電機拖動(電動機容量的選擇)

第十章電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇電動機的發(fā)熱及冷卻規(guī)律電動機選擇的一般概念短時工作制電動機的選擇連續(xù)工作制電動機的選擇電動機的工作制電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇本章要求：掌握決定電動機額定功率的主要因素。掌握確定電動機額定功率的主要方法。了解電動機發(fā)熱及冷卻的規(guī)律。掌握電動機的工作制。能合理的選擇電動機。第一節(jié)電動機選擇的一般概念一、正確選擇電動機的意義電動機生產(chǎn)機械TemnTL電動機選擇要合理，主要選擇其功率PN；其次U,n等。如果PN太小，電動機經(jīng)常處于過載下運行，發(fā)熱嚴(yán)重，會損壞。如果PN太大，電動機經(jīng)常處于輕載下運行，投資大，效率和功率因數(shù)低，會造成浪費。選擇電動機功率PN的原則：在滿足負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟、最合理地決定功率。二、決定電動機功率PN的主要因素決定電動機功率PN的主要因素：電動機的發(fā)熱及溫升；過載能力和起動能力。電動機工作時有銅、鐵、摩擦等損耗，這些損耗變?yōu)闊崮苁闺姍C溫度t升高。當(dāng)電機溫度t升高到一定極限（電機允許最高溫度）時，其繞組、鐵芯絕緣將迅速老化，遭到損壞，使電機壽命大減，嚴(yán)重時會直接燒毀電機。電機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。電機絕緣材料的最高允許溫度就限制了電機帶負(fù)載的限度，而電動機功率PN就代表了該限度；當(dāng)電動機帶額定功率負(fù)載運行時，其穩(wěn)定溫度接近絕緣材料的最高允許溫度。電動機工作時，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。電動機的溫升：電機溫度與環(huán)境溫度之差。國標(biāo)規(guī)定電動機最高允許溫升=絕緣材料的最高允許溫度-環(huán)境溫度(40o)。選擇電動機功率時，除了考慮溫升外，還要考慮過載能力和起動能力。一般要求電動機帶最大負(fù)載力矩和起動負(fù)載力矩滿足：考慮U波動10%，的保險系數(shù)考慮U波動10%，的保險系數(shù)電動機的額定起動力矩電動機的最大電磁力矩第二節(jié)電動機的發(fā)熱及冷卻規(guī)律一、電動機的發(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：電動機單位時間發(fā)熱量C：電動機的熱容量，即每升高1o所需熱量A：電動機的散熱系數(shù)：電動機的溫升變形為：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，電動機的發(fā)熱時間常數(shù)s=Q/A，電動機的穩(wěn)定溫升i，電動機的初始溫升電動機的溫升曲線為：0tsi4TH經(jīng)過(3~4)TH溫升就可達到穩(wěn)定值s。

