電機(jī)拖動(dòng)第13章 電力拖動(dòng)系統(tǒng)方案與電動(dòng)機(jī)選擇

1、第13章 電力(dinl)拖動(dòng)系統(tǒng)的方案與電動(dòng)機(jī)選擇共三十七頁 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的方案選擇； 電動(dòng)機(jī)的選擇：電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱與冷卻規(guī)律、電動(dòng)機(jī)的工作制以及(yj)各種工作方式下電動(dòng)機(jī)額定功率的選取。內(nèi)容簡介共三十七頁13.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)(xtng)的方案選擇 電力拖動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)、供電電源、控制設(shè)備以及生產(chǎn)機(jī)械組成。因此，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)基本方案選擇(xunz)時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考慮如下幾個(gè)方面的問題： 電力拖動(dòng)系統(tǒng)供電電源的考慮； 電動(dòng)機(jī)的選擇； 電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載配合的穩(wěn)定性考慮； 調(diào)速方案的選擇； 電力系統(tǒng)的起、制動(dòng)方法、正、反轉(zhuǎn)方案的選擇； 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的考慮，主要包括電網(wǎng)功率因數(shù)的考慮、調(diào)速方

2、案的選擇以及電網(wǎng)污染的考慮； 電力拖動(dòng)系統(tǒng)控制策略的選擇； 可靠性的考慮。A、電力拖動(dòng)系統(tǒng)供電電源的考慮電力拖動(dòng)系統(tǒng)的供電電源可分為三大類： 交流工頻50Hz電源； 獨(dú)立變流機(jī)組電源； 電力電子變流器電源。共三十七頁 其中，電力電子變流器電源指的是由各類電力電子器件組成(z chn)的整流器（直流電源）、變頻器、交流調(diào)壓器（交流電源）以及各式各樣的逆變器等。B、電力拖動(dòng)系統(tǒng)(xtng)穩(wěn)定性的考慮 電機(jī)與所拖動(dòng)的負(fù)載只有合理配合，才能確保電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。借助于電動(dòng)機(jī)所提供的機(jī)械特性和生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性便可以對電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行情況進(jìn)行判別。 圖13.1給出了由各種電動(dòng)機(jī)組成的電力

3、拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，旨在對電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行判別。圖13.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的配合共三十七頁C、調(diào)速方案(fng n)的選擇 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性決定了拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速方式，而且每一種調(diào)速方式又具有不同的調(diào)速性質(zhì)(xngzh)。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性應(yīng)與負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性相一致，才能使電動(dòng)機(jī)的功率得到充分利用。 對于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，可以采用電樞回路串電阻調(diào)速、電樞調(diào)壓調(diào)速以及弱磁調(diào)速。 從調(diào)速性質(zhì)來看：電樞回路串電阻調(diào)速與電樞調(diào)壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)，因而適應(yīng)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；而弱磁調(diào)速屬于恒功率調(diào)速性質(zhì)，因而適應(yīng)于恒功率負(fù)載。 對于同步電動(dòng)機(jī)，只有改變同步電動(dòng)機(jī)

4、的供電頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。為確保電動(dòng)機(jī)內(nèi)部磁通以及最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，一般要求在改變定子頻率的同時(shí)改變定子電壓。一旦供電頻率超過基頻以上，則保持供電電壓為額定值不變。 從調(diào)速性質(zhì)來看：基頻以下屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適應(yīng)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；而基頻以上則屬于恒功率調(diào)速，適應(yīng)于恒功率負(fù)載 對于異步電動(dòng)機(jī)，可以采用變頻調(diào)速、變極調(diào)速和改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。其中，轉(zhuǎn)差率的改變可以通過改變定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、在轉(zhuǎn)子繞組上施加轉(zhuǎn)差頻率的外加電壓（如雙饋調(diào)速與串級(jí)調(diào)速）等方法來實(shí)現(xiàn)。 從調(diào)速性質(zhì)來看：變頻調(diào)速與變極調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適應(yīng)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；而變極調(diào)速則屬于恒功率調(diào)速，適應(yīng)于恒功率負(fù)載。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速則視具體調(diào)速方式有所不同

