馮哈伯(faulhaber)電機(jī)選擇的基本要求有哪些？

這個(gè)問(wèn)題很大，試著來(lái)寫一點(diǎn)。本人是工業(yè)大型電動(dòng)機(jī)銷售，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，畢業(yè)后從事電機(jī)行業(yè)兩年余，技術(shù)略懂一些，遇到問(wèn)題更多是商務(wù)和售后，設(shè)計(jì)方面很少，所以只能從工業(yè)使用角度分析一下。我也在學(xué)習(xí)當(dāng)中，回答難免偏頗錯(cuò)漏，歡迎交流探討。

首先回答問(wèn)題，電機(jī)選型需要的基本內(nèi)容有：所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型，額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速。

一、所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載類型

這個(gè)得反過(guò)來(lái)從電機(jī)特點(diǎn)說(shuō)。電機(jī)可以簡(jiǎn)單劃分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，交流又分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。

1、直流電機(jī)

直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以方便地通過(guò)改變電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并可以提供較大的轉(zhuǎn)矩。適用于需要頻繁調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的負(fù)載，如鋼廠的軋機(jī)，礦山的提升機(jī)等。但現(xiàn)在隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)也可以通過(guò)改變頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。不過(guò)雖然變頻電機(jī)價(jià)格比普通電機(jī)貴不了多少，但變頻器價(jià)格在整套設(shè)備中占據(jù)主要部分，所以直流電機(jī)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是便宜。

直流電機(jī)的缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任何設(shè)備只要結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必然導(dǎo)致故障率增加。直流電機(jī)相比于交流電機(jī)，除了繞組復(fù)雜（勵(lì)磁繞組、換向極繞組、補(bǔ)償繞組、電樞繞組），還增加了滑環(huán)、電刷和換向器。不僅對(duì)制造商的工藝要求高，而且后期維護(hù)成本也相對(duì)較高。因此直流電機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中是處在一個(gè)逐漸沒(méi)落但過(guò)渡階段仍有用武之地的尷尬境地。如果用戶資金比較充裕的話，建議選擇交流電機(jī)配變頻器的方案，畢竟使用變頻器也帶來(lái)很多好處，這個(gè)不細(xì)說(shuō)了。

2、異步電機(jī)

異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，維護(hù)方便，價(jià)格便宜。且制造工藝上也是，曾聽(tīng)車間的老技師說(shuō)過(guò)，裝配一臺(tái)直流電機(jī)的所用工時(shí)，可以完成差不多功率的兩臺(tái)同步電機(jī)或者四臺(tái)異步電機(jī)，由此可見(jiàn)一斑。因此異步電機(jī)在工業(yè)中得到了泛的應(yīng)用。

異步電機(jī)又分為鼠籠型電機(jī)和繞線型電機(jī)，其區(qū)別在于轉(zhuǎn)子。鼠籠型電機(jī)轉(zhuǎn)子由金屬條制成，銅制或鋁制。鋁的價(jià)格比較低，我國(guó)又是鋁礦大國(guó)，在要求不高的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。但銅的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能都好于鋁，就我所接觸的絕大部分都是銅制轉(zhuǎn)子。鼠籠型電機(jī)在工藝上解決了斷排的問(wèn)題后，可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)繞組型轉(zhuǎn)子的電機(jī)。而其缺點(diǎn)在于，金屬轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)中切割磁感線獲得的轉(zhuǎn)矩較小，且起動(dòng)電流較大，對(duì)起動(dòng)力矩要求較大的負(fù)載難以勝任。盡管增加電機(jī)鐵心長(zhǎng)度可以獲得更多的轉(zhuǎn)矩，但力度十分有限。繞線型電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)通過(guò)滑環(huán)給轉(zhuǎn)子繞組通電，形成轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，與旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此獲得轉(zhuǎn)矩更大。且在啟動(dòng)過(guò)程中串聯(lián)水電阻來(lái)降低啟動(dòng)電流，水電阻由成熟的電控裝置控制隨啟動(dòng)過(guò)程改變阻值。適用于軋機(jī)、提升機(jī)等負(fù)載。由于繞線型異步電機(jī)相對(duì)鼠籠型電機(jī)增加了滑環(huán)、水電阻等，在整體設(shè)備價(jià)格上有一定提高。其與直流電機(jī)相比，調(diào)速范圍較為狹窄且轉(zhuǎn)矩相對(duì)較小，相應(yīng)價(jià)值也低。

