電機(jī)拖動(dòng)(電動(dòng)機(jī)容量的選擇)

第十章電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱及冷卻規(guī)律電動(dòng)機(jī)選擇的一般概念短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)的選擇連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的工作制電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇本章要求：掌握決定電動(dòng)機(jī)額定功率的主要因素。掌握確定電動(dòng)機(jī)額定功率的主要方法。了解電動(dòng)機(jī)發(fā)熱及冷卻的規(guī)律。掌握電動(dòng)機(jī)的工作制。能合理的選擇電動(dòng)機(jī)。第一節(jié)電動(dòng)機(jī)選擇的一般概念一、正確選擇電動(dòng)機(jī)的意義電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)機(jī)械TemnTL電動(dòng)機(jī)選擇要合理，主要選擇其功率PN；其次U,n等。如果PN太小，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于過(guò)載下運(yùn)行，發(fā)熱嚴(yán)重，會(huì)損壞。如果PN太大，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于輕載下運(yùn)行，投資大，效率和功率因數(shù)低，會(huì)造成浪費(fèi)。選擇電動(dòng)機(jī)功率PN的原則：在滿足負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定功率。二、決定電動(dòng)機(jī)功率PN的主要因素決定電動(dòng)機(jī)功率PN的主要因素：電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱及溫升；過(guò)載能力和起動(dòng)能力。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)有銅、鐵、摩擦等損耗，這些損耗變?yōu)闊崮苁闺姍C(jī)溫度t升高。當(dāng)電機(jī)溫度t升高到一定極限（電機(jī)允許最高溫度）時(shí)，其繞組、鐵芯絕緣將迅速老化，遭到損壞，使電機(jī)壽命大減，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接燒毀電機(jī)。電機(jī)選用的絕緣材料不同，其最高允許溫度不同。常用絕緣材料，按其耐熱能力分為：A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)五級(jí)。電機(jī)絕緣材料的最高允許溫度就限制了電機(jī)帶負(fù)載的限度，而電動(dòng)機(jī)功率PN就代表了該限度；當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶額定功率負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其穩(wěn)定溫度接近絕緣材料的最高允許溫度。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，溫度的升高，一方面取決于發(fā)熱量（p）；另一方面取決于環(huán)境溫度和散熱條件。電動(dòng)機(jī)的溫升：電機(jī)溫度與環(huán)境溫度之差。國(guó)標(biāo)規(guī)定電動(dòng)機(jī)最高允許溫升=絕緣材料的最高允許溫度-環(huán)境溫度(40o)。選擇電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，除了考慮溫升外，還要考慮過(guò)載能力和起動(dòng)能力。一般要求電動(dòng)機(jī)帶最大負(fù)載力矩和起動(dòng)負(fù)載力矩滿足：考慮U波動(dòng)10%，的保險(xiǎn)系數(shù)考慮U波動(dòng)10%，的保險(xiǎn)系數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定起動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)的最大電磁力矩第二節(jié)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱及冷卻規(guī)律一、電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過(guò)程由能量守恒定律可知：產(chǎn)生的熱量=溫升的熱量+散熱量Q：電動(dòng)機(jī)單位時(shí)間發(fā)熱量C：電動(dòng)機(jī)的熱容量，即每升高1o所需熱量A：電動(dòng)機(jī)的散熱系數(shù)：電動(dòng)機(jī)的溫升變形為：非齊次常系數(shù)一階微分方程解方程溫升的解為：設(shè)t=0,=i則溫升的解為：TH=C/A，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)s=Q/A，電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定溫升i，電動(dòng)機(jī)的初始溫升電動(dòng)機(jī)的溫升曲線為：0tsi4TH經(jīng)過(guò)(3~4)TH溫升就可達(dá)到穩(wěn)定值s。

