四軸飛行基礎(chǔ)知識：防爆電機、異步電機、同步電機、變頻電機的基

1、防爆電機、異步電機、同步電機、變頻電機的基礎(chǔ)知識及區(qū)別異步電動通俗來講就是:電動機通電以后,就產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,這個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)了的導(dǎo)線,產(chǎn)生力,電動機就轉(zhuǎn)起來.但轉(zhuǎn)子的速度總比旋轉(zhuǎn)磁場的要慢一些,也就是不同步,所以就叫異步電動機.1.三相交流異步電動機的工作原理是什么?是由電磁力產(chǎn)生電力矩.2由于導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力矩方向與磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同,所以轉(zhuǎn)子就跟隨磁極旋轉(zhuǎn),這就是異步電動機的工作原理.2.三相交流異步電動機的調(diào)速方式有那些?改變電源頻率.2.改變電動機的磁極對數(shù).3. 改變電動機的轉(zhuǎn)差率.同步電機就是靠勵磁電流運行的,如果沒有勵磁,電機就是異步的.勵磁是加在轉(zhuǎn)子上的直流系統(tǒng),它的旋轉(zhuǎn)

2、速度和極性與定子是一致的,如果勵磁出現(xiàn)問題,電動機就會失步,調(diào)整不過來,觸發(fā)保護“勵磁故障”電動機跳閘說的白一點,勵磁電流就是同步電機轉(zhuǎn)子中流過的電流(有了這個電流,使轉(zhuǎn)子相當(dāng)于一個電磁鐵,有N極和S極,在正常運行時,這個電流是由外部加在轉(zhuǎn)子上的直流電壓產(chǎn)生的.以前這個直流電壓是由直流電動機供給,現(xiàn)在大多是由可控硅整流后供給.我們通常把可控硅整流系統(tǒng)稱為勵磁裝置.1、防爆電機一般應(yīng)用在易燃易爆的場合.2、防爆電機接線盒的密封較普通電機要好.3、防爆電機防護等級最低為IP55,而普通電機有IPIP23、IP44、IP54、IP55、IP56不等,故而從外形可以分辨出.下面詳細介紹防爆電機:防爆電

3、機是一種可以在易燃易爆廠所使用的一種電機,運行時不產(chǎn)生電火花.防爆電機主要用于煤礦、石油天然氣、石油化工和化學(xué)工業(yè).此外,在紡織、冶金、城市煤氣、交通、糧油加工、造紙、醫(yī)藥等部門也被廣泛應(yīng)用.防爆電機作為主要的動力設(shè)備,通常用于驅(qū)動泵、風(fēng)機、壓縮機和其他傳動機械.隨著科技、生產(chǎn)的發(fā)展,存在爆炸危險的場所也在不斷增加.例如,食用油生產(chǎn)過去是用傳統(tǒng)的壓榨法工藝,20世紀70年代以后,我國開始引進國外先進的浸出油工藝,但此工藝中要使用含有己烷的化學(xué)溶劑,己烷是易燃易爆物質(zhì);因此浸出油車間就成了爆炸危險場所,需要使用防爆電機和其他防爆電氣產(chǎn)品.又如,近年來我國公路發(fā)展迅速,一大批燃油加油站出現(xiàn),也給防

4、爆電機提供了新的市場.產(chǎn)品分類1.按電機原理分可分為防爆異步電機、防爆同步電機及防爆直流電機等.2.按使用場所分可分為煤礦井下用防爆電機及工廠用防爆電機.3.按防爆原理分可分為隔爆型電機、增安型電機、正壓型電機、無火花型電機及粉塵防爆電機等.4.按配套的主機分可分為煤礦運輸機用防爆電機、煤礦絞車用防爆電機、裝巖機用防爆電機、煤礦局部扇風(fēng)機用防爆電機、閥門用防爆電機、風(fēng)機用防爆電機、船用防爆電機、起重冶金用防爆電機及加氫裝置配套用增安型無刷勵磁同步電機等.此外,還可以按額定電壓、效率等技術(shù)指標(biāo)來分,如高壓防爆電機、高效防爆電機、高轉(zhuǎn)差率防爆電機及高起動轉(zhuǎn)矩防爆電機等.本文按防爆原理分類介紹.產(chǎn)品

