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如何对电机进行分类？
电机的分类方法较多，对于工农业生产及家用电器中常用的电机，一般按照以下方法分类。
（1）按工作电源分类。电机根据使用电源的不同，主要分为直流电机和交流电机两大类，而两大类中又分了许多类型，如表1-10所示。
表1-10 电机按工作电源分类
另外，还有一种单相串励电机，它既可以使用直流电，也可以使用交流电。
（2）按结构及工作原理分类。电机按结构及工作原理可分为异步电机和同步电机。
同步电机还可分为永磁同步电机、磁阻同步电机和磁滞同步电机。
异步电机可分为感应电机和交流换向器电机。感应电机又分为三相异步电机、单相异步电机和罩极异步电机。交流换向器电机又分为单相串励电机、交直流两用电机和推斥电机。
（3）按用途分类。电机按用途可分为驱动用电机和控制用电机。
驱动用电机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电机、家用电器（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电机及其他通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电机。
控制用电机又分为步进电机和伺服电机等。
（4）按转子的结构分类。电机按转子的结构可分为笼型感应电机（旧标准称为鼠笼型异步电机）和绕线转子感应电机（旧标准称为绕线型异步电机）。
（5）按运转速度分类。电机按运转速度可分为高速电机、低速电机、恒速电机、调速电机。
低速电机又分为齿轮减速电机、电磁减速电机、力矩电机和爪极同步电机等。
调速电机除可分为有级恒速电机、无级恒速电机、有级变速电机和无极变速电机外，还可分为电磁调速电机、直流调速电机、PWM变频调速电机和开关磁阻调速电机。
（6）电机还可以按照外壳防护型式、冷却方法、安装型式、使用环境条件、绝缘结构、励磁方式和工作制等特征进行分类，如表1-11所示。
表1-11 电机的其他几种分类方法
由于电机的用途非常广泛，电机分类还可以有其他方法。例如，按机座号大小（或功率大小），可分为大型、中型和小型电机。
选用电机的基本要求有哪些？
选用电机的基本要求可归纳为以下几点：
（1）电机的结构型式应满足使用环境和安装方法的要求，绝缘等级应与负载性质和环境温度等要求相适应。
（2）电机全面满足被驱动机械负载的各种要求，如负载性质、工作制、转速、加速度、启动、制动、过载能力以及调速特性等，电机的负载率可按负载性质在0.75～0.9选择。
（3）按技术与经济的合理性原则选择电机的类型（直流电机、异步电机、同步电机等）、电压等级（低压、高压等）、结构型式（外壳防护、安装方法、防爆等）和冷却方法（空冷、水冷等），以保证电机和生产机械的可靠性和经济性。
（4）所选电机除应满足被驱动机械负载以及使用环境的要求外，还应满足供电电网的要求。对于容量较小的电网，特别应考虑电机启动电流引起的电网电压降低的影响以及保持电网功率因数的合理范围。
（5）在满足性能的前提下应优先采用交流电机。
电机选择的主要内容有哪些？
根据上述选用电机的基本要求可知，电机选择的主要内容有：使用环境、结构型式、电机类型、电压等级、额定转速、额定功率等。
上述内容可归纳为两个方面：使用环境条件和电气运行条件。
如何根据使用环境选用电机？
所谓使用环境，主要是指电机运行地点的海拔高度、环境空气温度、环境空气相对湿度以及是否有爆炸性危险环境等，如表1-12所示。一般情况下，电机在这些环境条件下应满载正常运行。
表1-12 根据使用环境选用电机
当运行条件与表1-12规定的基本使用环境条件一致时，电机绕组温升限值应进行如下修正。
（1）如指定的最高环境温度或实际最高冷却介质温度在40℃～60℃之间时，规定的温升限值减去指定的最高环境温度应高于40℃的差值。
（2）如指定的最高环境温度或实际最高冷却介质温度在0℃～40℃之间时，温升限值一般不增加，除非在制造厂与用户之间达成协议后方允许增加，但应不超过指定的最高环境温度低于40℃的差值。
（3）如指定的最高环境温度或实际最高冷却介质温度超过60℃或低于0℃时，或者运行地点的海拔超过4000m时，温升限值应由制造厂和用户协议商定。
（4）凡有下列情况之一者，都应作为特殊环境条件，应选用对该种环境有相应防护措施的电机，或是对电机另外设置特殊的防护装置。
① 空气中混有腐蚀性化学物质气雾或易燃、易爆气体。
