目前,广泛使用的电动机有三相交流异步电动机(俗称三相电动机)、单相交流异步电动机(俗称单相电动机)、同步电动机、直流电动机及某些场合使用的特种电动机。
三相交流异步电动机性能是机械特性硬、启动转矩大、在满载范围内转速基本不变,只有在电压过低或电源频率下降时转速下降。其最突出的特点是结构简单、制作容易、运行可靠、价格低廉及使用、维护方便等,广泛应用于需要功率较大的工厂车间、矿山、码头、交通运输、水闸及排灌设备中。
目前市场上常用的Y系列三相异步电动机性能、特点、适用场所及防护等级分别见表3-1～3-3。
表3-1 常用Y系列三相异步电动机的型号、结构特点和用途
| 型号 | 名称 | 容量 (kW) | 结构特点 | 用途 | 取代 老产品 型号 | |
| Y | IP23 | 防护式三 相鼠笼异步 电动机 | 0.55～160 | 铸铁外壳,自扇 冷式,外壳上有散 热片,铸铝转子; 定子绕组为铜线, 均为B级绝缘 | 用于干燥清洁场所 的设备上,如车床鼓风 机等 | J1、J2、J3 |
| IP24 | 封闭式三 相鼠笼异步 电动机 | 一般拖动用,适于灰 尘多、尘土飞溅的场 所,如球磨机、碾米机、 磨粉机及其他农村机 械、矿山机械等 | JO、 JO2、 JO3、JS | |||
| YQ | 高启动转 矩三相异步 电动机 | 用于启动静止负载 或惯性较大的机械,如 压缩机、传送带、粉碎 机、碾泥机等 | JQ、JQO | |||
| YDO2 | 变极式多 速三相异步 电动机 | 0.6～100 | 有双速、三速、 四速之分 | 适用于需要分级调 速的一般机械设备,可 以简化或代替传动齿 轮箱 | ||
(续表)
| 型号 | 名称 | 容量 (kW) | 结构特点 | 用途 | 取代 老产品 型号 |
| JHO2 | 高转差率三 相异步电动机 | 0.6～100 | 适用拖动飞轮转矩 较大、具有冲击性负载 的设备,如剪床、冲床、 锻压机械和小型起重、 运输机械等 | ||
| YR | 三相绕线转 子或异步电动 机 | 2.8～100 | 转子为绕线式, 刷柄装置于后端 盖内 | 适用于需要小范围 调速的传动装置;当配 电网容量小,不足以启 动鼠笼式电动机或要 求较大启动转矩的场 合 | JR、JRO |
| YZ YZR | 起重冶金用 三相异步电动 机 | 1.5～100 | YZ2转子为鼠 笼式,YZR2转子 为绕线式 | 适用于各种形式的 起重机械及冶金设备 中辅助机械的驱动,按 断续方式运行 | |
| YLB2 | 深井水泵异 步电动机 | 11～100 | 防滴立式,自扇 冷式,底座有单列 向心推力球轴泵 | 专供驱动立式深井 水泵,为工矿、农业及 高原地带提取地下水 用 | |
| YQS | 井用潜水异 步电动机 | 4～115 | 充水湿式,转子 为铸铝鼠笼式,机 体密封 | 用于井下直接驱动 潜水泵,提取地下水, 供农业灌溉、工矿用水 | |
| YB | 防爆异步 电动机 | 0.6～100 | 铸铝转子,钢板 外壳,适应防爆要 求 | 用于石油、化工和煤 矿等有爆炸性混合物 的场所 | JB、JBS |
| Y-W | 户外用异步 电动机 | 铸铁外壳,自冷 式,铸铝鼠笼式转 子,有密封及防腐 蚀措施 | 用于户外机械,不需 要加防护措施 | JW JQ2-W |
表3-2 常用电动机外壳按防止固体异物进入及防止人体触及内部的防护等级
| 防护等级 | 简称 | 定 义 |
| 0 | 无防护 | 没有专门防护 |
| 1 | 防护大于 50 mm的固体 | 能防止直径大于50 mm的固体异物进入壳内,能防止人体的 某一部位(如手)偶然或意外地触及壳内带电或运动部分,但不能 防止有意识地接近这些部分 |
| 2 | 防护大于 12 mm的固体 | 能防止直径大于12 mm的固体异物进入壳内,能防止手指触 及壳内带电或运行部分 |
| 3 | 防护大于 2.5 mm的固体 | 能防止直径大于2.5 mm的固体异物进入壳内,能防止厚度(或 直径)大于2.5 mm的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分 |
| 4 | 防护大于 1 mm的固体 | 能防止直径大于1mm的固体异物进入壳内,能防止厚度(或 直径)大于1 mm的工具、金属线等触及壳内带电或运行部分 |
