電機(jī)及拖動基礎(chǔ)

1、第十四章 電力拖動系統(tǒng)電動機(jī)的選擇內(nèi)容提要 本章闡明如何為生產(chǎn)機(jī)械正確地選擇電動機(jī)。本章第一節(jié)首先介紹電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻過程;第二節(jié)至第四節(jié)分別介紹連續(xù)、短時及斷續(xù)周期三種工作制電動機(jī)的選擇問題，著重介紹按發(fā)熱觀點的平均損耗法與等效法的本質(zhì)、用法以及按滿足起動能力要求的短時工作制電動機(jī)的選擇;第五節(jié)分析籠型異步電動機(jī)按發(fā)熱觀點允許小時合閘次數(shù)Z，探討如何增加z以滿足生產(chǎn)率的要求;第六節(jié)介紹帶飛輪及沖擊負(fù)載時電動機(jī)選擇的有關(guān)問題;第七節(jié)介紹電力施動調(diào)速電動機(jī)功率的選擇，分別介紹直流調(diào)速電動機(jī)及變頻調(diào)速籠型異步電動機(jī)功率的選擇;第八節(jié)介紹選擇電動機(jī)功率的實用方法(統(tǒng)計法或類比法);第九節(jié)介紹電動機(jī)

2、電流種類、型式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速的選擇方法等有關(guān)內(nèi)容。 電力拖動系統(tǒng)電動機(jī)的選擇，首要的是在各種工作制下電動機(jī)功率的選擇，同時還要確定電動機(jī)的電流種類、型式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。 正確選擇電動機(jī)功率的原則，應(yīng)當(dāng)是在電動機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)最合理地決定電動機(jī)的功率。 正確決定電動機(jī)的功率有很重要的意義。如果功率選得過大，會造成浪費。設(shè)備投資增大，而且電動機(jī)經(jīng)常欠載運行，效率及交流電動機(jī)的功率因數(shù)較低，運行費用較高，極不經(jīng)濟(jì);反之，如果功率選小了，電動機(jī)將過載運行，造成電動機(jī)過早地?fù)p壞。或者在保待電動機(jī)不過熱的情況下，只能降低負(fù)載使用。因此，電動機(jī)不適當(dāng)?shù)剡x得太大或太小，都

3、將會造成資源的浪費和損失。 決定電動機(jī)功率時，要考慮電動機(jī)的發(fā)熱、允許過載能力與起動能力三方面的因素，一般情況下，以發(fā)熱同題最為重要。 電動機(jī)的發(fā)熱，是由于在實現(xiàn)能量變換過程中在電動機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生損耗并變成熱量使電動機(jī)的溫度升高。在電動機(jī)中，耐熱最差的是繞組的絕緣材料，不同等級的絕緣材料，其最高允許溫度是不同的。電動機(jī)中常用的絕緣材料可有五種等級: （1）A級絕緣 包括經(jīng)過絕緣浸潰處理的棉紗、絲、紙等，普通漆包線的絕緣漆。最高允許溫度為l05 （2）E級絕緣 包括高強(qiáng)度漆包線的絕緣漆，環(huán)氧樹脂，三醋酸纖維薄膜、聚酌薄膜及青殼紙，纖維填料塑料。最高允許溫度為120 3)B級絕緣 包括由云母、玻璃纖維

4、、石棉等制成的材料，用有機(jī)材料粘合或浸漬;礦物填料塑料。最高允許溫度為130 （4)F級絕緣 包括與B級絕緣相同的材料，但粘合劑及浸演漆不同。最高允許溫度為l55。 （5）H級絕緣包括與“級絕緣相同的林料，但用耐溫l80的硅有機(jī)樹脂粘合或浸漬;硅有機(jī)橡膠;無機(jī)填料塑料。最高允許溫度為180。 目前的趨勢是日益廣泛地使用高允許溫度等級的絕緣材料，如F, H級絕緣材料。這樣，可以在一定的輸出功率下使電動機(jī)的重量與體積大為降低。 當(dāng)電動機(jī)溫度不超過所用絕緣材料的最高允許溫度時，絕緣材料的壽命較長，可達(dá)20年以上;反之，如溫度超過上述最高允許溫度，則絕緣材料老化、變脆，縮短了電動機(jī)的壽命，嚴(yán)重情況下，