5、系列及其特點1.隔熄型電機它采用隔爆外殼把可能產(chǎn)生火花、電弧和危險溫度的電氣部分與周圍的爆炸性氣體混合物隔開.但是,這種外殼并非是密封的,周圍的爆炸性氣體混合物可以通過外殼的各部分接合面間隙進入電機內(nèi)部.當(dāng)與外殼內(nèi)的火花、電弧、危險高溫等引燃源接觸時就可能發(fā)生爆炸,這時電機的隔爆外殼不僅不會損壞或變形,而且爆炸火焰或熾熱氣體通過接合面間隙傳出時,也不能引燃周圍的爆炸性氣體混合物.我國當(dāng)前廣泛應(yīng)用的低壓隔爆型電機產(chǎn)品的基本系列是YB系列隔爆型三相異步電機,它是Y系列(IP44三相異步電機的派生產(chǎn)品.防爆性能符合GB3836.183爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求和GB3836.283爆炸性環(huán)境用

6、防爆電氣設(shè)備隔爆型電氣設(shè)備“d”,的規(guī)定;電機功率范圍為O.55200kW,相對應(yīng)的機座號范圍是機座中心高為80315nun;防爆標(biāo)志為dI、dIIAT4、dIIBT4,分別適用于煤礦井下固定式設(shè)備或工廠IIA、IIB級,溫度組別為T1T4組的可燃性氣體或蒸氣與空氣形成的爆炸性混合物的場所;主體外殼防護等級為IP44,也可制成IP%4,接線盒防護等級為IP54;額定頻率為50Hz,額定電壓為380、1660、1140、380/660、660/140V;電機絕緣等級為F級,但按B級考核定子繞組的溫升,具有較大的溫升裕度.低壓隔爆型三相異步電機派生系列的主要型號有:YB系列(dIIcT4(機座中心

7、高為80315mm,YBSO系列(小功率,機座中心高為6390mm,YBF系列(風(fēng)機用,機座中心高為63160mm,YBH系列(船用,機座中心高為80280mm,YB系列(中型,機座中心高為355450mm,YBK系列(煤礦用,機座中心高為100315mm,YBW、BTH、YBWTH 系列(機座中心高為80315mm,YBDFWF系列(戶外防腐隔爆型電動閥門用,機座中心高為80315mm及YBDC系列(隔爆型電容起動單相異步電機,機座中心高為71100mm和YBZS系列起重用隔爆型雙速三相異步電機.另外,還有YB系列高壓隔爆型三相異步電機(機座中心高為355450mm,560710mm.行業(yè)聯(lián)

8、合設(shè)計的YB2系列已于1四年底通過了全國鑒定,將逐步取代YB系列,成為我國隔爆型三相異步電機的基本系列.YB2系列共15個機座號(機座中心高為63、355nmm,功率范圍為O.12315kW. 其主要特點是:(1 功率等級、安裝尺寸及轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系與DIN42673一致,同時考慮到與YB系列的繼承性和Y2系列的互換性,作了必要調(diào)整,更加有效和適用.(2 全系列采用F級絕緣,溫升按B級考核.(3 噪聲限值比YB系列低,接近YB系列的I級噪聲,振動限值與YB系列相當(dāng).(4 外殼防護等級提高到IP55.(5 全系列選用低噪聲深溝球軸承,機座中心高在180mm以上電機設(shè)注排油裝置.(6 電機散熱片有平

9、行水平分布和輻射分布兩種,以平行水平分布為主.(7 主要性能指標(biāo)達到20世紀90年代初國際先進水平.2.增安型電機它是在正常運行條件下不會產(chǎn)生電弧、火花或危險高溫的電機結(jié)構(gòu)上,再采取一些機械、電氣和熱的保護措施,使之進一步避免在正?；蛘J可的過載條件下出現(xiàn)電弧、火花或高溫的危險,從而確保其防爆安全性.我國當(dāng)前應(yīng)用的低壓增安型的基本系列是YA系列增安型三相異步電動機,它是Y系列(IP44三相異步電機的派生產(chǎn)品.防爆性能符合GB3836.183爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求和GB3836.383爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備增安型電氣設(shè)備“e”的規(guī)定;功率范圍為O.5590kW,相對應(yīng)的機座中心高為80

