新《電拖》第5章

1、電力拖動基礎電力拖動基礎 第五章第五章電力拖動系統(tǒng)電動機的選擇電力拖動系統(tǒng)電動機的選擇5.1 電動機選擇的原則與主要內(nèi)容電動機選擇的原則與主要內(nèi)容5.1.1 5.1.1 電動機選擇的一般原則電動機選擇的一般原則(1) 選擇在結構上與所處環(huán)境條件相適應的電動機，如根據(jù)使用選擇在結構上與所處環(huán)境條件相適應的電動機，如根據(jù)使用場合的環(huán)境條件選用相適應的防護方式及冷卻方式的電動機。場合的環(huán)境條件選用相適應的防護方式及冷卻方式的電動機。(2) 選擇電動機應滿足生產(chǎn)機械所提出的各種機械特性要求。如選擇電動機應滿足生產(chǎn)機械所提出的各種機械特性要求。如速度、速度的穩(wěn)定性、速度的調(diào)節(jié)以及起動、制動時間等。速度、

2、速度的穩(wěn)定性、速度的調(diào)節(jié)以及起動、制動時間等。(3) 選擇電動機的功率能被充分利用，防止出現(xiàn)選擇電動機的功率能被充分利用，防止出現(xiàn)“大馬拉小車大馬拉小車”的現(xiàn)象。通過計算確定出合適的電動機功率，使設備需求的功率與的現(xiàn)象。通過計算確定出合適的電動機功率，使設備需求的功率與被選電動機的功率相接近。被選電動機的功率相接近。(4)所選擇的電動機的可靠性高并且便于維護。所選擇的電動機的可靠性高并且便于維護。(5) 互換性能要好，一般情況盡量選擇標準電動機產(chǎn)品?；Q性能要好，一般情況盡量選擇標準電動機產(chǎn)品。(6)綜合考慮電動機的極數(shù)和電壓等級，使電動機在高效率、低損綜合考慮電動機的極數(shù)和電壓等級，使電動機

3、在高效率、低損耗狀態(tài)下可靠運行。耗狀態(tài)下可靠運行。3 在研究電動機發(fā)熱時，常把電動機溫度與周圍環(huán)境溫度之差稱在研究電動機發(fā)熱時，常把電動機溫度與周圍環(huán)境溫度之差稱為為“溫升溫升”。顯然，使用不同的絕緣材料的電動機，其最高允許溫。顯然，使用不同的絕緣材料的電動機，其最高允許溫升是不同的。電動機銘牌上所標的溫升是指所用絕緣材料的最高允升是不同的。電動機銘牌上所標的溫升是指所用絕緣材料的最高允許溫度與許溫度與40之差，或稱為額定溫升，例如，國產(chǎn)之差，或稱為額定溫升，例如，國產(chǎn)Z272型直流電型直流電動機用的是動機用的是E級絕緣，其最高允許溫度是級絕緣，其最高允許溫度是120，所以其銘牌上標的，所以其

4、銘牌上標的溫升是溫升是80。 選擇電動機功率時，除考慮發(fā)熱外，有時還要考慮電動機的過選擇電動機功率時，除考慮發(fā)熱外，有時還要考慮電動機的過載能力是否足夠，因為各種電動機的短時過載能力都是有限的。校載能力是否足夠，因為各種電動機的短時過載能力都是有限的。校驗電動機的過載可按下列條件驗電動機的過載可按下列條件NmTTmax（額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、結構型式、工作制、類型）（額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、結構型式、工作制、類型）5.1.2 電動機選擇的主要內(nèi)容電動機選擇的主要內(nèi)容4 5.2 電動機的發(fā)熱與電動機工作制的分類電動機的發(fā)熱與電動機工作制的分類 對于直流電動機，過載能力受換向所允許的

