操动机构中直流电动机的应用范文

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《电气制造杂志》2014年第七期

1直流电动机的铭牌标记

每一台电动机都有一块铭牌，是合理选择和正确使用电动机的依据，下面做一简要说明。

1.1额定值电动机运行时的各种数据可能与额定值不同，它们由负载的大小来确定。长期过载运行将使电动机过热，降低电动机寿命甚至损坏；长期轻载运行使电动机的容量不能充分利用。故尽可能使电动机运行在额定值附近。1）额定功率PN。我国指转轴的有效输出机械功率(有效输出)。而部分进口电动机指电动机的输入功率。电动机处于零功率输出的旋转状态（其他均为正常运行条件）称为空载（运行）。2）额定电压UN。操动机构电动机的工作电压在额定电压的85%~110%之间能提供所需的操作力矩。3）额定电流IN。按照规定的工作方式运行时，电动机绕组允许流过的最大安全电流，A。4）额定转速nN。在额定电压、额定电流和额定输出功率时，电动机的旋转速度，r/min。

1.2工作制、工作制类型（1）工作制工作制是电动机所承受的一系列负载状况的说明，操动机构在选用电动机时一定要表明工作制。未表明工作制时，应认为是S1工作制（连续工作制）。（2）工作制类型工作制可分为连续、短时、周期性或非周期性几种类型。在高压开关操动机构中常用下列几种工作制。1）S1工作制——连续工作制。气动机构及GIS集中供气站的储能电动机、部分老式液压机构储能电动机用此工作制。2）S2工作制——短时工作制。S2工作制，其后应标以工作制的持续时间，如S23min。目前大多数种类的操动机构电动机都采用这种工作制。3）S3工作制——断续周期工作制（负载运行期间电动机未达到热稳定）。这种工作制，每一周期的动电流不致对温升有显著影响。不带负载起动的电动机，如某些电动机构用电动机采用这种工作制。S3工作制，其后应标以负载持续率，如S325%。4）S5工作制——包括电制动的断续周期工作制（指负载运行期间电动机未达到热稳定）。S5工作制，其后应标以负载持续率以及归算至电动机转轴上的电动机转动惯量（JM）和负载转动惯量（Jext），如S525%JM=0.15kg•m2，Jext=0.7kg•m2。三工位电动机构及部分隔离开关、接地开关机构带能耗制动或反接制动的电动机采用这种工作制。

1.3工作制定额根据电动机在机构中的具体工作情况，按定额类别中的规定选取一种定额。定额类别应标志在额定输出后，如无定额类别，则认为电动机是连续工作制定额。（1）连续工作制定额能长期运行，相应于S1工作制。气动机构和老型号液压机构中的储能电动机有用此工作制。（2）短时工作制定额能在环境温度下起动，并在规定的时限内运行，相应于S2工作制。这种工作制定额现在多种操作机构中得到了广泛的应用。（3）周期工作制定额这类定额相应于S3、S5工作制，在高压开关操动机构中S3、S5工作制都有不同程度的应用。除非另有规定，负载持续率应为下述数值之一：15%，25%，40%，60%。

1.4电动机绝缘耐热等级操动机构中的电动机常用“E”、“B”级。在核电等要求高的操动机构中使用的电动机也有要求用“F”甚至“H”级。

1.5电动机的防护等级一般户外在操动机构箱外部使用的电动机防护等级可取IP54（防尘防溅水）、户内或操动机构箱内部使用的电动机防护等级取IP00（无防护）以利散热。

2电动机选用计算及校核

2.1弹簧机构用电动机[6]弹簧机构的储能传动示意如图5所示，弹簧力F、Xi弹簧位移、转角α、摇杆（包括弹簧）长度ι等，图6是某种弹簧机构的储能传动系统转矩和转角的计算。

2.2弹簧机构电动机计算在机构传动系统（不包括电动机内部齿轮传动）中，棘爪轴（偏心轴）与电动机之间有一对减速比i=2的锥齿轮传动，效率取η=0.95。电动机输出轴需提供的最大转矩。按此计算结果参数设计的电动机，完全满足工程实用，且在某主导产品中沿用至今。需要特别指出的是：①串励电动机可交直流两用，但用于交流时损耗大，效率较低。②允许的过载能力及起动转矩较大，起动峰值电流可达额定工作电流的6~10倍。

2.3液压机构用电动机选取[8]某种液压机构储能系统用的双柱塞径向柱塞泵及结构原理如图8所示，已知柱塞直径d=1cm，柱塞数量Z=2，偏心距e=0.5cm，偏心轴转速n=140r/min，机械效率η=82％，容积效率η=90％，额定工作压力28MPa。设计选用驱动电动机的功率等参数。

3讨论

现在高压开关操动机构中常用的电动机种类下列几种居多，且有各自特点及适用场合。1）串励电动机。特点是起动转矩大即旋转的加速时间短，根据负载的大小速度发生变化，可以交直流两用。起动转矩很大，可达额定转矩的5倍。常用于弹簧机构中作为储能电动机或对运转速度要求不严的隔离开关或接地开关电动机构中作为驱动电动机，用直流电源时比用交流电源的效率要高。2）积复励电动机。特性随负载的大小发生变化，速度也发生变化，介于并励和串励电动机之间。起动转矩较大，约为额定转矩的3～4倍。积复励电动机常用于弹簧储能式液压机构中作为储能电动机。3）永磁直流电动机永磁直流电动机的结构工艺简单，体积小，用铜量少且效率高。起动转矩约为额定转矩的2倍。在三工位机构、中压断路器操动机构所需较小功率的储能电动机等场合适用。

有一种GIS中隔离开关用操动机构的电动机构，原储能电动机选用永磁直流电动机，在西北冬季偏冷的地区使用，平常都能正常动作不出问题，到了冬季尤其是晚间气温偏低的时候，电动机非常容易烧坏。后经分析，先将润滑脂改为低温性能更好的牌号，烧电动机的情况有所好转，但仍时有发生。后将永磁直流电动机改为功率和转速都相同的串励电动机（加大起动转矩），解决了这一问题。图9是某种弹簧机构储能电动机（串励电动机）的电流曲线，以图中可以看出，起动时的峰值电流很大，可达额定电流的10～11倍，但持续时间很短。负载电流最大可达额定电流的3.3倍，持续时间较长。液压机构用的积复励电动机电流特性起动时和此相仿，起动峰值电流可达额定电流的10～11倍，持续时间很短。但负载电流特性和此有较大差异，最大可达额定电流的2.5倍，为持续增大。所以机械寿命时的频繁操作对电动机来说是一个严格的考核。液压机构的泄漏油也增加了电动机的起动次数，这有可能对电动机造成伤害，增加事故隐患。

4结束语

对高压电器操动机构中常用的直流电动机种类及各自特点、工作制类型及额定、电动机绝缘耐热等级作了介绍，对某种较典型的弹簧机构和液压机构进行了选用和计算，并通过工程实际验证讨论了电动机种类选择不当和电动机起动电流对电动机的影响，实际设计工作中高压开关操动机构用电动机的应用和参数选取可借鉴。

作者：尹康马峰李欢顾磊张和顺陈保伦单位：西电高压开关操动机构有限责任公司西安西电开关电气有限公司