10、280mm;防爆標(biāo)志為eIITl、eIIT2、eIIT3,分別適用于工廠中具有溫度組別為TlT3組爆炸性混合物并具有輕微腐蝕介質(zhì)的場所;主體外殼的防護等級為IP54,接線盒防護等級為IP55;額定頻率為50Hz,額定電壓為380V;電機采用F 級絕緣.低壓增安型電機派生系列的主要型號有:Y ASO系列小功率增安型三相異步電機(機座中心高為5690mm,YAW、YAWFl系列戶外、戶內(nèi)防腐增安型三相異步電機(機座中心高為80280mm.目前,已完成YA2、系列的行業(yè)聯(lián)合設(shè)計工作,并正在組織試制,以取代YA系列.YA2全系列共15個機座號(機座中心高為63355mm,功率范圍為0.12400kW,

11、將使我國增安型電機達到國際上同類產(chǎn)品20世紀80年代先進水平.高壓(6kV增安型三相異步電機系列有:Y A355450,功率160450kW;YA560900,功率5001800kW;YAm355630水冷,功率2202500kw;YAKK355630空空冷,功率1852000kW.1999年試制生產(chǎn)的TAKW400020/2600、4000kW增安型無刷勵磁同步電機,是適應(yīng)煉油廠石油深加工加氫裝置需要而發(fā)展的新型防爆電機.其特點是:(1滿足增安型防爆電機的要求,采取一系列可靠的防止火花、電弧和危險高溫的措施,可以安全運行于2區(qū)爆炸危險場所.(2采用無刷勵磁,設(shè)置旋轉(zhuǎn)整流盤和靜態(tài)勵磁柜,勵磁控

12、制系統(tǒng)可靠;順極性轉(zhuǎn)差投勵準(zhǔn)確,無沖擊;勵磁系統(tǒng)失步保護可靠,再整步能力強;線路設(shè)計合理,放電電阻在工作中不發(fā)熱;勵磁電流調(diào)節(jié)范圍寬.(3同步機、交流勵磁機及旋轉(zhuǎn)整流盤同軸.整流盤位于主電機和勵磁機之間,或置于軸承座之外.(4外殼防護等級為IP54.(5采用F級絕緣,溫升按B級考核.(6改變傳統(tǒng)的下水冷為上水冷,即水冷卻器置于電機上部.(7設(shè)增安型防潮加熱器,固定在電機底部的罩內(nèi),用于停機時加熱防潮用.(8 選優(yōu)質(zhì)原材料,電氣及機械計算留有較大裕度,能滿足運行可靠性和增安型電機的溫度要求.(9設(shè)置有完善的監(jiān)控措施;主接線盒內(nèi)設(shè)置用于差動保護的增安型自平衡電流互感器;定子繞組埋設(shè)工作和備用的鉑熱

13、電阻,分度號為Pt100;設(shè)漏水監(jiān)控儀,監(jiān)控水冷卻器的泄漏;兩端座式滑動軸承分別設(shè)現(xiàn)場溫度顯示儀表和遠傳信號端子.3.正壓型電機是正壓型電氣設(shè)備的一種.其結(jié)構(gòu)特點是:(1 配置有一套完整的通風(fēng)系統(tǒng),電機內(nèi)部不存在可能影響通風(fēng)的結(jié)構(gòu)死角.(2 外殼和管道由不燃材料制成,并具有足夠的機械強度.(3 外殼及主管道內(nèi)相對于外界大氣保持足夠大的正壓.(4 電機須有安全保護裝置(如時間繼電器和流量監(jiān)測器,以保證足夠的換氣量,還必須有殼內(nèi)氣壓欠壓的自動保護或報警裝置.(5 外殼上的快開門或蓋須有與電源聯(lián)鎖的裝置.我國目前尚無統(tǒng)一的正壓型電機系列產(chǎn)品.5.無火花型電機:是指在正常運行條件下,不會點燃周圍爆炸性

14、混合物,且一般又不會發(fā)生點燃故障的電機.與增安型電機相比,除對絕緣介電強度試驗電壓、繞組溫升、te(在最高環(huán)境溫度下達到額定運行最終溫度后的交流繞組,從開始通過起動電流時計起至上升到極限溫度的時間以及起動電流比不像增安型那樣有特殊規(guī)定外,其他方面與增安型電機的設(shè)計要求一樣.無火花型電機符合GB3836.183和GB3836.887爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備無火花型電氣設(shè)備“n”的規(guī)定.設(shè)計上注重電機的密封措施,主體外殼防護等級為IP54、IP55,接線盒為IP55.額定電壓在660V以上的電機,其空間加熱器或其他輔助裝置的連接件應(yīng)置于單獨的接線盒內(nèi).目前,國內(nèi)已研制、生產(chǎn)了YW系列無火花型電機產(chǎn)