小電動(dòng)機(jī)TH=10~20分鐘；其只需要半小時(shí)就能達(dá)到穩(wěn)定溫升s。

大電動(dòng)機(jī)TH=30分鐘；其需要兩個(gè)小時(shí)才能達(dá)到穩(wěn)定溫升s。電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定溫升s=Q/A,發(fā)熱量Q正比與損耗p。1、散熱條件（A）不變時(shí)，損耗p增加，穩(wěn)定溫升增加。結(jié)論：2、改善散熱條件（A）可以降低穩(wěn)定溫升。二、電動(dòng)機(jī)的散熱過(guò)程電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定溫升后，如果負(fù)載減小或停車(chē)，則電機(jī)的發(fā)熱量將減小于散熱量，電機(jī)溫度會(huì)下降，最后穩(wěn)定于較低的穩(wěn)定溫升。這個(gè)溫升下降過(guò)程叫電動(dòng)機(jī)的冷卻。電動(dòng)機(jī)冷卻的溫升方程仍為：只是s<i0tsi4TH第三節(jié)電動(dòng)機(jī)的工作制0tsi4TH電動(dòng)機(jī)的溫升，不僅與發(fā)熱量Q有關(guān)，而且與負(fù)載持續(xù)時(shí)間t有關(guān)。當(dāng)t>4TH時(shí)，=s；否則<s。電動(dòng)機(jī)的溫升與電動(dòng)機(jī)的工作方式有關(guān)。常見(jiàn)電動(dòng)機(jī)的工作方式：連續(xù)工作制；短時(shí)工作制；斷續(xù)周期工作制；一、連續(xù)工作制連續(xù)工作制指：電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下連續(xù)運(yùn)行，工作時(shí)間t>>4TH，=s。如：通風(fēng)機(jī)、水泵、紡織機(jī)等都選用連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載圖：指電動(dòng)機(jī)的輸出功率（或轉(zhuǎn)矩）與工作時(shí)間的關(guān)系曲線。生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖：指生產(chǎn)機(jī)械的輸出功率（或轉(zhuǎn)矩）與工作時(shí)間的關(guān)系曲線。連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和溫升曲線為：P0ts4THPN結(jié)論：對(duì)連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，取使電機(jī)穩(wěn)定溫升達(dá)到電動(dòng)機(jī)絕緣材料最高允許溫升時(shí)的輸出功率，作為該電動(dòng)機(jī)的額定功率。輸出功率不同，發(fā)熱量Q不同，s不同。采油平臺(tái)二、短時(shí)工作制短時(shí)工作制指：電動(dòng)機(jī)帶恒定負(fù)載在給定的短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，工作時(shí)間t<4TH，停車(chē)時(shí)間t>>4TH，max<s。冷卻后溫升為0。如：電動(dòng)閘門(mén)、重型吊車(chē)等都選用短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)。短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和溫升曲線為：P0tsPNm國(guó)標(biāo)規(guī)定短時(shí)工作制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)限為：10、30、60、90分鐘。結(jié)論：短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)相應(yīng)工作時(shí)限額定功率的規(guī)定：電動(dòng)機(jī)帶恒定負(fù)載運(yùn)行，取在規(guī)定工作時(shí)限內(nèi)實(shí)際達(dá)到的最高溫升等于電動(dòng)機(jī)絕緣材料最高允許溫升時(shí)的輸出功率，作為其額定功率。船閘P0tsPNm三、斷時(shí)周期工作制電動(dòng)機(jī)帶恒定負(fù)載運(yùn)行時(shí)間tR短，停車(chē)時(shí)間t0也短，以(tR+t0)=10min為周期重復(fù)工作。其中t0和tR都<4TH。max<s，但冷卻溫升不會(huì)下降到0；其溫升在一個(gè)小范圍內(nèi)波動(dòng)。斷時(shí)周期工作制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和溫升曲線為：P0tsPNmtRt0P0tsPNmtRt0負(fù)載持續(xù)率Fs：負(fù)載運(yùn)行時(shí)間與工作周期之比。標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率Fs為：15%，25%，40%，60%。P0tsPNmtRt0結(jié)論：工作于斷時(shí)周期制的電動(dòng)機(jī)，把在規(guī)定負(fù)載持續(xù)率下運(yùn)行的實(shí)際達(dá)到的最高溫升等于電動(dòng)機(jī)絕緣材料最高允許溫升時(shí)的輸出功率，作為其額定功率。第四節(jié)連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載分為：恒定負(fù)載；變化負(fù)載。一、恒定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)容量的選擇選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率大于等于負(fù)載功率。即：選擇步驟：1、計(jì)算負(fù)載功率PL幾種常見(jiàn)負(fù)載PL的計(jì)算公式1）直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械的負(fù)載功率PL：FL：生產(chǎn)機(jī)械的靜阻力，N。V：生產(chǎn)機(jī)械的速度，m/s。：傳動(dòng)裝置的效率，直接連接時(shí)取0.95~1，皮帶傳動(dòng)取0.9。2）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的負(fù)載功率PLTL：生產(chǎn)機(jī)械的靜轉(zhuǎn)矩，NmnL：生產(chǎn)機(jī)械的速度，rpm：傳動(dòng)裝置的效率3）泵類機(jī)械的負(fù)載功率PLＱ：泵的流量，m3/sH：饋送高度，m：傳動(dòng)裝置的效率1：泵的效率低壓離心泵1＝0.3~0.6高壓離心泵1＝0.5~0.8活塞泵1＝0.８~0.９４）風(fēng)機(jī)類機(jī)械的負(fù)載功率PLＱ：氣體流量，m3/sh：風(fēng)機(jī)壓力，N/m2：傳動(dòng)裝置的效率1：風(fēng)機(jī)的效率大型風(fēng)機(jī)1＝0.5~0.8中型風(fēng)機(jī)1＝0.3~0.5小型風(fēng)機(jī)1＝0.2~0.52、按負(fù)載功率PL選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率PＮ在環(huán)境溫度為４０時(shí)，對(duì)連續(xù)工作制，選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率PＮ＝負(fù)載功率PL。當(dāng)環(huán)境溫度不為４０時(shí)，為了合理選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)進(jìn)行修正。Ｐ：所選擇電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率。ＰＮ：環(huán)境溫度為４０時(shí)，所選擇電動(dòng)機(jī)的功率。：實(shí)際環(huán)境溫度與４０之差。sN：電機(jī)穩(wěn)定溫升。：損耗比直流機(jī)＝1籠型異步機(jī)＝0.5~0.7大型繞線異步機(jī)＝0.9~1二、變負(fù)載下電動(dòng)機(jī)容量的選擇電動(dòng)機(jī)帶變負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其發(fā)熱量也不斷變化，溫升也不斷變化，但長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行后，溫升應(yīng)在一個(gè)小范圍內(nèi)波動(dòng)。選擇電動(dòng)機(jī)的功率，應(yīng)保證運(yùn)行時(shí)最高溫升不超過(guò)電機(jī)的最高允許溫升。選擇步驟：1）計(jì)算生產(chǎn)機(jī)械功率，繪出生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載圖。2）預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率。3）計(jì)算預(yù)選電動(dòng)機(jī)負(fù)載圖。4）利用電動(dòng)機(jī)負(fù)載圖，進(jìn)行發(fā)熱、過(guò)載、起動(dòng)校驗(yàn)。1、預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率1）可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或參考類似系統(tǒng)來(lái)預(yù)選功率。2）利用生產(chǎn)機(jī)械的平均功率來(lái)預(yù)選功率。生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖，在變化周期tC內(nèi)，負(fù)載變化n次。P0tP2t1t2t3t4P1P3P4預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率：