5、最大電流值的限對于直流電動機，過載能力受換向所允許的最大電流值的限制。制。Z型直流電動機，在額定磁通下，可選為型直流電動機，在額定磁通下，可選為 對于籠型異步電動機，有時還須進行起動能力的校驗。對于籠型異步電動機，有時還須進行起動能力的校驗。 5.2.1 電動機的發(fā)熱過程電動機的發(fā)熱過程Cu01221)1 (1)/1 (ppPQPPQPPPPQ電動機的發(fā)熱是由于工作時，電動機的發(fā)熱是由于工作時，在其內(nèi)部產(chǎn)生損耗在其內(nèi)部產(chǎn)生損耗 造成的造成的 ，其值為其值為 P式中，式中， 為熱流量（電動機單位時間內(nèi)發(fā)出的熱量）為熱流量（電動機單位時間內(nèi)發(fā)出的熱量） Q0 . 25 . 1 m0 . 30 .

6、2 m 對于異步電動機，可選為對于異步電動機，可選為 0 . 26 . 1 m對于同步電動機，可選為對于同步電動機，可選為 5熱平衡方程式為熱平衡方程式為 tACtQdddAQtACdd整理得整理得令令 ， ，得基本形式的微分方程，得基本形式的微分方程/C ATWAQ/ddWTt 其解為下列形式其解為下列形式/(1 e)et Tt TWQ 式中，式中， 為發(fā)熱過程的起始溫升。為發(fā)熱過程的起始溫升。 Q電動機的最高穩(wěn)定溫升可達電動機的最高穩(wěn)定溫升可達 APAQmNN式中，式中， 電動機在額定功率電動機在額定功率下運行時的損耗功率及熱流量。下運行時的損耗功率及熱流量。NNQP 及電動機發(fā)熱過電動機

7、發(fā)熱過程的溫升曲線程的溫升曲線6NNN1APm對同樣尺寸的電動機，欲使其額定功率提高，可由下列三方面入手對同樣尺寸的電動機，欲使其額定功率提高，可由下列三方面入手:1）提高額定效率）提高額定效率 N2）提高散熱系數(shù)）提高散熱系數(shù)A 3）提高絕緣材料的允許溫升）提高絕緣材料的允許溫升 5.2.2 電動機的冷卻過程電動機的冷卻過程 電動機的冷卻可能有兩種情況。電動機的冷卻可能有兩種情況。其一是負載減小，電動機損耗其一是負載減小，電動機損耗功率功率P 下降時；其二是電動下降時；其二是電動機自電網(wǎng)斷開，不再工作，電機自電網(wǎng)斷開，不再工作，電動機的動機的P 變?yōu)榱恪Ｗ優(yōu)榱?。電動機冷卻電動機冷卻過程的曲線

8、過程的曲線電動機在運行中只要電動機發(fā)出的熱流量電動機在運行中只要電動機發(fā)出的熱流量 或或 ，電動機溫度就不會超過允許值。，電動機溫度就不會超過允許值。 NQQNPP75.2.3 電動機工作制的分類電動機工作制的分類（一）連續(xù)工作制（一）連續(xù)工作制電動機連續(xù)工作時間很長，其溫升電動機連續(xù)工作時間很長，其溫升可達穩(wěn)定值。屬于這類的生產(chǎn)機械可達穩(wěn)定值。屬于這類的生產(chǎn)機械有水泵、鼓風機、造紙機、機床主有水泵、鼓風機、造紙機、機床主軸等。軸等。 （二）短時工作制（二）短時工作制電動機的工作時間較短，在此電動機的工作時間較短，在此時間內(nèi)溫升達不到穩(wěn)定值，而時間內(nèi)溫升達不到穩(wěn)定值，而停車時間又相當長，電動機

9、的停車時間又相當長，電動機的溫度可以降到周圍介質(zhì)的溫度，溫度可以降到周圍介質(zhì)的溫度，屬此類的生產(chǎn)機械有機床的輔屬此類的生產(chǎn)機械有機床的輔助運動機械、某些冶金輔助機助運動機械、某些冶金輔助機械、水閘閘門啟閉機等。械、水閘閘門啟閉機等。 連續(xù)工作制的曲線連續(xù)工作制的曲線短時工作制的曲線短時工作制的曲線8（三）斷續(xù)周期工作制（三）斷續(xù)周期工作制 斷續(xù)周期工斷續(xù)周期工作制的曲線作制的曲線在斷續(xù)周期工作制中，負載工作時在斷續(xù)周期工作制中，負載工作時間與整個周期之比稱為負載持續(xù)率間與整個周期之比稱為負載持續(xù)率ZC %100%0tttZCgg連續(xù)周期工作制連續(xù)周期工作制的功率負載圖的功率負載圖95.3 連續(xù)

