论YZR系列电动机特点及工作制和负载持续率确定方法

2022-05-20马小平MAXiaoping

价值工程 2022年18期

关键词：集电环电刷工作制

马小平 MA Xiao-ping

（北京首创环境科技有限公司，北京 100044）

0 引言

YZR系列电动机可以耐高温，抗粉尘污染，适用于变频调速系统，能在频繁的、显著的机械振动和冲击下正常运行。通常用在起重、冶金、化工、钢铁、建筑医药、轻工、运输、军工、污水处理等行业。

1 特点

1.1 性能特点

1980年，由第一机械工业部统一组织设计试制YZR系列起重电动机，采用国际IEC、ISO标准，改进了电磁设计和密封结构，使电动机的寿命和可靠性有了显著的提高，与同类型的起重电动机JZ2、JZR2系列相比，效率提高了1.9%，功率因素提高了9.4%，接近世界先进水平。

该系列电动机额定频率为50Hz，允许频率偏差±1%；额定电压为380V或440V，允许电压偏差±5%；外壳防护等级通常为IP44或IP45；冷却方式：YZR112-132为自冷式，YZR160-400为外风扇冷却；功率为132千瓦和小于132千瓦的定子绕组用Y接法，其余的用△接法。

该系列电动机的绝缘等级通常分为F级和H级两种，两种绝缘结构的技术参数相同，只是温升限值不同，空气间接冷却绕组的温升限值：当电动机运行地点海拔不超过1000米，最高环境温度不超过40℃为基础时，F级绝缘为105K，最高环境温度不超过60℃为基础时，H级绝缘为105K。

1.2 结构特点

该系列电动机结构紧凑、坚固，轴伸直径大，电动机180mm中心高及以上电动机的轴伸为圆锥形，以便于安装和有较好的同心度。电动机轴伸的轴向窜动量：100-180机座号不大于1mm，200-400机座号不大于2mm。电动机的基座和端盖的散热槽进行了垂直及水平分布设计，提高了电动机自身的散热能力。定子接线盒位于电动机顶部，靠近非轴伸端，转子不设接线盒，靠密封性能良好的防水接头出线。

密封性能好，轴的贯通部分设有防水环，防止雨水的侵入。电动机的外面覆有钢制盖板，防止日晒和外物的打击。电动机各空腔与外面贯通的气隙，均设有密封垫，接线盒口设有专门的防护，以防止灰尘和水的侵入。电动机的底部设有排水孔，用以排除电动机内部形成的冷凝水。该系列电动机防护等级可达到IP55。

传动方式：该电动机的传动方式有联轴器式和正齿轮传动式两种，采用正齿轮的传动方式时，正齿轮的节圆直径必须大于轴伸直径的2倍。

YZR系列电动机刷握装有最新设计的恒压弹簧，当电刷在运行中磨损时，集电环与电刷之间的压力能保持不变。

1.3 注意事项

YZR系列电动机运行中，实测电流值不得超过电动机铭牌上注明的额定电流值，另外，电动机的三相电流不平衡度在空负荷时不得超过10%，在中负荷及以上时不得超过5%，电动机的三相电压不平衡度不得超过1.5%。电动机铁芯或机壳温升应不超过该电动机绝缘等级所规定的温升值。

YZR系列电动机在投入使用前，有一个先决条件，那就是电动机的转子需要另外接相应规格型号的电抗器或电阻器等，主要目的是降低电动机的起动电流和提高电动机的起动转矩，也可以说是扭矩，电动机的起动电流平均值应该小于在各工作制额定电流的2倍之内。

串联接在电动机三相转子绕组中的外电阻，通常都接成星型。在起动之前，电动机的外接电阻全部接入电路，电动机在起动过程结束时，其接入的外电阻被一级一级的短接。其短接的方法有三相电阻平衡短接法和三相电阻不平衡短接法。前者的成本会高一点，但是对电动机的正常运行和使用是比较有利的。后者控制线路简单，但对电动机有一定影响，因存在不对称电流，因此，通常只用在中小型电机上。

因为YZR系列电动机的应用场合比较特殊，所以它的工作状态也是会经常发生变化的，特别是当电动机处在升降状态、反接状态、正反转状态、反馈制动状态和能耗制动状态的时候，控制电路及电动机将会受到几倍额定电流的冲击，这样就导致了配套电器设备、设施使用寿命的缩短。所以，我们在设计该电动机的控制回路时，需要特别留心，充分考虑各种因素，将冲击电流尽量的减少或消纳。

YZR系列电动机的集电环每周应该检查一次，同时要清除电动机表面的灰尘，电动机风扇罩上的异物要及时进行清理，按照笔者的经验，该电动机每个月进行一次小修，年底进行一次大修，做到查漏补缺。

