《電機(jī)與拖動基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

,電機(jī)與拖動基礎(chǔ),主 講 教 師: 青 小 渠 參考教材:李發(fā)海 王 巖 編著，電機(jī)與拖動基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版，2005年第三版 西南石油學(xué)院電氣工程及其自動化教研室 2006.9.,第11章,電動機(jī)的選擇,11.1 電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,1. 類型的選擇 (1) 生產(chǎn)機(jī)械對電動機(jī)的要求 機(jī)械特性、起動性能、調(diào)速性能、 制動方法、過載能力 (2) 經(jīng)濟(jì)效益 2. 功率的選擇 既不能過載，也不能長期輕載。 類比法、統(tǒng)計法、實驗法、計算法。,第11 章 電動機(jī)的選擇,3. 電壓的選擇,(1) 三相異步電動機(jī)的額定電壓 380 V、3 000 V、6 000 V、10 000 V。 (2) 根據(jù)功率選擇電壓 PN200 kW 時，選擇 UN = 380 V。 PN200 kW 時，選擇高壓電機(jī)。 一般大中型電動機(jī)選擇 UN = 6 000 V。 (3) 中小型直流電動機(jī)的額定電壓 110 V、220 V、160 V、440 V。,由 220 V 單相橋式整流器供電,由 380 V 三相全控橋式整流器供電, 三相同步電動機(jī)額定電壓基本與三相異步電 動機(jī)相同。,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,4. 轉(zhuǎn)速的選擇,5. 外形結(jié)構(gòu)的選擇 開啟式、防護(hù)式、封閉式、密封式、 防爆式。,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,開啟式電動機(jī),電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,防護(hù)式電動機(jī),Y系列（IP23）電動機(jī)是防護(hù)型自扇冷式籠型三相異步電動機(jī),電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,封閉式電動機(jī),離心制冷機(jī)用封閉式電機(jī),螺桿制冷機(jī)用封閉式電機(jī),電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,密封式電動機(jī),Y系列（IP44）電動機(jī)是全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機(jī),電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,防爆式電動機(jī)（YB系列）,YB2-B35,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,6. 安裝型式的選擇 臥式、立式。,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,(1) B3，臥式 (2) B5，臥式 (3) B35，臥式 (4) V1，立式,B3 型,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,B5 型,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,B35 型,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,立式電動機(jī) （V1 型）,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,7. 工作制的選擇 有九種工作制。 如連續(xù)工作制、短時工作制、斷續(xù)周期工作制。 8. 型號的選擇 Y 系列 封閉式籠型三相異步電動機(jī)。 YR 系列 繞線型三相異步電動機(jī)。 YD 系列 三相多速異步電動機(jī)。 YB 系列 防爆型三相異步電動機(jī)。 T 系列 三相同步電動機(jī)。 Z 系列 直流電動機(jī)。 ,電動機(jī)選擇的基本內(nèi)容,11.2 電機(jī)的發(fā)熱與溫升,電機(jī)的溫升 = 電機(jī)的溫度周圍環(huán)境溫度 當(dāng) 發(fā)熱量 = 散熱量時， = 穩(wěn)定值。 電機(jī)的熱平衡方程式 C d A dt = Q dt Q 熱量（單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量）。 C 熱容量（溫度每升高 1 K 所需的熱量）。 A 散熱系數(shù) （ 為 1 K 時，每秒所散出的熱量）。,第11 章 電動機(jī)的選擇, i 電機(jī)的初始溫升。 s = Q / A 電機(jī)的穩(wěn)定溫升。 = C / A 電機(jī)的發(fā)熱和冷卻時間常數(shù)。,電機(jī)的發(fā)熱和冷卻,11.3 電機(jī)的工作制,1. 連續(xù)工作制（ S1 工作制）,應(yīng)用 通風(fēng)機(jī)、水泵、 紡織機(jī)、造紙機(jī)等。,第11 章 電動機(jī)的選擇,2. 短時工作制（ S2 工作制） 標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時間：15、30、60、90 min。,應(yīng)用 水閘啟閉機(jī)、 冶金用的電動機(jī)、 起重機(jī)中的電動機(jī)。,電機(jī)的工作制,3. 斷續(xù)周期工作制（ S3 工作制）,負(fù)載持續(xù)率,標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率 FC = 15% FC = 25% FC = 40% FC = 60% 周期：tWtS 10 min。 應(yīng)用 起重機(jī)、電梯、軋鋼輔助機(jī)械中的電動機(jī)。,電機(jī)的工作制,4. 