《电机与拖动》第7章电力拖动系统电动机的选择

模块4电力拖动系统电动机的选择及其控制电机第7章电力拖动系统电动机的选择3本章要点电动机种类、结构型式和额定数据的选择。电动机容量的选择。选择电动机容量的工程方法。47.1电动机种类的选择7.2电动机机构型式的选择7.3电动机额定电压的选择7.4电动机额定转速的选择7.5电动机容量的选择本章主要内容57.1电动机种类的选择电动机种类的选择:选择直流电动机还是交流电动机。1、直流电动机的选择表7-1直流电动机的主要种类、性能特点及典型应用实例电动机种类主要性能特点典型生产机械应用实例直流电动机他励、并励机械特性硬、启动转矩大、调速范围宽、平滑性好调速性能要求高的生产机械，如大型机床（车、铣、刨、磨、镗）、高精度车床、可逆轧钢机、造纸机、印刷机等串励机械特性软、启动转矩大、过载能力强、调速方便要求启动转矩大、机械特性软的机械，如电车、电气机车、起重机、吊车、卷扬机、电梯等复励机械特性硬度适中、启动转矩大、调速方便67.1电动机种类的选择2、交流电动机的选择表7-1（绪）交流电动机的主要种类、性能特点及典型应用实例电动机种类主要性能特点典型生产机械应用实例交流电动机三相异步电动机笼式普通笼式机械特性硬、启动转矩不大、调速时需要调速设备调速性能要求不高的各种机床、水泵、通风机等高启动转矩启动转矩大带冲击性负载的机械，如剪床、冲床、锻压机等；静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、粉碎机、小型起重机等多速有（2～4）档转速要求有级调速的机床、电梯、冷却塔等绕线式机械特性硬（转子串电阻后变软）、启动转矩大、调速方法多、调速性能及启动性能较好要求有一定调速范围、调速性能较好的生产机械，如轿式起重机；启动、制动频繁且对启动、制动转矩要求高的生产机械，如起重机、矿井提升机、升降机、不可逆轧钢机等同步电动机转速不随负载变化，功率因数可调节转速恒定的大功率生产机械，如大中型鼓风及排风机、泵、压缩机、连续式轧钢机、球磨机等77.2电动机结构型式的选择（1）工作方式：按负载工作制选择连续、短时和周期连续工作制的电动机。（2）安装方式：根据电动机的安装位置和与工作机械的配合，电动机分卧式和立式两种；根据拖带负载情况，选择单轴伸或双轴伸。（3）防护方式：分开启式、防护式、封闭式和防爆式。87.3电动机额定电压的选择电动机的额定电压应根据其运行场所的供电电网的电压等级来确定。我国一般标准是交流电压为三相380V，直流电压为220V。大容量的交流电动机通常设计成高压供电。直流电动机的额定电压一般为110V、220V、440V和660V等，最常用的电压等级为220V。97.4电动机额定转速的选择电动机额定转速选择关系到电力拖动系统的经济性及生产机械的效率。对于额定功率相同的电动机，额定转速越高，体积就越小，效率也越高，转速较高的异步电动机的功率因数也越高。（1）对于一般的高转速或中转速的生产机械，宜选用适当转速的电动机。（2）对不需要调速的低转速生产机械，宜选用适当转速电动机通过减速机传动。（3）对需要调速的生产机械，电动机允许的最高运行转速应与生产机械要求的最高转速适应。107.4电动机额定转速的选择（4）对频繁地启动和制动运行的生产机械，电动机的转速除应满足生产机械所需要的最高转速之外，还应以飞轮矩与额定转速的乘积为最小值选择电动机额定转速及传动比。（5）对某些低速断续运行的生产机械，宜采用无减速直接传动。（6）对自散热式电动机，因低速散热差，故不宜长期在低速下运行。如果由于调速的需要，长期低速运行而又超过电动机允许的条件时，应增设外通风措施，以免损坏电动机。