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1、机械设计中电机选型的五个要点电机选型需要的基本内容有：所驱动的负载类型、额定功率、额定电压、 额定转速、其他条件。一、所驱动的负载类型这个得反过来从电机特点说。电机可以简单划分为直流电机和交流电 机，交流又分为同步电机和异步电机。1、直流电机直流电机的优点是可以方便地通过改变电压调节转速，并可以提供较大 的转矩。适用于需要频繁调节转速的负载，如钢厂的轧机，矿山的提升机 等。但现在随着变频技术的发展，交流电机也可以通过改变频率来实现调 节转速。不过虽然变频电机价格比普通电机贵不了多少，但变频器价格在 整套设备中占据主要部分，所以直流电机还有一个优点是便宜。直流电机的缺点在于结构复杂，任何设备只要
2、结构复杂，必然导致故障 率增加。直流电机相比于交流电机，除了绕组复杂（励磁绕组、换向极绕 组、补偿绕组、电枢绕组），还增加了滑环、电刷和换向器。不仅对制造 商的工艺要求高，而且后期维护成本也相对较高。因此直流电机在工业应 用中是处在一个逐渐没落但过渡阶段仍有用武之地的尴尬境地。如果用户 资金比较充裕的话，建议选择交流电机配变频器的方案，毕竟使用变频器 也带来很多好处，这个不细说了。2、异步电机异步电机的优点在于结构简单，性能稳定，维护方便，价格便宜。且制 造工艺上也是最简单的，曾听车间的老技师说过，装配一台直流电机的所 用工时，可以完成差不多功率的两台同步电机或者四台异步电机，由此可 见一斑。
3、因此异步电机在工业中得到了最广泛的应用。异步电机又分为鼠笼型电机和绕线型电机，其区别在于转子。鼠笼型电机转子由金属条制成，铜制或铝制。铝的价格比较低，我国又 是铝矿大国，在要求不高的场合应用广泛。但铜的机械性能和导电性能都 好于铝，就我所接触的绝大部分都是铜制转子。鼠笼型电机在工艺上解决 了断排的问题后，可靠性远远超过绕组型转子的电机。而其缺点在于，金 属转子在旋转的定子磁场中切割磁感线获得的转矩较小，且起动电流较大， 对起动力矩要求较大的负载难以胜任。尽管增加电机铁心长度可以获得更 多的转矩，但力度十分有限。绕线型电机在启动时通过滑环给转子绕组通 电，形成转子磁场，与旋转的定子磁场相对运动，
4、因此获得转矩更大。且 在启动过程中串联水电阻来降低启动电流，水电阻由成熟的电控装置控制 随启动过程改变阻值。适用于轧机、提升机等负载。由于绕线型异步电机 相对鼠笼型电机增加了滑环、水电阻等，在整体设备价格上有一定提高。 其与直流电机相比，调速范围较为狭窄且转矩相对较小，相应价值也低。然而异步电机由于给定子绕组通电建立旋转磁场， 而绕组属于电感性元 件不做功，要从电网中吸收无功功率，对电网冲击很大。直观体验有大功 率电感性电器接入电网时，电网电压下降，电灯亮度一下都降低。因此供 电局对异步电动机的使用会有所限制，这也是很多工厂必须考虑的地方。 部分用电大户如钢厂、铝厂等，选择建立自备电厂，形成自
5、己独立的电网， 以减免对异步电动机的使用限制。所以异步电动机如果要满足大功率负载 使用，需配备无功功率补偿装置，而同步电动机则可通过励磁装置向电网 提供无功功率，功率越大同步电动机的优势就越明显，由此产生了同步电 动机的舞台。3、同步电动机同步电动机的优点除了过励状态可以补偿无功功率外，还包括 1）同步 电动机的转速严格遵守 n=60f/p ，可以精确控制转速； 2）运行稳定性高， 当电网电压突然下降，其励磁系统一般会强行励磁，保证电动机运行稳定， 而异步电动机转矩（与电压平方成正比）则会大幅下降； 3）过载能力比相 应异步电动机大； 4）运行效率高，尤其是低速同步电动机。同步电动机无法直接启