| 5 | 防尘 | 能防止灰尘进入达到影响产品正常运行的程度,完全防止触及 壳内带电或运行部分 |
| 6 | 密封 | 完全防止灰尘进入壳内,完全防止触及壳内带电或运动部分 |
表3-3 常用电动机外壳按防水进入内部程度的防护等级
| 防护等级 | 简称 | 定 义 |
| 0 | 无防护 | 没有专门的防护 |
| 1 | 防潮 | 垂直的滴水应不能直接进入产品内部 |
| 2 | 15°防滴 | 与铅垂线成15°角范围内的滴水应不能直接进入产品内部 |
| 3 | 防淋水 | 与铅垂线成60°角范围内的淋水应不能直接进入产品内部 |
| 4 | 防溅 | 任何方向的溅水对产品应无有害的影响 |
| 5 | 防喷水 | 任何方向的喷水对产品应无有害的影响 |
| 6 | 防海浪或强 力喷水 | 猛烈的海浪或强力喷水对产品应无有害的影响 |
| 7 | 浸水 | 产品在规定的压力和时间沉浸在水中应无有害的影响 |
| 8 | 潜水 | 产品在规定的压力下长时间浸在水中应无有害的影响 |
单相交流异步电动机(通常简称为单相电动机)具有与三相交流异步电动机相似的结构和特点,但功率较小,因配接市电220 V,故使用方便,广泛应用于日常生活中的各种电器,如电风扇、洗衣机、自吸泵、各种电动工具(切割机、手电钻、电锤、电刨子等)及制冷量不太大的空调器、电冰箱等。常用单相交流异步电动机的结构特点及应用见表3-4。
表3-4 常用单相异步电动机的结构特点及应用对照
| 名称 | 结构特点 | 等效电路图 | 主要优缺点 | 应用范围 |
| 电阻分相 单相异步电 动机 | ①定子绕组由 起启动绕组及工 作绕组两部分组 成; ②启动绕组电 路中的电阻较大; ③启动结束后, 启动绕组被自动 断开 |
| ①价格较 低; ②启动电 流较大,但启 动转矩不大 | 小型鼓风 机、研磨机、 搅拌机、小型 钻床、医疗器 械、电冰箱等 |
| 电容启动 单相异步电 动机 | ①定子绕组由 启动绕组及工作 绕组两部分组成; ②启动绕组中 串入启动电容器; ③启动结束后, 启动绕组被自动 断开 |
| ①价格稍 高; ②启动电 流及启动转 矩均较大 | 小型水泵、 冷冻机、压缩 机、电冰箱、 洗衣机等 |
| 电容运行 单相异步电 动机 | ①定子绕组由 启动绕组及工作 绕组两部分组成; ②启动绕组中 串入启动电容器; ③启动绕组参 与运行 |
| ①无启动 装置,价格较 低; ②功率因 数较高 | 电风扇、排 气扇、电冰 箱、洗衣机、 空调器、复印 机等 |
| 电容启动、 电容运行单 相异步电动 机 | ①定子绕组由 启动绕组及工作 绕组两部分组成; ②启动绕组中 串入启动电容器; ③启动结束后, 一组电容断开,另 一组电容与直动 绕组参与运行 |
| ①价格较 高; ②启动电 流、启动转矩 较大,功率因 数较高 | 电冰箱、水 泵、小型机床 等 |
(续表)
| 名称 | 结构特点 | 等效电路图 | 主要优缺点 | 应用范围 |
| 罩极电动 机 | 定子由一个绕 组组成,定子铁心 的一部分套有罩 极铜环(短路环) |
| ①结构简 单,价格低, 工作可靠; ②启动转 矩小,功率 小,功率低 | 小型风扇、 鼓风机、电唱 机、仪器仪表 电动机、电动 模型等 |
同步电动机具有内部空隙大、安装方便、效率高、过载能力强、转速恒定不变且与负载大小无关、通过调节励磁电流可改变其功率因数等特点,主要应用于要求功率大且转速不需要调节的场所,尤其适用于需要提高电网功率因数的场合。同步电动机运行时需要励磁电源,因而结构相对复杂,造价较高,启动、运行维护也较复杂。
普通中、小型直流电动机具有良好的调速性能,不仅调速范围宽、平滑方便,而且允许频繁启动、制动和反转;过载能力强,能承受频繁冲击性负载的启动与停止,广泛应用于需要调速、运转和高精度传动领域及生产自动化系统中各种特殊要求下的运行。直流电动机的结构相对复杂、制作成本较高、运行维修较麻烦。随着交流变频调速技术的日益成熟和完善,它在有些应用场合已被交频电动机所取代。
电动自行车用电动机是将蓄电池(俗称电瓶)中的电能通过控制器转换为车轮转动机械能的部件,其质量高低基本决定了这辆电动自行车的性能和档次。目前,市场上流行的电动自行车用电动机大都是高效稀土永磁式直流电动机,主要有3个类型:高速有刷+齿轮减速直流电动机(俗称高速有齿电动机)、低速有刷直流电动机和低速无刷直流电动机,其中高速有齿直流电动机所占比例越来越大,其主要性能见表3-5。
