第1章 电动机的基础知识
1.1 电动机的分类与特性
1.1.1 电动机的分类
（1）电动机的分类 电动机种类较多，分类如表1-1所示。
表1-1 电动机分类
（2）电动机的型号 电动机编号方法如图1-1所示。
图1-1 电动机编号方法
表1-2 电动机产品代号
表1-3 电动机规格代号
表1-4 电动机特殊环境代号
1.1.2 电动机主要性能指标
（1）额定功率及效率 电动机在额定状态下运行时轴上输出的机械功率，是电动机的额定功率P2N，单位以千瓦（kW）计。输出功率与输入功率不等，它比电动机从电网吸取的输入功率要小，其差值就是电动机本身的损耗功率，包括铁损、铜损和机械损耗等。
从产品目录中查得的效率是指电动机在额定状态下运行时，输出功率与输入功率的比值。因此三相异步电动机的额定输入功率P1N可由铭牌所标的额定功率P2N（或从产品目录中查得）和效率ηN求得，即P1N=P2N/ηN。
三相异步电动机的额定功率可用下式计算：
式中 P2N——电动机的额定功率，kW；
UN——电动机的额定线电压，V；
IN——电动机的额定线电流，A；
cosф——电动机在额定状态运行时，定子电路的功率因数；
ηN——电动机在额定状态运行时的效率。
电动机运行在非额定情况时，此公式也成立，只是各物理量均为非额定值。
三相异步电动机的效率和功率因数如表1-5所示。
表1-5 三相异步电动机的效率和功率因数
（2）电压与接法 电动机在额定运行情况下的线电压为电动机的额定电压，铭牌上标明的“电压”就是指加在定子绕组上的额定电压（UN）值。目前在全国推广使用的Y系列中小型异步电动机额定功率在4kW及以上的，其额定电压为380/220V，为Y/△接法。这个符号的含义是当电源线电压为380V时，电动机的定子绕组应接成星形（Y）；而当电源线电压为220V时，定子绕组应接成三角形（△）。
一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的5％。当电压高于额定值时，磁通将增大（因U1=4.44f1N1fΦ），会引起励磁电流的增大，使铁损大大增加，造成铁芯过热。当电压低于额定值时，将引起转速下降，定子、转子电流增加，在满载或接近满载时，可能使电流超过额定值，引起绕组过热，在低于额定电压下较长时间运行时，由于转矩与电压的平方成正比，在负载转矩不减小的情况下，可能造成严重过载，这对电动机的运行是十分不利的。
（3）额定电流 电动机在额定运行情况下的定子绕组的线电流为电动机的额定电流（IN），单位为A。对于“380V、△接法”的电动机，对应的线电流只有一个；而对于“380/220V、Y/△接法”的电动机，对应的线电流则有两个。在运行中应特别注意电动机的实际电流，不允许长时间超过额定电流值。
（4）额定转速 电动机在额定状态下运行时，电动机转轴的转速称为额定转速，单位为r/min。
（5）温升及绝缘等级 温升是指电动机在长期运行时所允许的最高温度与周围环境的温度之差。我国规定环境温度取40℃，电动机的允许温升与电动机所采用的绝缘材料的耐热性能有关，常用绝缘材料的等级和最高允许温度如表1-6所示。
表1-6 绝缘等级与温升的关系
（6）定额（或工作方式） 定额指电动机正常使用时允许连续运转的时间。一般分有连续、短时和断续三种工作方式。
连续：指允许在额定运行情况下长期连续工作。
短时：指每次只允许在规定时间内额定运行、待冷却一定时间后再启动工作，其温升达不到稳定值。
断续：指允许以间歇方式重复短时工作，它的发热既达不到稳定值，又冷却不到周围的环境温度。