15、品(機座中心高度為80315mm.防爆標(biāo)志為nIIT3,適用于工廠含有溫度組別為T1T3組的可燃性氣體或蒸氣與空氣形成的爆炸性混合物的2區(qū)場所.額定頻率為50Hz,額定電壓為380、660、380/660V,電機采用F絕緣,但按B級考核定子繞組的溫升限值,具有較大的溫升裕度及較高的安全可靠性,功率為0.55200kW.6.粉塵防爆電機:指其外殼按規(guī)定條件設(shè)計制造,能阻止粉塵進入電機外殼內(nèi)或雖不能完全阻止粉塵進入,但其進入量不妨礙電機安全運行,且內(nèi)部粉塵的堆積不易產(chǎn)生點燃危險,使用時也不會引起周圍爆炸性粉塵混合物爆炸的電機.其特點是:(1 外殼具有較高的密封性,以減少或阻止粉塵進入外殼內(nèi),即使進

16、入,其進入量也不致于形成點燃危險.(2 控制外殼最高表面允許溫度不超過規(guī)定的溫度組別.目前,已用于國家糧食儲備庫的機械化設(shè)備上.粉塵防爆電氣設(shè)備的國家標(biāo)準(zhǔn)為 GBl2476.190爆炸性粉塵環(huán)境用防爆電氣設(shè)備.發(fā)展趨勢1.礦用防爆電機(1 發(fā)展大功率電機:目前世界上采煤機的最大裝機容量已超過1200kw,其驅(qū)動電機功率達600kW;相適應(yīng)的采區(qū)工作面刮板輸送機的最大裝機容量已超過1500kW,其驅(qū)動電機功率已達725kW.國內(nèi)目前的采煤機驅(qū)動電機最大功率是400kW,刮板輸送機驅(qū)動電機最大功率是315kW.(2 發(fā)展3.3kV、6kV和IOkV級電壓的礦用電機:這是因為普及綜合機械化采煤機組后

17、采區(qū)走向加長,導(dǎo)致電壓降增大,同時大功率電機的使用也要求提高電壓等級.(3 發(fā)展礦用雙速電機:為了適應(yīng)煤礦輸送機低速起動和高速運行的工作需要,國外礦用刮板輸送機都是采用雙速電機驅(qū)動的.但目前國產(chǎn)礦用雙速電機的功率范圍、性能指標(biāo)及配套控制開關(guān)的性能等與國外先進水平相比均有一定差距.(4 提高礦用電機的可靠性:礦用防爆電機的工況條件較差,電機頻繁大負荷起動、負荷變化大、電壓波動大、環(huán)境溫度高且有一定的腐蝕性等,這些都影響電機的使用可靠性和壽命.(5 加快礦用防爆電機的更新?lián)Q代.(6 統(tǒng)一礦用防爆電機的標(biāo)準(zhǔn).2.石化系統(tǒng)用防爆電機(1 增安型和無火花型電機的需求將呈上升趨勢.石化系統(tǒng)的用戶在使用實踐

18、中;已認識到發(fā)展我國增安型和無火花型電機的必要性.此外,大量20世紀70年代弓進裝置中配套的增安型、無火花型電機目前已到了采用合適的國產(chǎn)品替代的時候.(2 防爆電機的可靠性已越來越被石化系統(tǒng)用戶關(guān)注.石化企業(yè)發(fā)展日趨裝置大型化、運行連續(xù)化,要求系統(tǒng)運行實現(xiàn)長周期、免維修或少維修.因此,防爆電機就成為保證上述要求的關(guān)鍵設(shè)備.(3 防爆和高效變頻調(diào)速電機已成為石化用戶迫切要求開發(fā)的節(jié)能產(chǎn)品.近年已系列生產(chǎn)了YBx、Y AX防爆高效電機,投入市場后很受用戶歡迎.防爆電機節(jié)能有兩方面工作:一是研制高效率防爆電機產(chǎn)品,二是大量開發(fā)各種防爆調(diào)速電機的專用產(chǎn)品,尤其是將具有巨大節(jié)能潛力的風(fēng)機、泵和壓縮機配套

