機電傳動與運動控制 教學課件 作者 范國偉 第6章 機電傳動系統(tǒng)中電動機的選擇

第6章機電傳動系統(tǒng)電動機選擇范國偉安徽工業(yè)大學第6章機電傳動系統(tǒng)電動機選擇范國偉16.1電動機的發(fā)熱與工作方式為電力拖動系統(tǒng)選配合適的電動機，才能保證系統(tǒng)可靠和經(jīng)濟地運行。本項目首先介紹電動機選擇的一般內(nèi)容，然后重點討論電動機功率選擇的相關(guān)問題，如電動機的發(fā)熱和冷卻規(guī)律，電動機有哪幾種工作制，電動機的額定功率是如何確定的以及如何用計算法選擇電動機的額定功率等6.1電動機的發(fā)熱與工作方式為電力拖動系統(tǒng)選配合適的電動21.電動機選擇的基本內(nèi)容電動機的選擇主要包含以下內(nèi)容:1)類型的選擇2)功率的選擇3)電壓的選擇4)轉(zhuǎn)速的選擇5)外型結(jié)構(gòu)的選擇6)安裝型式的選擇7)工作制的選擇8)型號的選擇1.電動機選擇的基本內(nèi)容電動機的選擇主要包含以下內(nèi)容:32.電機的發(fā)熱和冷卻電動機在能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部各處均要產(chǎn)生功率損耗。功率損耗的存在不僅降低了電動機的效率，影響了電動機的經(jīng)濟運行，而且各種能耗最終轉(zhuǎn)換為熱能，使電動機內(nèi)部的溫度升高，這將影響到所用絕緣材料的使用壽命（電動機中耐熱能力最差的是繞組的絕緣材料）嚴重時甚至會燒毀電動機。2.電機的發(fā)熱和冷卻電動機在能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部各處均43.電機的工作制電機的發(fā)熱和冷卻情況既與負載的大小有關(guān)，也與負載持續(xù)時間的長短有關(guān)。按照電機發(fā)熱和冷卻情況的不同，我國國家相關(guān)標準規(guī)定了電機有九種工作制。其中前三種是基本的工作制，后六種是特殊的工作制。這節(jié)將重點介紹前三種。3.電機的工作制電機的發(fā)熱和冷卻情況既與負載的大小有關(guān)5（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continuousrunningduty－type）的代號為S1。這種電動機在恒定負載下運行的時間很長，足以使其溫升達到穩(wěn)定溫升。其負載曲線和溫升曲線如圖6-2所示。圖中PL表示負載功率，θs表示連續(xù)運行時的穩(wěn)定溫升。通風機、水泵、紡織機、造紙機等生產(chǎn)機械中的電動機的工作方式與這種工作制基本相同，一般都選用這種工作制的電動機。（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continu6（2）短時工作制（S2工作制）短時工作制（short－timeduty－type）的為S2。這種電動機在恒定負載下按給定的時間運行，該時間不足以使電動機達到穩(wěn)定溫升。隨之斷電停轉(zhuǎn)足夠的時間，使電動機再度冷卻到溫升降至2K以下。其負載曲線和溫升曲線如圖6-3所示。圖中θM是電動機在負載運行時達到的最高溫升，它小于該負載下的穩(wěn)定溫升θs（2）短時工作制（S2工作制）短時工作制（short－tim7（3）斷續(xù)周期工作制（S3工作制）斷續(xù)周期工作制（intermittentperiodicduty－type）的代號為S3。這種電動機按一系列相同的工作周期運行。每一周期包括一段恒定溫升，停轉(zhuǎn)時，溫升又未降到2K以內(nèi)。經(jīng)過長期運行后，最后溫升在某一范圍內(nèi)上下波動。其負載曲線和溫升曲線如圖6-4所示。圖中θH為每個周期內(nèi)的上限溫升，它小于該負載下的穩(wěn)定溫升θS；θL為每個周期內(nèi)的下限溫升，它大于2K。（3）斷續(xù)周期工作制（S3工作制）斷續(xù)周期工作制（int86.2電動機容量選擇基本知識1．電機額定功率的確定各種電機銘牌上標示的額定功率都是指在規(guī)定的工作制和額定狀態(tài)下運行時，溫升達到額定溫升時的輸出功率。