論YZR系列電動機特點及工作制和負載持續率確定方法

馬小平 MA Xiao-ping

（北京首創環境科技有限公司，北京 100044）

0 引言

YZR系列電動機可以耐高溫，抗粉塵污染，適用于變頻調速系統，能在頻繁的、顯著的機械振動和沖擊下正常運行。通常用在起重、冶金、化工、鋼鐵、建筑醫藥、輕工、運輸、軍工、污水處理等行業。

1 特點

1.1 性能特點

1980年，由第一機械工業部統一組織設計試制YZR系列起重電動機，采用國際IEC、ISO標準，改進了電磁設計和密封結構，使電動機的壽命和可靠性有了顯著的提高，與同類型的起重電動機JZ2、JZR2系列相比，效率提高了1.9%，功率因素提高了9.4%，接近世界先進水平。

該系列電動機額定頻率為50Hz，允許頻率偏差±1%；額定電壓為380V或440V，允許電壓偏差±5%；外殼防護等級通常為IP44或IP45；冷卻方式：YZR112-132為自冷式，YZR160-400為外風扇冷卻；功率為132千瓦和小于132千瓦的定子繞組用Y接法，其余的用△接法。

該系列電動機的絕緣等級通常分為F級和H級兩種，兩種絕緣結構的技術參數相同，只是溫升限值不同，空氣間接冷卻繞組的溫升限值：當電動機運行地點海拔不超過1000米，最高環境溫度不超過40℃為基礎時，F級絕緣為105K，最高環境溫度不超過60℃為基礎時，H級絕緣為105K。

1.2 結構特點

該系列電動機結構緊湊、堅固，軸伸直徑大，電動機180mm中心高及以上電動機的軸伸為圓錐形，以便于安裝和有較好的同心度。電動機軸伸的軸向竄動量：100-180機座號不大于1mm，200-400機座號不大于2mm。電動機的基座和端蓋的散熱槽進行了垂直及水平分布設計，提高了電動機自身的散熱能力。定子接線盒位于電動機頂部，靠近非軸伸端，轉子不設接線盒，靠密封性能良好的防水接頭出線。

密封性能好，軸的貫通部分設有防水環，防止雨水的侵入。電動機的外面覆有鋼制蓋板，防止日曬和外物的打擊。電動機各空腔與外面貫通的氣隙，均設有密封墊，接線盒口設有專門的防護，以防止灰塵和水的侵入。電動機的底部設有排水孔，用以排除電動機內部形成的冷凝水。該系列電動機防護等級可達到IP55。

傳動方式：該電動機的傳動方式有聯軸器式和正齒輪傳動式兩種，采用正齒輪的傳動方式時，正齒輪的節圓直徑必須大于軸伸直徑的2倍。

YZR系列電動機刷握裝有最新設計的恒壓彈簧，當電刷在運行中磨損時，集電環與電刷之間的壓力能保持不變。

1.3 注意事項

YZR系列電動機運行中，實測電流值不得超過電動機銘牌上注明的額定電流值，另外，電動機的三相電流不平衡度在空負荷時不得超過10%，在中負荷及以上時不得超過5%，電動機的三相電壓不平衡度不得超過1.5%。電動機鐵芯或機殼溫升應不超過該電動機絕緣等級所規定的溫升值。

YZR系列電動機在投入使用前，有一個先決條件，那就是電動機的轉子需要另外接相應規格型號的電抗器或電阻器等，主要目的是降低電動機的起動電流和提高電動機的起動轉矩，也可以說是扭矩，電動機的起動電流平均值應該小于在各工作制額定電流的2倍之內。

串聯接在電動機三相轉子繞組中的外電阻，通常都接成星型。在起動之前，電動機的外接電阻全部接入電路，電動機在起動過程結束時，其接入的外電阻被一級一級的短接。其短接的方法有三相電阻平衡短接法和三相電阻不平衡短接法。前者的成本會高一點，但是對電動機的正常運行和使用是比較有利的。后者控制線路簡單，但對電動機有一定影響，因存在不對稱電流，因此，通常只用在中小型電機上。

因為YZR系列電動機的應用場合比較特殊，所以它的工作狀態也是會經常發生變化的，特別是當電動機處在升降狀態、反接狀態、正反轉狀態、反饋制動狀態和能耗制動狀態的時候，控制電路及電動機將會受到幾倍額定電流的沖擊，這樣就導致了配套電器設備、設施使用壽命的縮短。所以，我們在設計該電動機的控制回路時，需要特別留心，充分考慮各種因素，將沖擊電流盡量的減少或消納。

YZR系列電動機的集電環每周應該檢查一次，同時要清除電動機表面的灰塵，電動機風扇罩上的異物要及時進行清理，按照筆者的經驗，該電動機每個月進行一次小修，年底進行一次大修，做到查漏補缺。

