一、所驅(qū)動的負(fù)載類型





這個得反過來從電機(jī)特點(diǎn)說。電機(jī)可以簡單劃分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，交流又分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。



1、直流電機(jī)

直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以方便地通過改變電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。適用于需要頻繁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的負(fù)載，如鋼廠的軋機(jī)，礦山的提升機(jī)等。但現(xiàn)在隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)也可以通過改變頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。不過雖然變頻電機(jī)價格比普通電機(jī)貴不了多少，但變頻器價格在整套設(shè)備中占據(jù)主要部分，所以直流電機(jī)還有一個優(yōu)點(diǎn)是便宜。

直流電機(jī)的缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任何設(shè)備只要結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必然導(dǎo)致故障率增加。直流電機(jī)相比于交流電機(jī)，除了繞組復(fù)雜（勵磁繞組、換向極繞組、補(bǔ)償繞組、電樞繞組），還增加了滑環(huán)、電刷和換向器。不僅對制造商的工藝要求高，而且后期維護(hù)成本也相對較高。因此直流電機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中是處在一個逐漸沒落但過渡階段仍有用武之地的尷尬境地。如果用戶資金比較充裕的話，建議選擇交流電機(jī)配變頻器的方案，畢竟使用變頻器也帶來很多好處，這個不細(xì)說了。



2、異步電機(jī)

異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，維護(hù)方便，價格便宜。且制造工藝上也是最簡單的，曾聽車間的老技師說過，裝配一臺直流電機(jī)的所用工時，可以完成差不多功率的兩臺同步電機(jī)或者四臺異步電機(jī)，由此可見一斑。因此異步電機(jī)在工業(yè)中得到了最廣泛的應(yīng)用。

異步電機(jī)又分為鼠籠型電機(jī)和繞線型電機(jī)，其區(qū)別在于轉(zhuǎn)子。

鼠籠型電機(jī)轉(zhuǎn)子由金屬條制成，銅制或鋁制。鋁的價格比較低，我國又是鋁礦大國，在要求不高的場合應(yīng)用廣泛。但銅的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能都好于鋁，就我所接觸的絕大部分都是銅制轉(zhuǎn)子。鼠籠型電機(jī)在工藝上解決了斷排的問題后，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過繞組型轉(zhuǎn)子的電機(jī)。而其缺點(diǎn)在于，金屬轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的定子磁場中切割磁感線獲得的轉(zhuǎn)矩較小，且起動電流較大，對起動力矩要求較大的負(fù)載難以勝任。盡管增加電機(jī)鐵心長度可以獲得更多的轉(zhuǎn)矩，但力度十分有限。繞線型電機(jī)在啟動時通過滑環(huán)給轉(zhuǎn)子繞組通電，形成轉(zhuǎn)子磁場，與旋轉(zhuǎn)的定子磁場相對運(yùn)動，因此獲得轉(zhuǎn)矩更大。且在啟動過程中串聯(lián)水電阻來降低啟動電流，水電阻由成熟的電控裝置控制隨啟動過程改變阻值。適用于軋機(jī)、提升機(jī)等負(fù)載。由于繞線型異步電機(jī)相對鼠籠型電機(jī)增加了滑環(huán)、水電阻等，在整體設(shè)備價格上有一定提高。其與直流電機(jī)相比，調(diào)速范圍較為狹窄且轉(zhuǎn)矩相對較小，相應(yīng)價值也低。

然而異步電機(jī)由于給定子繞組通電建立旋轉(zhuǎn)磁場，而繞組屬于電感性元件不做功，要從電網(wǎng)中吸收無功功率，對電網(wǎng)沖擊很大。直觀體驗(yàn)有大功率電感性電器接入電網(wǎng)時，電網(wǎng)電壓下降，電燈亮度一下都降低。因此供電局對異步電動機(jī)的使用會有所限制，這也是很多工廠必須考慮的地方。部分用電大戶如鋼廠、鋁廠等，選擇建立自備電廠，形成自己獨(dú)立的電網(wǎng)，以減免對異步電動機(jī)的使用限制。所以異步電動機(jī)如果要滿足大功率負(fù)載使用，需配備無功功率補(bǔ)償裝置，而同步電動機(jī)則可通過勵磁裝置向電網(wǎng)提供無功功率，功率越大同步電動機(jī)的優(yōu)勢就越明顯，由此產(chǎn)生了同步電動機(jī)的舞臺。



