電力拖動課件14電動機(jī)的選擇

第十四章電力拖動系統(tǒng)電動機(jī)的選擇本章教學(xué)基本要求：1.了解電動機(jī)選擇的主要內(nèi)容；2.了解電動機(jī)的發(fā)熱、冷卻與工作制；3.掌握連續(xù)工作制、短時工作制、周期性斷續(xù)工作制電動機(jī)容量(power)的選擇；4.通過實例了解具體應(yīng)用中電動機(jī)容量的選擇；重點：(1)連續(xù)工作制(2)短時工作制(3)周期性斷續(xù)工作制方式下電動機(jī)容量的選擇。第一節(jié)電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻及工作制的分類

電機(jī)在工作時，η<1，即存在損耗，其功率損耗為Δp,Δp變成熱能，其熱流量Φ=0.24Δp（0.24為電功率換算到熱功率的熱功當(dāng)量），一方面使電機(jī)本身溫度升高，同時，在電機(jī)溫度高出周圍環(huán)境溫度時要散出熱量。電機(jī)溫度超出環(huán)境溫度的數(shù)值稱為溫升，用τ表示，有溫升就要散熱，溫升τ越高，散熱越快。當(dāng)電動機(jī)單位時間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時，電動機(jī)的溫度不再增加，電動機(jī)達(dá)到穩(wěn)定溫升電機(jī)處于發(fā)熱和散熱平衡狀態(tài)。采用絕緣材料不同的電機(jī)的最高允許溫升也不同。電動機(jī)熱量產(chǎn)生與傳導(dǎo)框圖：

電動機(jī)的熱源主要來自電機(jī)內(nèi)部的損耗。電機(jī)絕緣材料的最高允許工作溫度：絕緣級別OAEBFHC最高允許溫度（℃）90105120130155180≥180最高允許工作溫度的確定：對于A級絕緣，工作在95℃

時，壽命20年；溫度每增加8℃，使用壽命減半。例如：工作在103℃時壽命為10年；工作在121℃時壽命為5年。

Y、Y2系列電動機(jī)為B級絕緣。目前國內(nèi)生產(chǎn)的電機(jī)大都采用F、H級絕緣。電機(jī)的溫升：1．我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，環(huán)境溫度40℃為電機(jī)功率的標(biāo)定溫度。也就是說在環(huán)境溫度為40℃時，電動機(jī)帶額定負(fù)載長期連續(xù)運(yùn)行，穩(wěn)定溫度可達(dá)到絕緣材料允許的極限。溫升τ=電機(jī)溫度-40℃2．電機(jī)溫升的測量方法有：電阻法（間接測量）、預(yù)埋檢溫計法、溫度計法（監(jiān)視用）。電阻法：

第一節(jié)電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻及工作制的分類

一、電動機(jī)的發(fā)熱過程根據(jù)能量守恒定律，在dt時間內(nèi)電機(jī)產(chǎn)生的熱量，應(yīng)與電機(jī)本身溫度升高所需要的熱量和散到周圍介質(zhì)中去的熱量之和相等。即有熱平衡方程式：

—熱流量（電動機(jī)單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量）（J/s或W）—散熱系數(shù)，表示溫升為1℃時，每秒鐘的散熱量（卡/℃秒）—電機(jī)的溫升（℃）—熱容量，表示電機(jī)溫度升高1℃時所需的熱量（卡/℃）

整理上式得：令C/A=Tθ,Φ/A=τw，微分方程的解為：上式可看出如果dτ=0時，即電機(jī)的溫度不再升高，則τ=τw=Φ/A。

τw——為穩(wěn)定溫升;