然而異步電機(jī)由于給定子繞組通電建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而繞組屬于電感性元件不做功，要從電網(wǎng)中吸收無(wú)功功率，對(duì)電網(wǎng)沖擊很大。直觀體驗(yàn)有大功率電感性電器接入電網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)電壓下降，電燈亮度一下都降低。因此供電局對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的使用會(huì)有所限制，這也是很多工廠必須考慮的地方。部分用電大戶如鋼廠、鋁廠等，選擇建立自備電廠，形成自己獨(dú)立的電網(wǎng)，以減免對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的使用限制。所以異步電動(dòng)機(jī)如果要滿足大功率負(fù)載使用，需配備無(wú)功功率補(bǔ)償裝置，而同步電動(dòng)機(jī)則可通過(guò)勵(lì)磁裝置向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，功率越大同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)就越明顯，由此產(chǎn)生了同步電動(dòng)機(jī)的舞臺(tái)。3、同步電動(dòng)機(jī)

同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)除了過(guò)勵(lì)狀態(tài)可以補(bǔ)償無(wú)功功率外，還包括1）同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速嚴(yán)格遵守n=60f/p，可以精確控制轉(zhuǎn)速；2）運(yùn)行穩(wěn)定性高，當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降，其勵(lì)磁系統(tǒng)一般會(huì)強(qiáng)行勵(lì)磁，保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩（與電壓平方成正比）則會(huì)大幅下降；3）過(guò)載能力比相應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)大；4）運(yùn)行效率高，尤其是低速同步電動(dòng)機(jī)。

同步電動(dòng)機(jī)無(wú)法直接啟動(dòng)，需要異步啟動(dòng)或變頻啟動(dòng)。異步啟動(dòng)指同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子上裝有類似于異步電機(jī)籠式繞組的啟動(dòng)繞組，在勵(lì)磁回路中串接約為勵(lì)磁繞組電阻值10倍的附加電阻來(lái)構(gòu)成閉合電路，把同步電動(dòng)機(jī)的定子直接接入電網(wǎng)，使之按異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速（95%）時(shí)，再切除附加電阻的啟動(dòng)方式；變頻啟動(dòng)不多贅述。所以同步電動(dòng)機(jī)缺點(diǎn)之一是需要為啟動(dòng)增加額外的設(shè)備裝置。

同步電機(jī)是靠勵(lì)磁電流運(yùn)行的，如果沒(méi)有勵(lì)磁，電機(jī)就是異步的。勵(lì)磁是加在轉(zhuǎn)子上的直流系統(tǒng)，它的旋轉(zhuǎn)速度和極性與定子是一致的，如果勵(lì)磁出現(xiàn)問(wèn)題，電動(dòng)機(jī)就會(huì)失步，調(diào)整不過(guò)來(lái)，觸發(fā)保護(hù)“勵(lì)磁故障”電動(dòng)機(jī)跳閘。所以同步電動(dòng)機(jī)缺點(diǎn)之二是需要增加勵(lì)磁裝置，以前是由直流機(jī)直接供給，現(xiàn)在大多由可控硅整流供給。還是那句老話，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、設(shè)備裝置越多，故障點(diǎn)就越多，故障率越高。

根據(jù)同步電機(jī)的性能特點(diǎn)，其應(yīng)用主要在提升機(jī)、磨機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、軋機(jī)、水泵等負(fù)載上。

綜上所述，選擇電動(dòng)機(jī)的原則是電動(dòng)機(jī)性能滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、工作可靠、維護(hù)方便的電動(dòng)機(jī)。在這方面交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)，交流異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于交流同步電動(dòng)機(jī)，鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于繞線型異步電動(dòng)機(jī)。