10、工作制電動機的選擇連續(xù)工作制電動機的選擇5.3.1 常值負載下電動機功率的選擇常值負載下電動機功率的選擇 ZP在計算出負載功率在計算出負載功率 后，選擇額定功率后，選擇額定功率 NP在周圍環(huán)境溫度不同時，電動機功率可粗略地相應增減。環(huán)境溫度在周圍環(huán)境溫度不同時，電動機功率可粗略地相應增減。環(huán)境溫度低于低于30時，一般電動機功率也只增加時，一般電動機功率也只增加8。kkPPmm) 1(C400N環(huán)境溫度 30 35 40 45 50 55 電動機功率增減的百分數(shù) 8 5 05 12.5 25 LPNP10必須指出，工作環(huán)境的海拔高度對電動機溫升有影響，這必須指出，工作環(huán)境的海拔高度對電動機溫升有

11、影響，這是由于海拔高度越高，雖然氣溫降低越多，但由于空氣稀是由于海拔高度越高，雖然氣溫降低越多，但由于空氣稀薄，散熱條件大為惡化。這兩方面的因素互相補償，因此薄，散熱條件大為惡化。這兩方面的因素互相補償，因此規(guī)定，使用地點的海撥高度不超過規(guī)定，使用地點的海撥高度不超過1000m時，額定功率不時，額定功率不必進行校正。當海拔高度在必進行校正。當海拔高度在1000m以上時，平原地區(qū)設計以上時，平原地區(qū)設計的電動機，出廠試驗時必須把允許溫升降低，才能供高原的電動機，出廠試驗時必須把允許溫升降低，才能供高原地帶應用。地帶應用。例例5-15-1 一臺與電動機直接聯(lián)結的離心式水泵，流量為一臺與電動機直接聯(lián)

12、結的離心式水泵，流量為 揚程揚程25m， 電動機的轉(zhuǎn)速為電動機的轉(zhuǎn)速為 ，泵的效率，泵的效率 ，試，試選擇電動機。選擇電動機。/hourm903r/min290078. 0B解解 水泵在電動機軸上的負載功率為：水泵在電動機軸上的負載功率為：310102BLHQP式中，式中，Q泵每秒排出的水量（泵每秒排出的水量（ ) /sm3 水的比重水的比重 31000kg/m H排水高度排水高度 （m） 泵的效率，活塞式泵為泵的效率，活塞式泵為0.80.9，高壓離心泵為，高壓離心泵為0.50.8，低壓離心泵為，低壓離心泵為 0.30.6；B11 傳動機構效率，直接聯(lián)接為傳動機構效率，直接聯(lián)接為0.951，皮

13、帶傳動為，皮帶傳動為0.9 kW3 . 8kW95. 078. 0102251000360090LP選一臺選一臺Y2系列的系列的異步電動機即可，其數(shù)據(jù)為：異步電動機即可，其數(shù)據(jù)為： kW11NPV380NUr/min2920Nn對選用的電動機不必進行發(fā)熱校驗。對選用的電動機不必進行發(fā)熱校驗。 5.3.2 變化負載下電動機功率的選擇變化負載下電動機功率的選擇12在變化負載下所使用的電動機，一般是為常值負載工作而在變化負載下所使用的電動機，一般是為常值負載工作而設計的。因此，這種電動機用于變化負載下的發(fā)熱情況，設計的。因此，這種電動機用于變化負載下的發(fā)熱情況，必須進行校驗。所謂發(fā)熱校驗，就是看電動

