電力拖動課件14電動機的選擇

第十四章電力拖動系統(tǒng)電動機的選擇本章教學基本要求：1.了解電動機選擇的主要內(nèi)容；2.了解電動機的發(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)工作制電動機容量(power)的選擇；4.通過實例了解具體應用中電動機容量的選擇；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容量的選擇。第一節(jié)電動機的發(fā)熱和冷卻及工作制的分類

電機在工作時，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量），一方面使電機本身溫度升高，同時，在電機溫度高出周圍環(huán)境溫度時要散出熱量。電機溫度超出環(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。當電動機單位時間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時，電動機的溫度不再增加，電動機達到穩(wěn)定溫升電機處于發(fā)熱和散熱平衡狀態(tài)。采用絕緣材料不同的電機的最高允許溫升也不同。電動機熱量產(chǎn)生與傳導框圖：

電動機的熱源主要來自電機內(nèi)部的損耗。電機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系列電動機為B級絕緣。目前國內(nèi)生產(chǎn)的電機大都采用F、H級絕緣。電機的溫升：1．我國標準規(guī)定，環(huán)境溫度40℃為電機功率的標定溫度。也就是說在環(huán)境溫度為40℃時，電動機帶額定負載長期連續(xù)運行，穩(wěn)定溫度可達到絕緣材料允許的極限。溫升τ=電機溫度-40℃2．電機溫升的測量方法有：電阻法（間接測量）、預埋檢溫計法、溫度計法（監(jiān)視用）。電阻法：

第一節(jié)電動機的發(fā)熱和冷卻及工作制的分類

一、電動機的發(fā)熱過程根據(jù)能量守恒定律，在dt時間內(nèi)電機產(chǎn)生的熱量，應與電機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）—電機的溫升（℃）—熱容量，表示電機溫度升高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，電機產(chǎn)生的熱量主要用于提高電動機本身的溫度，即大部分被吸收，使τ上升較快。τ較高時，電動機散熱量增大τ上升變慢。當電動機產(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)，它的大小與電機的體積以及散熱條件有關。對小容量電機，Tθ為10~20分鐘，對大容量電機，可達數(shù)小時。Tθ的物理意義：電機發(fā)出的熱量全部用來提高電機溫度，使電機溫升從零升到τw所需要的時間。ttWt021tTθQ二、電動機的冷卻過程電機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。電動機減輕負載或停止運行，則電動機內(nèi)的功率損耗將減少或為零，電動機τ將下降。

式中Tθ′為冷卻時間常數(shù)，通常Tθ′=2～3Tθ。

電動機冷卻過程溫升曲線

12ttW0Tθ'tQt三、電動機的工作制分類電動機工作時，電動機的溫升不僅與負載的大小有關，也與電動機帶負載的持續(xù)時間有關。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

電動機連續(xù)工作時間長tg>(3~4)Tθ。

P、tPtw0tPt2.短時工作制電動機工作時間短，溫升還沒有達到最高允許溫升。停車時間很長，電動機能完全冷卻。標準工作時間有15min、30min、60min、90min

四種。

P、ttw0ttgt0PP3.周期性斷續(xù)工作制

電動機工作時間短，溫升還沒有達到最高允許溫升。停車時間也短，電動機沒有完全冷卻。

一個周期的總時間規(guī)定為tg+t0≤10min。Pττw′0tPPPPPτwt0tg負載持續(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數(shù)。標準負載持續(xù)率為：15%，25%，40%，60%四種。

屬于斷續(xù)周期工作制的設備如：起重機械、電梯、輸送機構等。

第二節(jié)連續(xù)工作制電動機的選擇

電動機容量選擇原則： 完全滿足生產(chǎn)機械對電動機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速以及啟動、調(diào)速、制動和過載等要求，使電動機在運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準所規(guī)定的溫升。電動機的容量選擇與負載類型和電動機的工作制有關。電動機的負載包括兩類，常值負載和變化負載（多為周期性變化）。一、常值負載下電動機容量的選擇