5、，其中，改變定子電壓的調(diào)速方式既非恒轉(zhuǎn)矩也非恒功率調(diào)速，而轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速則屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，雙饋調(diào)速則屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。共三十七頁D、起、制動(dòng)和正、反轉(zhuǎn)(fn zhun)與相應(yīng)方案的選擇 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的過渡過程包括起、制動(dòng)、正、反轉(zhuǎn)、加減速以及(yj)負(fù)載變化等，它與系統(tǒng)的快速性、生產(chǎn)率的提高、損耗的降低、可靠性的保證等密切相關(guān)。a、起動(dòng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)對起動(dòng)過程的基本要求是：電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩；起動(dòng)電流要有一定限制，以免影響周圍設(shè)備的正常運(yùn)行。 對于鼠籠式異步機(jī)，其起動(dòng)性能較差。容量越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)越低，起動(dòng)越困難。若普通鼠籠式異步機(jī)不能滿足起動(dòng)要求，則可考慮采用深槽轉(zhuǎn)子或雙鼠籠轉(zhuǎn)

6、子異步機(jī)。若起動(dòng)能力不能滿足要求，可考慮采用軟起動(dòng)或變頻起動(dòng)。 直流電動(dòng)機(jī)與繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流是可調(diào)的，僅需考慮起動(dòng)過程的快速性。而同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和牽入同步則較為復(fù)雜，通常僅適用于功率較大的機(jī)械負(fù)載。 對于同步電動(dòng)機(jī)，可以采用變頻、輔助電動(dòng)機(jī)或自耦調(diào)壓器起動(dòng)。共三十七頁b、制動(dòng)(zh dn) 制動(dòng)方法的選擇主要(zhyo)應(yīng)從制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)實(shí)現(xiàn)的難易程度以及經(jīng)濟(jì)性等幾個(gè)方面來考慮。 對于交、直流電動(dòng)機(jī)（串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)除外），均可考慮采用反接、能耗和回饋三種制動(dòng)方案。c、反轉(zhuǎn) 對拖動(dòng)系統(tǒng)反轉(zhuǎn)的要求是：不僅能夠?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)，而且正、反轉(zhuǎn)之間的切換應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)、連續(xù)。 一般來講，直流電動(dòng)

7、機(jī)比交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)越。但隨著電力電子變流器技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)包括無刷直流電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等均可實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)之間的平滑切換。d、平穩(wěn)性與快速性 根據(jù)第3章，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程式可表示為：（13-4）利用上式便可得到電動(dòng)機(jī)起、制動(dòng)或調(diào)速過程所需要的時(shí)間表達(dá)式為：（13-5）共三十七頁結(jié)論： 若希望縮短起、制動(dòng)過程，應(yīng)使 盡可能大。這是選擇(xunz)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要依據(jù)。 從運(yùn)行的平穩(wěn)性上看，則希望電動(dòng)機(jī)的慣量與負(fù)載(fzi)慣量相匹配，亦即電動(dòng)機(jī)的慣量要超過負(fù)載(fzi)的慣量，即： （13-6） 若負(fù)載慣量是變化的（如工業(yè)機(jī)械手負(fù)載等），為確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，則要求負(fù)載飛輪矩的變化量

8、應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)飛輪矩的1/5，即：（13-7） 為了提高電動(dòng)機(jī)的力矩慣量比，可選用小慣量電動(dòng)機(jī)。但根據(jù)慣量匹配原則，小慣量電動(dòng)機(jī)僅適應(yīng)于負(fù)載慣量較小、過載能力要求不高的場合。對于象重型機(jī)床等負(fù)載慣量大、過載嚴(yán)重的場合，則應(yīng)選擇大慣量電機(jī)如力矩電動(dòng)機(jī)。共三十七頁E、電力拖動(dòng)系統(tǒng)(xtng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的考慮 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要是指一次性投資(tu z)與運(yùn)行費(fèi)用，而運(yùn)行費(fèi)用則取決于耗能即效率指標(biāo)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面：a、電網(wǎng)功率因數(shù)的改善 對于異步電動(dòng)機(jī)，最大功率因數(shù)大都發(fā)生在滿載附近。輕載時(shí)，為了改善功率因數(shù)，可以采用調(diào)壓或變頻方案，也可以考慮在供電變壓器上增加并聯(lián)電容，通過