14、機在整個運行必須進行校驗。所謂發(fā)熱校驗，就是看電動機在整個運行過程中所達到的最高溫升是否接近并低于允許溫升，因為過程中所達到的最高溫升是否接近并低于允許溫升，因為只有這樣，電動機的絕緣材料才能充分利用而又不致過熱。只有這樣，電動機的絕緣材料才能充分利用而又不致過熱。 變化負載下電動機功率選擇的一般步驟如下：變化負載下電動機功率選擇的一般步驟如下：)(tfTZ1）計算并繪制生產(chǎn)機械負載圖）計算并繪制生產(chǎn)機械負載圖 或或 。)(tfPZ2）預選電動機的功率。）預選電動機的功率。 niniZiZZZdttPtttPtPP11212211niniZiZZZdttTtttTtTT11212211在過渡過

15、程中，可變損耗與電流平方成正比，電動機發(fā)熱較為嚴重，在過渡過程中，可變損耗與電流平方成正比，電動機發(fā)熱較為嚴重，電動機額定功率按下式預選電動機額定功率按下式預選 ZdP)6 . 11 . 1 (NPNP9550)6 . 11 . 1 (NnTZd133）作出電動機的負載圖）作出電動機的負載圖 ，作圖時已考慮了電動機的穩(wěn)定，作圖時已考慮了電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)及過渡過程等工作情況。運轉(zhuǎn)及過渡過程等工作情況。4）進行發(fā)熱、過載能力及必要時的起動能力校驗。）進行發(fā)熱、過載能力及必要時的起動能力校驗。下面著重介紹校驗發(fā)熱的方法：下面著重介紹校驗發(fā)熱的方法：（一）平均損耗法（一）平均損耗法ZZZZttttAC

16、tPtQ0000ddddAAPAtztPttddtztdzz/dd00niniidttPP11NNNNdPPPP 只要只要 ，發(fā)熱校核通過發(fā)熱校核通過 。 14（二）等效法（二）等效法1等效電流法等效電流法 Cui0ppPi20iCIp （式中（式中C為常數(shù)為常數(shù) ）把平均損耗中的可變損耗把平均損耗中的可變損耗 所對應的電流稱為等效電流所對應的電流稱為等效電流 dPdxIniniininiidxttICpttCIpCIp1120112020)(niniidxttII112等效電流法，就是按照損耗相等的原則，求出一個等效的不變的電等效電流法，就是按照損耗相等的原則，求出一個等效的不變的電流流 來

17、代替變化的負載電流來代替變化的負載電流 （對于交流異步電動機，應為（對于交流異步電動機，應為定子電流），如果預選電動機的額定電流滿足下列條件：定子電流），如果預選電動機的額定電流滿足下列條件：則發(fā)熱校驗通過則發(fā)熱校驗通過。 dxI)(tfI dxINI152等效轉(zhuǎn)矩法等效轉(zhuǎn)矩法 niniidxttTT112有時已知的不是負載電流圖，而有時已知的不是負載電流圖，而是轉(zhuǎn)矩圖是轉(zhuǎn)矩圖 ，可以寫成轉(zhuǎn)矩形式，可以寫成轉(zhuǎn)矩形式 NNN9550nPT 3等效功率法等效功率法 等效功率法是當轉(zhuǎn)速基本不變等效功率法是當轉(zhuǎn)速基本不變時由等效轉(zhuǎn)矩法引出來的。時由等效轉(zhuǎn)矩法引出來的。 iniindxttPP11NT如

18、果預選電動機的額定轉(zhuǎn)矩如果預選電動機的額定轉(zhuǎn)矩 ，則發(fā)熱校驗通過則發(fā)熱校驗通過。 可由可由預選電動機的額定功率及額定轉(zhuǎn)速算出，即預選電動機的額定功率及額定轉(zhuǎn)速算出，即 dxTNT如如 ，則電動機的發(fā)熱校驗即告通過則電動機的發(fā)熱校驗即告通過。同樣，必須進行功率。同樣，必須進行功率過載能力的校驗。過載能力的校驗。dxPNP16有起、制動，停歇時有起、制動，停歇時間的變化負載電流圖間的變化負載電流圖5.3.3 有起動、制動及停歇過程有起動、制動及停歇過程時校驗發(fā)熱公式的修正時校驗發(fā)熱公式的修正以右圖所示的負載電流圖為例以右圖所示的負載電流圖為例 00321323222121taattattItItI