表3-5 常用电动自行车高效稀土永磁直流电动机性能
| 种类 | 转速(r/min) | 效率(%) | 性能特点 | 参考价格 |
| 低速有刷直流电动机 | 200 | 70～75 | 结构简单,噪声低,维修方便, 价格便宜;转矩力小,起步、爬坡 无力且速度下降明显,骑行空转 不灵活,电刷和换向器有机械磨 损和噪声 | 250元 |
| 低速无刷直流电动机 | 200 | >80 | 无齿轮减速和离合器,无磨 损,结构相对较简单;转矩力小, 起步时易抖动,对控制器要求 较高 | 350元 |
(续表)
| 种类 | 转速(r/min) | 效率(%) | 性能特点 | 参考价格 |
| 高速有刷直流电动机 | 3 000 | >80 | 通过齿轮降低转速至 200 r/min,结构复杂,拆卸繁琐, 维修麻烦,略有噪声,售价高;转 矩力大,起步、爬坡有劲,过载能 力强,生产技术成熟,电刷和换 向器有机械磨损和噪声 | 450元 |
电动自行车采用无刷和有刷直流电动机时的性能比较见表3-6。
表3-6 电动自行车采用有刷与无刷电动机时的性能比较
| 项目 | 有刷电动机自行车 | 无刷电动机自行车 |
| 技术特点 | 传统的电刷、换向器磨合供电,机 械变速(指有刷高速电动机)无法克 服电刷与变速齿轮的磨损问题 | 没有电刷,利用电子换相代替了机械 换相,永无磨损,使电动机运行寿命提 高约6倍 |
| 机械效率 | 高速直流电动机采用齿轮减速,故 机械效率低 | 无齿轮变速器,机械效率高 |
| 电能效率 | 电刷与换向器接触处存在压降,故 电效率低 | 无电刷压降和机械变速而直流驱动, 整体效率可提高到80%以上 |
| 运行寿命 | ①大电流运行时电动机磁钢易退 磁,对电动机寿命有影响; ②电刷易磨损,更换比较麻烦; ③有刷高速电动机轮毂是封闭的, 出厂前加了润滑油,不利于保养,一 年后噪声增大,电流也增大,影响电 动机及电瓶寿命 | 电动机运行寿命提高约6倍且免机 械维护 |
| 控制方法 | 控制方法简单,不需要复杂的控 制器 | 需要专用的电路复杂的控制器,制作 成本高,且电路维修麻烦 |
| 变速性能 | 变速平稳,几乎感觉不到振动 | 低速启动时有轻微振动;无刷电动机 的振动频率和车架或某塑料件的振动 频率相同或接近时,易产生共振现象, 并发出“嗡嗡”声 |
| 爬坡能力 | 高速有齿电动机动力大、爬坡能力强 | 与高速有齿电动机相比,爬坡能力弱 |
(续表)
| 项目 | 有刷电动机自行车 | 无刷电动机自行车 |
| 温升 | 嵌放有绕组的转子在外面旋转,磁 体和导磁轭组成的定子在内静止不 定,散热条件好、温升小 | 磁体作为转子在外旋转,嵌放有绕组 的定子在内静止不动,散热条件差,温 升大 |
| 体积 | 受换向电火花的制约,电磁参数不 能过高,同等功率和转速下,耗材多、 体积大 | 因无电火花的影响,电磁参数设计不 受影响,同等功率和转速下,耗材少、体 积小 |
| 噪声 | 存在特有的电火花放电现象和变 速齿轮噪声 | 无电火花及变速齿轮噪声 |
特种电动机因使用场合较为特殊或其用途特殊而得名。常用的特种电动机主要有防爆电动机、潜水三相异步电动机(俗称潜水泵)、交流换向电动机、牵引电动机、制动异步电动机、电磁调速三相异步电动机等,其性能特点见表3-7。
表3-7 常用特种电动机及其性能特点
| 名称 | 性能特点 |
| 交流换向电动机 | 最大特点是恒转矩、交流无级调速,具有调速范围广、启动性能 好、功率因数高、运行稳定、控制简单等特点 |
| 防爆电动机 | 最大特点是能在有爆炸性气体或蒸气与空气混合物的危险场 合下安全、可靠地运行。具有启动力矩大、过载能力强、防爆、防 腐等特性 |
| 牵引电动机 | 专用于牵引各种机车、车辆,具有调速范围广、电气制动、启动 转矩大、过载能力强、频繁正反双向运行等特点 |
| 制动异步电动机 | 在其内部安装有直流电磁铁,专门用手制动,具有机械制动时 无摩擦、发热量小、制动迅速可靠等优点,广泛十分广泛 |
| 电磁调速三相异步电动机 | 最大特点是交流恒转矩、无级调速,具有调速范围广、启动转矩 大、启动平滑、速度负反馈自动调节性能好、频繁启动时对电网无 冲击、使用维护方便等优点 |
| 潜水三相异步电动机 | 专用于水下提水,运行时机体潜入水下;具有密封性好、绝缘性 能好、耐压强度高及防湿、防霉、防腐蚀性能好等特点 |