9、電容器組的投切實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?；蛘卟捎棉D(zhuǎn)子直流勵(lì)磁的同步電動(dòng)機(jī)，并使其工作在過勵(lì)狀態(tài)。b、調(diào)速節(jié)能 異步電動(dòng)機(jī)的最高效率多出現(xiàn)在滿載附近。當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載或空載運(yùn)行時(shí)，可以采用變頻調(diào)速或使用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，以提高交流拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 不同的調(diào)速方式具有不同的運(yùn)行效率。就直流拖動(dòng)系統(tǒng)來講，晶閘管變流器供電的直流調(diào)速與自關(guān)斷器件的斬波器調(diào)速的效率要比電樞回路串電阻調(diào)速的效率高得多。位能性負(fù)載下降（或下坡）時(shí)采用回饋制動(dòng)可以回收能量，達(dá)到節(jié)電的目的。 對于交流拖動(dòng)系統(tǒng)，可采用的調(diào)速方案有：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速、雙饋電機(jī)調(diào)速（包括串級(jí)調(diào)速）、變頻調(diào)速等。前三種調(diào)速方式耗能較大，后兩

10、種調(diào)速方式效率較高。 共三十七頁c、電網(wǎng)(dinwng)污染 解決由電力電子變流器供電電源所引起(ynq)的“電網(wǎng)污染”問題，實(shí)現(xiàn)所謂的“綠色”電能的轉(zhuǎn)換，可采取如下措施： 在供電變壓器的二次側(cè)額外增加有源濾波器（Active-Power-Filter，APF）； 在變流器內(nèi)部采用由自關(guān)斷器件組成的PWM整流器（Pulse-Width-Modulation Rectifier，PWM Rectifier）。13.2 電動(dòng)機(jī)的一般選擇 電動(dòng)機(jī)容量的選擇應(yīng)避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，以免造成電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率與功率因數(shù)均偏低，電動(dòng)機(jī)以及傳輸線路的損耗增加，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。但 也要適當(dāng)考慮設(shè)備運(yùn)行的可

11、靠性。 當(dāng)然，電動(dòng)機(jī)的選擇不僅僅包括容量選擇，而且還涉到電動(dòng)機(jī)的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速以及結(jié)構(gòu)形式等的選擇。下面分別對后者介紹如下：A、額定電壓的選擇 電動(dòng)機(jī)的額定電壓、相數(shù)、額定頻率應(yīng)與供電系統(tǒng)一致。對于交流電動(dòng)機(jī)，中、小型異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓大都為220/380V(聯(lián)結(jié))及380/660V(聯(lián)結(jié))兩種。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)，可根據(jù)供電電源系統(tǒng)，選用3000、6000V和10000V的高壓電動(dòng)機(jī)。 對于直流電動(dòng)機(jī)，其額定電壓一般為110V、220V、440V以及6001000V。也可采用新改型的直流電動(dòng)機(jī)，如160V(配合單相全波整流)、440V(配合三相橋式整流)等電壓等級(jí)。共三十七頁B、額定(

12、 dng)轉(zhuǎn)速的選擇 從經(jīng)濟(jì)角度和提高系統(tǒng)快速性角度看，選用高速電機(jī)比較合適。但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，則勢必要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速比增大，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，相應(yīng)(xingyng)的傳動(dòng)損耗也有所增加。因此，必須綜合電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械兩方面的因素來選擇電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。C、結(jié)構(gòu)形式的選擇 根據(jù)安裝方式的不同，電動(dòng)機(jī)有立式和臥式結(jié)構(gòu)之分。一般情況下電力拖動(dòng)系統(tǒng)多采用臥式結(jié)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)。 根據(jù)軸伸情況的不同，電動(dòng)機(jī)有單軸伸端和雙軸伸端之分。大多數(shù)情況下采用單軸伸端。 根據(jù)防護(hù)方式的不同，電動(dòng)機(jī)有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式之分。應(yīng)該根據(jù)不同的應(yīng)用場合選擇不同保護(hù)方式的電動(dòng)機(jī)。 13.3 電機(jī)的發(fā)熱與冷卻A、電機(jī)