5、絕緣材料將碳化、變質(zhì)、失去絕緣性能，從而使電動機(jī)燒壞。 由此可見，絕緣材料的最高允許溫度是一臺電動機(jī)帶負(fù)載能力的限度，而電動機(jī)的額定功率就是代表這一限度。電動機(jī)銘牌上所標(biāo)的額定功率即指如環(huán)境溫度(或冷卻介質(zhì)溫度)為4，電動機(jī)帶動額定負(fù)載(指負(fù)載功率為額定值)長期連續(xù)工作，溫度逐漸升高趨于穩(wěn)定后，最高溫度可達(dá)到絕緣材料允許的極限。 上述環(huán)境溫度40是我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)(我國舊系列電動機(jī)，如J、Z系列電動機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境溫度曾規(guī)定35既然電動機(jī)的額定功率是對應(yīng)于環(huán)境溫度為標(biāo)準(zhǔn)值40時的功率，則當(dāng)環(huán)境溫度低于40時，電動機(jī)可帶動高于額定值的負(fù)載;反之，當(dāng)環(huán)境溫度高于40時，所帶負(fù)載應(yīng)適當(dāng)降低，以保證兩種情

6、況下電動機(jī)最終都不超過絕緣材料最高允許溫度。 必須指出，在研究電動機(jī)發(fā)熱時，常把電動機(jī)溫度與周圍環(huán)境溫度之差稱為“溫升”。顯然，使用不同的絕緣材料的電動機(jī)，其最高允許溫升是不同的。電動機(jī)銘牌上所標(biāo)的溫升是指所用絕緣材料的最高允許溫度與40之差，或稱為額定溫升。例如，國產(chǎn)z272直流電動機(jī)用的是E級絕緣，其最高允許溫度是120C，所以其銘牌上標(biāo)的溫升是80。 選擇電動機(jī)功率時，除考慮發(fā)熱外，有時還要考慮電動機(jī)的過載能力是否足夠，因為各種電動機(jī)的短時過載能力都是有限的。校驗電動機(jī)的過載可按下列條件: 式中電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù); 電動機(jī)在工作巾承受的最大轉(zhuǎn)矩。 對于異步電動機(jī)，取決于心，其關(guān)系為

7、 =(0.80.85)式中異步電動機(jī)臨界轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，=/;0.80.85考慮電網(wǎng)電壓下降引起及下降的系數(shù)。 對于直流電動機(jī)，過載能力受換向所允許的最大電流值的限制。一般Z2型與Z型直流電動機(jī)，在額定磁通下、可選為=1.52對于專為起重機(jī)、軋鋼機(jī)、冶金輔助機(jī)械等設(shè)計的22型和ZZY型電動機(jī)，以及同步電動機(jī)，為 =2 .53 當(dāng)過載校驗不能通過時，則另選過載能力較大的電動機(jī)或選功率較大的電動機(jī)，來滿足過載條件的要求。 對于籠型異步電動機(jī)，有時還須進(jìn)行起動能力的校驗。如果該電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩兀.較小，在起動時低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩爪，則不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求，此時必須改選雙.較大的異步電動機(jī)或選功率較

8、大的電動機(jī)。對于直流電動機(jī)與繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，則不必校驗起動能力，因其起動轉(zhuǎn)矩- 6t的數(shù)值是可調(diào)的。第一節(jié)電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻及電動機(jī)工作制的分類一、電動機(jī)的發(fā)熱過程我們首先研究電動機(jī)長時連續(xù)工作，負(fù)載不變情況下的發(fā)熱過程。電動機(jī)的發(fā)熱是由于工作時，在其內(nèi)部產(chǎn)生損耗八P造成的，其值為式中 熱流量(電動機(jī)單位時間內(nèi)發(fā)出的熱量)J/s，或W;P1及P2電動機(jī)的輸人功率和軸上的輸出功率(W); 電動機(jī)效率; 不變損耗，即為空載損耗，包括鐵耗與機(jī)械損耗，它們僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與負(fù) 載的大小無關(guān); 可變損耗，即為銅耗，它隨負(fù)載的變化而變化，與負(fù)載電流的二次方成正比。 電動機(jī)發(fā)熱的具體情況較為復(fù)雜，為了研

9、究方便，我們把電動機(jī)看成是一個在任何時候各部分溫度均相同的均勻整體，其熱容量可用一個系數(shù)表示，電動機(jī)向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量與二者的溫度差(即溫升）成正比關(guān)系。 為了求出表達(dá)電動機(jī)發(fā)熱情況的溫升變化曲線，首先應(yīng)寫出熱量平衡的基本方程。在時問dt內(nèi)，電動機(jī)所發(fā)出的熱量動有兩個去向，一部分Cd二被電動機(jī)吸收，使電動機(jī)的溫度升高d為電動機(jī)的熱容，即為使電動機(jī)溫度升高1所需的熱量，單位為J/K，另一部分是向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量aSdt或 為電動機(jī)的散熱系數(shù)，即電動機(jī)與周圍介質(zhì)溫度相差1時，單位時間內(nèi)電動機(jī)向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量，單位為w/K;S為散熱表面積，單位為m2 ;。為傳熱系數(shù)，即溫升1時，每秒鐘從每平