19、Idx5.3.4 等效法在非恒值變化等效法在非恒值變化負載下的應用負載下的應用 如果非恒值變化負載如左如果非恒值變化負載如左圖的電流圖所示圖的電流圖所示 ttittiItttdx02002ddd用直線段代替曲線用直線段代替曲線變化負載電流圖變化負載電流圖異步電動機可取：異步電動機可?。褐绷麟妱訖C可取：直流電動機可?。? . 0;75. 0025. 0; 5 . 0017另一種較簡便的方法是把變化曲線分成許多直線段，求出另一種較簡便的方法是把變化曲線分成許多直線段，求出各段的等效值，然后求出等效電流值。各段的等效值，然后求出等效電流值。 3d11221210111ItttItItdx325542

20、45IIIIIdx185.4 短時工作制電動機的選擇短時工作制電動機的選擇5.4.1 選用為連續(xù)工作制而設計的電動機選用為連續(xù)工作制而設計的電動機gt設短時功率為設短時功率為 ，時間為，時間為 。如果選擇連續(xù)工作制電動機，。如果選擇連續(xù)工作制電動機，由發(fā)熱觀點，電動機不能得到充分利用由發(fā)熱觀點，電動機不能得到充分利用 。 gPAPAPWTtgggN/)e1 (短時工作時的功短時工作時的功率和溫度曲線圖率和溫度曲線圖當當k=1k=1時的關系曲線時的關系曲線19TtTtgQggkPP/Ne1e1按發(fā)熱觀點的功率過載倍數(shù)按發(fā)熱觀點的功率過載倍數(shù) 例例5-35-3 大型車床刀架快速移動機構，其拖動電機

21、是短時工作制，大型車床刀架快速移動機構，其拖動電機是短時工作制，刀架重刀架重5300N ，移動速度移動速度15m/min ，傳動比，傳動比100r/m ，動摩擦系數(shù)，動摩擦系數(shù)0.1，靜摩擦系數(shù)靜摩擦系數(shù)0.2，傳動效率，傳動效率0.1，試選擇電動機的功率。，試選擇電動機的功率。解解 刀架移動時，電動機的負載功率刀架移動時，電動機的負載功率 100060vGPL式中，式中，G刀架重；刀架重；摩擦系數(shù)（起動時摩擦系數(shù)（起動時0.2，移動時，移動時0.1）；）； v移動的速度（移動的速度（r/min）；）； 傳動效率。傳動效率。 kW33. 1kW1 . 0100060151 . 05300LP按

22、發(fā)熱觀點可選額定功率為的連續(xù)工作制電動機，此時按發(fā)熱觀點可選額定功率為的連續(xù)工作制電動機，此時QgPNPcuppk0式中為發(fā)熱時間常數(shù)T20式中式中 0.9考慮交流電網(wǎng)波動考慮交流電網(wǎng)波動10%； 交流電動機的過載倍交流電動機的過載倍數(shù)數(shù) 。必須校驗起動能力：必須校驗起動能力：由于靜摩擦系數(shù)為動摩擦系數(shù)的兩倍，故起動負載的功率為：由于靜摩擦系數(shù)為動摩擦系數(shù)的兩倍，故起動負載的功率為：kW66. 2kW33. 122LLstPP電動機能發(fā)出的起動功率為：電動機能發(fā)出的起動功率為： kW98. 1kW1 . 18 . 1NPKPTst由于由于 ，故起動能力校驗通不過。，故起動能力校驗通不過。 Ls