小電動機TH=10~20分鐘；其只需要半小時就能達到穩(wěn)定溫升s。

大電動機TH=30分鐘；其需要兩個小時才能達到穩(wěn)定溫升s。電動機的穩(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，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、電動機的散熱過程電動機達到穩(wěn)定溫升后，如果負(fù)載減小或停車，則電機的發(fā)熱量將減小于散熱量，電機溫度會下降，最后穩(wěn)定于較低的穩(wěn)定溫升。這個溫升下降過程叫電動機的冷卻。電動機冷卻的溫升方程仍為：只是s<i0tsi4TH第三節(jié)電動機的工作制0tsi4TH電動機的溫升，不僅與發(fā)熱量Q有關(guān)，而且與負(fù)載持續(xù)時間t有關(guān)。當(dāng)t>4TH時，=s；否則<s。電動機的溫升與電動機的工作方式有關(guān)。常見電動機的工作方式：連續(xù)工作制；短時工作制；斷續(xù)周期工作制；一、連續(xù)工作制連續(xù)工作制指：電動機在恒定負(fù)載下連續(xù)運行，工作時間t>>4TH，=s。如：通風(fēng)機、水泵、紡織機等都選用連續(xù)工作制電動機。電動機的負(fù)載圖：指電動機的輸出功率（或轉(zhuǎn)矩）與工作時間的關(guān)系曲線。生產(chǎn)機械的負(fù)載圖：指生產(chǎn)機械的輸出功率（或轉(zhuǎn)矩）與工作時間的關(guān)系曲線。連續(xù)工作制電動機的負(fù)載和溫升曲線為：P0ts4THPN結(jié)論：對連續(xù)工作制電動機，取使電機穩(wěn)定溫升達到電動機絕緣材料最高允許溫升時的輸出功率，作為該電動機的額定功率。輸出功率不同，發(fā)熱量Q不同，s不同。采油平臺二、短時工作制短時工作制指：電動機帶恒定負(fù)載在給定的短時間內(nèi)運行，工作時間t<4TH，停車時間t>>4TH，max<s。冷卻后溫升為0。如：電動閘門、重型吊車等都選用短時工作制電動機。短時工作制電動機的負(fù)載和溫升曲線為：P0tsPNm國標(biāo)規(guī)定短時工作制標(biāo)準(zhǔn)時限為：10、30、60、90分鐘。結(jié)論：短時工作制電動機相應(yīng)工作時限額定功率的規(guī)定：電動機帶恒定負(fù)載運行，取在規(guī)定工作時限內(nèi)實際達到的最高溫升等于電動機絕緣材料最高允許溫升時的輸出功率，作為其額定功率。船閘P0tsPNm三、斷時周期工作制電動機帶恒定負(fù)載運行時間tR短，停車時間t0也短，以(tR+t0)=10min為周期重復(fù)工作。其中t0和tR都<4TH。max<s，但冷卻溫升不會下降到0；其溫升在一個小范圍內(nèi)波動。斷時周期工作制電動機的負(fù)載和溫升曲線為：P0tsPNmtRt0P0tsPNmtRt0負(fù)載持續(xù)率Fs：負(fù)載運行時間與工作周期之比。標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率Fs為：15%，25%，40%，60%。P0tsPNmtRt0結(jié)論：工作于斷時周期制的電動機，把在規(guī)定負(fù)載持續(xù)率下運行的實際達到的最高溫升等于電動機絕緣材料最高允許溫升時的輸出功率，作為其額定功率。第四節(jié)連續(xù)工作制電動機額定功率的選擇連續(xù)工作制電動機的負(fù)載分為：恒定負(fù)載；變化負(fù)載。一、恒定負(fù)載下電動機容量的選擇選擇電動機的額定功率大于等于負(fù)載功率。即：選擇步驟：1、計算負(fù)載功率PL幾種常見負(fù)載PL的計算公式1）直線運動機械的負(fù)載功率PL：FL：生產(chǎn)機械的靜阻力，N。V：生產(chǎn)機械的速度，m/s。：傳動裝置的效率，直接連接時取0.95~1，皮帶傳動取0.9。2）旋轉(zhuǎn)運動機械的負(fù)載功率PLTL：生產(chǎn)機械的靜轉(zhuǎn)矩，NmnL：生產(chǎn)機械的速度，rpm：傳動裝置的效率3）泵類機械的負(fù)載功率PLＱ：泵的流量，m3/sH：饋送高度，m：傳動裝置的效率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)機類機械的負(fù)載功率PLＱ：氣體流量，m3/sh：風(fēng)機壓力，N/m2：傳動裝置的效率1：風(fēng)機的效率大型風(fēng)機1＝0.5~0.8中型風(fēng)機1＝0.3~0.5小型風(fēng)機1＝0.2~0.52、按負(fù)載功率PL選擇電動機的額定功率PＮ在環(huán)境溫度為４０時，對連續(xù)工作制，選擇電動機的額定功率PＮ＝負(fù)載功率PL。當(dāng)環(huán)境溫度不為４０時，為了合理選擇電動機應(yīng)進行修正。Ｐ：所選擇電動機的實際輸出功率。ＰＮ：環(huán)境溫度為４０時，所選擇電動機的功率。：實際環(huán)境溫度與４０之差。sN：電機穩(wěn)定溫升。：損耗比直流機＝1籠型異步機＝0.5~0.7大型繞線異步機＝0.9~1二、變負(fù)載下電動機容量的選擇電動機帶變負(fù)載運行時，其發(fā)熱量也不斷變化，溫升也不斷變化，但長時運行后，溫升應(yīng)在一個小范圍內(nèi)波動。選擇電動機的功率，應(yīng)保證運行時最高溫升不超過電機的最高允許溫升。選擇步驟：1）計算生產(chǎn)機械功率，繪出生產(chǎn)機械負(fù)載圖。2）預(yù)選電動機功率。3）計算預(yù)選電動機負(fù)載圖。4）利用電動機負(fù)載圖，進行發(fā)熱、過載、起動校驗。1、預(yù)選電動機功率1）可以根據(jù)經(jīng)驗或參考類似系統(tǒng)來預(yù)選功率。2）利用生產(chǎn)機械的平均功率來預(yù)選功率。生產(chǎn)機械的負(fù)載圖，在變化周期tC內(nèi)，負(fù)載變化n次。P0tP2t1t2t3t4P1P3P4預(yù)選電動機功率：

PN=(1.1~1.6)PLav2、發(fā)熱校驗直接用溫升曲線來校驗溫升，很困難，因為TH不知道；需要用其他方法間接校驗溫升。（1）平均損耗法原理：電機發(fā)熱量Q正比于損耗。所以只要電機的平均損耗不超過額定損耗，其溫升就不會超過容許溫升。步驟：a、利用電動機負(fù)載圖和預(yù)選電動機效率曲線，求出每段時間的損耗功率。b、計算平均損耗c、發(fā)熱校驗條件（2）等效電流法原理：用一個等效電流Ieq來代替實際電流，兩者發(fā)熱相等。如果預(yù)選電機的在變化負(fù)載下等效電流IeqIN

，則預(yù)選電機合適。步驟：a、繪制電動機負(fù)載電流圖。b、計算等效電流。c、發(fā)熱校驗條件（3）等效轉(zhuǎn)矩法（僅用于力矩T正比電流I場合）原理：用一個等效轉(zhuǎn)矩Teq來代替實際轉(zhuǎn)矩，兩者發(fā)熱相等。如果預(yù)選電機的在變化負(fù)載下等效轉(zhuǎn)矩TeqTN

，則預(yù)選電機合適。第五節(jié)短時工作制電動機額定功率的選擇一般選短時工作制電動機；也可以選連續(xù)或斷續(xù)制電機。一、選用短時工作制電動機選擇具有相同標(biāo)準(zhǔn)工作時限的短時工作制電動機，使PNPL。若實際工作時限tR與標(biāo)準(zhǔn)工作時限tRN不同,則需要修正，此時應(yīng)選電動機功率為：二、選用連續(xù)工作制電機發(fā)熱問題不大，只要電機的最大輸出