10、方米的面積上散發(fā)的熱量，單位為W/(m2×K)。這樣，可以寫出熱平衡方程式為 將Adt除式(146），整理后得令C/A=T，得基本形式的微分方程其解為下列形式:式中發(fā)熱過程的起始溫升。 顯然，如發(fā)熱過程由周圍介質(zhì)溫度開始，即=0,則式（148）變?yōu)樵趫D14-1上繪出兩條，其中曲線2對應(yīng)于=0。最終趨于穩(wěn)定溫升 由溫升曲線可見，發(fā)熱過程開始時，由于溫升較小，散發(fā)到周圍空氣中去的熱量較小，大部分熱量被電動機(jī)吸收，因而溫升:增長較快;其后，隨著溫度的升高，散發(fā)出去的熱最不斷加大，而電動機(jī)發(fā)出熱量則由于負(fù)載不變而維持不變，電動機(jī)吸收的熱量不斷減少，溫升曲線趨于平緩;最后，發(fā)熱量與散熱量相等，

11、電動機(jī)的溫度不再升高，溫升達(dá)到穩(wěn)定值我們把稱為發(fā)熱時間常數(shù)T表示電動機(jī)溫升變化快慢的程度，是一個表征熱慣性的時間常數(shù)，由前C與A的單位可導(dǎo)出T的單位為s。與前反映機(jī)械慣性及電磁慣性的時間常數(shù)相比，發(fā)熱時間常數(shù)是很大的，它以幾十分鐘甚至幾小時計。T的大小與電動機(jī)構(gòu)造尺寸以及散熱條件有關(guān)，電動機(jī)的體積愈大，一般發(fā)熱時間常數(shù)幾也愈大，這是因為。熱容C與電動機(jī)體積(或重量)成正比，而散熱系數(shù)則與電動機(jī)的外表面積成正比。 下面討論一下另一個參量。由式(14 -8）可見，當(dāng)t=00時即發(fā)熱過程終了時，溫升不再升高，趨干穩(wěn)定值.。此時d，由式(146）可見顯然，此時電動機(jī)在時間dt內(nèi)發(fā)出的熱量全部向周圍介質(zhì)

12、散發(fā)掉，電動機(jī)不再吸收熱量，其溫度也自然不再升高了。因此，只要穩(wěn)定溫升腸控制在絕緣材料允許的最高溫升、以內(nèi)，電動機(jī)連續(xù)工作也不會過熱。 電動機(jī)的最高穩(wěn)定溫升可達(dá)。式中及中，電動機(jī)在額定功率下運行時的損耗功率及熱流量。電動機(jī)在運行中只要發(fā)出的熱流量、或，電動機(jī)溫度就不會超過允許值。在式(1412）中，如用代人，并稍加整理，得由上式可見，對同樣尺寸的電動機(jī)，欲使其額定功率P、提高，可由下列三方面人手。1提高額定效率，即相當(dāng)于采取措施降低電動機(jī)損耗。2)提高散熱系數(shù)A，用加大空氣流通速度與散熱表面積可使散熱加快，因此電動機(jī)中廣泛采用風(fēng)扇(自帶風(fēng)扇的自扇冷式及另外配備通風(fēng)機(jī)的他扇冷式)和帶散熱筋的機(jī)殼

13、，在結(jié)構(gòu)形式上，同樣尺寸的開啟式電動機(jī)，其額定功率比封閉式的大，因前者的散熱條件較好，其散熱系數(shù)比后者的大。3)提高絕緣材料的允許溫升。，這可從采用等級較高的絕緣材料達(dá)到要求。二、電動機(jī)的冷卻過程 電動機(jī)的冷卻可能有兩種情況。其一是負(fù)載減小，電動機(jī)損耗功率么P(或熱流量必)下降時;其二是電動機(jī)自電網(wǎng)斷開，不再工作，電動機(jī)的尸或矽變?yōu)榱恪?電動機(jī)冷卻過程的溫升曲線變化規(guī)律方程式的形式與式(148）相同，其中為冷卻開始時的溫升，而為由降低負(fù)載后的或巾所決定的穩(wěn)定溫升，顯然，這一情況在圖14一2上用曲線1表示。當(dāng)電動機(jī)自電網(wǎng)斷開時，式(14一8）變?yōu)?在圖14-2用曲線2表示電動機(jī)脫離電源的冷卻過程