τQ——

為初始溫升。ttwt021tTθQ開始時，τ很小，電機(jī)產(chǎn)生的熱量主要用于提高電動機(jī)本身的溫度，即大部分被吸收，使τ上升較快。τ較高時，電動機(jī)散熱量增大τ上升變慢。當(dāng)電動機(jī)產(chǎn)生的熱量與散到環(huán)境介質(zhì)中的熱量相等時，電動機(jī)溫度不再升高。發(fā)熱時間常數(shù)Tθ：Tθ是一個表征熱慣性的時間常數(shù)，它的大小與電機(jī)的體積以及散熱條件有關(guān)。對小容量電機(jī)，Tθ為10~20分鐘，對大容量電機(jī)，可達(dá)數(shù)小時。Tθ的物理意義：電機(jī)發(fā)出的熱量全部用來提高電機(jī)溫度，使電機(jī)溫升從零升到τw所需要的時間。ttWt021tTθQ二、電動機(jī)的冷卻過程電機(jī)的冷卻過程同樣按指數(shù)規(guī)律變化，冷卻即為散熱過程，即τ↓的過程。電動機(jī)減輕負(fù)載或停止運(yùn)行，則電動機(jī)內(nèi)的功率損耗將減少或為零，電動機(jī)τ將下降。

式中Tθ′為冷卻時間常數(shù)，通常Tθ′=2～3Tθ。

電動機(jī)冷卻過程溫升曲線

12ttW0Tθ'tQt三、電動機(jī)的工作制分類電動機(jī)工作時，電動機(jī)的溫升不僅與負(fù)載的大小有關(guān)，也與電動機(jī)帶負(fù)載的持續(xù)時間有關(guān)。連續(xù)工作制(continuousrunningduty-type)短時工作制(short-timeduty-type)周期性斷續(xù)工作制（intermittentperiodic-type）

1.連續(xù)工作制

電動機(jī)連續(xù)工作時間長tg>(3~4)Tθ。

P、tPtw0tPt2.短時工作制電動機(jī)工作時間短，溫升還沒有達(dá)到最高允許溫升。停車時間很長，電動機(jī)能完全冷卻。標(biāo)準(zhǔn)工作時間有15min、30min、60min、90min

四種。

P、ttw0ttgt0PP3.周期性斷續(xù)工作制

電動機(jī)工作時間短，溫升還沒有達(dá)到最高允許溫升。停車時間也短，電動機(jī)沒有完全冷卻。

一個周期的總時間規(guī)定為tg+t0≤10min。Pττw′0tPPPPPτwt0tg負(fù)載持續(xù)率:(俗稱暫載率）定義：暫載率表明工作時間占工作周期時間的百分?jǐn)?shù)。標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率為：15%，25%，40%，60%四種。

屬于斷續(xù)周期工作制的設(shè)備如：起重機(jī)械、電梯、輸送機(jī)構(gòu)等。

第二節(jié)連續(xù)工作制電動機(jī)的選擇

電動機(jī)容量選擇原則： 完全滿足生產(chǎn)機(jī)械對電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及啟動、調(diào)速、制動和過載等要求，使電動機(jī)在運(yùn)行中能夠被充分利用，而且其溫升不致超過而是接近國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的溫升。電動機(jī)的容量選擇與負(fù)載類型和電動機(jī)的工作制有關(guān)。電動機(jī)的負(fù)載包括兩類，常值負(fù)載和變化負(fù)載（多為周期性變化）。一、常值負(fù)載下電動機(jī)容量的選擇

由于連續(xù)工作制電動機(jī)都是按連續(xù)恒定負(fù)載設(shè)計的，只需PZ≦PN就可使溫升不超過允許值，不需要熱校核。容量選擇步驟：（1）先計算負(fù)載功率PZ；（2）按PZ選電機(jī)，使PN≥PZ；（3）若籠型異步電動機(jī)，需要對所選電機(jī)進(jìn)行起動能力校驗。（4）若環(huán)境溫度θ0與標(biāo)準(zhǔn)40℃相差較大時，應(yīng)修正電動機(jī)的額定值，可按下式修正：式中：為電機(jī)空載損耗（不變損耗）與額定負(fù)載的可變損耗之比；θm為絕緣材料的最高允許溫度。不同環(huán)境溫度下電動機(jī)功率的修正環(huán)境溫度30℃35℃40℃45℃50℃55℃電動機(jī)功率增減+8%+5%0-5%-12.5%-25%二、變化負(fù)載下電動機(jī)容量的選擇由于電動機(jī)一個周期內(nèi)的溫升不僅與負(fù)載的大小有關(guān)，還與負(fù)載的持續(xù)時間有關(guān)。生產(chǎn)機(jī)械平均功率Pzd