② 空气中混有易燃、易爆或导电粉尘。
③ 混有蒸汽、盐雾或油雾的环境。
④ 混有纤维或多尘的环境，往往粉尘的积累会影响到电机的通风。
⑤ 潮湿或很干燥的场所，存在虫害或有助于细菌生长的条件。
⑥ 存在辐射热或放射性辐射的环境。
⑦ 存在外加异常的冲击、振动或轴上异常的轴向力。
⑧ 水下、泥浆或淋水的环境。
（5）海拔在1000m以上，每100m所需的环境温度降低补偿值按表1-13中的规定值的1%计算。
表1-13 电机用空气间接冷却的温升限值（单位：K）
续表
如何根据电气运行条件选用电机？
电机选择电压值，取决于电力系统对企业的供电电压。要求电机的额定电压要与供电电源的电压相一致。
小型三相交流电机的额定电压一般为380V，中、大型交流电机的额定电压则为3000V或6000V。直流电机的额定电压一般为110V或220V。
当直流电机采用静止整流电源直接接交流电网供电时，若采用单相220V交流电源，直流电机的额定电压为160V；采用三相380V交流电源、三相全波整流电路供电时，直流电机的额定电压为400V（不可逆）或440V（可逆）；采用三相半波整流电源供电时，直流电机的额定电压为220V。
有关标准规定，电机在运行期间电源电压和频率在下列范围内变化时，电机的输出功率仍能维持额定值。
（1）当电源频率为额定值时，电压在额定值的95%～105%之间变化，但此时电机性能允许与标准的规定不同，且当电压变化达上述极限而电机连续运行时，其温升超过的最大允许值为：对于额定功率为1000kW（或kV·A）及以下的电机为10K（开尔文温度）；对于额定功率为1000kW（或kV·A）以上的电机为5K（开尔文温度）。
（2）若电源电压为额定值，电源频率对额定值的变化不超过±1%。
（3）当电源电压和频率同时发生变化（两者变化分别不超过额定值的±5%和±1%），若两者变化都是正值，两者之和不超过额定值的6%；或两者变化都是负值或分别为正与负值，两者绝对值之和不超过额定值的5%。
（1）一般交流电源，电压为实际正弦波，三相电源电压应为实际平衡系统。
所谓电压为实际正弦波，就是电压波形的正弦性畸变率（指电压波形中不包括基波在内的所有各次谐波有效值平方和的平方根值对该波形基波有效值之比）不超过5%。
所谓实际平衡电压系统指在多相电压系统中，电压的负序分量不超过正序分量的1%（长期运行）或1.5%（不超过几分钟的短时运行），且电压的零序分量不超过正序分量的1%。
当电源电压的波形和平衡性能同时为所规定偏差的极限，电机应不产生有害的高温，其温升或温度允许超过规定的限值，但不超过10K（开尔文温度）。
有关标准规定，在进行电机温升试验时，电源电压的波形正弦形畸变率应不超过2.5%，电压的负序分量在消除零序分量的影响后，应不大于正序分量的0.5%。
（2）直流电源，根据电机的使用条件和电压高低，可选用干电池、蓄电池、直流发电机组和静止整流电源。前三者属低纹波电源，可对直流电机供电，一般无异常情况，但应注意干电池和蓄电池随放电过程其内阻加大且端电压降低。由整流电源供电的电机，必须使得电机在额定负载时，其电枢电流的波形因数（电流方均根值对电流平均值之比）小于或等于电机的额定波形因数，否则，电机可能会过热或产生较大的火花，甚至不能工作。
上述条件如不能满足时，除了设法降低整流电源的纹波以外，也可以在电枢回路中串联电感，抑制电流谐波，降低其波形因数，减少电损耗和改善换向。
如何选择电机的类型？
选择电机类型时，首先考虑的是电机的性能应能全面满足被驱动机械负载的要求，如启动性能、正反转运行、调速性能、过载能力等。在这个前提下，优先选用结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜的电机。
一般情况下，对于不需要调速或对调速要求不高的生产机械，可优先选用笼型三相感应电机。这时应充分考虑电机的启动容量与电源容量的对应关系。普通笼型电机的启动转矩不大，特别是采用降压启动时，只适用于空载或轻载启动的场合，如风机、泵类负载等。高启动转矩的笼型电机（深槽式、双笼式）可应用于重载启动的生产机械，如压缩机、皮带运输机等。对于需要有级调速的生产机械，可选用变级多速笼型电机，如电梯、机床等。对于带有飞轮的冲击性负载，则应选用高转差率笼型电机，如冲压机床、锻压机床等。
在有爆炸、火灾危险场所及井下，应按照有关规定选用具有防爆结构的电机。一般可按照以下顺序选择防爆电机：优先选用防爆安全型电机（YA）、隔爆型电机（YB）、防爆通风型充气型电机。
