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《電氣制造雜志》2014年第七期

1直流電動機的銘牌標記

每一臺電動機都有一塊銘牌，是合理選擇和正確使用電動機的依據，下面做一簡要說明。

1.1額定值電動機運行時的各種數據可能與額定值不同，它們由負載的大小來確定。長期過載運行將使電動機過熱，降低電動機壽命甚至損壞；長期輕載運行使電動機的容量不能充分利用。故盡可能使電動機運行在額定值附近。1）額定功率PN。我國指轉軸的有效輸出機械功率(有效輸出)。而部分進口電動機指電動機的輸入功率。電動機處于零功率輸出的旋轉狀態（其他均為正常運行條件）稱為空載（運行）。2）額定電壓UN。操動機構電動機的工作電壓在額定電壓的85%~110%之間能提供所需的操作力矩。3）額定電流IN。按照規定的工作方式運行時，電動機繞組允許流過的最大安全電流，A。4）額定轉速nN。在額定電壓、額定電流和額定輸出功率時，電動機的旋轉速度，r/min。

1.2工作制、工作制類型（1）工作制工作制是電動機所承受的一系列負載狀況的說明，操動機構在選用電動機時一定要表明工作制。未表明工作制時，應認為是S1工作制（連續工作制）。（2）工作制類型工作制可分為連續、短時、周期性或非周期性幾種類型。在高壓開關操動機構中常用下列幾種工作制。1）S1工作制——連續工作制。氣動機構及GIS集中供氣站的儲能電動機、部分老式液壓機構儲能電動機用此工作制。2）S2工作制——短時工作制。S2工作制，其后應標以工作制的持續時間，如S23min。目前大多數種類的操動機構電動機都采用這種工作制。3）S3工作制——斷續周期工作制（負載運行期間電動機未達到熱穩定）。這種工作制，每一周期的動電流不致對溫升有顯著影響。不帶負載起動的電動機，如某些電動機構用電動機采用這種工作制。S3工作制，其后應標以負載持續率，如S325%。4）S5工作制——包括電制動的斷續周期工作制（指負載運行期間電動機未達到熱穩定）。S5工作制，其后應標以負載持續率以及歸算至電動機轉軸上的電動機轉動慣量（JM）和負載轉動慣量（Jext），如S525%JM=0.15kg•m2，Jext=0.7kg•m2。三工位電動機構及部分隔離開關、接地開關機構帶能耗制動或反接制動的電動機采用這種工作制。

1.3工作制定額根據電動機在機構中的具體工作情況，按定額類別中的規定選取一種定額。定額類別應標志在額定輸出后，如無定額類別，則認為電動機是連續工作制定額。（1）連續工作制定額能長期運行，相應于S1工作制。氣動機構和老型號液壓機構中的儲能電動機有用此工作制。（2）短時工作制定額能在環境溫度下起動，并在規定的時限內運行，相應于S2工作制。這種工作制定額現在多種操作機構中得到了廣泛的應用。（3）周期工作制定額這類定額相應于S3、S5工作制，在高壓開關操動機構中S3、S5工作制都有不同程度的應用。除非另有規定，負載持續率應為下述數值之一：15%，25%，40%，60%。

1.4電動機絕緣耐熱等級操動機構中的電動機常用“E”、“B”級。在核電等要求高的操動機構中使用的電動機也有要求用“F”甚至“H”級。

1.5電動機的防護等級一般戶外在操動機構箱外部使用的電動機防護等級可取IP54（防塵防濺水）、戶內或操動機構箱內部使用的電動機防護等級取IP00（無防護）以利散熱。

2電動機選用計算及校核

2.1彈簧機構用電動機[6]彈簧機構的儲能傳動示意如圖5所示，彈簧力F、Xi彈簧位移、轉角α、搖桿（包括彈簧）長度ι等，圖6是某種彈簧機構的儲能傳動系統轉矩和轉角的計算。

2.2彈簧機構電動機計算在機構傳動系統（不包括電動機內部齒輪傳動）中，棘爪軸（偏心軸）與電動機之間有一對減速比i=2的錐齒輪傳動，效率取η=0.95。電動機輸出軸需提供的最大轉矩。按此計算結果參數設計的電動機，完全滿足工程實用，且在某主導產品中沿用至今。需要特別指出的是：①串勵電動機可交直流兩用，但用于交流時損耗大，效率較低。②允許的過載能力及起動轉矩較大，起動峰值電流可達額定工作電流的6~10倍。

2.3液壓機構用電動機選取[8]某種液壓機構儲能系統用的雙柱塞徑向柱塞泵及結構原理如圖8所示，已知柱塞直徑d=1cm，柱塞數量Z=2，偏心距e=0.5cm，偏心軸轉速n=140r/min，機械效率η=82％，容積效率η=90％，額定工作壓力28MPa。設計選用驅動電動機的功率等參數。

3討論

現在高壓開關操動機構中常用的電動機種類下列幾種居多，且有各自特點及適用場合。1）串勵電動機。特點是起動轉矩大即旋轉的加速時間短，根據負載的大小速度發生變化，可以交直流兩用。起動轉矩很大，可達額定轉矩的5倍。常用于彈簧機構中作為儲能電動機或對運轉速度要求不嚴的隔離開關或接地開關電動機構中作為驅動電動機，用直流電源時比用交流電源的效率要高。2）積復勵電動機。特性隨負載的大小發生變化，速度也發生變化，介于并勵和串勵電動機之間。起動轉矩較大，約為額定轉矩的3～4倍。積復勵電動機常用于彈簧儲能式液壓機構中作為儲能電動機。3）永磁直流電動機永磁直流電動機的結構工藝簡單，體積小，用銅量少且效率高。起動轉矩約為額定轉矩的2倍。在三工位機構、中壓斷路器操動機構所需較小功率的儲能電動機等場合適用。

有一種GIS中隔離開關用操動機構的電動機構，原儲能電動機選用永磁直流電動機，在西北冬季偏冷的地區使用，平常都能正常動作不出問題，到了冬季尤其是晚間氣溫偏低的時候，電動機非常容易燒壞。后經分析，先將潤滑脂改為低溫性能更好的牌號，燒電動機的情況有所好轉，但仍時有發生。后將永磁直流電動機改為功率和轉速都相同的串勵電動機（加大起動轉矩），解決了這一問題。圖9是某種彈簧機構儲能電動機（串勵電動機）的電流曲線，以圖中可以看出，起動時的峰值電流很大，可達額定電流的10～11倍，但持續時間很短。負載電流最大可達額定電流的3.3倍，持續時間較長。液壓機構用的積復勵電動機電流特性起動時和此相仿，起動峰值電流可達額定電流的10～11倍，持續時間很短。但負載電流特性和此有較大差異，最大可達額定電流的2.5倍，為持續增大。所以機械壽命時的頻繁操作對電動機來說是一個嚴格的考核。液壓機構的泄漏油也增加了電動機的起動次數，這有可能對電動機造成傷害，增加事故隱患。

4結束語

對高壓電器操動機構中常用的直流電動機種類及各自特點、工作制類型及額定、電動機絕緣耐熱等級作了介紹，對某種較典型的彈簧機構和液壓機構進行了選用和計算，并通過工程實際驗證討論了電動機種類選擇不當和電動機起動電流對電動機的影響，實際設計工作中高壓開關操動機構用電動機的應用和參數選取可借鑒。

作者：尹康馬峰李歡顧磊張和順陳保倫單位：西電高壓開關操動機構有限責任公司西安西電開關電氣有限公司