（7）功率因数 铭牌上给定的功率因数指电动机在额定运行情况下的额定功率因数（cosф）。电动机的功率因数不是一个常数，它是随电动机所带负载的大小而变动的。一般电动机在额定负载运行时的功率因数为0.7～0.9，轻载和空载时更低，空载时功率因数只有0.2～0.3。
由于异步电动机的功率因数比较低，因此应力求避免在轻载或空载的情况下长期运行。对较大容量的电动机应采取一定措施，使其处于接近满载情况下工作，并采取并联电容器来提高线路的功率因数。
（8）额定频率 电动机在额定运行情况下，定子绕组所接交流电源的频率称额定频率（f），单位为Hz。我国规定标准交流电源频率为50Hz。
（9）功率因数 电动机有功功率与视在功率之比称为功率因数。异步电动机空载运行时，功率因数为0.2。异步电动机在额定功率下运行的功率因数如表1-5所示。
（10）启动电流 电动机启动时的瞬间电流称为启动电流。电动机的启动电流一般是额定电流的5.5～7倍。
（11）启动转矩 电动机在启动时所输出的力矩称启动转矩，常用启动转矩与额定转矩的倍数来表示。异步电动机的启动转矩一般是额定转矩的1～1.8倍。
（12）最大转矩 电动机所能拖动最大负载的转矩，称为电动机的最大转矩，常用最大转矩与额定转矩的倍数来表示。异步电动机的最大转矩一般是额定转矩的1.8～2.2倍。
1.1.3 电动机的选择
（1）电动机容量的选择 要为某一台生产机械选配电动机，首先需要考虑电动机的容量。如果电动机的容量选大了，则虽然能保证设备正常运行，但是不仅增加了投资，而且由于电动机经常不是在满负荷下运行，它的效率和功率因数也都不高，会造成电力的消费；如果电动机的容量选小了，则就不能保证电动机的生产机械正常运行，不能充分发挥生产机械的效能，并会使电动机过早地损坏。
电动机的容量是根据它的发热情况来选择的。在容许温度以内，电动机绝缘材料的寿命为15～25年。如果超过了容许温度，则电动机的使用年限就要缩短；一般说来，多超过8℃，使用寿命就要缩短一半。电动机的发热情况，又与负载的大小及运行时间的长短（运行方式）有关。所以应按不同的运行方式来考虑电动机容量的选择问题。
电动机的运行方式通常可分为长期运行、短时运行和重复短时运行三种。下面分别进行讨论。
①长期运行电动机容量的选择
a.在恒定负载下长期运行的电动机容量=生产机械所需的功率/效率。
b.在变动负载下长期运行的电动机，选择其容量时，常采用等效负载法，就是假设一个恒定负载来代替实际的变动负载，但是两者的发热情况应相同，然后按a所述原则选择电动机容量，所选容量应等于或略大于等效负载。
②短时运行电动机容量的选择 所谓短时运行方式，是指电动机的温升在工作期间未达到稳定值，而停止运转时，电动机能完全冷却到周围环境的温度。
电动机在短时运行时，可以容许过载，工作时间越短，则过载就可以越大，但过载量不能无限增大，必须小于电动机的最大转矩。选择电动机容量可根据过载系数λ（最大转矩/额定转矩）来考虑电动机的预定功率≥生产机械所要求的功率/λ。
③重复短时运行电动机容量的选择 专门用于重复短时运行的交流异步电动机为JZR和JZ系列。标准负载持续率分15％、25％、40％和60％四种，重复运行周期不大于10min。电动机的功率也可应用等效负载法来选择。
（2）电动机种类的选择 选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与启动性能、维护及价格等方面来考虑的。
①要求机械特性较好而无特殊调速要求的一般生产机械，如功率不大的水泵、通风机和小型机床等，应尽可能选用鼠笼式电动机。
②某些要求启动性能较好，在不大的范围内平滑调速的设备，如起重机、卷扬机等，可采用绕线式电动机。
③为了提高电网的功率因数，并且功率较大而又不需要调速的生产机械，如大功率水泵和空气压缩机等，可采用同步电动机。
