電機與拖動基礎11

第11章電動機的選擇開啟式電動機電動機選擇的基本內容防護式電動機Y系列（IP23）電動機是防護型自扇冷式籠型三相異步電動機電動機選擇的基本內容封閉式電動機離心制冷機用封閉式電機螺桿制冷機用封閉式電機電動機選擇的基本內容密封式電動機Y系列（IP44）電動機是全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機電動機選擇的基本內容防爆式電動機（YB系列）YB2-B35電動機選擇的基本內容6.安裝型式的選擇臥式、立式。電動機選擇的基本內容(1)B3，臥式(2)B5，臥式

(3)B35，臥式(4)V1，立式

B3

型電動機選擇的基本內容B5

型電動機選擇的基本內容B35

型電動機選擇的基本內容立式電動機

（V1型）電動機選擇的基本內容11.1電機的發(fā)熱與溫升、允許溫升

電機的溫升

=

電機的溫度－周圍環(huán)境溫度當發(fā)熱量=散熱量時，=穩(wěn)定值。

電機的熱平衡方程式※

Q——熱量（單位時間內產(chǎn)生的熱量）。

C——熱容量（溫度每升高1K所需的熱量）。

A——散熱系數(shù)（為

1K時，每秒所散出的熱量）。第11章電動機的選擇※——電機的初始溫升。

——電機的穩(wěn)定溫升。

——電機的發(fā)熱和冷卻時間常數(shù)。Ot電機的發(fā)熱和冷卻Ot允許溫升電機絕緣材料的最高允許工作溫度絕緣級別AEBFH最高允許溫度（℃）105120130155180最高允許溫升（K）65809010514011.2電機的工作制、允許溫升1.連續(xù)工作制（S1工作制）Ot

應用通風機、水泵、紡織機、造紙機等。第11章電動機的選擇允許溫升2.短時工作制（S2工作制）標準運行時間：15、30、60、90min。Ot

應用水閘啟閉機、冶金用的電動機、起重機中的電動機。電機的工作制允許溫升3.斷續(xù)周期工作制（S3工作制）OtP

負載持續(xù)率FS=×100%trtr＋t0

標準負載持續(xù)率

FS=15%

FS=25%FS=40%FS=60%

周期：tr＋t0≤10min。應用起重機、電梯、軋鋼輔助機械中的電動機。電機的工作制允許溫升11.3電動機的選擇1、電動機種類與類型的選擇2、電動機電壓與同步轉速的選擇3、電動機的額定功率（11.4）4、電動機的功率的選擇（11.5）1).連續(xù)運行的電動機2).短時運行的電動機3).斷續(xù)周期運行的電動機5、電動機的轉矩選擇6、電動機的過載倍數(shù)與起動轉矩實際環(huán)境溫度滿載時的PFe

/PCu11.4電動機的額定功率1.額定功率的確定

電機的絕緣等級絕緣等級允許最高溫度

/℃AEBFHC105120130155180＞1802.工作制的影響3.環(huán)境溫度的影響√P2

=PN1＋(1＋)40℃－N一般：

=0.4~1.1第11章電動機的選擇

電機允許輸出的功率實際環(huán)境溫度

/℃允許輸出功率增減的百分數(shù)303540455055＋8%

＋5%

0

－5%

－12.5%

－20%

工程上也可以按下表對P2估算。4.海拔高度的影響海拔高度越高，空氣越稀薄，散熱越困難，使得P2＜PN

。海拔1000m≤h≤4000m

h=

100m，

降低1%，P2降低0.5%。電機的允許輸出功率11.5恒定負載電動機額定功率的選擇1.連續(xù)運行的電動機①選擇工作制為S1的電動機。②求出電動機的負載功率PLPL

=Pmmt※Pm——生產(chǎn)機械的輸出功率；m

——生產(chǎn)機械的效率；t——電動機與生產(chǎn)機械之間傳動機構的效率。③選擇PN=PL或略大于PL的電動機。即PN≥PL。④校驗起動能力。第11章電動機的選擇【例11.1】有一臺由電動機直接拖動的離心水泵，流量Q=0.04m3/s，揚程h=8m，效率m=0.58，轉速n=1440r/min。試選擇電動機的額定功率。解：(1)該電機屬于恒定負載連續(xù)運行工作方式，故選擇工作制為S1的電動機。(2)由水泵設計手冊查得Pm