包括起動的斷續(xù)周期工作制（ S4 工作制） 5. 包括電制動的斷續(xù)周期工作制（ S5 工作制） 6. 連續(xù)周期工作制（ S6 工作制） 7. 包括電制動的連續(xù)周期工作制（ S7 工作制） 8. 包括變速變負(fù)載的連續(xù)周期工作制（ S8 工作制） 9. 負(fù)載和轉(zhuǎn)速非周期變化工作制（ S9 工作制）,電機(jī)的工作制,11.4 電動機(jī)的額定功率,1. 額定功率的確定,A E B F H C 105 120 130 155 180 180,2. 工作制的影響 3. 環(huán)境溫度的影響,一般： = 0.4 1.1,第11章 電動機(jī)的選擇,30 35 40 45 50 55 8% 5% 0 5% 12.5 % 20%,工程上也可以按下表對 P2 估算。,4. 海拔高度的影響 海拔高度越高，空氣越稀薄，散熱越困難， 使得 P2PN 。 海拔 1 000 m h 4 000 m h = 100 m，N 降低 1% ，P2 降低 0.5% 。,電機(jī)的允許輸出功率,11.5 恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,1. 連續(xù)運(yùn)行的電動機(jī) 選擇工作制為 S1 的電動機(jī)。 求出電動機(jī)的負(fù)載功率 PL, Pm 生產(chǎn)機(jī)械的輸出功率； m 生產(chǎn)機(jī)械的效率； t 電動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間傳動機(jī)構(gòu)的效率。 選擇 PN = PL 或略大于PL 的電動機(jī)。 校驗起動能力。,第11 章 電動機(jī)的選擇,【例 11.1】 有一臺由電動機(jī)直接拖動的離心水泵，流量 Q = 0.04 m3/s，揚(yáng)程 h = 8 m，效率m = 0.58， 轉(zhuǎn)速 n = 1 440 r/min 。試選擇電動機(jī)的額定功率。 解：(1) 該電機(jī)屬于恒定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行工作方 式，故選擇工作制為 S1 的電動機(jī)。 (2) 由水泵設(shè)計手冊查得, 水的比重 r = 1 000 kg /m3。,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,對于直接傳動 t = 1，故,(3) 選擇 PN PL 的電動機(jī)。 例如選擇 PN = 5.5 kW， nN = 1 440 r/min 的 Y 系列三相籠型異步電動機(jī)。 (4) 起動能力校驗 水泵為通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性類的生產(chǎn)機(jī)械， 起動能力不會有問題。,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,2. 短時運(yùn)行的電動機(jī),(1) 選擇工作制為 S2 的電動機(jī) 選擇標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時間與實際運(yùn)行時間相同或相 近的電動機(jī)。 求出電動機(jī)的負(fù)載功率 PL 。 將 PL 折算成標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時間的負(fù)載功率 PLN 。,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,當(dāng) tWtWN 時，則上式可簡化為, 選擇額定功率 PN PLN 的電動機(jī) 。 校驗起動能力（對三相籠型異步電動機(jī)而言）。,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,(2) 選擇工作制為 S3 的電動機(jī) 將 S3 工作制的 FCN 換算成 S2 工作制的 tWN ， 其對應(yīng)關(guān)系為 FCN = 15% tWN = 30 min FCN = 25% tWN = 60 min FCN = 40% tWN = 90 min 再按 (1) 中步驟進(jìn)行計算。,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇, 選擇 PN PLN 的電動機(jī) 。 校驗起動能力。 如果 tW(0.3 0.4) ， 此時可以直接由過載能力和起動能力選擇電 動機(jī)的 PN 。,(3) 選擇工作制為 S1 的電動機(jī), 求出電動機(jī)的負(fù)載功率 PL 。 將 PL 折算成 S1 工作制時的負(fù)載功率 PLN 。,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇, 校驗過載能力。 則 PLNPL ，,（對籠型異步電動機(jī)而言）,【例 11.2】 某生產(chǎn)機(jī)械為短時運(yùn)行，每次工作時間 12 min，停機(jī)時間足夠長，輸出功率 Pm = 20 kW，效率m = 0.833，傳動機(jī)構(gòu)效率t = 0.8，采用 S2 工作制的直流電動機(jī)拖動。試問電動機(jī)的額定功率應(yīng)為多少？ 解：(1) 電動機(jī)的負(fù)載功率為,(2) 選擇 tW = 15 min 的 S2 工作制電動機(jī)， 其等效負(fù)載功率為 (3) 選擇電動機(jī)的額定功率 PN 26.83 kW 。,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,3. 斷續(xù)周期運(yùn)行的電動機(jī), 選擇標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率 FCN 與實際負(fù)載持續(xù)率FC 相同或相近的 S3 工作制電動機(jī)。 求出電動機(jī)的負(fù)載功率 PL 。 將 PL 換算成標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率時的負(fù)載功率 PLN 。