不同种类的电机具有不同的特点和用途，表1-14列出了不同电机的主要性能特点及应用，可供选择电机时参考。
表1-14 不同种类电机的主要性能特点及应用
同步电机有哪些类型，如何选用同步电机？
同步电机属于交流电机，定子绕组与异步电机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的，所以称为同步电机。
同步电机包括励磁同步电机和永磁同步电机两种类型，其优缺点及应用场合如表1-15所示。
表1-15 励磁同步电机和永磁同步电机比较
异步电机有哪些类型，如何选用异步电机？
异步电机广泛应用于工农业和国民经济各部门，作为机床、风机、水泵、压缩机、起重运输机械、建筑机械、食品机械、农业机械、冶金机械、化工机械等的动力。在各类电机中，异步电机应用最广。
异步电机可分为笼型异步电机和绕线转子异步电机。按用途可分为一般用途异步电机和专用异步电机，其中基本系列为一般用途的电机；派生系列电机系基本系列电机的派生产品，为适应拖动系统和环境条件的某些要求，在基本系列上作部分改动而导出的系列。专用电机与一般用途的基本型电机不同，具有特殊使用和防护条件的要求，不能用派生的办法解决，需按使用和技术要求进行专门设计。
异步电机具有以下特点：
（1）笼型电机结构简单，容易制造，价格低廉。
（2）绕线转子电机可以通过在转子回路中串电阻、频敏变阻器或通过双馈改变电机特性，改善启动性能或实现调速。
（3）功率因数及效率比同步电机低。
（4）调速控制系统比同步电机简单。
选用异步电机时，应综合考虑一次投资及运行费用，使整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。
在生产机械要求不高的场合，如机床、水泵、通风机等可优先选择使用三相鼠笼式异步电机；在启动转矩要求较大的场合，如空气压缩机、皮带传输机等，普遍使用具有启动转矩较大的三相鼠笼电机，如斜槽式、深槽式或双鼠笼式等异步电机；在要求具备有级调速的场合，应用双速、三速或者四速等鼠笼式异步电机；在启动、制动频繁且启动制动转矩较大及有一定调速要求的场合，如桥式起重机、矿井提升机、电梯等，则应优先选用绕线式三相异步电机。
直流电机有何优点，其主要用途是什么？
直流电机的最大优点是运行转速可在宽广的范围内任意控制，无级变速，由直流电机组成的调速系统和交流调速系统相比，直流调速系统控制方便，调速性能好，变流装置结构简单，长期以来在调速传动中占统治地位。目前虽然交流调速技术迅速发展，但直流调速在近一个时期不可能被淘汰，尤其在我国，高性能的交流调速定型产品尚少，直流调速理论根深蒂固，并在发展中不断充实，交流调速技术替代直流调速需要经历一个较长的历程。因此在比较复杂的拖动系统中，仍有很多场合要用直流电机。
直流电机根据励磁方式的不同，可分为他励电机、并励电机、串励电机和复励电机。各种直流电机的用途如表1-16所示。
表1-16 各种直流电机的用途
续表
如何选用直流电机？
在要求启动转矩较大、启动性能较好，调速平滑性较好、调速范围较大且调速精度高、准确的场合（比如高精度的数控机床、SMT贴片机系统、龙门刨床、可逆轧钢机、造纸机、矿井卷场机等生产机械）应优先选用他励直流电机来拖动；在要求启动转矩大、机械特性较软的场合，如电车、重型起重机、牵引机车等，则常选用串励直流电机。
虽然在某些生产机械要求较高的场合，不得不选用直流电机，但随着变频器技术的发展及应用，某些交流电机的性能或将与直流电机媲美。
小功率电机的选用
主要类型的小功率电机性能特点及典型应用如表1-17所示。
表1-17 小功率电机性能特点及典型应用
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连续工作制电机如何选择额定功率？
确定电机额定功率的最基本的方法是依据机械负载变化的规律，绘制电机的负载图，然后根据电机的负载图计算电机的发热和温升曲线，从而确定电机的额定功率。所谓负载图，是指功率或转矩与时间的关系图。
在选择连续恒定负载的电机时，只要计算出负载所需功率P L ，选择一台额定功率P N 略大于P L 的连续工作制电机即可。
对启动比较困难（静阻转矩大或带有较大的飞轮力矩）而采用笼型转子异步电机或同步电机的场合，应校验其启动能力。如果环境温差很大，则需要修正负载功率P L 。
在实际工程实践中，非标准工作环境下功率修正可按表1-18进行。
表1-18 负载功率修正表
当电机拖动周期性变化负载时，其温升也必然做周期性的波动。在变动负载下，可以根据负载预选一台电机，然后给出电机拖动该负载运行时的发热曲线，并校验温升最大值是否超过电机温升允许值，这种方法为直接法。