14、的曲線。必須注意，電動機(jī)脫離電網(wǎng)時的冷卻時間常數(shù)寫與電動機(jī)通電時的時間常數(shù)幾不同。這是因為，當(dāng)電動機(jī)由電網(wǎng)斷開后，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，在采用自扇冷式的電動機(jī)上，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，散熱系數(shù)下降為A'，使時間常數(shù)增大為在采用他扇冷式時，則 由圖14-.可見，在電動機(jī)冷卻時，發(fā)熱減小或不發(fā)熱，原來儲存在電動機(jī)中的熱量逐漸散出，使電動機(jī)溫升下降。冷卻開始時，電動機(jī)的溫升大，散熱量大，溫升下降快;隨著溫升的不斷下降，散熱量愈來愈小，溫升下降變得平緩，最后趨于。 三、電動機(jī)工作制的分類 電動機(jī)工作時，負(fù)載持續(xù)時間的長短對電動機(jī)的發(fā)熱情況影響很大，因而也對決定電動機(jī)的功率大有影響。按電動機(jī)發(fā)熱的不同情況，可分為三類

15、工作制。 1連續(xù)工作制 電動機(jī)連續(xù)工作時問很長，其溫升可達(dá)穩(wěn)定值。顯然，工作時問，可達(dá)幾小時甚至幾晝夜。屬于這類的生產(chǎn)機(jī)械有水泵、鼓風(fēng)機(jī)、造紙機(jī)、機(jī)床主軸等。其簡化的負(fù)載圖及溫升曲線如圖（14-3所示。 2，短時工作制 電動機(jī)的工作時間tg較短，在此時間內(nèi)溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，而停車時間又相當(dāng)長，電動機(jī)的溫度可以降到周圍介質(zhì)的溫度(即)屬此類的生產(chǎn)機(jī)械有機(jī)床的輔助運動機(jī)械、某些冶金輔助機(jī)械、水閘閘門啟閉機(jī)等。簡化的功率負(fù)載圖及溫升曲線圖如圖144所示。 圖中用虛線表示帶同樣大小功率的負(fù)載而且連續(xù)工作時的。由圖可見，如果已把結(jié)束時的溫升一設(shè)計為絕緣材料允許的最高溫升，則該電動機(jī)帶同樣負(fù)載而連續(xù)工作時

16、，穩(wěn)定溫升將大大超過上述允許溫升而燒壞。我國規(guī)定的短時工作的標(biāo)準(zhǔn)時間有15min、30min、60min、90min四種。3.斷續(xù)周期工作制 在這種工作制中，工作時間和停歇時間輪流交替，兩段時間都較短。在期間，電動機(jī)溫升來不及達(dá)到穩(wěn)定值，而期間，溫升也來不及降到。這樣經(jīng)過每一周期，溫升有所上升，最后溫升將在某一范圍內(nèi)上下波動。屬于這類工作制的生產(chǎn)機(jī)械有起重機(jī)、電梯、軋鋼輔助機(jī)械(如輥道、壓下裝置)等。其負(fù)載圖和溫升曲線圖如圖1-5所示。圖中也用虛線表示帶同樣大小的負(fù)載而連續(xù)工作時的溫升曲線。與短時工作制相似，不可按電動機(jī)的斷續(xù)周期定額作連續(xù)運行，否則電動機(jī)也會過熱而燒壞。在斷續(xù)周期工作制中，負(fù)

17、載工作時間與整個周期之比稱為負(fù)載持續(xù)率ZC%,即我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%四種，一個周期的總時間規(guī)定為電機(jī)廠專門設(shè)計和制造了適應(yīng)不同工作制的電動機(jī)，并規(guī)定了連續(xù)、短時、斷續(xù)三種定額，供不同的負(fù)載性質(zhì)選配。 我國把周期工作制分為兩類，上述一類稱為斷續(xù)周期工作制，另外還有一類為連續(xù)周期工作制，其負(fù)載圖P=圖14-6所示。此時電動機(jī)連續(xù)通電，負(fù)載作周期變化，每個周期由短時額定功率與短時空載功率組成。其負(fù)載持續(xù)率的定義與斷續(xù)周期工作制時相似，亦為 每個周期的總時間也小于10rnin。 對于各種不同的生產(chǎn)機(jī)械，電動機(jī)負(fù)載圖是不.同的，但就發(fā)熱而言，一般都可歸于連續(xù)、短時及斷