YZR系列电动机在进行清理和检查时，打开观察窗盖板和排尘孔盖，应把集电环室清扫干净。如果集电环表面有尘埃或油污时，可用浸汽油的抹布把尘埃、油污擦净，待汽油挥发后方可允许开机。对于YZR电动机，运行中应经常观察电刷火花的大小，查看电刷和集电环表面的磨损情况。

当集电环表面被磨损或被火花灼伤发黑时，轻微的可用细砂布小心地打磨光，并将磨料清理干净，严重的（如出现凹槽），则需精车集电环的表面，使粗糙度达到1.6，径向跳动小于0.04mm。刷握底面到集电环表面的距离应保持3mm左右。当电刷磨损到不能保持正常位置和压力时，或电刷磨损到原高度的1/3时，应按说明书的要求更换刷块，更换后的新电刷与集电环接触面需加工成相应的圆弧，保证电刷与集电环有良好的接触（接触面不小于总面积的75%）。加工时用细砂布固定在集电环表面，将电刷模拟工况在砂布上磨削成所需的圆弧。

2 选用

YZR系列电动机有6极、8极和10极，功率从1.5kW到200kW不等，机座中心高从112mm到400mm。那么如何选用呢，除了通常要考虑的基本因素外，还要重点考虑电动机的工作制和负载持续率，下面笔者进行了简单阐述。

2.1 如何确定YZR系列电动机工作制

电动机的工作制主要指的是电动机在不同负荷下所允许的循环间隔时间，它分为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10，每一种工作制都对应一种工况，它的分类是对电机承受负荷情况的定义。YZR系列电动机常用的是S3、S4、S5，下面重点介绍这三种工作制。

S3——断续周期工作制：

运行工作周期相同，每个周期都含有一部分恒定负荷运行时间段和一部分断能时间段。该工作制中的周期起动电流不会对温升产生太大影响。（见图1）

图1 （S3）

S4——包含起动的断续周期工作制：

运行工作周期相同，每个周期都含有一部分对温升有明显影响的起动时间段、恒定负荷运行时间段和一部分断能时间段。（见图2）

图2 （S4）

S5——包含电制动的断续周期工作制：

运行工作周期相同，每个周期都含有一部分起动时间段、恒定负荷运行时间段、快速电制动时间段和断能时间段。（见图3）

图3 （S5）

工作制确定之前，还有一个重要指标，即起动等级，什么是起动等级呢，就是在电动机驱动惯量小于或等于规定值时，电动机的每单位小时所允许的最多起动次数。按照规定它分为6次/时、150次/时、300次/时和600次/时。以上的电动机起动次数都是按照全起动次数进行计算的。能耗制动、反接制动，还有点动则需要换算成电动机的全起动次数，换算规则如下：

每一次点动的热等效当量相当于0.25次全起动。点动就是电动机的一次不完全起动，在这个过程中，电动机的运行转速不得超过1/4额定转速。

每一次能耗制动，即制动到1/3额定转速时，它的热等效当量相当于0.8次全起动。

而每一次反接制动的热等效当量则相当于1.8次全起动。

根据以上换算规则，我们可以确定下来电动机每单位小时等效全起动次数，这样也就确定了电动机的工作制。（YZR电动机起动等级换算规则祥见表1）

表1 YZR电动机起动等级换算规则

2.2 如何确定YZR系列电动机负载持续率

什么是负载持续率，就是工作周期中的负载持续时间与整个周期的时间比值，含电制动和起动，以百分比表示。通常负载持续率Fc分为15%、25%、40%和60%等4种。一台电动机在同一种工作制中，负载持续率不同时，输出功率亦不相同。所以我们可以参照表2来确定负载持续率。

表2 YZR系列电动机在S4和S5工作制中各种起动等级、负载持续率下的输出功率

表2中给出的Cz值（即150次/h、300次/h、600次/h），只考虑了YZR系列电动机转子自身转动惯量Jm，在实际应用过程中，还需要折算到电动机输出轴上的负载转动惯量Jm′上，因此，我们在确定电动机实际起动次数Z时，还要将表2所对应的数值除以惯量率C=（Jm+Jm′）/Jm

那么电动机实际的起动次数就是Z=Cz/C

以上简单剖析了YZR系列绕线式电动机工作制和负载持续率的选用。一般来说，提供了驱动负载类型、电动机额定功率、额定电压、额定转速、工作制、负载持续率便可以将电动机大致确定下来。但如果要最优化的满足负载要求，就还要考虑设备的惯量、负载阻力矩曲线、安装方式、电网质量、海拔高度、环境因素等等。因此，我们应该慎之又慎，只有这样，才能避免电机选型错误，从而给企业带来不必要的影响。