117.5电动机的容量选择一、电动机的发热、冷却与工作制绝缘等级绝缘材料最高允许温度/°C允许温度/°CY用油漆浸渍的面纱、丝绸、纸板、木材等天然有机材料9050A经过绝缘处理的棉、丝、木材、纸和普通漆包线的绝缘漆等10565E环氧树脂、聚酯薄膜、聚乙烯醇、三醋酸纤维薄膜、高强度绝缘漆12080B用提高了耐热性能的有机漆作黏合剂的云母带、石棉和玻璃纤维组合物13090F用耐热优良的环氧树脂黏合或浸渍的云母、石棉和玻璃纤维组合物155115H用硅有机树脂黏合或浸渍的云母、石棉和玻璃纤维组合物、硅有机橡胶180140C不用胶合物的陶瓷、云母、玻璃纤维、石棉等180140表7-2电动机允许温升与绝缘耐热等级的关系选择电动机容量时，主要考虑电动机发热、过载能力与启动能力等方面因素。127.5电动机的容量选择1、电动机的发热发热：电动机在运行过程中，当单位时间发出的热量等于散发的热量时，电动机温度不再增加，也即处于发热与散热平衡的状态。要研究实际电动机的发热情况，为了简化分析，可假设：1）电动机在恒定负载下运行，总损耗不变。2）电动机是一个均匀物体，各点温度一样，且各部分表面散热系数相同。3）电动机散发到周围介质中去的热量与电动机温升成正比。4）周围环境温度不变。137.5电动机的容量选择根据能量守恒定律，任何时间内，电动机产生的总热量等于电动机本身温度升高需要的热量和散发到周围介质中去的热量之和，即：dtAQCdQQQQdt2121dtACdQdt147.5电动机的容量选择dtAQdt（即）0dtAQ那么电动机的稳定温升即为令ACT/，称为发热时间常数，dtdT电动机发热过程的温升表达式，即Tte/0)(整理后得到热平衡方程式：AQAdtCd(式中0——初始温升；——稳定温升。)157.5电动机的容量选择图7-1电动机发热过程的温升曲线由图可知，电动机发热时温升是按指数规律上升的，其中曲线1是初始温升不为零时的情况，曲线2是初始温升为零的发热曲线。在发热过程开始时，电动机所产生的热量全部用来提高自身的温度，所以温度上升很快。随着电动机温度升高的同时，散发出的热量也跟着增加，自身吸收热量越来越少，电动机的温升变慢。电动机发热过程的温升曲线如图7-1所示：167.5电动机的容量选择2、电动机的冷却冷却：在电动机温升稳定后，当其负载减小使损耗减小或断电停止工作时，电动机发热减少或停止，其温升开始下降，稳定在一个新的数值或降为零。类似于发热过程的推导，可得出电动机冷却过程的温升表达式：Tte/''0')(式中：'0——冷却开始时的初始温升；'——电动机新的稳定温升。177.5电动机的容量选择图7-2电动机冷却过程的温升曲线显然，其中曲线1为电动机负载减少时的冷却过程，曲线2为电动机断开电源时的冷却过程。由图可知，冷却开始时，电动机的温升大，散热快，温升下降曲线较陡，随着温升的不断下降，散热量愈来愈小，温升下降慢，曲线变得平缓，最后接近于新的稳定温升或等于零。电动机冷却过程的温升曲线如图7-2所示：''0187.5电动机的容量选择3、电动机的工作制（1）连续工作制按国家标准电动机的工作方式分为：连续工作制、短时工作制和断续周期工作制。连续工作制是指电动机的工作时间tg（3-4）T（一般可达几小时、几昼夜，甚至更长时间）时，使电动机的温升能达到稳定温升的工作方式。这种工作方式所拖动的负载可以是恒定不变的，也可以是周期性变化的，其负载曲线与温升曲线如图7-3所示。图7-3连续工作制电动机在恒定负载下的负载曲线与温升曲线197.5电动机的容量选择短时工作制是指电动机的工作时间、停歇时间,即工作时间内，电动机的温升达不到稳定值，而停歇时间足以使电动机的温升降到与周围介质温度相同的一种工作方式。国家规定的短时工作制的标准时间为15min、30min、60min和90min四种，其负载曲线和温升曲线如图7-4所示。（2）短时工作制图7-4短时工作制电动机的负载曲线与温升曲线gtT4)(3～0tT4)(3～207.5电动机的容量选择（3）断续周期工作制断续周期工作制是指电动机的工作时间tg（3-4）T、停歇时间t0（3-4）T，即工作时间内，电动机的温升达不到稳态温升，停歇时间内，电动机的温升也降不到零，电动机的工作与停歇周期性交替进行的一种工作方式。