19、的電機設(shè)計為調(diào)速電機.(4 沿海石化企業(yè)的發(fā)展帶來的新要求.我國沿海一帶將建一批煉油廠,原油均需進口,而進口原油含硫量高、腐蝕性嚴重,因而要求防爆電機提高防腐性能;另外進口原油均需海運,其儲油罐就需要配套高揚程大流量油泵的防爆電機.(5 我國西部石油工業(yè)的大發(fā)展,要求開發(fā)適于沙漠干熱環(huán)境的防爆電機產(chǎn)品.加氫裝置配套用的中大容量的增安型無刷勵磁同步電機的市場需要將逐年增長.一、普通異步電動機都是按恒頻恒壓設(shè)計的,不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求.以下為變頻器對電機的影響1、電動機的效率和溫升的問題不論那種形式的變頻器,在運行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流,使電動機在非正弦電壓、電流下運行.拒資料介

20、紹,以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例,其低次諧波基本為零,剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為:2u+1(u為調(diào)制比.高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅(鋁耗、鐵耗及附加損耗的增加,最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅(鋁耗.因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的,因此,高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后,便會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗.除此之外,還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗.這些損耗都會使電動機額外發(fā)熱,效率降低,輸出功率減小,如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下,其溫升一般要增加10%-20%.2、電動機絕緣強度問題目前中小型變頻器,不少是采用PWM的控

21、制方式.他的載波頻率約為幾千到十幾千赫,這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率,相當(dāng)于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓,使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗.另外,由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上,會對電動機對地絕緣構(gòu)成威脅,對地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會加速老化.3、諧波電磁噪聲與震動普通異步電動機采用變頻器供電時,會使由電磁、機械、通風(fēng)等因素所引起的震動和噪聲變的更加復(fù)雜.變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉,形成各種電磁激振力.當(dāng)電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時,將產(chǎn)生共振現(xiàn)象,從而加大噪聲.由于電動機工作頻率

22、范圍寬,轉(zhuǎn)速變化范圍大,各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構(gòu)件的固有震動頻率. 、電動機對頻繁啟動、制動的適應(yīng)能力由于采用變頻器供電后,電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動,并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動,為實現(xiàn)頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件,因而電動機的機械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下,給機械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題.5、低轉(zhuǎn)速時的冷卻問題首先,異步電動機的阻抗不盡理想,當(dāng)電源頻率較底時,電源中高次諧波所引起的損耗較大.其次,普通異步電動機再轉(zhuǎn)速降低時,冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小,致使電動機的低速冷卻狀況變壞,溫升急劇增加,難以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸

23、出.二、變頻電動機的特點1、電磁設(shè)計對普通異步電動機來說,再設(shè)計時主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、啟動性能、效率和功率因數(shù).而變頻電動機,由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率,可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近1時直接啟動,因此,過載能力和啟動性能不在需要過多考慮,而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應(yīng)能力.方式一般如下:1 盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻.減小定子電阻即可降低基波銅耗,以彌補高次諧波引起的銅耗增2為抑制電流中的高次諧波,需適當(dāng)增加電動機的電感.但轉(zhuǎn)子槽漏抗較大其集膚效應(yīng)也大,高次諧波銅耗也增大.因此,電動機漏抗的大小要兼顧到整個調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性. 3變頻電動機的主磁路一般設(shè)計成

24、不飽和狀態(tài),一是考慮高次諧波會加深磁路飽和,二是考 慮在低頻時,為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓. 2、結(jié)構(gòu)設(shè)計 再結(jié)構(gòu)設(shè)計時,主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結(jié)構(gòu)、振動、噪聲冷卻方式 等方面的影響,一般注意以下問題: 1絕緣等級,一般為 F 級或更高,加強對地絕緣和線匝絕緣強度,特別要考慮絕緣耐沖擊電壓 的能力. 2對電機的振動、噪聲問題,要充分考慮電動機構(gòu)件及整體的剛性,盡力提高其固有頻率,以 避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象. 3冷卻方式:一般采用強迫通風(fēng)冷卻,即主電機散熱風(fēng)扇采用獨立的電機驅(qū)動. 4防止軸電流措施,對容量超過 160KW 電動機應(yīng)采用軸承絕緣措施.主要是易產(chǎn)生磁路不對 稱,也會產(chǎn)生軸電流,當(dāng)其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時,軸電流將大為增加,從而 導(dǎo)致軸承損壞,所以一般要采取絕緣措施. 5對恒功率變頻電動機,當(dāng)轉(zhuǎn)速超過 3000/min 時,應(yīng)采用耐高溫的特