只能反映電動機(jī)的平均溫升，因此按PN=(1.1~1.6)

Pzd預(yù)選電動機(jī)額定功率，大負(fù)載的運(yùn)行時間長則應(yīng)選擇較大系數(shù)，再計算出電動機(jī)的溫升變化曲線得到最高溫升τmax，并對電動機(jī)進(jìn)行校驗。P0tt1t2P1t4t3P2P3P4P1由于電動機(jī)的最高溫升τmax計算困難，因此常常采用平均損耗法、等效法（等效電流法、等效轉(zhuǎn)矩法、等效功率法）間接計算法。等效法選擇電動機(jī)容量后，再對啟動能力和過載能力進(jìn)行校驗。變化負(fù)載時電動機(jī)容量的選擇方法：步驟如下：(1)計算并繪制生產(chǎn)機(jī)械的功率負(fù)載圖或轉(zhuǎn)矩負(fù)載圖。(2)預(yù)選電動機(jī)功率首先計算負(fù)載的平均功率或轉(zhuǎn)矩：按PN≥

(1.1～1.6)Pzd或PN≥(1.1～1.6)TzdnN/9550預(yù)選電動機(jī)，并計算預(yù)選電動機(jī)的TN,根據(jù)預(yù)選電動機(jī)的額定參數(shù)計算出額定損耗功率。（3）繪制預(yù)選電動機(jī)的負(fù)載圖P=f(t)、T=f(t)。（4）進(jìn)行發(fā)熱、過載能力以及必要時的起動能力校驗。

校驗發(fā)熱的方法：⒈平均損耗法

如果P≤△PN，發(fā)熱校驗通過,此時τd≤τm。如果Pd

△PN或Pd?

△PN應(yīng)重新選取電動機(jī)功率。平均損耗法適用于電動機(jī)大多數(shù)工作情況。?⒉等效法1）等效電流法：求出等效電流，如果Idx≤IN，則發(fā)熱校核通過。2)等效轉(zhuǎn)矩法：求出等效電流，如果Tdx≤TN，則發(fā)熱校核通過。求出等效電流，如果Tdx≤TN，則發(fā)熱校核通過。必須注意：在有起動、制動及停歇過程時校驗發(fā)熱公式需修正。3)等效功率法:

發(fā)熱校核合格后，還需進(jìn)行過載能力及起動能力的校驗，如果過載能力或起動能力不滿足要求，則應(yīng)改用按過載能力或起動能力重新選擇電動機(jī)。第三節(jié)短時工作制電動機(jī)的選擇一、采用為連續(xù)工作制而設(shè)計的電動機(jī)電動機(jī)工作時間很短，停歇時間長。預(yù)選電動機(jī)時，應(yīng)將短時工作的負(fù)載功率折算成連續(xù)工作制的負(fù)載功率。預(yù)選電動機(jī)額定功率應(yīng)滿足：