PN=(1.1~1.6)PLav2、發(fā)熱校驗(yàn)直接用溫升曲線來(lái)校驗(yàn)溫升，很困難，因?yàn)門(mén)H不知道；需要用其他方法間接校驗(yàn)溫升。（1）平均損耗法原理：電機(jī)發(fā)熱量Q正比于損耗。所以只要電機(jī)的平均損耗不超過(guò)額定損耗，其溫升就不會(huì)超過(guò)容許溫升。步驟：a、利用電動(dòng)機(jī)負(fù)載圖和預(yù)選電動(dòng)機(jī)效率曲線，求出每段時(shí)間的損耗功率。b、計(jì)算平均損耗c、發(fā)熱校驗(yàn)條件（2）等效電流法原理：用一個(gè)等效電流Ieq來(lái)代替實(shí)際電流，兩者發(fā)熱相等。如果預(yù)選電機(jī)的在變化負(fù)載下等效電流IeqIN

，則預(yù)選電機(jī)合適。步驟：a、繪制電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流圖。b、計(jì)算等效電流。c、發(fā)熱校驗(yàn)條件（3）等效轉(zhuǎn)矩法（僅用于力矩T正比電流I場(chǎng)合）原理：用一個(gè)等效轉(zhuǎn)矩Teq來(lái)代替實(shí)際轉(zhuǎn)矩，兩者發(fā)熱相等。如果預(yù)選電機(jī)的在變化負(fù)載下等效轉(zhuǎn)矩TeqTN

，則預(yù)選電機(jī)合適。第五節(jié)短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇一般選短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)；也可以選連續(xù)或斷續(xù)制電機(jī)。一、選用短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)選擇具有相同標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)限的短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，使PNPL。若實(shí)際工作時(shí)限tR與標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)限tRN不同,則需要修正，此時(shí)應(yīng)選電動(dòng)機(jī)功率為：二、選用連續(xù)工作制電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題不大，只要電機(jī)的最大輸出