13、的發(fā)熱過程電機(jī)的溫升： 在負(fù)載運(yùn)行過程中，由于內(nèi)部的各種損耗（包括繞組銅耗、鐵耗、機(jī)械耗等）電機(jī)自身會(huì)發(fā)熱，其結(jié)果造成電機(jī)的溫度超過環(huán)境溫度（標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度為 ），超出的部分稱為電機(jī)的溫升。 共三十七頁發(fā)熱過程： 由于存在溫升，電機(jī)便向周圍的環(huán)境散熱。當(dāng)發(fā)出的熱量(rling)等于散出的熱量(rling)時(shí)，電機(jī)自身便達(dá)到一個(gè)熱平衡狀態(tài)。此時(shí)，溫升達(dá)到穩(wěn)定值。上述溫度升高的過程即是電機(jī)的發(fā)熱過程。假定：（1）電機(jī)為一均勻發(fā)熱體，即各點(diǎn)的溫度(wnd)相同；（2）電機(jī)向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量與溫升成正比。 根據(jù)發(fā)熱過程中電機(jī)自身吸收的熱量和向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量得電機(jī)的熱平衡方程式為：（13-8）式中，

14、Q為電機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量；C為熱容量，它表示電機(jī)溫升升高時(shí)所需的熱量； 為單位時(shí)間散發(fā)的熱量；A為散熱系數(shù)，它表示單位時(shí)間內(nèi)溫升提高 時(shí)的散熱量； 為溫升。 式（13-8）經(jīng)整理后得：（13-9）其中， 為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)；它表示熱慣性的大小，與電機(jī)的尺寸及散熱條件有關(guān)； 為溫升的穩(wěn)態(tài)值；共三十七頁設(shè)初始條件為： ，由三要素法得方程(fngchng)（13-8）的解為：(13-10)根據(jù)式（13-10）繪出電機(jī)發(fā)熱過程(guchng)的溫升曲線如圖13.2所示。圖13.2 電機(jī)發(fā)熱過程的溫升曲線 圖13.2中，曲線1表示電機(jī)從非零初始溫升開始運(yùn)行時(shí)的溫升曲線；曲線2則表示電機(jī)從零初始溫升開始

15、運(yùn)行時(shí)的溫升曲線。共三十七頁B、電機(jī)(dinj)的發(fā)熱過程 冷卻過程與發(fā)熱(f r)過程類似，只不過電機(jī)的溫度是一個(gè)降低過程。冷卻過程仍可用式（13-10）來描述。相應(yīng)的冷卻過程的溫升曲線如圖13.3所示。圖13.3 電機(jī)冷卻過程的溫升曲線 圖13.3中，曲線1表示負(fù)載減小時(shí)的溫升曲線；曲線2則表示電機(jī)完全停車時(shí)的溫升曲線。C、電動(dòng)機(jī)的額定功率與允許溫升之間的關(guān)系 共三十七頁 在電機(jī)負(fù)載運(yùn)行過程中，電機(jī)內(nèi)部的損耗導(dǎo)致(dozh)電機(jī)發(fā)熱，有可能損壞電機(jī)內(nèi)部的絕緣材料。一般來講，絕緣材料決定了電機(jī)的壽命，其最高溫度（或溫升）決定了電機(jī)的最高允許溫度或溫升。 按照允許溫度的不同，電機(jī)常用的絕緣材料

16、可分為A、E、B、F、H共五級(jí)。不同等級(jí)的絕緣材料所采用(ciyng)材料的成分有所不同，價(jià)格也差異很大。按標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度為計(jì)算，上述五級(jí)絕緣材料的允許溫度和溫升如表13.1所示。絕緣等級(jí)AEBFH允許溫度( )105120130155180允許溫升( )658090115140表13.1 電機(jī)中常用絕緣材料的最高允許溫度與溫升 b、電動(dòng)機(jī)的額定功率與允許溫升之間的關(guān)系 設(shè)電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行，根據(jù)上一節(jié)的假定，電動(dòng)機(jī)溫升的穩(wěn)態(tài)值可表示為：a、電機(jī)的允許溫升共三十七頁(3-11)(3-12)又將上式代入式（13-11）得：(3-13) 為了(wi le)使電動(dòng)機(jī)得到充分利用，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫

17、升值 等于最高允許溫升 的原則來選取電動(dòng)機(jī)的額定功率，于是上式變?yōu)椋荷鲜奖砻鳎簩τ诔叽缦嗤碾妱?dòng)機(jī)，要想提高額定功率 ,可以(ky)采用如下措施： 提高額定效率 。提高 相當(dāng)于降低電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部損耗; 提高散熱系數(shù)A。這可通過加大散熱面積和介質(zhì)的流通速度來實(shí)現(xiàn)。故此， 一般電動(dòng)機(jī)多采用風(fēng)扇（自帶或采用附加通風(fēng)機(jī)）和帶散熱筋的機(jī)殼; 采用更高等級(jí)的絕緣材料，以提高電動(dòng)機(jī)的最高允許溫升 。共三十七頁13.4 電動(dòng)機(jī)的工作制 在電機(jī)制造過程中，一般將電動(dòng)機(jī)分為三種工作制：連續(xù)工作制、短時(shí)工作制和斷續(xù)周期工作制。電動(dòng)機(jī)的工作制與電動(dòng)機(jī)的額定功率密切相關(guān)?，F(xiàn)分別(fnbi)介紹如下：A、連續(xù)(linx)工

18、作制 連續(xù)工作制又稱為長期工作制，其特點(diǎn)是：電機(jī)的工作時(shí)間較長，一般大于 （ 的物理意義見13.3.1節(jié)），工作過程中溫升可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。 圖13.4給出了連續(xù)工作制下電動(dòng)機(jī)的輸出功率與溫升隨時(shí)間的變化曲線。圖13.4 連續(xù)工作制下電動(dòng)機(jī)的輸出功率與溫升曲線共三十七頁B、短時(shí)工作制 短時(shí)工作(gngzu)制的特點(diǎn)是：電機(jī)的工作(gngzu)時(shí)間 較短，一般小于 ，工作(gngzu)過程中溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，而停歇時(shí)間又較長，停歇后溫升降為零。 短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定功率是按30min、60min、90min三種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間規(guī)定的。圖13.5 短時(shí)工作制下電動(dòng)機(jī)的輸出功率與溫升曲線(qxin)

19、圖13.5給出了短時(shí)工作制下電動(dòng)機(jī)的輸出功率與溫升隨時(shí)間的變化曲線。共三十七頁C、斷續(xù)(dun x)周期性工作制 斷續(xù)周期性工作制又稱為重復(fù)(chngf)短時(shí)工作制，其特點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)工作與停歇交替進(jìn)行，兩者持續(xù)的時(shí)間都比較短，其工作時(shí)間 和停歇時(shí)間 均小于 。工作過程中溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，停歇時(shí)溫升降不到零。 按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，斷續(xù)周期性工作制下，電動(dòng)機(jī)工作與停歇周期 應(yīng)小于10min。負(fù)載持續(xù)率： 斷續(xù)周期性工作制下，電動(dòng)機(jī)每個(gè)周期內(nèi)的工作時(shí)間與整個(gè)周期之比定義為負(fù)載持續(xù)率ZC%，即：(13-14) 斷續(xù)周期性工作制電動(dòng)機(jī)共有四種標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載持續(xù)率：15%、25%、40%和60%。 圖13.6給出

20、了斷續(xù)周期性工作制下電動(dòng)機(jī)的輸出功率與溫升隨時(shí)間的變化曲線。共三十七頁圖13.6 斷續(xù)(dun x)周期性工作制下電動(dòng)機(jī)的輸出功率與溫升曲線13.5 電動(dòng)機(jī)的額定功率( dn n l)的選擇電動(dòng)機(jī)額定功率選擇的一般方法： 首先應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行特點(diǎn)以及靜態(tài)負(fù)載功率的大小預(yù)先確定。然后，再進(jìn)行如下校驗(yàn)：（1）發(fā)熱校驗(yàn) （2）過載能力校驗(yàn)（3）起動(dòng)能力校驗(yàn)（4）電動(dòng)機(jī)飛輪矩校驗(yàn)共三十七頁A、幾種(j zhn)常用生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載功率的計(jì)算 a、離心式水泵(shubng) 對于離心式水泵，其折合到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的負(fù)載功率可按下式計(jì)算：（kW)(13-15)式中，Q 為泵的流量（單位： ）；H 為水的揚(yáng)

21、程（單位：m）； 為水的密度（單位： ）； 為水泵的效率； 為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率。b、離心式風(fēng)機(jī)與離心式水泵相似，離心式風(fēng)機(jī)折合到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的負(fù)載功率為：（kW)(13-16)式中，Q 為泵的送風(fēng)量（單位： ）；H 為空氣壓力（單位：Pa）； 為水泵的效率； 為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率。共三十七頁c、起重機(jī)對于起重機(jī)負(fù)載，其折合(zhh)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的負(fù)載功率可按下式計(jì)算：（kW)式中， 為所提升重物的重量（單位(dnwi)： ）；v為提升速度（單位： ）；d、機(jī)床 對于主軸電機(jī)，其負(fù)載功率可按下式計(jì)算：（13-17）（13-18） 對于進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，其負(fù)載功率為：（13-19）式中， 為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的總