18、續(xù)周期三類工作制中的一類，而連續(xù)周期工作制本質(zhì)上應(yīng)歸于連續(xù)工作制(屬負(fù)載變化時的連續(xù)工作制)。 不同工作.制下電動機(jī)功率選擇的方法是不同的，在下列幾節(jié)中將分別進(jìn)行研究。第二節(jié)連續(xù)工作制電動機(jī)的選擇 連續(xù)工作制電動機(jī)的負(fù)載可分為兩類，即常值負(fù)載與變化負(fù)載(大多數(shù)情況屬周期性變化負(fù)載)，現(xiàn)分別介紹選擇電動機(jī)功率的方法。 一、常值負(fù)載下電動機(jī)功率的選擇在計算出負(fù)載功率后，選擇額定功率，等于或略大于尸，的電動機(jī)，即 因一般電動機(jī)是按常值負(fù)載連續(xù)工作設(shè)計的，電動機(jī)設(shè)計及出廠試驗保證電動機(jī)在額定功率下工作時，溫升不會超過允許值，今電動機(jī)帶的負(fù)載功率，發(fā)熱自然沒有問題，不需要進(jìn)行發(fā)熱校驗。 電動機(jī)起動電流較

19、大，但由于起動時間較短，對電動機(jī)發(fā)熱影響不大，可不予考慮。如果選用籠型異步電動機(jī)，一般還須校驗其起動能力。 如果電動機(jī)周圍環(huán)境溫度。與標(biāo)準(zhǔn)值40相差較大，則為了充分利用電動機(jī)，其輸出功率可與P不同，兩者的關(guān)系可由下法計算。 設(shè)在40時，電動機(jī)的穩(wěn)定溫升為，熱流量為，額定功率為，而在實際環(huán)境溫度時，穩(wěn)定溫升為，熱流量為，允許輸出功率為P,為了在發(fā)熱方面充分利用，電動機(jī)在不同的環(huán)境溫度下，都應(yīng)能達(dá)到絕緣材料的最高允許溫度，即由上式可見以式（1417）除（1418），得由式（145），得式中 k不變損耗(空載損耗)與額定負(fù)載下可變損耗機(jī)結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)速，一般在0.41.1的范圍內(nèi)變化如果電動機(jī)的磁通保持不

20、變(對異步電動機(jī)則其cos也近似不變)，則T與I成正比。即另外如電動機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，由P=Tn/9550,可知P與T成正比，即將式(1423）即可計算電動機(jī)在實際環(huán)境溫度時的允許輸出功率P時，顯然在周圍環(huán)境溫度不同時，電動機(jī)功率可粗略地按表14-1相應(yīng)增減。環(huán)境溫度低于30時，一般電動機(jī)功率也只增加8% 必須指出，工作環(huán)境的海拔對電動機(jī)溫升有影響，這是由于海拔越高，雖然氣溫降低越多，但由于空氣稀薄，散熱條件大為惡化。這兩方面的因素互相補(bǔ)償，因此規(guī)定，使用地點的海拔不超過1000m時，額定功率不必進(jìn)行校.正。當(dāng)海拔在1000m以上時，平原地區(qū)設(shè)計的電動機(jī)，出廠試驗時必須把允許溫升降低，才能供高原

21、地帶應(yīng)用。 【例4-】一臺與電動機(jī)直接聯(lián)接的離心式水泵，流量為90,揚(yáng)程20m ,吸程5m轉(zhuǎn)速為2900 r/rnin ,泵的效率,試選擇電動機(jī)。解 水泵在電動機(jī)軸上的負(fù)載功率為式中 V泵每秒排出的水量(/ s) ; 液體的比重(N/m3) ,水的比重，; H排水高度(m); 泵的效率,活塞式泵為0.80.9,高壓離心.泵為0.50.8，低.壓離心泵為 0.30.6. 傳動機(jī)構(gòu)效率，直接聯(lián)接為0.951，帶傳動為0.9將已知數(shù)據(jù)代人上式。取0.95，得 選電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速與水泵對應(yīng)的轉(zhuǎn)速必須配合，因為兩者直接聯(lián)接，故電動機(jī)的亦應(yīng)為2900r/min左右。 可以選擇奮臺Y2系列兩極異步電動機(jī)(可

22、參閱生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄)，其數(shù)據(jù)為:10kw，U= 380V，=2920r/min。對選用的電動機(jī)不必進(jìn)行發(fā)熱校驗。 二、變化負(fù)載下電動機(jī)功率的選擇 在變化負(fù)載下所使用的電動機(jī)，一般是為常值負(fù)載工作而設(shè)計的。因此，這種電動機(jī)用于變化負(fù)載下的發(fā)熱情況，必須進(jìn)行校驗。所謂發(fā)熱校驗，就是看電動機(jī)在整個運行過程中所達(dá)到的最高溫升是否接近并低于允許溫升，因為只有這樣，電動機(jī)的絕緣材料才能充分利用而又不致過熱。 下面我們將討論變化負(fù)載下電動機(jī)發(fā)熱校驗的問題。 圖14一所示為周期性變化負(fù)載下及曲線。其繪制方法如下。 每一周期包括t1t4四段時間，其相應(yīng)的不同負(fù)載時的損耗功率可按式(145）計算。如預(yù)選電動機(jī)