額定溫升的定義是：額定溫升等于電機允許的最高溫度減去額定的環(huán)境溫度。6.2電動機容量選擇基本知識1．電機額定功率的確定92．工作制的影響連續(xù)工作制（S1工作制）電動機的額定功率是指在額定狀態(tài)下運行時，其穩(wěn)定溫升θS等于額定溫升θN時的輸出功率。短時工作制（S2工作制）電動機的額定功率是指在額定狀態(tài)下運行時，其最高溫升θM等于額定溫升θN時的輸出功率。斷續(xù)周期工作制（S3工作制）電動機的額定功率是指在額定狀態(tài)下運行時，其上限溫升θH等于額定溫升θN時的輸出功率。2．工作制的影響連續(xù)工作制（S1工作制）電動機的額定103．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機的額定功率是對應(yīng)于額定環(huán)境溫度40℃時的允許輸出功率，因此，當環(huán)境溫度低于或高于40℃時，電機允許輸出的功率可適當增加或減小。增減后的允許輸出功率P2可用下式計算：3．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機的額定功率是對應(yīng)于額定環(huán)境溫114．海拔高度的影響按海拔高度不超過1000m設(shè)計的電動機，在海拔高度超過1000m的地區(qū)使用時，允許輸出的功率應(yīng)適當降低。因為海拔越高，空氣越稀薄，散熱越困難。所以，國家有關(guān)標準規(guī)定：工作地點在海拔4000m以下，以1000m為基準，每超過100m，ΘN降低1%。粗略估計，P2約降低0.5%。超過4000m以上時，θN和P2值由用戶與制造廠協(xié)商確定。4．海拔高度的影響按海拔高度不超過1000m設(shè)計的電動機125.恒定負載電動機額定功率的選擇從本節(jié)開始將要討論選擇電動機額定功率的計算法。本節(jié)先討論電動機所拖動的負載為恒定負載時的情況。5.恒定負載電動機額定功率的選擇從本節(jié)開始將要討論選擇電136.3選擇電動機容量的基本效驗方法電動機的負載變動時通常都有周期性，或者可以通過統(tǒng)計分析的方法將其大體看成是周期性變化的。對于拖動這類負載的電動機，選擇額定功率的步驟如下。⑴求出各段時間電動機的負載功率⑵求出平均負載功率⑶預選電動機的額定功率⑷進行發(fā)熱校驗⑸校驗過載能力⑹校驗起動能力⑵求出平均負載功6.3選擇電動機容量的基本效驗方法電動機的負載變動時通常都14第6章機電傳動系統(tǒng)電動機選擇范國偉安徽工業(yè)大學第6章機電傳動系統(tǒng)電動機選擇范國偉156.1電動機的發(fā)熱與工作方式為電力拖動系統(tǒng)選配合適的電動機，才能保證系統(tǒng)可靠和經(jīng)濟地運行。本項目首先介紹電動機選擇的一般內(nèi)容，然后重點討論電動機功率選擇的相關(guān)問題，如電動機的發(fā)熱和冷卻規(guī)律，電動機有哪幾種工作制，電動機的額定功率是如何確定的以及如何用計算法選擇電動機的額定功率等6.1電動機的發(fā)熱與工作方式為電力拖動系統(tǒng)選配合適的電動161.電動機選擇的基本內(nèi)容電動機的選擇主要包含以下內(nèi)容:1)類型的選擇2)功率的選擇3)電壓的選擇4)轉(zhuǎn)速的選擇5)外型結(jié)構(gòu)的選擇6)安裝型式的選擇7)工作制的選擇8)型號的選擇1.電動機選擇的基本內(nèi)容電動機的選擇主要包含以下內(nèi)容:172.電機的發(fā)熱和冷卻電動機在能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部各處均要產(chǎn)生功率損耗。功率損耗的存在不僅降低了電動機的效率，影響了電動機的經(jīng)濟運行，而且各種能耗最終轉(zhuǎn)換為熱能，使電動機內(nèi)部的溫度升高，這將影響到所用絕緣材料的使用壽命（電動機中耐熱能力最差的是繞組的絕緣材料）嚴重時甚至會燒毀電動機。2.電機的發(fā)熱和冷卻電動機在能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部各處均183.電機的工作制電機的發(fā)熱和冷卻情況既與負載的大小有關(guān)，也與負載持續(xù)時間的長短有關(guān)。