电力拖动系统中电动机的选择.

第8章电力拖动系统中电动机的选择项目八电力拖动系统中电动机的选择8.1电动机的工作制分类8.2电动机容量的选择方法8.3电动机种类、形式、电压、转速的选择思考题与习题第8章电力拖动系统中电动机的选择任务一电动机的工作制分类8.1.1连续工作制(S1)连续工作制是在恒定负载下电动机连续长期运行的工作方式。其工作时间tw＞(3～4)T（T为电机发热时间常数），可达几小时或几十小时。电动机可以按铭牌规定的数据长期运行，其温升可以达到稳定值，因此连续工作制也称为长期工作制，它的功率负荷图P＝f(t)及温升曲线τ＝f(t)如图8.1.1所示。属于此类工作制的生产机械有水泵、通风机、造纸机和纺织机等。第8章电力拖动系统中电动机的选择图8.1.1连续工作制的功率负载图及温升曲线第8章电力拖动系统中电动机的选择8.1.2短时工作制(S2)短时工作制的电动机，其工作时间tw＜(3～4)T。在工作时间内温升达不到稳定值，但它的停机时间t0却很长，t0＞(3～4)T，停机时电动机的温度足以降至周围环境的温度，即温升降至零。短时工作制的功率负载图及温升曲线如图8.1.2所示。属于此类工作制的生产机械有水闸闸门，吊车、车床的夹紧装置等。我国短时工作制电动机的标准工作时间有15、30、60、90min四种。第8章电力拖动系统中电动机的选择图8.1.2短时工作制的功率负载图及温升曲线第8章电力拖动系统中电动机的选择8.1.3断续周期工作制断续周期工作制是在恒定负载下电动机按一系列相同的工作周期运行的工作方式。断续周期工作制的特点是重复性和短时性。在一个周期内，工作时间tw＜(3～4)T，停歇时间t0＜(3～4)T。因此，工作时温升达不到稳定值，停歇时温升也降不到零，整个工作过程中温升不断地上下波动，但平均温升值越来越高。经过足够的周期后，温升将在一个稳定的小范围内上下波动，而温升的最高值小于长期运行的稳定温升。按国家标准规定，每个工作周期tc＝tw＋t0≤10min，因此这种工作制也称为重复短时工作制。第8章电力拖动系统中电动机的选择图8.1.3断续周期工作制的功率负载图及温升曲线第8章电力拖动系统中电动机的选择在断续周期工作制中，工作时间与工作周期之比称为负载持续率，也称暂载率，用FC％表示。我国规定的标准负载持续率有15％、25％、40％、60％等四种。第8章电力拖动系统中电动机的选择任务二电动机容量的选择方法8.2.11.恒定负载下电动机容量的选择这时电动机容量的选择非常简单，只要选择一台额定容量等于或略大于负载容量、转速适合的电动机即可，不需要进行发热校验。第8章电力拖动系统中电动机的选择2.图8.2.1所示为变化负载的功率图，图中只画出了生产过程的一个周期。当电动机拖动这类生产机械工作时，因为负载周期性变化，所以电动机的温升也必然呈周期性波动。温升波动的最大值将低于对应于最大负载时的稳定温升，而高于对应于最小负载时的稳定温升。这样，如按最大负载功率选择电动机的容量，则电动机就不能得到充分利用；而按最小负载功率选择电动机容量，则电动机必将过载，其温升将超过允许值。因此，电动机的容量应选在最大负载与最小负载之间。如果选择得合适，既可使电动机得到充分利用，又可使电动机的温升不超过允许值。通常可采用以下方法选择电动机的容量。第8章电力拖动系统中电动机的选择图8.2.1变化负载的功率图第8章电力拖动系统中电动机的选择1）等效电流法的基本思想是用一个不变的电流Ieq来等效实际上变化的负载电流，要求在同一个周期内，等效电流Ieq与实际变化的负载电流所产生的损耗相等。假定电动机的铁损耗与绕组电阻不变，则损耗只与电流的平方成正比，由此可得等效电流为nnnttttItItII212222121eq(8.2.1)第8章电力拖动系统中电动机的选择式中，tn为对应负载电流In时的工作时间。求出Ieq后，则选用电动机的额定电流IN应大于或等于Ieq。采用等效电流法时，必须先求出用电流表示的负载图。