23、tstPP 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) ，過載倍數(shù)，過載倍數(shù) 8 . 1TK2mr/min1410NnA68. 21NIV380NUkW1 . 1NP如果由產(chǎn)品目錄，初選如果由產(chǎn)品目錄，初選Y2系列某型籠型異步電動機，其數(shù)據(jù)為：系列某型籠型異步電動機，其數(shù)據(jù)為：kW82. 0kW29 . 033. 19 . 033. 122mmgPNPm212m改選另一型號的電動機，改選另一型號的電動機， kW5 . 1NPr/min1410Nn8 . 1TKkW7 . 2kW5 . 18 . 1NPKPTst5.4.2 選用專為短時工作制而設計的電動機選用專為短時工作制而設計的電動機我國專為短時工作制設計的電

24、動機，其工作時間為我國專為短時工作制設計的電動機，其工作時間為15min、30min、60min、90min四種。對于某一電動機，對應不同的工作時間，其功四種。對于某一電動機，對應不同的工作時間，其功率是不同的，其關系為率是不同的，其關系為 ，顯然其過載倍數(shù)也是，顯然其過載倍數(shù)也是不同的，其關系為不同的，其關系為 。 90603015PPPP906030152m8 . 1TKr/min1430NnkW2 . 2NP為了提高可靠性，可選用為了提高可靠性，可選用Y2系列另一型電機，系列另一型電機， 此時此時 ，起動能力校驗可通過。，起動能力校驗可通過。 LstPstP22當電動機實際工作時間當電動

25、機實際工作時間tgx與標準值與標準值tg不同時，應把不同時，應把tgx下的下的功率功率Px換算到換算到tg下的功率下的功率Pg ，再按，再按Pg來進行電動機功率的來進行電動機功率的選擇或發(fā)熱校驗。選擇或發(fā)熱校驗。 1gxggxgxgttkttPPggxxgttPP 5.5 斷續(xù)周期工作制電動機的選擇斷續(xù)周期工作制電動機的選擇這類電動機的共同特點是起動能力強、過載能力大、慣性小（飛輪這類電動機的共同特點是起動能力強、過載能力大、慣性小（飛輪慣量?。?、機械強度大、絕緣材料的等級高、較多采用封閉式結構、慣量?。C械強度大、絕緣材料的等級高、較多采用封閉式結構、臨界轉(zhuǎn)差率（對于籠型異步電動機）設計得

26、較高。臨界轉(zhuǎn)差率（對于籠型異步電動機）設計得較高。對一臺具體的電動機而言，不同負載持續(xù)率對一臺具體的電動機而言，不同負載持續(xù)率ZC時，其額定輸出功時，其額定輸出功率不同。以國產(chǎn)的一臺起重機用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機為例，其型號率不同。以國產(chǎn)的一臺起重機用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機為例，其型號及數(shù)據(jù)見下表。及數(shù)據(jù)見下表。231%xxxZCZCkZCZCPP%ZCZCPPxx如果負載持續(xù)率如果負載持續(xù)率 ，可按短時工作制選擇電動機；另外，可按短時工作制選擇電動機；另外，如如 ，可按連續(xù)工作制選擇電動機。，可按連續(xù)工作制選擇電動機。 %10% xZC%70% xZC24 例例5-45-4 電動機的負載圖如右圖，試

27、校驗電動機的負載圖如右圖，試校驗YZR200L型繞線轉(zhuǎn)子異步型繞線轉(zhuǎn)子異步電動機能否適用，該電動機在負載持續(xù)率電動機能否適用，該電動機在負載持續(xù)率 時，額定功率時，額定功率為為 ，額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速 ，過載倍數(shù)，過載倍數(shù) 。假定。假定電動機為他扇冷式，而且在不同輸出功率時，其功率因數(shù)不變。電動機為他扇冷式，而且在不同輸出功率時，其功率因數(shù)不變。%25% ZCkW5 .18NPr/min700Nn解解： 由于負載圖第一階段，轉(zhuǎn)速是變化的，故不能直接用等效功率由于負載圖第一階段，轉(zhuǎn)速是變化的，故不能直接用等效功率法進行發(fā)熱校驗。法進行發(fā)熱校驗。 在電動機工作期間的等效功率在電動機工作期間的等效功率 kW5 .15kW205201252522dxP%275 .92205%xZCkW5 .15dxxPP%25% ZCkW1 .16kW%25%275 .15dx