電動(dòng)機(jī)的選擇電機(jī)原理與電力拖動(dòng)

第9章電動(dòng)機(jī)的選擇(電機(jī)原理與電力拖動(dòng))2023/1/12電氣傳動(dòng)的發(fā)展2第九章電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇

為電力拖動(dòng)系統(tǒng)選配合適的電動(dòng)機(jī)，才能保證系統(tǒng)可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。本章首先介紹電動(dòng)機(jī)選擇的一般內(nèi)容，然后重點(diǎn)討論電動(dòng)機(jī)功率選擇的相關(guān)問題，如電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和冷卻規(guī)律，電動(dòng)機(jī)有哪幾種工作制，電動(dòng)機(jī)的額定功率是如何確定的，以及如何用計(jì)算法選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率等。9.1電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與工作方式電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻直接關(guān)系到電動(dòng)機(jī)的溫升，決定了電動(dòng)機(jī)是否能按設(shè)計(jì)的額定功率運(yùn)行。在專門介紹電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和冷卻內(nèi)容之前，先介紹電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容。1．電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容（1）類型的選擇選擇哪種類型的電動(dòng)機(jī)，一方面要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、起動(dòng)性能、調(diào)速性能、制動(dòng)方法、過載能力等方面的要求，對(duì)各種類型的電動(dòng)機(jī)極性分析比較；另一方面在滿足上述要求的前提下，還要從節(jié)省初期投資，減少運(yùn)行費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行綜合分析，最后將電動(dòng)機(jī)的類型確定下來。在對(duì)起動(dòng)、調(diào)速等性能沒有特殊要求的情況下，優(yōu)先選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。（2）功率的選擇正確地選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率非常重要，額定功率選擇得過大，電動(dòng)機(jī)長期在欠載狀態(tài)下運(yùn)行，不僅增加了設(shè)備投資，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)而言還會(huì)降低其效率和功率因數(shù)等指標(biāo)，增加了運(yùn)行費(fèi)用；額定功率選擇得太小，電動(dòng)機(jī)長期在過載狀態(tài)下運(yùn)行，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過熱而降低使用壽命，甚至拖動(dòng)不了生產(chǎn)機(jī)械。因此，應(yīng)使所選電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或大于生產(chǎn)機(jī)械所需要的功率。功率選擇的具體方法①類比法。通過調(diào)研，參照同類生產(chǎn)機(jī)械來決定電動(dòng)機(jī)的額定功率。②統(tǒng)計(jì)法。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析從中找出電動(dòng)機(jī)的額定功率與生產(chǎn)機(jī)械主要參數(shù)之間的計(jì)算公式，按此公式計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的額定功率。③實(shí)驗(yàn)法。用一臺(tái)同類型或相近類型的生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)出所需功率的大小。2．電機(jī)的發(fā)熱和冷卻電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的效率，影響了電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且各種能耗最終轉(zhuǎn)換為熱能，使電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)中耐熱能力最差的是繞組的絕緣材料），嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)。3．電機(jī)的工作制電機(jī)的發(fā)熱和冷卻情況既與負(fù)載的大小有關(guān)，也與負(fù)載持續(xù)時(shí)間的長短有關(guān)。按照電機(jī)發(fā)熱和冷卻情況的不同，我國國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電機(jī)有9種工作制。其中前3種是基本的工作制，后6種是特殊的工作制。（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continuousrunningduty－type）的代號(hào)為S1。這種電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下運(yùn)行的時(shí)間很長，足以使其溫升達(dá)到穩(wěn)定溫升。其負(fù)載曲線和溫升曲線如圖9-2所示。圖中PL表示負(fù)載功率，θs表示連續(xù)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定溫升。通風(fēng)機(jī)、水泵、紡織機(jī)、造紙機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械中電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)。（2）短時(shí)工作制（S2工作制）短時(shí)工作制（short－timeduty－type）的代號(hào)為S2。這種電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下按給定的時(shí)間運(yùn)行，該時(shí)間不足以使電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定溫升。隨之?dāng)嚯娡＾D(zhuǎn)足夠的時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)再度冷卻到溫升降至2K以下。其負(fù)載曲線及溫升曲線如圖9-3所示。圖中θM是電動(dòng)機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)達(dá)到的最高溫升，它小于該負(fù)載下的穩(wěn)定溫升θs。（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(hào)為S3。這種電動(dòng)機(jī)按一系列相同的工作周期運(yùn)行。每一周期包括一段恒定溫升，停轉(zhuǎn)時(shí)，溫升又未降到2K以內(nèi)。經(jīng)過長期運(yùn)行后，最后溫升在某一范圍內(nèi)上下波動(dòng)。9.2電動(dòng)機(jī)容量選擇的基本知識(shí)1．電機(jī)額定功率的確定各種電機(jī)銘牌上標(biāo)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(yùn)行時(shí)，溫升達(dá)到額定溫升時(shí)的輸出功率。額定溫升的定義是：額定溫升等于電機(jī)允許的最高溫度減去額定的環(huán)境溫度。2．工作制的影響同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作制不同，它所允許輸出的功率也不同。例如，按連續(xù)工作制設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)用作短時(shí)運(yùn)行或斷續(xù)周期運(yùn)行，若仍保持輸出功率不變，則該電機(jī)的最高溫升或上限溫升將小于穩(wěn)定溫升，即小于該電機(jī)的額定溫升。該電機(jī)未能充分發(fā)揮作用，因而它允許輸出的功率可以增加，一直增加到短時(shí)運(yùn)行時(shí)的最高溫升等于額定溫升或斷續(xù)周期運(yùn)行時(shí)的上限溫升等于額定溫升為止。反之，按短時(shí)工作制或斷續(xù)周期工作制設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)改作連續(xù)運(yùn)行，則其允許輸出的功率將減小。3．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機(jī)的額定功率是對(duì)應(yīng)于額定環(huán)境溫度40℃時(shí)的允許輸出功率，因此，當(dāng)環(huán)境溫度低于或高于40℃時(shí)，電機(jī)允許輸出的功率可適當(dāng)增加或減小。增減后的允許輸出功率P2可用下式計(jì)算9.3選擇電動(dòng)機(jī)容量的基本效驗(yàn)方法1．周期性變動(dòng)負(fù)載的電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變動(dòng)時(shí)通常都有周期性，或者可以通過統(tǒng)計(jì)分析的方法將其大體看成是周期性變化的。對(duì)于拖動(dòng)這類負(fù)載的電動(dòng)機(jī)，選擇額定功率的步驟如下。2．需考慮起動(dòng)、制動(dòng)和停機(jī)過程時(shí)發(fā)熱公式的修正如果一個(gè)工作周期內(nèi)的負(fù)載變化包括起動(dòng)、制動(dòng)和停機(jī)等過程，這實(shí)際已屬斷續(xù)周期工作制。只要其負(fù)載持續(xù)率大于70%，可將其看成周期性變化負(fù)載選用S1工作制的電動(dòng)機(jī)。在這種情況下進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)考慮到起動(dòng)