λQ

按發(fā)熱觀點的功率過載倍數(shù)；

tg

為短時工作時間(s)；

為電動機(jī)不變損耗與可變損耗之比。按λQ≤KT

，選取電動機(jī)容量。

二、選用專為短時工作制而設(shè)計的電動機(jī)時根據(jù)短時工作制特點，將電動機(jī)工作結(jié)束時的溫升設(shè)計為接近絕緣材料允許最高溫升，則該電動機(jī)在拖動短時工作制負(fù)載而工作時，穩(wěn)定溫升將不超過該電機(jī)的最高允許溫升。但電機(jī)在拖動同樣大小的連續(xù)負(fù)載工作時，穩(wěn)定溫升將大大超過該電機(jī)的最高允許溫升，而將電機(jī)燒壞。同一臺短時工作制電動機(jī)對應(yīng)不同工作時間的標(biāo)稱額定功率和過載倍數(shù)不同：當(dāng)電動機(jī)實際工作時間tgx標(biāo)準(zhǔn)工作時間tg有差別時，需要進(jìn)行折算，即按發(fā)熱和溫升等效的原則將實際非標(biāo)準(zhǔn)工作時間下的負(fù)載功率變成相近的標(biāo)準(zhǔn)工作時間下的負(fù)載功率。

Px為實際工作時的功率。為折算系數(shù)，折算后，電動機(jī)不需再進(jìn)行校驗。

第四節(jié)斷續(xù)周期工作制電動機(jī)的選擇

電動機(jī)的工作時間tg與停歇時間t0相互交替，兩段時間都較短。在工作時間內(nèi)，電機(jī)溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，停歇時間內(nèi)，電機(jī)溫升也降不到零。經(jīng)過若干個周期后，溫升在最高溫升τmax和最低溫升τmin之間波動。斷續(xù)周期工作制電動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率為15%、25%、40%、60%四種。此類電機(jī)具有啟動、制動、過載能力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度大，轉(zhuǎn)動慣量小，絕緣等級高的特點。當(dāng)周期性斷續(xù)工作制生產(chǎn)機(jī)械的實際負(fù)載持續(xù)率與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率相差較大時，需轉(zhuǎn)換成相近的標(biāo)準(zhǔn)暫載率下的負(fù)載功率。第八節(jié)選擇電動機(jī)功率的統(tǒng)計法和類比法電動機(jī)的容量計算及校驗比較復(fù)雜，其中電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計算考慮的因素較多，電動機(jī)負(fù)載圖的得到比較困難,實際工程應(yīng)用中，常常采用統(tǒng)計法和類比法。統(tǒng)計法是將同類型設(shè)備所選用電動機(jī)的容量進(jìn)行統(tǒng)計分析，找出電動機(jī)容量與該類生產(chǎn)機(jī)械主要參數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)實際情況，定出相應(yīng)的指數(shù)，得到電動機(jī)容量的相應(yīng)計算公式。

類比法是指對經(jīng)過長期運(yùn)行考驗的同類生產(chǎn)機(jī)械所采用電動機(jī)的容量進(jìn)行調(diào)查，并對生產(chǎn)機(jī)械及電動機(jī)的主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，確定新生產(chǎn)機(jī)械所選電動機(jī)容量的方法。

1、臥式車床：2、立式車床：3、搖臂鉆床：4、外圓磨床：5、臥式鏜床：6、龍門銑床：D——工件最大直徑（m)D——工件最大直徑（m)D——最大鉆孔直徑（mm)B——砂輪寬度（mm)K——主軸采用不同軸承時的系數(shù)。D——鏜桿直徑（mm)B——工作臺寬度（mm)第九節(jié)電動機(jī)選擇的主要內(nèi)容1.電動機(jī)種類的選擇

電動機(jī)種類的選擇首先應(yīng)考慮生產(chǎn)機(jī)械的工藝特點，綜合考慮電動機(jī)的性能、電源、安裝與維護(hù)、成本等因素，從而選擇滿足工藝要求的合適的電動機(jī)1)電動機(jī)的性能

機(jī)械特性調(diào)速性能2)電源2.電動機(jī)結(jié)構(gòu)類型的選擇根據(jù)機(jī)械設(shè)備對電動機(jī)的安裝及連接要求選擇電動機(jī)的安裝方式根據(jù)機(jī)械設(shè)備及電機(jī)所處環(huán)境選擇電機(jī)的防護(hù)方式3.電動機(jī)額定參數(shù)