6、动，需要异步启动或变频启动。异步启动指同步 电动机在转子上装有类似于异步电机笼式绕组的启动绕组，在励磁回路中 串接约为励磁绕组电阻值 10 倍的附加电阻来构成闭合电路，把同步电动机 的定子直接接入电网，使之按异步电动机启动，当转速达到亚同步转速 （95%）时，再切除附加电阻的启动方式；变频启动不多赘述。所以同步电 动机缺点之一是需要为启动增加额外的设备装置。同步电机是靠励磁电流运行的，如果没有励磁，电机就是异步的。励磁 是加在转子上的直流系统，它的旋转速度和极性与定子是一致的，如果励 磁出现问题，电动机就会失步，调整不过来，触发保护“励磁故障”电动 机跳闸。所以同步电动机缺点之二是需要增加励磁
7、装置，以前是由直流机 直接供给，现在大多由可控硅整流供给。还是那句老话，结构越复杂、设 备装置越多，故障点就越多，故障率越高。根据同步电机的性能特点， 其应用主要在提升机、 磨机、风机、压缩机 轧机、水泵等负载上。综上所述，选择电动机的原则是电动机性能满足生产机械要求的前提 下，优先选用结构简单、价格便宜、工作可靠、维护方便的电动机。在这 方面交流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机， 鼠笼型异步电动机优于绕线型异步电动机。负载平稳，对起、制动无特殊要求的连续运行的生产机械，宜优先选用 普通鼠笼型异步电动机，其广泛用于机械、水泵、风机等。起动、制动比较频繁，要求有较大的起动、
8、制动转矩的生产机械，如桥 式起重机、矿井提升机、空气压缩机、不可逆轧钢机等，应采用绕线式异 步电动机。无调速要求，需要转速恒定或要求改善功率因数的场合，应采用同步电 动机，例如中、大容量的水泵，空气压缩机、提升机、磨机等。调速范围要求在1：3以上，且需连续稳定平滑调速的生产机械，宜采 用他励直流电动机或用变频调速的鼠笼式异步电动机或同步电机，例如大 型精密机床、龙门刨床、轧钢机、提升机等。要求起动转距大，机械特性软的生产机械，使用串励或复励直流电动机, 例如电车、电机车、重型起重机等。二、额定功率电动机的额定功率是指输出功率，即轴功率，也称容量大小，是电动机 标志性参数。常有人问电机多大的，一
9、般不是指电机的尺寸大小，而是指 额定功率。它是量化电动机拖动负载能力的最重要的指标，也是电机选型 时必须提供的参数要求。正确选择电动机容量的原则，应在电动机能够胜任生产机械负载要求的 前提下，最经济最合理地决定电动机的功率。若功率选得过大，设备投资 增大，造成浪费，且电动机经常欠载运行，效率及交流电动机的功率因数 较低；反之，若功率选得过小，电动机将过载运行，造成电动机过早损坏。决定电动机主要功率的因素有三个：1）电动机的发热与温升，这是决定电动机功率的最主要因素；2）允许短时过载能力；3）对异步鼠笼型电动机还要考虑起动能力。首先具体生产机械根据其发热、温升及其负载要求，计算并选择负载功 率，
10、电动机再根据负载功率、工作制、过载要求预选额定功率。电动机的 额定功率预选好后，还要进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。 若其中有一项不合格，须重新选择电动机，再进行校核，直到各项都合格 为止。因此工作制也是必要提供的要求之一，若无要求则默认按最常规的 si工作制处理；有过载要求的电机也需要提供过载倍数及相应运行时间； 异步鼠笼型电机驱动风机等大转动惯量负载时，还需要提供负载的转动惯 量及起动阻力矩曲线图来校核起动能力。以上关于额定功率的选择是在标准环境温度为40 C前提下进行的。若电动机工作的环境温度发生变化，则必须对电动机的额定功率进行修正。根 据理论计算和实践，在周围环境温度不同时