第8章电力拖动系统中电动机的选择2）等效转矩法如果电动机在运行时，其转矩与电流成正比(如他励直流电动机的励磁保持不变、异步电动机的功率因数和气隙磁通保持不变时)，则将式8.2.1可改写成等效转矩公式nnnttttTtTtTT212222121eq(8.2.2)此时，选用电动机的额定转矩TN应大于或等于Teq，当然，这时应先求出用转矩表示的负载图。第8章电力拖动系统中电动机的选择3）等效功率法如果电动机运行时，其转速保持不变，则功率与转矩成正比，于是由式(8.2.2)可得等效功率为nnnttttPtPtPP212222121eq(8.2.3)此时，选用电动机的功率PN大于或等于Peq即可。必须注意的是用等效法选择电动机的容量时，要根据最大负载来校验电动机的过载能力是否符合要求，如果过载能力不能满足，应当按过载能力来选择较大容量的电动机。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.2.21.我国电机制造行业专门设计制造一种专供短时工作制使用的电动机，其工作时间分为15、30、60、90min四种，每一种又有不同的功率和转速。因此，可以按生产机械的功率、工作时间及转速的要求，从产品目录中直接选用不同规格的电动机。如果短时负载是变动的，则也可采用等效法选择电动机，此时等效电流为0212222121eqtttttItItIInnn(8.2.4)第8章电力拖动系统中电动机的选择式中，I1、t1为起动电流和起动时间；In、tn为制动电流和制动时间；t0为停转时间；α、β为考虑对自扇冷电动机在起动、制动和停转期间因散热条件变坏而采用的系数，对于直流电动机，α＝0.75，β＝0.5；对于异步电动机，α＝0.5，β＝0.25。采用等效法时，也必须注意对选用的电动机进行过载能力的校核。第8章电力拖动系统中电动机的选择2.选用断续周期工作制的电动机当没有合适的短时工作制电动机时，也可采用断续周期工作制的电动机来代替。短时工作制电动机的工作时间tw与断续周期工作制电动机的负载持续率FC％之间的对应关系如表8.2.1所示。第8章电力拖动系统中电动机的选择表8.2.1tw与FC％的对应关系tw/min306090FC％15％25％40％第8章电力拖动系统中电动机的选择8.2.3断续周期工作制电动机容量的选择可以根据生产机械的负载持续率、功率及转速，从产品目录中直接选择合适的断续周期工作制电动机。但是，国家标准规定该种电动机的负载持续率FC％只有四种，因此常常会出现生产机械的负载持续率FCx％与标准负载持续率FC％相差较大的情况。在这种情况下，应当把实际负载功率Px按下式换算成相邻的标准负载持续率FC％下的功率P：%%XFCFCPPx(8.2.5)第8章电力拖动系统中电动机的选择根据上式中的标准负载持续率FC％和功率P即可选择合适的电动机。当FCｘ％10％时，可按短时工作制选择电动机；当FCｘ％70％时，可按连续工作制选择电动机。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.2.41.统计法就是对各种生产机械的拖动电动机进行统计分析，找出电动机容量与生产机械主要参数之间的关系，用经验公式作为选择电动机容量的主要依据。以机床为例，主拖动电动机容量与机床主要参数之间的关系如下：（1）P＝36.5D1.54式中:P为电动机的功率（kW)；D为加工工件的最大直径(m)。第8章电力拖动系统中电动机的选择（2）立式车床P＝20D0.88式中：D为加工工件的最大直径(m)。（3）摇臂钻床P＝0.0646D1.19式中：D——为最大钻孔直径(mm)。第8章电力拖动系统中电动机的选择（4）外圆磨床P＝0.1KB式中：B为砂轮宽度(mm)；K为考虑砂轮主轴采用不同轴承时的系数，对于滚动轴承K＝0.8～1.1，对于滑动轴承K＝1.0～1.3。（5）卧式镗床P＝0.004D1.7式中D为镗杆直径(mm)。第8章电力拖动系统中电动机的选择（6）龙门刨床16615.1BP式中：B为工作台宽度(mm)选取电动机的额定容量大于以上各式计算出的功率便可。