22、阻力（單位： ）； 為最大進(jìn)給速度（單位： ）； 共三十七頁對于(duy)輔助傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其負(fù)載功率和負(fù)載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為：（13-20）（13-21）其中，G 為移動(dòng)件的重量；v 為移動(dòng)速度(sd)； 、 分別為動(dòng)、靜摩擦系數(shù)； B、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的校驗(yàn) a、連續(xù)工作制負(fù)載下電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的校驗(yàn)分如下兩種情況進(jìn)行討論：1. 對于連續(xù)恒定性負(fù)載 首先利用負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算出所需負(fù)載功率，然后再按下式選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率：（13-22）式中， 為折算至電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。共三十七頁 只要式（13-22）滿足(mnz)，則電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的溫升就不會(huì)超過最大容許溫升，而發(fā)熱則不需再進(jìn)行校核。 2. 對于連續(xù)(l

23、inx)周期性負(fù)載 可先按下式計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)的平均負(fù)載功率： （13-23）式中， 為第i段的負(fù)載功率； 為各段持續(xù)的時(shí)間；負(fù)載的周期 。然后按下式預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率：（13-24） 最后再按照平均損耗法和等效法校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。其中，等效法又包括等效電流法、等效轉(zhuǎn)矩法和等效功率法。現(xiàn)介紹如下：1. 平均損耗法具體方法： 首先將功率變化曲線 （又稱功率負(fù)載圖）變?yōu)閾p耗曲線 。其中，損耗曲線中各段的損耗功率 與負(fù)載功率 之間的關(guān)系可由下式給出：共三十七頁(13-25)式中，各段負(fù)載功率 對應(yīng)的效率(xio l) 可由電動(dòng)機(jī)的效率(xio l)曲線查得。然后，通過損耗曲線(qxin) 按下式計(jì)算

24、負(fù)載變化下的平均損耗：(13-26) 最后，檢驗(yàn)平均損耗 是否滿足下列條件： 。其中，額定負(fù)載時(shí)的損耗 的計(jì)算公式由式（13-12）給出。若上述條件滿足，則發(fā)熱校驗(yàn)通過。否則，需重新預(yù)選功率較大的電動(dòng)機(jī)，再進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。 典型連續(xù)周期性變化負(fù)載的損耗曲線和溫升曲線示意圖如圖13.7所示。 圖13.7 典型連續(xù)周期性變化負(fù)載的損耗曲線和溫升曲線共三十七頁2. 等效法(xiof)等效(dn xio)電流法具體方法： 首先根據(jù)負(fù)載電流的變化曲線 ，按下式求出單個(gè)循環(huán)周期 內(nèi)的等效電流 （有效值）：(13-29) 然后，檢驗(yàn)等效電流 是否滿足條件： 若條件滿足，則發(fā)熱校驗(yàn)通過。共三十七頁 式（13-2

25、9）僅適用于負(fù)載(fzi)電流在各時(shí)間段內(nèi)按矩形規(guī)律變化的情況，如圖13.8a所示。 圖13.8 周期性變化負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流(dinli)或轉(zhuǎn)矩曲線 若負(fù)載電流是按三角形或梯形變化（見圖13.8b），則應(yīng)將各時(shí)間間隔內(nèi)的電流換算為有效值后，再利用式（13-29）計(jì)算等效電流 。 例如對圖13.8b，其對應(yīng)時(shí)間 段內(nèi)三角形電流的有效值為： 同樣，可求得對應(yīng)時(shí)間 段內(nèi)梯形電流的有效值為： 其它各段電流的有效值均可按上述方法求得。共三十七頁等效(dn xio)轉(zhuǎn)矩法 在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，若電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比（如直流電機(jī)的勵(lì)磁磁通不變、異步機(jī)的磁通與 近似(jn s)不變），則等效電流的計(jì)算公