=Q

r

h102※

水的比重r=1000kg/m3。Pm

=kW=3.14kW0.04×1000×8102恒定負載電動機額定功率的選擇對于直接傳動t=1，故PL

=Pmmt=kW=5.41kW3.140.58×1(3)選擇PN≥PL的電動機。例如選擇PN=5.5kW，nN=1440r/min的Y系列三相籠型異步電動機。

(4)起動能力校驗水泵為通風機負載特性類的生產(chǎn)機械，起動能力不會有問題。恒定負載電動機額定功率的選擇滿載時的PFe

/PCu實際運行時間標準運行時間2.短時運行的電動機(1)選擇工作制為S2的電動機①選擇標準運行時間與實際運行時間相同或相近的電動機。②求出電動機的負載功率

PL。③將PL折算成標準運行時間的負載功率

PLN。恒定負載電動機額定功率的選擇當tr≈trb時，則上式可簡化為④選擇額定功率PN≥PLN的電動機

。⑤校驗起動能力（對三相籠型異步電動機而言）。恒定負載電動機額定功率的選擇(2)選擇工作制為S3的電動機①將S3工作制的FCN換算成S2工作制的trb

，其對應關系為恒定負載電動機額定功率的選擇②再按(1)中步驟進行計算。③選擇PN≥PLN的電動機

。④校驗起動能力。※

如果

tr＜(0.3~0.4)

，此時可以直接由過載能力和起動能力選擇電動機的PN

。(3)選擇工作制為S1的電動機①求出電動機的負載功率

PL。②將PL折算成S1

工作制時的負載功率

PLN。滿載時的PFe

/PCu短時運行時間電機的發(fā)熱時間常數(shù)恒定負載電動機額定功率的選擇⑤校驗過載能力。則PLN＜＜PL，【例11.2】某生產(chǎn)機械為短時運行，每次工作時間12min，停機時間足夠長，輸出功率Pm=20kW，效率m=0.833，傳動機構效率t=0.8，采用S2工作制的直流電動機拖動。試問電動機的額定功率應為多少？解：(1)電動機的負載功率為(2)選擇tW

=15min的S2工作制電動機，

其等效負載功率為

(3)選擇電動機的額定功率PN＞26.83kW。PL

=Pmmt=kW=30kW200.833×0.8PLN

=PLtrtrb=30×kW=26.83kW1215恒定負載電動機額定功率的選擇3.斷續(xù)周期運行的電動機①選擇標準負載持續(xù)率FCN與實際負載持續(xù)率FC

相同或相近的S3

工作制電動機。②求出電動機的負載功率

PL。③將PL換算成標準負載持續(xù)率時的負載功率

PLN。()PLPLN

=FSNFS＋－1FSNFS當FS≈FSN時，則PLN

=PLFSFSN④選擇PN≥PLN的電動機

。⑤校驗起動能力（對三相籠型異步電動機而言）。恒定負載電動機額定功率的選擇※

如果

FS＜10%，可按短時運行選擇電動機?！绻鸉S＞70%，可按連續(xù)運行選擇電動機。【例11.3】有一斷續(xù)周期工作的生產(chǎn)機械，運行時間tr=90s，停機時間t0=240s，需要轉速n=700r/min左右的三相繞線型異步電動機拖動，電動機的負載轉矩TL=275N·m。試選擇電動機的額定功率。解：(1)電動機的實際負載持續(xù)率(2)選擇FSN

=25%的S3工作制繞線型異步電動機。(3)電動機的負載功率FS=×100%trtr＋t0

=×100%=27.27%9090＋240

PL

=TL

n260

=×275×700W=20.15kW2×3.1460恒定負載電動機額定功率的選擇PLN

=PLFSFSN=20.15×kW=21kW0.27270.25換算到標準負載持續(xù)率時的負載功率(3)選擇電動機的額定功率PN≥21kW。10.5恒定負載電動機額定功率的選擇11.6變動負載電動機額定功率的選擇1.周期性變動負載的電動機(1)求出各段時間電動機的負載功率OtPPL1t1t2t3t4PL2PL3PL4PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=(2)求出平均負載功率(3)預選電動機的PNPN

