電動機的容量選擇

1、電動機的容量選擇第一頁，共20頁。9.2電動機的發(fā)熱與冷卻規(guī)律9.2.1電動機的熱平衡方程式電機與拖動 電機在工作時內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量，一部分散發(fā)到周圍介質(zhì)中去，另一部分則積存在電機內(nèi)部，使溫度升高。根據(jù)能量平衡關(guān)系，在任何一段時間內(nèi)，電動機產(chǎn)生的熱量總是等于電動機本身用于溫度升高所吸收的熱量與散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的熱量之和。據(jù)此可寫出電動機的熱量平衡方程式：式中，Q電動機在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量，單位為焦/秒； A電動機的散熱率，即當電動機溫度與周圍環(huán)境溫度相差1oC 時，每秒鐘內(nèi)散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的熱量，單位為卡秒度； C電動機的熱容量，即電動機溫度升高1oC時所吸收的熱量， 單位為卡度；

2、電動機的溫升，即電動機的溫度超過周圍環(huán)境溫度的度數(shù)。 (9-3)第二頁，共20頁。電機與拖動 將等式(9-3)兩邊同除以 ，并令 、 ，且考慮到初始條件為t=0時，起始溫升為 ， 則得方程的解為 （9-4） 若電機投入時的溫度等于周圍環(huán)境溫度，即t=0 時，起始溫升 ， 則（9-4）式變?yōu)?（9-5）9.2.2電動機的發(fā)熱過程、 式中， 為電機的發(fā)熱時間常數(shù)。 為電機的穩(wěn)定溫升. 在圖9-1中繪出對應(yīng)式（9-4）（特性1）及式（9-5）（特性2） 的 曲線。 圖9-1電動機發(fā)熱過程的溫升曲線第三頁，共20頁。電機與拖動 仿照電動機發(fā)熱過程的分析方法，可得到電動機冷卻過程的溫升變化方程式與式（9

3、-4）相同，其中 為冷卻開始時的溫升，而 為降低負載后的穩(wěn)定溫升。這種情況下的溫升變化曲線見圖9-2中的特性1。 當電動機自電網(wǎng)斷開時， ，使 ，則停機過程的溫升表達式為 （9-6）9.2.3電動機的冷卻過程、 圖9-2電動機冷卻過程的溫升曲線第四頁，共20頁。電機與拖動1、連續(xù)工作制 連續(xù)工作制也稱作長期工作制，其特點是電動機的連續(xù)工作時間 ，運行中電機的溫升可以達到穩(wěn)定值 ，屬于這類生產(chǎn)機械的有水泵、鼓風機、機床主拖動等。其典型的負載圖和溫升曲線如圖9-3所示。9.2.4電動機的工作方式、 圖9-3連續(xù)工作制的負載圖和溫升曲線2、短時工作制 短時工作制電機的特點是工作時間較短， ，停車時間

4、較長 ，即工作時間內(nèi)電動機溫升達不到穩(wěn)定值，而停車時溫升可下降到零屬于這類生產(chǎn)機械的有：水閘閘門啟閉機、機床夾緊裝置等。其典型的負載圖和溫升曲線如圖9-4所示。圖9-4短時工作制的負載圖和溫升曲線第五頁，共20頁。電機與拖動3、周期性斷續(xù)工作制 周期性斷續(xù)工作制也稱作重復(fù)短時工作制。其工作特點是工作時間tg和停歇時間to周期性輪流交替，而且兩段時間都較短 ， 其典型的負載圖和溫升曲線如圖9-5所示。9.2.4電動機的工作方式、 圖9-5斷續(xù)周期工作制的負載圖和溫升曲線 在周期性斷續(xù)工作方式中負載工作時間與整個周期之比稱為負載持續(xù)率ZC%，即 (9-6) 我國生產(chǎn)的周期性斷續(xù)工作制電動機，規(guī)定的

5、標準負載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%四種，同時規(guī)定一個周期的總時間 。第六頁，共20頁。9.3連續(xù)工作制電動機容量的選擇9.3.1連續(xù)恒定負載下電動機容量的選擇電機與拖動 連續(xù)工作制電動機的負載可分為兩類，即恒定負載與周期性變化負載，對連續(xù)工作制電動機容量的選擇，主要從發(fā)熱方面考慮。 如果電動機周圍的環(huán)境溫度 是標準溫度40oC，則要求 即可保證電動機在長期運行時的實際穩(wěn)定溫升 低于絕緣材料的最高允許溫升 ，發(fā)熱不會有問題。電動機起動時電流較大，但起動時間較短，對溫升影響不大，可不予考慮。如果選用籠型感應(yīng)電動機，一般還需校驗其起動能力。 如果電動機周圍的環(huán)境溫度 不是標準溫度40oC