26、式（13-29）可直接轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃ж?fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式：(13-31) 若滿足： ，則發(fā)熱校驗(yàn)通過。 等效轉(zhuǎn)矩法僅適用于恒定磁通場合，若希望在弱磁升速范圍內(nèi)也能夠使用等效轉(zhuǎn)矩法，則需按下式修正：(13-32) 這里， 。等效功率法 在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，若轉(zhuǎn)速基本不變，則式（13-31）可以轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃ж?fù)載功率的計(jì)算公式：(13-33) 若滿足： ，則發(fā)熱校驗(yàn)通過。共三十七頁3. 考慮起、制動(dòng)及停歇過程時(shí)發(fā)熱(f r)校驗(yàn)公式的修正 對電力拖動(dòng)系統(tǒng)，若選用他扇冷卻式電動(dòng)機(jī)，則其冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不會(huì)受起、制動(dòng)和停歇過程 的影響。但若選用自扇冷卻式電動(dòng)機(jī)，則冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速會(huì)受到起、制動(dòng)和停歇過程的影響，最終

27、可能導(dǎo)致散熱條件惡化，穩(wěn)態(tài)溫升提高(t go)。為此，在采用平均損耗法、等效電流法、等效轉(zhuǎn)矩法以及等效功率法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)在對應(yīng)于起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間上乘以一散熱惡化系數(shù) ，在停歇時(shí)間上乘以散熱惡化系數(shù) 。具體方法如下： 對于直流電動(dòng)機(jī)，一般取 ， ；對于異步電動(dòng)機(jī)，一般取 ， 。 如對于圖13.9所示的負(fù)載電流，其修正后的等效電流可按下式計(jì)算：圖13.9 包括起、制動(dòng)和停歇時(shí)間的負(fù)載電流圖（13-34）共三十七頁b、短時(shí)工作制負(fù)載下電動(dòng)機(jī)發(fā)熱(f r)的校驗(yàn) 短時(shí)工作制的負(fù)載可以選用連續(xù)(linx)工作制的電動(dòng)機(jī)，也可以選用短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)介紹如下： 1. 選擇連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī) 短時(shí)工作制負(fù)

28、載選擇連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先需將短時(shí)工作制下的負(fù)載功率折算到連續(xù)工作制，然后再預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率。折算可按下式進(jìn)行：（13-35）式中， 為電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)； 為短時(shí)工作時(shí)間； 為折算到連續(xù)工作制下的負(fù)載功率。 短時(shí)工作制時(shí)的功率變化曲線與溫升曲線如圖13.10所示。共三十七頁圖13.10 短時(shí)工作制時(shí)的功率變化(binhu)曲線與溫升曲線 將短時(shí)工作制的負(fù)載功率折算至連續(xù)工作制，然后預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率( dn n l)，其后也不需要進(jìn)行溫升校核。但考慮到電動(dòng)機(jī)的額定功率( dn n l)要比實(shí)際（折算前的）負(fù)載功率低，因此一定要對電動(dòng)機(jī)的過載能力和起動(dòng)能力進(jìn)行校核。2. 選擇短時(shí)工

29、作制電動(dòng)機(jī) 短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)有三種：30min、60min、90min。若短時(shí)工作方式負(fù)載的工作時(shí)間 與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相同，則選擇電動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)只需確保 即可，不必再校核發(fā)熱。 若負(fù)載的實(shí)際工作時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間不同，則應(yīng)先將負(fù)載的功率折算至最接近的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 ，然后再選擇電動(dòng)機(jī)。其折算可按式（13-39）進(jìn)行，發(fā)熱也不必再校核。（13-39）共三十七頁c、斷續(xù)(dun x)周期性工作制負(fù)載下電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的校驗(yàn) 斷續(xù)周期性工作制下電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率共有四種(s zhn)：15%、25%、40%和60%。如果負(fù)載的持續(xù)率與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率相同，則可按下式預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率： 若負(fù)載持續(xù)率ZC%與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率不同，則應(yīng)先將負(fù)載的功率折算至最接近的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率 上，然后再選擇電動(dòng)機(jī)。其具體計(jì)算公式為：（13-41）（13-42） 預(yù)選電動(dòng)機(jī)后，若在工作時(shí)間內(nèi)負(fù)載是變化的，則需采用前面介紹的平均損耗法和等效法（等效電流法、等效轉(zhuǎn)矩法或等效功率法）進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，且校核過程中的等效電流、等效轉(zhuǎn)矩以及等效功率均需考慮負(fù)載持續(xù)率的影響，亦即將相關(guān)物理量折算