图7-5断续周期工作方式电动机负载曲线和温升曲线其负载曲线和温升曲线如图7-5所示。21在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率（或称暂载率），用表示。国家规定的负载持续率有15%、25%、40%和60%四种。断续周期工作制的电动机启动频繁，要求过载能力强、机械强度高。属于此类电动机的生产机械有起重机、电梯、轧钢机辅助机械、某些自动机床的工作机构等。7.5电动机的容量选择（3）断续周期工作制227.5电动机的容量选择二、电动机容量选择的基本方法1、连续工作制电动机容量的选择（1）恒定负载下电动机容量的选择当拖动恒定负载的生产机械时，由于一般电动机是按负载连续工作设计的，所以只要知道生产机械所需的功率，就可以在电动机产品目录中选择一台额定功率(KW)等于或稍大于负载功率的电动机，即NPLPLPNP≤237.5电动机的容量选择7-3常用电动机的功率表达式几种常用电动机的功率表达式如表7-3所示。（1）恒定负载下电动机容量的选择247.5电动机的容量选择257.5电动机的容量选择（1）恒定负载下电动机容量的选择1）计算法电动机在实际环境温度时允许的长期输出功率可按以下公式修正0PkkPPmmN)1(400式中:——电动机的不变损耗与额定负载下可变损耗（铜损）之比，即，对直流电动机，=1.0～1.5，对鼠笼式异步电动机，=0.5～0.7。kCuNPPk/0kk当262）查表法7.5电动机的容量选择在工程实践中，当实际环境温度偏离时，电动机允许的输出功率可按表7-4进行修正。C40表7-4不同环境温度下电动机功率的修正此外，还需注意高原地区由于空气稀薄，散热条件恶化，致使同样负载下电动机温度比平原地区高。因此，按平原地区设计的电动机用于海拔超过1000m的高原地区时，其输出功率也需作适当的修正。277.5电动机的容量选择（2）变化负载下电动机容量的选择图7-6负载变化的生产机械负载图首先：计算出生产机械的负载功率，绘制生产机械负载图，如图7-6所示。)(tfPL或)(tfTL某些生产机械在连续运行中负载的大小变化具有周期性规律，此类生产机械的电动机选择额定功率时，需选择在最大与最小负载功率之间，电动机既能得到充分利用，又不至于过载。变化负载下电动机功率选择的一般步骤是：287.5电动机的容量选择其次：预选电动机的容量。根据生产机械的负载图求出其平均功率'LPniiniiLinnLnLLLttPttttPtPtPP11212211'第三步：电动机额定功率可按下述经验公式预选NP')6.11.1(LP～≥（2）变化负载下电动机容量的选择第四步：对预选电动机进行发热、过载能力及启动能力校验。297.5电动机的容量选择2、短时工作制电动机容量的选择在这种工作方式下，电动机的工作时间较短，在运行期间温度未升到规定的稳定值，而在停止运转期间，温度则可能降到周围环境的温度值。如吊桥、水闸、车床的加紧装置等的拖动运转。如果电动机的实际工作时间符合标准工作时间，选择电动机的额定功率只要不小于负载功率即可。NPLP303、断续周期工作制电动机容量的选择7.5电动机的容量选择我国标准规定，断续周期工作制每个周期不超过10min。这类电动机的共同特点是启动能力强、过载能力大、惯性小（飞轮力矩小）、机械强度大，有较大的过载与启动能力，能适应频繁的启、制动。如果断续运行的生产机械所需的功率是恒定的，且负载的实际负载持续率与某种电动机的标准负载持续率相同或相近，则可直接选择电动机的额定功率≥。若负载的实际负载持续率与标准负载率不相同，则应向靠近标准负载持续率进行换算，即LPLNPLPLLLdxPP317.5电动机的容量选择如果断续运行生产机械所需的功率是变化的，可按上式计算出一个周期内负载的平均功率，然后选择电动机额定功率，使。需要对其进行发热、过载能力和启动能力校验。')6.11.1(