至<2.5
>=2.5
<10
>=10
转速变化率
18
15
12
10
直流电动机技术的测定
三、直流电动机的性能测定
1.电枢电阻测定
测量绕组直流电阻时,应同时测量被测绕组的温度,绕组温度与周围冷却介质温度相差不大于±3℃,绕组温度可用膨胀式温度计、电阻温度计或热电偶式温度计进行测量。
如绕组温度不能直接测量,则在测量绕组的直流电阻之前,应将电机在空气中静置下列时间:
额定功率在10千瓦以下的电机,不少于5小时,
额定功率在10—100千瓦以下的电机,不少于8小时;
额定功率在100~1000千瓦以下的电机,不少于16小时。
在测量串激绕组、换向极绕组等的直流电阻以前,应先检查绕组连接点接触情况是否良好,因为电枢绕组的电阻一般很小,但连接点较多,如果接触不良,则容易产生误差。
电枢电阻的测定方法有两种,即电桥法,伏安计法(电流表和电压表法)。
电枢电阻一般较小,当其小于1欧时常用双臂电桥。
但应注意,电桥法测量时,会出现电刷接触处的过渡电阻的影响,使绕组各并联支路内电流分布不均匀,使其测量误差增大,因此一般不主张用电桥法测量电枢电阻。
伏安表法是用电流表和电压表测量电阻,应注意要选取稳定的直流电源作为测量用的电源厂被测绕组应当与可变电阻器、电流表串联,电压表应直接接在被测绕组的出线端上,电压表与被测绕组的连接应有良好的接触,测量时电流表与电压表读数应同时读出。
在测量以前,应注意切断电枢电路与激磁绕组电路的电源。
并将激磁绕组短接,以免在接通或切断测量电流时产生感应电动势。
除此之外,防止供给电枢试验电流时可能产生转动等现象。
测量时,应先将电压表断开,当线路电流稳定以后才可将电压表接入。
在测量完成后,应先断开电压表,而后再断开线路电流。
在测定电枢绕组的直流电阻时,被测绕组中的电流数值不应大于绕组额定电流20%,同时仪表读数应尽快的读出,以免因绕组发热而影响测量的准确性。
测量绕组的直流电阻时,每一电阻应在三种不同电流数值下测量三次。
而电阻实际数值应取三次测量数值的算术平均值。
对同一电阻每次测量数值与其平均值之差不得超过±2%。
为了校验设计值和计算效率及电压调整率而测定电枢绕组直流电阻,为此而将电刷自换向器上提起。
测量电阻时,应按照电枢绕组的型式依下法进行。
1)在缺乏绕组数据时(即绕组型式,是否有均压接线及其数目等)或不可能确定这些数据时,该法特别简单,并可应用于所有各种绕组。
如图6—32所示。
电压表的接线端于接到一对金属的触针上,用它来接触互相间隔一极距,并压在不同极性的电刷下的换向器片上,必须测量电刷下全部换向器片间的电压降,如1—1’,2—2’,3—3’,之间的电压降。
每次测量应在同一电流下进行,在另外各对电刷所盖的换向器片间进行类似的测量,或者每旋转电枢一次测量若干数据。
而取其平均值。
这样的测定由于电刷接触处过渡电阻和绕组本身以及均压接线的过渡申蛆的影响,增大了测定的误差。
为了提高测定的准确度,必须使电动机完全处于冷状态下来测定电枢电阻,此外所有电刷都必须紧密地与换向器磨合,并有同样的过渡电阻。
2)用在绕组数据为已知时测定电枢绕组电阻,必须取下电刷并在不大的电流下进行测量。
测量工作采用两对触针,一对用来供给电流,第二对用来测量电压降,其接线图如图6—33所示。
对于两极的单迭绕组或任意极数的单波绕组一当每极换向片数是整数时,应在相互间距离等于任一奇数极距的两片换向片
p——极对数。
对于复波绕组,当具有偶数环程时,其换向片的选择和具有偶数环程的复迭绕组相同,即对于双程波绕组,应取直接相邻的两片换向片。
对于四程波绕组应取中间相隔一片的两片换向片,其他依次类推。
当具有奇数环程时,则应取相互间距离或最接近
于任一奇数极距两片换向片,与单波绕组的情况相同。
电枢绕组
的直流电阻R。
s可按下式计算:
式中R——量得的电阻数值(Q)
C——环程数。
对于具有乙种均压线的一次闭路的复迭绕组或复波绕组一应在相互间距离最接近于一极距,都装有均压线且尽可能隶属于不同环程的两片换向片上进行测量。
对于蛙式绕组——在测量绕组直流电阻时,可以看作是一个装有全数均压连接的迭绕组、波绕组元件的作用相当于均压线的作用。
为了校验设计值和计算效率及电压调整率,而将电刷放在换向器上测量电枢绕组的直流电阻时,应在下列两片换向片上进行测量,这两片换向片位于两组相邻电刷的中心线下面,且其相互间的距离应等于或最接近于一极距。
依次在每两组相邻电刷下面的两片换向片上进行测量。
电枢绕组直流电阻的实际值应取每次测量数值的平均值。
为了在发热试验中用电阻法确定温升而测量电枢绕组的直流电阻时,应当在同样两片换向片上测定电枢绕组的冷态和热态直流电阻。
测量时,应尽可能减少由于电刷短路而引起的误差。
因此,所选择的两片换向片应位于相邻两组电刷之间,其相互间的距离约等于极距的一半。
在发热试验结束,电动机停转以后,如所选择的两片换向片不在相邻电刷之间,则应转动转子,使换向片达到所需位置。
但对于大型电动机,要在停转以后转动转子是比较困难的因此在测量冷态直流电阻时,应当在换向器上多选择几组不同置的换向片i这样在电机停转后,总有一组换向片的位置是在邻电刷中间,就不需要转动转子。
2。
励磁绕组的极性和电阻测定
1)检查磁极极性
为了检查磁极绕组的连接是否正确,首先应核对各个磁极组相接是否正确,即是否能保证主极与换向极极性间隔交替变极性,而后再确定各绕组整体连接是否正确。
各极间隔交替变极性可由外观检查,用磁针或特殊的试验线圈来确定。
在外观检查时,可预设一电流方向,用右手螺旋定则来确磁极极性。
但此法需在励磁绕组连接情况能明显看出,或清楚道全部
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