（1）首先作负载图（如图1-3所示），求取平均等效功率P eq 。
（2）预选一台电机，根据上述负载图，按经验公式选择电机额定功率P N 。
当负载变化剧烈时，系数取大些，因为电机可变损耗与电流平方成正比，在过渡过程中，电机损耗较大，发热较严重。若过渡过程在整个工作过程中占较大比重，则取偏大值。
图1-3 周期性变化负载连续工作制电机的负载图及温升曲线
短时工作制电机如何选择额定功率？
短时工作制的负载，应选用专用的短时工作制电机。在没有专用电机的情况下，也可以选用连续工作制电机或断续周期工作制电机。
短时工作制电机的额定功率是与铭牌上给出的标准工作时间（10min、30min、60min、90min）相应的，如果短时工作制的负载功率恒定，并且工作时间与标准工作时间一致，这时只需选择具有相同标准工作时间的短时工作制电机，并使电机的额定功率稍大于负载功率即可。
如果在一个周期内，负载的变化包括启动、运行、制动和停歇等过程，其实际温升还要高一些，因此一般应把平均损耗、等效电流或功率等参数选得大一些。
短时工作的生产机械，也可选用连续工作制的电机。这时，从发热的观点上看，电机的输出功率可以提高。为了充分利用电机，选择电机额定功率的原则应是在短时工作时间内达到的温升恰好等于电机连续运行并输出额定功率时的稳定温升，即电机绝缘材料允许的最高温升。
在没有合适的短时工作制电机时，可选用断续周期工作制电机。负载持续率F S 与短时负载的工作时间et run 之间的对应关系为：
断续周期工作制电机如何选择额定功率？
断续周期工作制的电机，其额定功率是与铭牌上标出的负载持续率相对应的。如果负载图中的实际负载持续率F SR 与标准负载持续率F SN （15%，25%，40%，60%）相同，且负载恒定，则可直接按产品样本选择合适的电机。当F SR 与F SN 不同时，就需要把F SR 下的实际功率P R 换算成F SN 下的功率P：
选择电机的额定功率，应不小于P。
若F S <10%，选短时工作制电机；F S >70%时，选连续工作制电机。
选择电机额定转速的原则是什么？
电机和由它拖动的工作机械都有各自的额定转速，最佳要求二者基本一致。额定功率相同的电机，额定转速高时，其体积小，价格低。由于生产机械的转速有一定的要求，电机转速越高，传动机构的传动比就越大，导致传动机构复杂，增加了设备成本和维修费用。因此，应综合考虑电机和生产机械两方面的各种因素后再确定较为合理的电机额定转速。应遵循的原则如下：
（1）对连续运转的生产机械，可从设备初投资、占地面积和运行维护费用等方面考虑，确定几个不同的额定转速，进行比较，最后选定合适的传动比和电机的额定转速。
（2）经常启动、制动和反转，但过渡过程时间对生产率影响不大的生产机械，主要根据过渡过程能量最小的条件来选择电机的额定转速。
（3）电机经常启动、制动和反转，且过渡过程持续时间对生产率影响较大的生产机械，则主要根据过渡过程时间最短的条件来选择电机的额定转速。
常用生产机械如何选配电机的额定转速？
对于一些不需调速的高、中速机械，如水泵、鼓风机、空气压缩机等，可选用相应转速的电机不经机械减速机构直接传动。需要调速的机械，电机的最高转速应与生产机械转速相适应。若采用改变励磁的直流变速电机时，为充分利用电机容量，应选好调磁调速的基速。又如某些轧钢机械、提升机等，工作速度较低，经常处于频繁地正、反转运行状态，为缩短正、反转过渡时间，提高生产效率，降低消耗，并减小噪声，节省投资，选择适当的低速电机，采用无减速机的直接传动更为合理。
常用生产机械选配电机的额定转速如下。
（1）泵类：主要选择4极电机。
（2）压缩机：皮带传动时一般选用4极或者6极电机，直接传动时一般选用6极或8极电机。
（3）风扇、鼓风机：大多数选用2极或者4极电机。
（4）轧机、粉碎机：大多数选用2极、8极或者10极电机。
我们通常应用的电机大部分是选用4极1500r/min的电机，因为这种额定转速的电机适应范围广，而且其功率因数和工作效率也较高。
电机转速不宜选择过低，因为电机额定转速越低，其极数越多，体积越大，价格越高，而且效率也较低。电机转速也不宜选择过高，因为这样会使传动机构过于复杂，而且难以维护。
电机转速通常有3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min及600r/min等多种，异步电机额定转速由于存在转差率，一般要比上述转速低2%～5%。