第8章电力拖动系统中电动机的选择2.类比法通过对长期运行的同类生产机械所采用的电动机容量进行调查，然后对生产机械的主要参数和工作条件进行类比，从而可确定新的生产机械拖动电动机的容量，这就是所谓的类比法。第8章电力拖动系统中电动机的选择任务三电动机种类、形式、电压、转速的选择8.3.11.对于不需要进行调速的负载机械设备，包括连续、短时、周期等工作制的机械设备，应尽可能采用交流感应电动机；对于负载平稳且对起动与制动无特殊要求的连续运行的机械，宜优先选用普通笼形感应电动机。第8章电力拖动系统中电动机的选择如果电动机的功率较大且为了提高电源的功率因数，则可采用三相同步电动机。对于单纯起动困难的负载机械，在经起动能力检验证实后，可采用高堵转转矩的双笼形和深槽笼形感应电动机。如果起动能力检验不能通过或起动时电源线路电压降过大，则可采用绕线转子感应电动机；当带周期性变化负载的机械要求有较大的起动和制动转矩时，对大中功率负载应选用绕线转子感应电动机，对于小功率负载可采用高转差率感应电动机。某些周期性工作制机械采用交流电动机后，在温升、起动、制动特性等方面不能满足需要，或其拖动系统的过渡过程有特殊要求，此时适宜采用直流电动机。第8章电力拖动系统中电动机的选择2.需要调速的机械电动机种类的选择需要调速的这类机械应视调速范围和要求速度调节的连续、平滑程度来选择电动机。对于只要求几种转速的小功率负载机械，可采用变极调速的多速(双速、三速、四速)笼形感应电动机。对调速平滑程度要求不高并且调速比不大的负载机械，宜采用绕线转子电动机或电磁调速电动机。对调速范围在1︰3以上且需连续稳定平滑调速的负载机械，宜采用直流电动机或变频调速电动机。第8章电力拖动系统中电动机的选择对需要起动转矩大和机械特性硬度低的生产机械，宜选用直流串励电动机。某些要求调速比不大(1︰2左右)的大功率负载机械，也可采用带有串极调速装置的绕线转子感应电动机，这样还可使部分电能回馈电网，得以提高其运行的经济指标。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.3.2电动机与工作机械有不同的连接方式，同时生产机械的工作环境差异很大，因此应当根据具体的生产机械类型、工作环境等来确定电动机的结构形式。1.电动机安装形式根据安装位置的不同分为卧式和立式两种。一般情况下应选择卧式结构。立式电动机的价格较贵，只有在简化传动装置且又必须垂直运转时才采用。第8章电力拖动系统中电动机的选择2.防护形式的选择（1）开启式电动机。开启式电动机外表有很大的通风口，其散热条件好，用料省而造价较低；但缺点是水气、灰尘、铁屑和油污等杂物容易侵入电动机内部，因此只能用于干燥和清洁的工作环境。（2）防护式电动机。防护式电动机的通风口设计为朝下且有防护网遮掩，其通风冷却条件比较好。该种防护形式的电动机一般可防滴、防雨、防溅以及防止外界杂物从小于45°角的垂直方向落入电动机内部，但不能防止潮气和灰尘的侵入，因此它比较适用于灰尘不多、较为干噪、无腐蚀性和爆炸性气体的场所。第8章电力拖动系统中电动机的选择（3）封闭式电动机。封闭式电动机通常又分为自冷式、强迫通风式和密闭式三种。自冷式和强迫通风式两种形式的电动机能防止从任何方向飞溅来的水滴和其他杂物侵入，并且潮气和灰尘等也不易进入电动机内部，因此适用于潮湿、灰尘多、易受风雨侵蚀、易引起火灾、有腐蚀性气体的各种地方。密闭式电动机一般用于在水或油等液体中工作的负载机械，比如潜水电动机或潜油电动机等。（4）防爆式电动机。防爆式电动机通常在封闭式电动机结构的基础上制成隔爆型、增安型和正压型三类形式，它们都适用于有易燃、易爆气体的危险环境中，如矿井、油库、煤气站等场所。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.3.3电动机额定电压主要根据电动机运行场地的供电、电压等级而定。一般中小型交流感应电动机多采用低压，380V(Y接法或△接法)、220／380V（△／Y）、380／6