電動機的容量選擇

關于電動機的容量選擇第一頁，共二十頁，2022年，8月28日9.2電動機的發(fā)熱與冷卻規(guī)律電動機的熱平衡方程式電機與拖動

電機在工作時內部損耗所產(chǎn)生的熱量，一部分散發(fā)到周圍介質中去，另一部分則積存在電機內部，使溫度升高。根據(jù)能量平衡關系，在任何一段時間內，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，每秒鐘內散發(fā)到周圍介質中去的熱量，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；

—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，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動

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)椋?-5）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，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動

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（9-4）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）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，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動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。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，

，停車時間較長

，即工作時間內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，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動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。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，共二十頁，2022年，8月28日9.3連續(xù)工作制電動機容量的選擇連續(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，為了充分和可靠的利用電動機，預選電動機的額定功率

應按（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，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續(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)機械的負載圖可以求負載的平均功率

或平均轉矩

，即=(9-10)=(9-11)第八頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續(xù)周期變化負載時電動機容量的選擇

（2）按經(jīng)驗公式預選電動機。其額定功率可選為：

（3）做預選電機的負載圖

、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

，或轉矩的等效值

或功率的等效值

，如果計算值小于或等于預選電動機的額定值，則發(fā)熱校驗通過，預選電動機合格。如果計算值大于預選電動機的額定值，則需另選電機，重新進行發(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，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續(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

，說明預選電動機功率太小，發(fā)熱校驗沒有通過，應重選額定功率大的電動機再檢驗。

若

，預選電動機功率太大，電機得不到充分應用，可重選額定功率小的電動機再檢驗。=

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，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續(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

略小于預選電機的額定電流

，電機的發(fā)熱校驗即可通過。（3）等效轉矩法

如果電機的轉矩與電流成正比，則式（9-16）可以寫成轉矩形式

(9-17)式中，

為等效轉矩；

為第i級的轉矩。

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：(9-16)第十一頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續(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速基本不變，由式

可知，輸出功率P與轉矩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，共二十頁，2022年，8月28日9.4短時工作制電動機容量的選擇選用連續(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功率的話，則在工作結束時，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，共二十頁，2022年，8月28日選用連續(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）所計算出的值。（9-24）第十四頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動選用專為短時工作而設計的電動機

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速。因此可以根據(jù)生產(chǎn)機械的功率、工作時間及轉速要求，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矩。

如果實際工作時間

與標準工作時間

不相同，則應該進行功率換算，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，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動選用專為短時工作而設計的電動機

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，共二十頁，2022年，8月28日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，機械結構的強度大、飛輪慣量

較小。其負載持續(xù)率ZC%（

）規(guī)定為15%、25%、40％和60%。（1）計算負載轉矩或負載功率，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，共二十頁，2022年，8月28日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