YZR系列電動機在進行清理和檢查時，打開觀察窗蓋板和排塵孔蓋，應把集電環室清掃干凈。如果集電環表面有塵埃或油污時，可用浸汽油的抹布把塵埃、油污擦凈，待汽油揮發后方可允許開機。對于YZR電動機，運行中應經常觀察電刷火花的大小，查看電刷和集電環表面的磨損情況。

當集電環表面被磨損或被火花灼傷發黑時，輕微的可用細砂布小心地打磨光，并將磨料清理干凈，嚴重的（如出現凹槽），則需精車集電環的表面，使粗糙度達到1.6，徑向跳動小于0.04mm。刷握底面到集電環表面的距離應保持3mm左右。當電刷磨損到不能保持正常位置和壓力時，或電刷磨損到原高度的1/3時，應按說明書的要求更換刷塊，更換后的新電刷與集電環接觸面需加工成相應的圓弧，保證電刷與集電環有良好的接觸（接觸面不小于總面積的75%）。加工時用細砂布固定在集電環表面，將電刷模擬工況在砂布上磨削成所需的圓弧。

2 選用

YZR系列電動機有6極、8極和10極，功率從1.5kW到200kW不等，機座中心高從112mm到400mm。那么如何選用呢，除了通常要考慮的基本因素外，還要重點考慮電動機的工作制和負載持續率，下面筆者進行了簡單闡述。

2.1 如何確定YZR系列電動機工作制

電動機的工作制主要指的是電動機在不同負荷下所允許的循環間隔時間，它分為S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10，每一種工作制都對應一種工況，它的分類是對電機承受負荷情況的定義。YZR系列電動機常用的是S3、S4、S5，下面重點介紹這三種工作制。

S3——斷續周期工作制：

運行工作周期相同，每個周期都含有一部分恒定負荷運行時間段和一部分斷能時間段。該工作制中的周期起動電流不會對溫升產生太大影響。（見圖1）

圖1 （S3）

S4——包含起動的斷續周期工作制：

運行工作周期相同，每個周期都含有一部分對溫升有明顯影響的起動時間段、恒定負荷運行時間段和一部分斷能時間段。（見圖2）

圖2 （S4）

S5——包含電制動的斷續周期工作制：

運行工作周期相同，每個周期都含有一部分起動時間段、恒定負荷運行時間段、快速電制動時間段和斷能時間段。（見圖3）

圖3 （S5）

工作制確定之前，還有一個重要指標，即起動等級，什么是起動等級呢，就是在電動機驅動慣量小于或等于規定值時，電動機的每單位小時所允許的最多起動次數。按照規定它分為6次/時、150次/時、300次/時和600次/時。以上的電動機起動次數都是按照全起動次數進行計算的。能耗制動、反接制動，還有點動則需要換算成電動機的全起動次數，換算規則如下：

每一次點動的熱等效當量相當于0.25次全起動。點動就是電動機的一次不完全起動，在這個過程中，電動機的運行轉速不得超過1/4額定轉速。

每一次能耗制動，即制動到1/3額定轉速時，它的熱等效當量相當于0.8次全起動。

而每一次反接制動的熱等效當量則相當于1.8次全起動。

根據以上換算規則，我們可以確定下來電動機每單位小時等效全起動次數，這樣也就確定了電動機的工作制。（YZR電動機起動等級換算規則祥見表1）

表1 YZR電動機起動等級換算規則

2.2 如何確定YZR系列電動機負載持續率

什么是負載持續率，就是工作周期中的負載持續時間與整個周期的時間比值，含電制動和起動，以百分比表示。通常負載持續率Fc分為15%、25%、40%和60%等4種。一臺電動機在同一種工作制中，負載持續率不同時，輸出功率亦不相同。所以我們可以參照表2來確定負載持續率。

表2 YZR系列電動機在S4和S5工作制中各種起動等級、負載持續率下的輸出功率

表2中給出的Cz值（即150次/h、300次/h、600次/h），只考慮了YZR系列電動機轉子自身轉動慣量Jm，在實際應用過程中，還需要折算到電動機輸出軸上的負載轉動慣量Jm′上，因此，我們在確定電動機實際起動次數Z時，還要將表2所對應的數值除以慣量率C=（Jm+Jm′）/Jm

那么電動機實際的起動次數就是Z=Cz/C

以上簡單剖析了YZR系列繞線式電動機工作制和負載持續率的選用。一般來說，提供了驅動負載類型、電動機額定功率、額定電壓、額定轉速、工作制、負載持續率便可以將電動機大致確定下來。但如果要最優化的滿足負載要求，就還要考慮設備的慣量、負載阻力矩曲線、安裝方式、電網質量、海拔高度、環境因素等等。因此，我們應該慎之又慎，只有這樣，才能避免電機選型錯誤，從而給企業帶來不必要的影響。

3 結語

本文分析了作為起重冶金用YZR系列電動機的一些性能特點和結構特點，并就其使用維護注意事項也做了一些贅述。同時將該類型電動機的工作制確定方法和負責持續率的確定方法一并進行了羅列講解，并給出了相應的參照依據。