3、同步電動機(jī)

同步電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)除了過勵狀態(tài)可以補(bǔ)償無功功率外，還包括1）同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速嚴(yán)格遵守n=60f/p，可以精確控制轉(zhuǎn)速；2）運(yùn)行穩(wěn)定性高，當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降，其勵磁系統(tǒng)一般會強(qiáng)行勵磁，保證電動機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，而異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩（與電壓平方成正比）則會大幅下降；3）過載能力比相應(yīng)異步電動機(jī)大；4）運(yùn)行效率高，尤其是低速同步電動機(jī)。

同步電動機(jī)無法直接啟動，需要異步啟動或變頻啟動。異步啟動指同步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子上裝有類似于異步電機(jī)籠式繞組的啟動繞組，在勵磁回路中串接約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來構(gòu)成閉合電路，把同步電動機(jī)的定子直接接入電網(wǎng)，使之按異步電動機(jī)啟動，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速（95%）時，再切除附加電阻的啟動方式；變頻啟動不多贅述。所以同步電動機(jī)缺點(diǎn)之一是需要為啟動增加額外的設(shè)備裝置。

同步電機(jī)是靠勵磁電流運(yùn)行的，如果沒有勵磁，電機(jī)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)速度和極性與定子是一致的，如果勵磁出現(xiàn)問題，電動機(jī)就會失步，調(diào)整不過來，觸發(fā)保護(hù)“勵磁故障”電動機(jī)跳閘。所以同步電動機(jī)缺點(diǎn)之二是需要增加勵磁裝置，以前是由直流機(jī)直接供給，現(xiàn)在大多由可控硅整流供給。還是那句老話，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、設(shè)備裝置越多，故障點(diǎn)就越多，故障率越高。



根據(jù)同步電機(jī)的性能特點(diǎn)，其應(yīng)用主要在提升機(jī)、磨機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、軋機(jī)、水泵等負(fù)載上。

綜上所述，選擇電動機(jī)的原則是電動機(jī)性能滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、工作可靠、維護(hù)方便的電動機(jī)。在這方面交流電動機(jī)優(yōu)于直流電動機(jī)，交流異步電動機(jī)優(yōu)于交流同步電動機(jī)，鼠籠型異步電動機(jī)優(yōu)于繞線型異步電動機(jī)。



負(fù)載平穩(wěn)，對起、制動無特殊要求的連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械，宜優(yōu)先選用普通鼠籠型異步電動機(jī)，其廣泛用于機(jī)械、水泵、風(fēng)機(jī)等。

起動、制動比較頻繁，要求有較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械，如橋式起重機(jī)、礦井提升機(jī)、空氣壓縮機(jī)、不可逆軋鋼機(jī)等，應(yīng)采用繞線式異步電動機(jī)。

無調(diào)速要求，需要轉(zhuǎn)速恒定或要求改善功率因數(shù)的場合，應(yīng)采用同步電動機(jī)，例如中、大容量的水泵，空氣壓縮機(jī)、提升機(jī)、磨機(jī)等。

調(diào)速范圍要求在1∶3以上，且需連續(xù)穩(wěn)定平滑調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，宜采用他勵直流電動機(jī)或用變頻調(diào)速的鼠籠式異步電動機(jī)或同步電機(jī)，例如大型精密機(jī)床、龍門刨床、軋鋼機(jī)、提升機(jī)等。

要求起動轉(zhuǎn)距大，機(jī)械特性軟的生產(chǎn)機(jī)械，使用串勵或復(fù)勵直流電動機(jī)，例如電車、電機(jī)車、重型起重機(jī)等。

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