23、的發(fā)熱時間常數(shù)T及散熱系數(shù)注為已知（預(yù)選電動機(jī)的方法以后將介紹)，溫升曲線即可繪出。溫升在t1段內(nèi)由零開始，指數(shù)曲線先以1/A為穩(wěn)定值，到t1段終了時，曲線在t2段改以/A為穩(wěn)定值，t2段溫升的開始值即為t1段溫升的終了值，用同法連續(xù)繪制t:及:段曲線，得到第一周期溫升的終了值xl。第二周期溫升的開始值再連續(xù)繪制到這樣重復(fù)繪制，直到第n周期的溫升變化進(jìn)人穩(wěn)態(tài)循環(huán)，以后各周期均按第n周期的規(guī)律變化。如果穩(wěn)態(tài)循環(huán)周期中的最大溫升接近并小于電動機(jī)的容許溫升，電動機(jī)的發(fā)熱校驗即算圓滿通過。這種發(fā)熱校驗的方法稱為溫升曲線法，它是以最大溫升為依據(jù)的。 由于直接繪制溫升曲線比較困難(由于發(fā)熱時間常數(shù)八及散熱

24、系數(shù)A難以預(yù)知)，所以一般校驗發(fā)熱用一些間接的方法(如平均損耗法、等效法等)。但這些方法實際上都是由溫升曲線法引出來的。 變化負(fù)載一電動機(jī)功率選擇的一般步驟如下: 1) 均計算并繪制生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載圖 2)預(yù)選電動機(jī)的功率。預(yù)選是在上述的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。利用它們，可以求出負(fù)載的平均功率或平均轉(zhuǎn)矩為 在過渡過程中，可變損耗與電流二次方成正比，電動機(jī)發(fā)熱較為嚴(yán)重，而上述過程中沒有反映過渡過程中的發(fā)熱情況。因此，電動機(jī)額定功率按下式預(yù)選： 在式(1426)及式(1427)中，如過渡過程在整個工作過程中占較大比重，則系數(shù)（1.11.6）中選偏大的數(shù)值。電動機(jī)預(yù)選后，按下式可算出電動機(jī)額定損耗功率 參照產(chǎn)品目

25、錄，可查到電動機(jī)額定電流，并可算出額定轉(zhuǎn)矩。以后可見，、及，四個數(shù)據(jù)是用不同方法校驗發(fā)熱的標(biāo)準(zhǔn)。 3）作出電動機(jī)的負(fù)載圖f(t)、I=f(t)、T=f(t)、或P=f(t)，作圖時已考慮了電動機(jī)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)及過渡過程等工作情況。 4)進(jìn)行發(fā)熱、過載能力及必要時的起動能力校驗。 如果校驗通過，并且功率適當(dāng)，則電動機(jī)功率即可決定下來。如果校驗不能通過或者電動機(jī)功率預(yù)選過大，需重新選擇電動機(jī)，再作電動機(jī)的負(fù)載圖進(jìn)行校驗，如此反復(fù)進(jìn)行，直到所選功率合適為止。一般情況下，只要預(yù)選一到二次即可把電動機(jī)功率確定。在有些情況下，上述步驟可以合并或簡化。 下面著重介紹校驗發(fā)熱的方法。 1.平均損耗法在圖147所示

26、的周期性變化負(fù)載下，如變化周期較短，< 10min，而發(fā)熱時間常數(shù)較大，即時，穩(wěn)態(tài)循環(huán)中溫升曲線上下波動不大，因此在校驗發(fā)熱時，可以用溫升平緩變化的穩(wěn)態(tài)循環(huán)中的平均溫升代替最大溫升，即認(rèn)為。為了計算，將熱量平衡方程式（146）兩邊積分，得在穩(wěn)態(tài)循環(huán)中，得這樣，由式(14一29)得平均溫升，即由式(14一30)可見，平均損耗對應(yīng)的穩(wěn)定溫升正好等于變化負(fù)載穩(wěn)態(tài)循環(huán)的平均溫升。這樣我們就可用平均損耗功率來校驗電動機(jī)的發(fā)熱。如果給出的負(fù)載圖為P=f(t)則應(yīng)改成為, 與P間的關(guān)系為 P_式中第i段的損耗功率; 第i段電動機(jī)的輸出功率; 輸出功率為時的效率，其值可由電動機(jī)的效率曲線查到。這樣，變化