負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)起、制動(dòng)無(wú)特殊要求的連續(xù)運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械，宜優(yōu)先選用普通鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，其廣泛用于機(jī)械、水泵、風(fēng)機(jī)等。

起動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁，要求有較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械，如橋式起重機(jī)、礦井提升機(jī)、空氣壓縮機(jī)、不可逆軋鋼機(jī)等，應(yīng)采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)。

無(wú)調(diào)速要求，需要轉(zhuǎn)速恒定或要求改善功率因數(shù)的場(chǎng)合，應(yīng)采用同步電動(dòng)機(jī)，例如中、大容量的水泵，空氣壓縮機(jī)、提升機(jī)、磨機(jī)等。

調(diào)速范圍要求在1∶3以上，且需連續(xù)穩(wěn)定平滑調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，宜采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)或用變頻調(diào)速的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)或同步電機(jī)，例如大型精密機(jī)床、龍門刨床、軋鋼機(jī)、提升機(jī)等。

要求起動(dòng)轉(zhuǎn)距大，機(jī)械特性軟的生產(chǎn)機(jī)械，使用串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，例如電車、電機(jī)車、重型起重機(jī)等。

二、馮哈伯(faulhaber)電機(jī)額定功率

電動(dòng)機(jī)的額定功率是指輸出功率，即軸功率，也稱容量大小，是電動(dòng)機(jī)標(biāo)志性參數(shù)。常有人問(wèn)電機(jī)多大的，一般不是指電機(jī)的尺寸大小，而是指額定功率。它是量化電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載能力的最重要的指標(biāo)，也是電機(jī)選型時(shí)必須提供的參數(shù)要求。

P_{N}=\sqrt{3}  \cdot U_{N} \cdot I_{N} \cdot cos\theta \cdot \eta

（P_{N} 為額定功率，U_{N} 為額定電壓，I_{N} 為額定電流，cosθ為功率因素，η為效率）

正確選擇電動(dòng)機(jī)容量的原則，應(yīng)在電動(dòng)機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下地決定電動(dòng)機(jī)的功率。若功率選得過(guò)大，設(shè)備投資增大，造成浪費(fèi)，且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常欠載運(yùn)行，效率及交流電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低；反之，若功率選得過(guò)小，電動(dòng)機(jī)將過(guò)載運(yùn)行，造成電動(dòng)機(jī)過(guò)早損壞。

決定電動(dòng)機(jī)主要功率的因素有三個(gè)：

1）電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與溫升，這是決定電動(dòng)機(jī)功率的最主要因素；2）允許短時(shí)過(guò)載能力；3）對(duì)異步鼠籠型電動(dòng)機(jī)還要考慮起動(dòng)能力。

首先具體生產(chǎn)機(jī)械根據(jù)其發(fā)熱、溫升及其負(fù)載要求，計(jì)算并選擇負(fù)載功率，電動(dòng)機(jī)再根據(jù)負(fù)載功率、工作制、過(guò)載要求預(yù)選額定功率。電動(dòng)機(jī)的額定功率預(yù)選好后，還要進(jìn)行發(fā)熱、過(guò)載能力及必要時(shí)的起動(dòng)能力校驗(yàn)。若其中有一項(xiàng)不合格，須重新選擇電動(dòng)機(jī)，再進(jìn)行校核，直到各項(xiàng)都合格為止。因此工作制也是必要提供的要求之一，若無(wú)要求則默認(rèn)按最常規(guī)的S1工作制處理；有過(guò)載要求的電機(jī)也需要提供過(guò)載倍數(shù)及相應(yīng)運(yùn)行時(shí)間；異步鼠籠型電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)等大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載時(shí)，還需要提供負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及起動(dòng)阻力矩曲線圖來(lái)校核起動(dòng)能力。

以上關(guān)于額定功率的選擇是在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度為40℃前提下進(jìn)行的。若電動(dòng)機(jī)工作的環(huán)境溫度發(fā)生變化，則必須對(duì)電動(dòng)機(jī)的額定功率進(jìn)行修正。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐，在周圍環(huán)境溫度不同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率可粗略地按下表相應(yīng)增減。