按照電機發(fā)熱和冷卻情況的不同，我國國家相關(guān)標準規(guī)定了電機有九種工作制。其中前三種是基本的工作制，后六種是特殊的工作制。這節(jié)將重點介紹前三種。3.電機的工作制電機的發(fā)熱和冷卻情況既與負載的大小有關(guān)19（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continuousrunningduty－type）的代號為S1。這種電動機在恒定負載下運行的時間很長，足以使其溫升達到穩(wěn)定溫升。其負載曲線和溫升曲線如圖6-2所示。圖中PL表示負載功率，θs表示連續(xù)運行時的穩(wěn)定溫升。通風機、水泵、紡織機、造紙機等生產(chǎn)機械中的電動機的工作方式與這種工作制基本相同，一般都選用這種工作制的電動機。（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continu20（2）短時工作制（S2工作制）短時工作制（short－timeduty－type）的為S2。這種電動機在恒定負載下按給定的時間運行，該時間不足以使電動機達到穩(wěn)定溫升。隨之斷電停轉(zhuǎn)足夠的時間，使電動機再度冷卻到溫升降至2K以下。其負載曲線和溫升曲線如圖6-3所示。圖中θM是電動機在負載運行時達到的最高溫升，它小于該負載下的穩(wěn)定溫升θs（2）短時工作制（S2工作制）短時工作制（short－tim21（3）斷續(xù)周期工作制（S3工作制）斷續(xù)周期工作制（intermittentperiodicduty－type）的代號為S3。這種電動機按一系列相同的工作周期運行。每一周期包括一段恒定溫升，停轉(zhuǎn)時，溫升又未降到2K以內(nèi)。經(jīng)過長期運行后，最后溫升在某一范圍內(nèi)上下波動。其負載曲線和溫升曲線如圖6-4所示。圖中θH為每個周期內(nèi)的上限溫升，它小于該負載下的穩(wěn)定溫升θS；θL為每個周期內(nèi)的下限溫升，它大于2K。（3）斷續(xù)周期工作制（S3工作制）斷續(xù)周期工作制（int226.2電動機容量選擇基本知識1．電機額定功率的確定各種電機銘牌上標示的額定功率都是指在規(guī)定的工作制和額定狀態(tài)下運行時，溫升達到額定溫升時的輸出功率。額定溫升的定義是：額定溫升等于電機允許的最高溫度減去額定的環(huán)境溫度。6.2電動機容量選擇基本知識1．電機額定功率的確定232．工作制的影響連續(xù)工作制（S1工作制）電動機的額定功率是指在額定狀態(tài)下運行時，其穩(wěn)定溫升θS等于額定溫升θN時的輸出功率。短時工作制（S2工作制）電動機的額定功率是指在額定狀態(tài)下運行時，其最高溫升θM等于額定溫升θN時的輸出功率。斷續(xù)周期工作制（S3工作制）電動機的額定功率是指在額定狀態(tài)下運行時，其上限溫升θH等于額定溫升θN時的輸出功率。2．工作制的影響連續(xù)工作制（S1工作制）電動機的額定243．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機的額定功率是對應(yīng)于額定環(huán)境溫度40℃時的允許輸出功率，因此，當環(huán)境溫度低于或高于40℃時，電機允許輸出的功率可適當增加或減小。增減后的允許輸出功率P2可用下式計算：3．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機的額定功率是對應(yīng)于額定環(huán)境溫254．海拔高度的影響按海拔高度不超過1000m設(shè)計的電動機，在海拔高度超過1000m的地區(qū)使用時，允許輸出的功率應(yīng)適當降低。因為海拔越高，空氣越稀薄，散熱越困難。所以，國家有關(guān)標準規(guī)定：工作地點在海拔4000m以下，以1000m為基準，每超過100m，ΘN降低1%。粗略估計，P2約降低0.5%。超過4000m以上時，θN和P2值由用戶與制造廠協(xié)商確定。4．海拔高度的影響按海拔高度不超過1000m設(shè)計的電動機265.恒定負載電動機額定功率的選擇從本節(jié)開始將要討論選擇電動機額定功率的計算法。本節(jié)先討論電動機所拖動的負載為