④在设备有特殊调速大启动转矩等方面的要求而交流电动机不能满足时，才考虑使用直流电动机。
（3）电动机电压的选择 交流电动机额定电压一般选用380V或380V和220V两用，只有大容量的交流电动机才采用3000V或6000V的额定电压。
（4）电动机转速的选择 电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。但是，当功率一定时，电动机的转速越低，其尺寸就越大，价格越贵，而且效率越低。因此，如无安装尺寸等特殊要求时，就不如购买一台高速电动机再另配减速器，这样更便宜些。通常电动机都采用4极的（同步转速n0=1500r/min）。
（5）电动机结构形式的选择 为保证电动机在不同环境中安全可靠地运行，电动机结构形式的选择可参照下列原则：
①灰尘少、无腐蚀性气体的场合选用防护式。
②灰尘多、潮湿或含有腐蚀性气体的场合选用封闭式。
③有爆炸性气体的场合选用防爆式。
（6）直接传动 使用联轴器把电动机和设备的轴直接连接起来的传动，叫做直接传动。这种传动方式的优点是：传动效率高、设备简单、成本低、运行可靠、安全性好。因此，当电动机的转速和所带动的设备如风机、水泵等的转速相同时，应尽可能采用这种传动装置。
（7）皮带传动 当电动机和所带动的设备转速不一致时，就需要采用变速的传动装置，最简单的方式就是皮带传动。这种传动方式的优点是：结构简单、成本低廉、拆装方便，并可以缓和由负载引起的冲击和振动。
①平皮带传动 平皮带传动的最大优点是简单易做、工作可靠，如果安装得恰当，则其传动效率可达95％。但这种皮带的传动比不宜大于5，一般采用3，所以在传动比不大的情况下，可以选用这种传动方式。
②三角皮带传动 三角皮带传动可以得到比较大的传动比，最高可达10，并且两皮带轮的中心距可以比较近。此外，以这种方式运转时振动小，效率高，故可用于许多场合。其缺点是，寿命较短，成本较高。
（8）电动机的安装 对于安装位置固定的电动机，在使用过程中，如果不是与其他机械配套安装在一起，则均应采用混凝土或砖砌成的基础。混凝土基础要在电机安装前15天做好；砖砌基础要在安装前7天做好。基础面应平整，基础尺寸应符合设计要求，并留有装地脚螺栓的孔眼，其位置应正确，孔眼要比螺栓大一些，以便于灌浆。地脚螺栓的下端要做成钩形，以免拧紧螺栓时，螺栓跟着转动。浇灌地脚螺栓可用1:1的水泥砂浆，灌浆前应先用水将孔眼灌湿冲净，然后再灌浆捣实。
至于经常流动使用的电动机，可因地制宜，采用合适的安装结构。但必须注意，不管在什么情况下，都要保证有足够的强度，避免造成不必要的人身设备事故。
选择安装电动机的地点时一般应注意以下几点：
①尽量安装在干燥、灰尘较少的地方。
②尽量安装在通风较好的地方。
③尽量安装在较宽敞的地方，以便于进行日常操作和维修。
（9）电动机的安装与校正
①电动机的水平校正 电动机在基础上安放好后，首先应检查它的水平情况，可用普通水平仪来校正电动机的纵向和横向的水平情况。如果不平，可用0.5～5mm厚的钢片垫在机座下进行找平。不能用木片和竹片垫在机座下，以免在拧紧螺母或在以后电动机运行中木、竹片变形或碎裂。
校正好电动机水平后，再校正传动装置。
②皮带传动的校正 用皮带传动时，必须使电动机皮带轮的轴和被传动机器皮带轮的轴保持平行位置，同时还要将两皮带轮宽度的中心线调整到同一直线上来。
③联轴器的传动的校正
a.以机器或泵为基准调整两联轴器，使之轴向平行，若不平行，则应加垫或减垫。
b.找正两联轴器平面，如两联轴器上面间隙大，则减少前面垫铁；如下面间隙大，则减少后边垫铁。两联轴器容许平面间隙应合乎表1-7的规定。
表1-7 两联轴器容许平面间隙