27、負(fù)載下的平均損耗為 把與式(14-28）中求出的相比，如，則預(yù)選電動機(jī)的功率是合適的，說明平均溫升略低于絕緣材料允許的最高溫升、發(fā)熱校驗通過，而且電動機(jī)得到充分利用。 如果,說明預(yù)選電動機(jī)功率太小，發(fā)熱校驗通不過。需重選功率較大的電動機(jī)，再進(jìn)行發(fā)熱校驗。 如果<<，預(yù)選電動機(jī)功率太大，電動機(jī)得不到充分利用。這時需改選功率較小的電動機(jī)，重新進(jìn)行發(fā)熱校驗。 基于平均溫升簇氣的平均損耗法，可用子電動機(jī)大多數(shù)工作情況下的發(fā)熱校驗。其缺點是計算步驟較為復(fù)雜。 2.等效法 等效法包括等效電流法、等效轉(zhuǎn)矩法及等效功率法三種。(1)等效電流法由上述平均損耗法可引出等效電流法。變化負(fù)載下第i級負(fù)載的

28、損耗，其中為不變損耗，不隨負(fù)載變化而變化；為可變損耗而變化，它隨負(fù)載電流而變化，當(dāng)電動機(jī)主電路電阻不變時，C為常數(shù)，這樣把平均損耗中的可變損耗所對應(yīng)的電流稱為等效電流，則把式（14-33）及式(14-34)代人式（1432），得化簡之后得 等效電流法就是按照損耗相等的一原則，求出一個等效的不變的電流來代替變化的負(fù)載電流I=f(t) (對于交流異步電動機(jī)，I應(yīng)為定子電流)，如果預(yù)選電動機(jī)的額定電流，滿足下列條件:則發(fā)熱校驗通過。如果電流負(fù)載圖中某一段的電流較大，則應(yīng)作短時電流過載能力的校驗。 等效電流法系由平均損耗法引出，在推導(dǎo)過程中，假定不變損耗P。及電動機(jī)主電路電阻不變。在某些個別情況下，例

29、如，對于深槽及雙籠型異步電動機(jī)，在經(jīng)常起動與反轉(zhuǎn)時，其電阻與鐵耗均在變化(一般籠型異步電動機(jī)作經(jīng)常起動及反轉(zhuǎn)時的鐵耗也是變量)，便不能用等效電流法校驗發(fā)熱，此時必須采用平均損耗法。 (2)等效轉(zhuǎn)矩法 有時已知的不是負(fù)載電流圖，而是轉(zhuǎn)矩圖，如果轉(zhuǎn)矩與電流成正比(當(dāng)直流電動機(jī)勵磁不變，異步電動機(jī)磁通中cos不變時)，則可用等效轉(zhuǎn)矩凡。來代替等效電流，式(14-36)可以寫成轉(zhuǎn)矩形式如果預(yù)選電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,則發(fā)熱校驗通過?？捎深A(yù)選電動機(jī)的額定功率及額定轉(zhuǎn)速算出，即式中額定功率(kW); 額定轉(zhuǎn)速(r/min)。 由于等效轉(zhuǎn)矩法由等效電流法推導(dǎo)得出，因此上述對后者應(yīng)用條件的限制同樣適用于前者，而且還

30、要附加T與I成正比的條件的限制。如果T與I不成正比時(如在直流電動機(jī)工作周期中包括減弱勵磁階段，或異步電動機(jī)負(fù)載極小。接近空載，空載電流又較大時)，則可將T=f(t)改繪為I=f(t)，而后用等效電流法校驗發(fā)熱;或者對T與I不成正比的區(qū)段(如第i段)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行修正，而后將修正后能反映電動機(jī)發(fā)熱的轉(zhuǎn)矩代入式(1437）進(jìn)行發(fā)熱校驗。 如果為額定磁通，而為減弱后的磁通，則可用下式修正為修正的方法是使按因磁通減弱而使電流增大的同樣比例增加。如果直流機(jī)勵磁減弱時電樞電壓不變，則 將式(1440）代人式(14一39)，則也可用下式修正，必須指出，該式僅適用于因毋減弱而使n>的情況，而不適用于電壓降