,當(dāng) FCFCN 時，則, 選擇 PN PLN 的電動機(jī) 。 校驗起動能力（對三相籠型異步電動機(jī)而言）。,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇, 如果 FC10%，可按短時運(yùn)行選擇電動機(jī)。 如果 FC70%，可按連續(xù)運(yùn)行選擇電動機(jī)。,【例 11.3】 有一斷續(xù)周期工作的生產(chǎn)機(jī)械，運(yùn)行時間 tW = 90 s，停機(jī)時間 tS = 240 s，需要轉(zhuǎn)速 n = 700 r/min左右的三相繞線型異步電動機(jī)拖動，電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL = 275 Nm。試選擇電動機(jī)的額定功率。 解：(1) 電動機(jī)的實際負(fù)載持續(xù)率,(2) 選擇 FCN = 25% 的 S3 工作制繞線型異步電動機(jī)。 (3) 電動機(jī)的負(fù)載功率,恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,換算到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率時的負(fù)載功率,(3) 選擇電動機(jī)的額定功率 PN21 kW 。,10.5 恒定負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,11.6 變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,1. 周期性變動負(fù)載的電動機(jī) (1) 求出各段時間電動機(jī)的負(fù)載功率,(2) 求出平均負(fù)載功率,(3) 預(yù)選電動機(jī)的 PN PN = ( 1.1 1.6 ) PL (4) 發(fā)熱校驗,第11 章 電動機(jī)的選擇,(4) 發(fā)熱校驗, 平均損耗法 電動機(jī)的平均功率損耗為, PalL1 、PalL2 每段時間的功率損耗。 由電動機(jī)的效率曲線 = f (P2) 可得,電動機(jī)的額定功率損耗,變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,如果 PalLPalN ，發(fā)熱校驗合格。 否則需加大電動機(jī)的 PN ，再做發(fā)熱校驗。, 等效電流法 適用于電動機(jī)的 P0 和電阻不變的情況。 電動機(jī)的平均銅損耗為, IL 產(chǎn)生該平均銅損耗 相當(dāng)?shù)牡刃щ娏鳌?變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,當(dāng) ILIN ，發(fā)熱校驗合格。 否則需加大電動機(jī)的 PN ，再做發(fā)熱校驗。 等效轉(zhuǎn)矩法 適用于電動機(jī)的 P0 和 R 不變且 T I 的情況。 與等效電流對應(yīng)的等效轉(zhuǎn)矩,電動機(jī)的額定銅損耗為,只要 TLTN ，發(fā)熱校驗合格。,變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇, 等效功率法,適用于電動機(jī)的 P0 和 R 不變，T I ， 且 n 基本不變的情況。 由于 n 不變，有 P T ，則等效負(fù)載功率為,只要 PLPN ，發(fā)熱校驗合格。 (5) 校驗過載能力 交流電動機(jī)： TLmaxTM = MTTN 直流電動機(jī)： ILmax Iamax = (1.5 2) IaN (6) 校驗起動能力 滿足對 Tst 和 Ist 的要求。,變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,【例 11.4】 某生產(chǎn)機(jī)械擬用一臺轉(zhuǎn)速為 1 000 r/min 左右的籠型三相異步電動機(jī)拖動。負(fù)載曲線如圖所示。其中 PL1 = 18 kW，t1 = 40 s，PL2 = 24 kW，t2 = 80 s， PL3 = 14 kW，t3 = 60 s，PL4 = 16 kW，t4 = 70 s。起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TLst = 300 Nm，采用直接起動，起動電流的影響可不考慮。試選擇電動機(jī)的額定功率。 解：(1) 平均負(fù)載功率,= 18.4 kW,變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,(2) 預(yù)選 Y200L26 型三相異步電動機(jī)，該電動 機(jī)的 PN = 22 kW，nN = 970 r/min， st = 1.8， MT = 2.0。 (3) 進(jìn)行發(fā)熱校驗（用等效功率法）,= 18.84 kW,由于 PLPN，發(fā)熱校驗合格。,變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,(4) 校驗過載能力 由于n 基本不變，P T，,因此直接用 PM 校驗。,因為 PM = MTPN = 222 kW = 44 kW PLmax = 24 kW 所以 PMPLmax ，過載能力合格。 (5) 校驗起動能力,變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,Tst = st TN = 1.8216.7 Nm = 390 Nm 因為 要求 Tst(1.1 1.2) TLst = (1.1 1.2)300 Nm = 330 360 Nm 所以 起動能力校驗合格。,2. 需要考慮起動、制動和停機(jī)過程時發(fā)熱公式 的修正,考慮起動、制動、 停機(jī)的負(fù)載曲線,修正系數(shù),交流電動機(jī)： = 0.5， = 0.25 直流電動機(jī)： = 0.75， = 0.5,變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,運(yùn)行 起動 制動 停機(jī),變動負(fù)載電動機(jī)額定功率的選擇,【例 11.5