《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)課件》13電機(jī)拖動(dòng)第十三章(電動(dòng)機(jī)容量的選擇)

1、第 十 三 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)選擇要合理，主要選擇其功率PN；其次UN, nN等。,如果PN太小，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于過載下運(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

2、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

3、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(40)。,常用絕緣材料:A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180),國標(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(40)。,選擇電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，除了考慮溫升外，還要考慮過載能力和起動(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

4、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),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1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：,經(jīng)過(34) TH溫升就可達(dá)到穩(wěn)定值s。,小電動(dòng)機(jī)TH=1020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=

5、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，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 i,第三節(jié) 電動(dòng)機(jī)的工作制,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)t4TH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)。,常見電動(dòng)機(jī)的工作方式：

6、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：,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

7、 4TH， max s。冷卻后溫升為0。,如：電動(dòng)閘門、重型吊車等都選用短時(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：,國標(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，作為該工作時(shí)限下的額定功率。,船 閘,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

8、工作制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和溫升曲線為：,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%。,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，作為其該負(fù)載持續(xù)率下的額定功率。,一臺(tái)連續(xù)工作制的三相異步電動(dòng)機(jī),額定功率為PLN; 將其用作短時(shí)工作制(10分鐘)時(shí),額定功率為PDN; 將其用作斷時(shí)周期制(15%)時(shí),額定功率為PZN; 1、此時(shí)三個(gè)額定功率的大小關(guān)系？ 2、將短時(shí)工作制的時(shí)間延長(30分鐘)時(shí)，額定功率PDN 如何變化？。,三個(gè)額定功率的大小關(guān)系： PDN PZN P

9、LN;,時(shí)間延長,額定功率將減小.,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0.951，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PL,TL：生產(chǎn)機(jī)械的靜轉(zhuǎn)矩，Nm,nL ：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PL,：泵的流量，m3/s,H ：饋送高度，

10、m;,：傳動(dòng)裝置的效率,1：泵的效率,低壓離心泵10.30.6,高壓離心泵10.50.8,活塞泵10.0., ：液體密度，kg/m3,102=1000/9.8,）風(fēng)機(jī)類機(jī)械的負(fù)載功率PL,：氣體流量，m3/s,h ：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)10.50.8,中型風(fēng)機(jī)10.30.5,小型風(fēng)機(jī)10.20.5,2、按負(fù)載功率PL選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率P,在環(huán)境溫度為時(shí)，對(duì)連續(xù)工作制，選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率P1.1負(fù)載功率PL 。,當(dāng)環(huán)境溫度不為時(shí)，為了合理選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)進(jìn)行修正。,：所選擇電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率。,：環(huán)境溫度為時(shí)，所選擇電動(dòng)機(jī)的功率。,：實(shí)際環(huán)境溫度與之差

11、。,sN：電機(jī)穩(wěn)定溫升。,：損耗比,直流機(jī)1,籠型異步機(jī)0.50.7,大型繞線異步機(jī)0.91,例：一高壓離心水泵：排水量Q=288m3/h,總揚(yáng)程H=240m, 效率=0.7。電機(jī)與水泵直接連接。試選擇電機(jī)容量。,解：先計(jì)算負(fù)載功率,考慮保險(xiǎn)系數(shù)，電動(dòng)機(jī)額定容量可以選擇為： PN(1.1PL),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

12、）利用電動(dòng)機(jī)負(fù)載圖，進(jìn)行發(fā)熱、過載、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)來預(yù)選功率。,2）利用生產(chǎn)機(jī)械的平均功率來預(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。,預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率： PN=(1.11.6) PLav,2、發(fā)熱校驗(yàn),直接用溫升曲線來校驗(yàn)溫升，很困難，因?yàn)門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 均損耗不超過額定損耗，其溫升就不會(huì)超過容 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,

13、原理：用一個(gè)等效電流Ieq來代替實(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 Ieq IN ，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場合）,原理：用一個(gè)等效轉(zhuǎn)矩Teq來代替實(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 Teq TN ，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PN PL。,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)熱問題不大，