6、，為了充分和可靠的利用電動機，預(yù)選電動機的額定功率 應(yīng)按（9-8）式修正。（9-8） 式中， 為電機絕緣材料允許的最高溫度； 為不變損耗與可變損耗之比。 第七頁，共20頁。電機與拖動9.3.2連續(xù)周期變化負載時電動機容量的選擇、 圖9-6周期性變化負載下的損耗曲線及溫升曲線 電機在變動負載下運行時，它的輸出功率是不斷的變化的，因而電機的損耗以及它所產(chǎn)生的熱量也在不斷地變化。電機的發(fā)熱和溫升也在波動，但經(jīng)過一段時間之后，其溫升即達到一種穩(wěn)定的波動狀態(tài)，如圖9-6所示。 電動機容量選擇的一般步驟如下： （1）首先根據(jù)生產(chǎn)工藝過程，作出生產(chǎn)機械的負載圖(折算到電動機軸上) 。利用生產(chǎn)機械的負載圖可以

7、求負載的平均功率 或平均轉(zhuǎn)矩 ，即= (9-10)= (9-11)第八頁，共20頁。電機與拖動9.3.2連續(xù)周期變化負載時電動機容量的選擇 （2）按經(jīng)驗公式預(yù)選電動機。其額定功率可選為： （3）做預(yù)選電機的負載圖 、或 、或 、或 。如做電動機的損耗負載圖 ，按式 計算出各工作段的損耗 、 ，如圖9-6所示，其中各工作段的效率 可查預(yù)選電機的效率曲線。= （4）進行發(fā)熱校驗。 選擇一種合適的校驗方法，算出平均損耗 ，或電流的等效值 ，或轉(zhuǎn)矩的等效值 或功率的等效值 ，如果計算值小于或等于預(yù)選電動機的額定值，則發(fā)熱校驗通過，預(yù)選電動機合格。如果計算值大于預(yù)選電動機的額定值，則需另選電機，重新進行

8、發(fā)熱校驗，直到滿足要求為止。（5）過載能力和起動能力的校驗 若過載能力和起動能力不滿足要求，則應(yīng)重新選擇過載能力和起動能力滿足要求的電動機。電動機容量選擇的一般步驟如下：第九頁，共20頁。電機與拖動9.3.2連續(xù)周期變化負載時電動機容量的選擇 （1）平均損耗法 用平均損耗功率 來代替平均溫升 來校驗電動機的發(fā)熱。 先由電動機的損耗負載圖（如圖9-6所示）計算平均損耗 (9-12) 若 略小于 ，則發(fā)熱校驗通過，而且電動機得到充分利用。 若 ，說明預(yù)選電動機功率太小，發(fā)熱校驗沒有通過，應(yīng)重選額定功率大的電動機再檢驗。 若 ，預(yù)選電動機功率太大，電機得不到充分應(yīng)用，可重選額定功率小的電動機再檢驗。

9、= 平均損耗法可用于各種電機的大多數(shù)工作情況的發(fā)熱校驗，但計算步驟較為復(fù)雜，一般情況下可采用下列各種等效法。發(fā)熱校驗常用的方法有平均損耗法和各種等效法，現(xiàn)介紹如下：第十頁，共20頁。電機與拖動9.3.2連續(xù)周期變化負載時電動機容量的選擇 只要上式中的等效電流 略小于預(yù)選電機的額定電流 ，電機的發(fā)熱校驗即可通過。（3）等效轉(zhuǎn)矩法 如果電機的轉(zhuǎn)矩與電流成正比，則式（9-16）可以寫成轉(zhuǎn)矩形式 (9-17)式中， 為等效轉(zhuǎn)矩； 為第i級的轉(zhuǎn)矩。 如果 略小于 ，則發(fā)熱校驗通過。（2）等效電流法 等效電流法是從平均損耗法推導而來的，它的基本原理是用一個不變的等效電流 來代替實際變動的電流。 經(jīng)推導得：

10、 (9-16)第十一頁，共20頁。電機與拖動9.3.2連續(xù)周期變化負載時電動機容量的選擇 （4）等效功率法 如果整個工作期間轉(zhuǎn)速基本不變，由式 可知，輸出功率P與轉(zhuǎn)矩T成正比，則式（9-17）可表示為 (9-18)式中， 為電動機功率負載圖中第i段的功率。 如果 略小于 ，則發(fā)熱校驗通過。第十二頁，共20頁。9.4短時工作制電動機容量的選擇9.4.1選用連續(xù)工作制電動機電機與拖動 對于短時工作方式，可以選用為長期工作而設(shè)計的連續(xù)工作制電動機，也可以選用專門為短時工作方式而設(shè)計的短時工作制電動機。 對于圖9-9所示的短時工作負載，由于工作時間 很短，如果根據(jù) 略大于 來選擇連續(xù)工作制電動機的額定