31、低而使直流機(jī)的區(qū)段，此時因，而轉(zhuǎn)矩圖不必修正。式中 n磁通減弱時的轉(zhuǎn)速; 額定轉(zhuǎn)速(額定磁通時)。 對于交流異步電動機(jī)，特別是有些電動機(jī)的空載電流較大，當(dāng)負(fù)載極小接近空載時，轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子電流.的折算值雖成正比，但與定子電流極不成比例，此時必須對T進(jìn)行修正。修正的方法是：如果有電動機(jī)的定子電流（一般是）對轉(zhuǎn)矩T(一般是T/的特性曲線，則可按此曲線查出對應(yīng)于的的數(shù)值，而后將修正為，其中為空載電流3) 等效功率法 等效功率法是當(dāng)轉(zhuǎn)速n基本不變時由等效轉(zhuǎn)矩法引出來的。因為P=，當(dāng)n不變時，P與T成正比，式(14-37)可寫成功率的形式： 如果已知功率負(fù)載P=f(t)，用式(1442)算出等效功率，把它

32、與預(yù)選電動機(jī)的比較，如，則電動機(jī)的發(fā)熱校驗即告通過。同樣，必須進(jìn)行功率過載能力的校驗。 等效功率法的應(yīng)用場合較等效轉(zhuǎn)矩法更少，因為還必須附加轉(zhuǎn)速基本不變的條件。在功率負(fù)載圖轉(zhuǎn)速變化如起動.、制動及直流電動機(jī)降低電壓調(diào)速時)的區(qū)段，可將功率尸進(jìn)行修正，修正的依據(jù)與上述轉(zhuǎn)矩的修正相同，即使修正后的尸:能反映電動機(jī)的發(fā)熱實際情況。最后將代人式(1442）中的第i區(qū)段后進(jìn)行發(fā)熱校驗。在功率負(fù)載圖的的區(qū)段，必須進(jìn)行修正，例如。第段的尸可按下式進(jìn)行修正為，即 必須指出，式(1443)僅適用于。的區(qū)段，而對于直流機(jī)因減弱必而使轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速的區(qū)段，功率圖不必修正，因為此時功率與電流成正比，功率圖能反映電動

33、機(jī)的發(fā)熱情況?，F(xiàn)說明如下：當(dāng)磁通由減弱為，轉(zhuǎn)速上升為此時功率P為 由于電樞電壓不變，則常值，接近不變，由式(1444)可見，P與I成正比。 上述三種等效法都是由平均損耗法引出來的，用等效法校驗發(fā)熱，其依據(jù)都是平均溫升 3，有起動、制動及停歇過程時校驗發(fā)熱公式的修正 有時一個周期內(nèi)的變化負(fù)載包括起動、制動、停歇等過程，如采用的是自扇冷式電動機(jī)，則散熱條件變壞，實際溫升將要提高。一般應(yīng)把平均損耗或等效電流、轉(zhuǎn)矩及功率提高一些來反映這個散熱條件變壞的影響。為了達(dá)到此目的，在式(1432)、式(l436）、式(1437）、式（1442）的分母上，在對應(yīng)的起動與制動時間上乘以散熱惡化系數(shù)a，在對應(yīng)停歇的

34、時間上乘以散熱惡化系數(shù)，與均為小于1的系數(shù)。 對于直流電動機(jī)，可采用;對于異步電動機(jī)可采用。 今以圖148所示的負(fù)載電流圖為例，圖中分別為起動、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、制動、停歇時間;分別為起動、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、制動過程中的電流(同圖上并繪出n二f(日曲線)，修正后的等效電流可寫成等效法在非恒值變化負(fù)載下的應(yīng)用 非恒值變化負(fù)載電流圖如圖149所示，如果電流隨時間變化的函數(shù)是己知的，則可用等效電流法的積分形式，就是 另一種較簡便的方法是把變化曲線分成許多直線段，求出各段的等效值，然后仍用式（1436）求出等效電流值。圖149中把曲線簡化成具有恒值、三角形與梯形三種線段變化的形式(用虛線表示)。恒值線段不必求等效值，

35、三角形與梯形線段的等效值可求出如下。圖149中第一段，虛線電流按直線規(guī)律變化(三角形線段)將式(1447)代人式(1446)，得三角形線段的等效值，即用類似方法可以求出圖1-中第五段(梯形線段)的等效值為 顯然，上述以等效電流法為例導(dǎo)出的三角形及梯形線段變化的等效值，同樣適用于等效轉(zhuǎn)矩法及等效功率法。 【例14一2】圖14-10中繪出了具有尾繩和摩擦輪的礦并提升機(jī)的示意圖。電動機(jī)直接與摩擦輪l相聯(lián)接，摩擦輪旋轉(zhuǎn)，靠摩擦力帶動繩子及罐籠3(內(nèi)有礦車及礦物)提升或下放。尾繩系在兩罐籠之下，以平衡提升機(jī)左右兩邊繩子的重量。提升機(jī)用雙電動機(jī)拖動，試計算電動機(jī)功率。已知下列數(shù)據(jù):1)井深H=915m;2)負(fù)載重