11、，电动机的功率可粗略地按下 表相应增减。因此气候恶劣地区还需要提供环境温度，例如印度，环境温度就需要按 50C进行校核。此外，高海拔对电机功率也会有影响，海拔越高，电机温 升越大，输出功率越小。并且高海拔使用的电机还需考虑电晕现象的影响。对于目前市场上电动机的功率范围， 谨列举所掌握的本人所在公司业绩 表数据以供参考。直流电机：ZD9350 （磨机）9350kW异步电机：鼠笼型YGF1120-4 （高炉风机）28000kW绕线型YRKK1000-6 （生料磨机）7400kW同步电机：TWS36000-4 （高炉风机）36000kW （试验机组达到40000kW）三、额定电压电动机的额定电压，是
12、指在额定工作方式下的线电压。电动机的额定电压的选择， 取决于电力系统对该企业的供电电压和电动 机容量的大小。交流电动机电压等级的选择主要依使用场所供电电压等级而定。 一般低 电压网为380V,故额定电压为380V（Y或接法）、220/380V（ /Y接法）、 380/660V（ /Y接法）3种。低压电机功率增大到一定程度（如300KW/380V）, 电流受到导线承受能力的限制就难以做大，或成本过高。需要通过提高电压实现大功率输出。 高压电网供电电压一般为为 6000V 或 10000V ，国外 也有3300V、6600V和11000V的电压等级。高压电机优点是功率大，承受冲击能力强；缺点是惯性
13、大，启动和制动都困难。直流电动机的额定电压也要与电源电压相配合。一般为 110V、 220V 和 440V。其中220V为常用电压等级，大功率电机可提高到 6001000V。当交 流电源为 380V ，用三相桥式可控硅整流电路供电时，其直流电动机的额定 电压应选 440V ，当用三相半波可控硅整流电源供电时，直流电动机的额定 电压应为 220V。四、额定转速电动机的额定转速，是指在额定工作方式下的转速。电动机和由它拖动的工作机械都有各自的额定转速。 在选择电动机的转 速时，应注意转速不宜选的过低，因为电动机额定转速越低，其级数越多， 体积就越大，价格也就越高；同时，电动机的转速也不宜选的过高，
14、因为 这样会使传动机构过于复杂，而且难以维护。此外功率一定时，电机转矩与转速成反比。所以启动、制动要求不高者可从设备初始投资、占地面积和维护费用等 方面，以几个不同的额定转速进行全面比较，最后确定额定转速；而经常 启动、制动及反转，但过渡过程持续时间对生产率影响不大者，除考虑初 始投资外，主要以过渡过程量损耗最小为条件来选择转速比及电动机额定 转速。例如提升机电机，需要频繁正反转且转矩很大，转速就很低，电机 体积庞大，价格昂贵。当电机转速较高时，还需考虑电机的临界转速。电机转子在运转中都会 发生振动，转子的振幅随转速的增大而增大，到某一转速时振幅达到最大 值（也就是平常所说的共振），超过这一转
15、速后振幅随转速增大逐渐减少， 且稳定于某一范围内，这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。这 个转速等于转子的固有频率。当转速继续增大，接近 2 倍固有频率时振幅 又会增大，当转速等于 2 倍固有频率时称为二阶临界转速 ，依次类推有三 阶、四阶等临界转速。转子如果在临界转速下运行，会出现剧烈的振动， 而且轴的弯曲度明显增大，长时间运行还会造成轴的严重弯曲变形，甚至 折断。电机的一阶临界转速一般在 1500 转/分以上，故而常规低速电机一 般不考虑临界转速的影响。反之，对 2 极高速电机，额定转速接近 3000 转 /分，则需考虑该影响，需避免让电机长期使用在临界转速范围。一般来说，提供了驱动的负载类型、电机的额定功率、额定电压、额定 转速便可以将电机大致确定下来。但如果要最优化地满足负载要求，这些 基本参数就远远不够了。还需要提供的参数包括：频率，工作制，过载要 求，绝缘等级，防护等级，转动惯量，负载阻力矩曲线，安装方式，环境 温度，海拔高度，户外要求等，根据具体情况提供。