11、功率的話，則在工作結(jié)束時，電機的實際溫升 顯然低于該電機絕緣材料的允許溫升 ，見圖9-9溫升曲線2，從發(fā)熱觀點看，電機未能得到充分利用。為此，可以選用額定功率 的連續(xù)工作制電動機，讓電動機在 時間內(nèi)過載運行，電機的溫升沿曲線1上升，當 時，電機的溫升正好等于長期工作時的穩(wěn)定穩(wěn)升，即 ，這樣，電機既不會過熱，又能在發(fā)熱上得到充分利用。圖9-9短時工作制的功率及溫升曲線第十三頁，共20頁。9.4.1選用連續(xù)工作制電動機電機與拖動 經(jīng)推導可得： 對于負載功率為 且工作時間為 的短時工作負載，可按式(9-24)選用合適的連續(xù)工作制電動機。所選用連續(xù)工作制電機的額定功率要略大于由式（9-24）所計算出的

12、值。（9-24）第十四頁，共20頁。電機與拖動9.4.2選用專為短時工作而設(shè)計的電動機 我國電機制造工業(yè)部門，專門為短時工作方式設(shè)計制造了短時工作制電機，其工作時間規(guī)定為30min、60min和90min。每一種又有不同功率和不向轉(zhuǎn)速。因此可以根據(jù)生產(chǎn)機械的功率、工作時間及轉(zhuǎn)速要求，從產(chǎn)品目錄中直接選用不同規(guī)格的電動機。 如果實際工作時間 與標準工作時間 相同，只需按式 選擇即可，不必再校核發(fā)熱。 如果短時負載也是一種變動的負載，應(yīng)該首先算出變動負載的等效功率，然后選取其額定功率略大于等效功率的電動機，并校驗電動機的過載能力與起動能力，專供短時工作制使用的電動機一般具有較大的過載能力與起動轉(zhuǎn)矩

13、。 如果實際工作時間 與標準工作時間 不相同，則應(yīng)該進行功率換算，把 下的功率 換算為 下的功率 ，再按 的大小選擇合適規(guī)格的電動機。第十五頁，共20頁。電機與拖動9.4.2選用專為短時工作而設(shè)計的電動機 經(jīng)推導得： 當 與 相差不太大時， 可將 忽略不計，得 （9-28） 換算時，應(yīng)選取與 最相近的 代入上式，然后選取短時工作制電動機的額定功率略大于由式（9-28）所計算出的值即可。 (9-27)第十六頁，共20頁。9.5周期性斷續(xù)工作制電動機容量的選擇電機與拖動 電機制造廠專門設(shè)計了周期性斷續(xù)工作制的電機。這種電機的特點是起動能力強、過載能力大，機械結(jié)構(gòu)的強度大、飛輪慣量 較小。其負載持續(xù)

14、率ZC%（ ）規(guī)定為15%、25%、40和60%。（1）計算負載轉(zhuǎn)矩或負載功率，初步確定負載持續(xù)率ZC%，據(jù)負載功率及ZC%預(yù)選一臺周期斷續(xù)工作制電動機。如果實際的負載持續(xù)率 與標準的負載持續(xù)率ZC%相同，可按下式預(yù)選電動機的額定功率 周期性斷續(xù)工作制電動機容量選擇和連續(xù)工作制變化負載下的功率選擇相似，一般步驟如下： 然后作出該預(yù)選電動機的負載圖 或 。選擇合適的方法（平均損耗法或各種等效法）進行發(fā)熱校驗。第十七頁，共20頁。9.5周期性斷續(xù)工作制電動機容量的選擇電機與拖動（2）如果實際的負載持續(xù)率 與標準值ZC%不同，應(yīng)把實際負載持續(xù)率 的等效功率 換算成最接近的標準負載持續(xù)率ZC%時的功率 ，然后再選擇電機，最后進行發(fā)熱校驗（平均損耗法或各種等效法）。一般步驟如下：經(jīng)推導得 （9-29） 當 與ZC%很接近時，則得簡化的換算公式為 （9-30） 如果實際負載持續(xù)率 ，可按短時工作制選擇電機；如果 ，可按連續(xù)工作制選擇電機。 如果工作過程中在某一階段的負載較大，應(yīng)進行過載能力的校驗。對籠型感應(yīng)電動機，還要進行起動能力的校驗。 第十八頁，共20頁。9.6電動機容量選擇的工程方法電機與拖動常用的方法有統(tǒng)計法和類比法。 機床制造