由于連續(xù)工作制電動機都是按連續(xù)恒定負載設計的，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）先計算負載功率PZ；（2）按PZ選電機，使PN≥PZ；（3）若籠型異步電動機，需要對所選電機進行起動能力校驗。（4）若環(huán)境溫度θ0與標準40℃相差較大時，應修正電動機的額定值，可按下式修正：式中：為電機空載損耗（不變損耗）與額定負載的可變損耗之比；θm為絕緣材料的最高允許溫度。不同環(huán)境溫度下電動機功率的修正環(huán)境溫度30℃35℃40℃45℃50℃55℃電動機功率增減+8%+5%0-5%-12.5%-25%二、變化負載下電動機容量的選擇由于電動機一個周期內(nèi)的溫升不僅與負載的大小有關，還與負載的持續(xù)時間有關。生產(chǎn)機械平均功率Pzd

只能反映電動機的平均溫升，因此按PN=(1.1~1.6)

Pzd預選電動機額定功率，大負載的運行時間長則應選擇較大系數(shù)，再計算出電動機的溫升變化曲線得到最高溫升τmax，并對電動機進行校驗。P0tt1t2P1t4t3P2P3P4P1由于電動機的最高溫升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。等效法選擇電動機容量后，再對啟動能力和過載能力進行校驗。變化負載時電動機容量的選擇方法：步驟如下：(1)計算并繪制生產(chǎn)機械的功率負載圖或轉(zhuǎn)矩負載圖。(2)預選電動機功率首先計算負載的平均功率或轉(zhuǎn)矩：按PN≥

(1.1～1.6)Pzd或PN≥(1.1～1.6)TzdnN/9550預選電動機，并計算預選電動機的TN,根據(jù)預選電動機的額定參數(shù)計算出額定損耗功率。（3）繪制預選電動機的負載圖P=f(t)、T=f(t)。（4）進行發(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應重新選取電動機功率。平均損耗法適用于電動機大多數(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，則應改用按過載能力或起動能力重新選擇電動機。第三節(jié)短時工作制電動機的選擇一、采用為連續(xù)工作制而設計的電動機電動機工作時間很短，停歇時間長。預選電動機時，應將短時工作的負載功率折算成連續(xù)工作制的負載功率。預選電動機額定功率應滿足：

λQ

按發(fā)熱觀點的功率過載倍數(shù)；

tg

為短時工作時間(s)；

為電動機不變損耗與可變損耗之比。按λQ≤KT

，選取電動機容量。

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

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

第四節(jié)斷續(xù)周期工作制電動機的選擇

電動機的工作時間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)，電機溫升達不到穩(wěn)定值，停歇時間內(nèi)，電機溫升也降不到零。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)周期工作制電動機標準負載持續(xù)率為15%、25%、40%、60%四種。此類電機具有啟動、制動、過載能力強，機械強度大，轉(zhuǎn)動慣量小，絕緣等級高的特點。當周期性斷續(xù)工作制生產(chǎn)機械的實際負載持續(xù)率與標準負載持續(xù)率相差較大時，需轉(zhuǎn)換成相近的標準暫載率下的負載功率。第八節(jié)選擇電動機功率的統(tǒng)計法和類比法電動機的容量計算及校驗比較復雜，其中電動機的負載轉(zhuǎn)矩的計算考慮的因素較多，電動機負載圖的得到比較困難,實際工程應用中，常常采用統(tǒng)計法和類比法。統(tǒng)計法是將同類型設備所選用電動機的容量進行統(tǒng)計分析，找出電動機容量與該類生產(chǎn)機械主要參數(shù)之間的關系，根據(jù)實際情況，定出相應的指數(shù)，得到電動機容量的相應計算公式。

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

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)電動機選擇的主要內(nèi)容1.電動機種類的選擇

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

機械特性調(diào)速性能2)電源2.電動機結構類型的選擇根據(jù)機械設備對電動機的安裝及連接要求選擇電動機的安裝方式根據(jù)機械設備及電機所處環(huán)境選擇電機的防護方式3.電動機額定參數(shù)