=(1.1~1.6)PL(4)發(fā)熱校驗第11章電動機的選擇(4)發(fā)熱校驗①平均損耗法電動機的平均功率損耗為PalL1t1＋PalL2t2＋···t1＋t2＋···PalL

=※

PalL1、PalL2——每段時間的功率損耗。由電動機的效率曲線

=f(P2)

可得PalLi

=－PLiPLii

電動機的額定功率損耗PalN

=－PNPNN變動負載電動機額定功率的選擇

如果PalL≤PalN，發(fā)熱校驗合格。否則需加大電動機的PN，再做發(fā)熱校驗。②等效電流法適用于電動機的P0和電阻不變的情況。電動機的平均銅損耗為RIL1t1＋RIL2t2＋···t1＋t2＋···PCuL

=22=RIL2※

IL——產(chǎn)生該平均銅損耗

相當?shù)牡刃щ娏鳌L

=IL1t1＋IL2t2＋···t1＋t2＋···22變動負載電動機額定功率的選擇

當IL≤IN，發(fā)熱校驗合格。否則需加大電動機的PN，再做發(fā)熱校驗。③等效轉矩法

適用于電動機的P0和R不變且T∝I的情況。與等效電流對應的等效轉矩

電動機的額定銅損耗為PCuN=RIN2TL

=TL1t1＋TL2t2＋···t1＋t2＋···22

只要TL≤TN，發(fā)熱校驗合格。變動負載電動機額定功率的選擇④等效功率法

適用于電動機的P0和R不變，T∝I，且n基本不變的情況。由于n不變，有P∝T，則等效負載功率為PL

=PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···22

只要PL≤PN，發(fā)熱校驗合格。(5)校驗過載能力交流電動機：TLmax≤TM=MTTN

直流電動機：ILmax≤Iamax=(1.5~2)IaN(6)校驗起動能力滿足對Tst

和Ist的要求。變動負載電動機額定功率的選擇變動負載電動機額定功率的選擇【例11.4】某生產(chǎn)機械擬用一臺轉速為1000r/min左右的籠型三相異步電動機拖動。負載曲線如圖所示。其中PL1=18kW，t1=40s，PL2=24kW，t2=80s，PL3=14kW，t3=60s，PL4=16kW，t4=70s。起動時的負載轉矩TLst=300N·m，采用直接起動，起動電流的影響可不考慮。試選擇電動機的額定功率。解：(1)平均負載功率OtPPL1t1t2t3t4PL2PL3PL4PL1t1＋PL2t2＋PL3t3＋PL4t4t1＋t2＋t3＋t4

PL

=

18×40＋24×80＋14×60＋16×7040＋80＋60＋70=KW

=18.4kW變動負載電動機額定功率的選擇(2)預選Y200L2－6型三相異步電動機，該電動機的PN=22kW，nN=970r/min，st

=1.8，MT

=2.0。(3)進行發(fā)熱校驗（用等效功率法）PL

=PL1t1＋PL2t2＋PL3t3＋PL4t4

t1＋t2＋t3＋t4

2222=

18×40＋24×80＋14×60＋16×7040＋80＋60＋702222kW=18.84kW由于PL＜PN，發(fā)熱校驗合格。

變動負載電動機額定功率的選擇(4)校驗過載能力由于n基本不變，P∝T，因此直接用PM校驗。因為

PM=MTPN=2×22kW=44kW

PLmax=24kW所以PM＞PLmax，過載能力合格。(5)校驗起動能力TN

=260PNnN

=

×N·m=216.7N·m602×3.1422×103

970

變動負載電動機額定功率的選擇Tst=stTN

=1.8×216.7N·m=390N·m因為要求Tst＞(1.1~1.2)TLst

=(1.1~1.2)×300N·m

=330~360N·m所以起動能力校驗合格。2.需要考慮起動、制動和停機過程時發(fā)熱公式的修正OtPnPL2PL1t1t2

t3t4PL3PL1n考慮起動、制動、停機的負載曲線PalL1t1＋PalL2t2＋PalL3t3t1＋t2＋

t2＋

t4PalL

=IL

=IL1t1＋IL2t2＋IL3t3t1＋t2＋

t2＋

t4222TL

=TL1t1＋TL2t2＋TL3t3t1＋t2＋

t2＋

t4222PL

=PL1t1＋PL2t2＋PL3t3t1＋t2＋

t2＋

t422