第3章电动机节电技术.ppt

1、 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电气工程领域电气工程领域 电气节能技术电气节能技术 电气教研室：卢秀和电气教研室：卢秀和 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电动机作为将电能转换为机械能的一种装置，在各个领电动机作为将电能转换为机械能的一种装置，在各个领 域得到了广泛应用。域得到了广泛应用。 统计资料表明：统计资料表明：电动机消耗的电能约占全国总用电量的电动机消耗的电能约占全国总用电量的 60%70%。 1电动机节电的原因电动机节电的原因 由于管理水平低，技术落后，多数电动机处于轻载、低由于管理水平低，技术落后，多数电动机处于轻载、低

2、 效、高能耗的运行状态，电能浪费十分严重。所以要进行电效、高能耗的运行状态，电能浪费十分严重。所以要进行电 动机的节电工作。动机的节电工作。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2电动机节电的原则电动机节电的原则 （1）以节约电能和提高电动机的综合效益为原则，合理选择以节约电能和提高电动机的综合效益为原则，合理选择 电动机，使其处于经济运行状态。电动机，使其处于经济运行状态。 （2）对在用电动机进行节能改造，降低电动机的能量损耗，）对在用电动机进行节能改造，降低电动机的能量损耗， 提高电动机的运行效率。提高电动机的运行效率。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第1节节 生产机械

3、的负荷曲线及分类生产机械的负荷曲线及分类 1生产机械的负荷曲线生产机械的负荷曲线 指生产机械所消耗的有功功率随时间而变化的曲线。指生产机械所消耗的有功功率随时间而变化的曲线。 该曲线可根据测定数据绘制出来。该曲线可根据测定数据绘制出来。 2负荷曲线的分类负荷曲线的分类 根据测定部位不同，负荷曲线可分为：根据测定部位不同，负荷曲线可分为： 二者完全相同 线生产机械的固有负荷曲 功率负荷曲线生产机械的电动机输出 功率负荷曲线生产机械的电动机输入 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 其生产机械的典型负荷曲线有以下几类：如图所示。其生产机械的典型负荷曲线有以下几类：如图所示。 第第3章章 电动机

4、节电技术电动机节电技术 由图可知，负荷曲线分为两大类：由图可知，负荷曲线分为两大类： 一类为恒值负荷曲线一类为恒值负荷曲线，如图中曲线，如图中曲线。 一类为变值负荷曲线一类为变值负荷曲线，如图曲线，如图曲线。 具有恒值负荷曲线的生产机械称为具有恒值负荷曲线的生产机械称为恒负荷生产机械恒负荷生产机械， 具有变值负荷曲线的生产机械称为具有变值负荷曲线的生产机械称为变负荷生产机械变负荷生产机械。 生产机械的负荷曲线不同，电动机经济运行方法也不同。生产机械的负荷曲线不同，电动机经济运行方法也不同。 所以，为使电动机经济运行，必须测定生产机械的负荷曲线。所以，为使电动机经济运行，必须测定生产机械的负荷曲

5、线。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第2节节 电动机的能量损耗电动机的能量损耗 1电动机能量损耗的种类电动机能量损耗的种类 当电动机将输入的电能转换为机械能输出时，总是要产生当电动机将输入的电能转换为机械能输出时，总是要产生 一定的能量损耗。一定的能量损耗。 电动机的能量损耗可划分为恒定损耗、负载损耗及杂散损耗电动机的能量损耗可划分为恒定损耗、负载损耗及杂散损耗 三类三类。 （1）恒定损耗）恒定损耗 指电动机运行时的固有损耗，它与电动机材料、制造工指电动机运行时的固有损耗，它与电动机材料、制造工 艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。艺、结构设计、转速等参数有关，而与负

6、载大小无关。 它包括铁心损耗（含空载杂散损耗）及机械损耗。它包括铁心损耗（含空载杂散损耗）及机械损耗。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 铁心损耗：铁心损耗：也称铁耗，指主磁场在电动机铁心中交变而引也称铁耗，指主磁场在电动机铁心中交变而引 起的涡流损耗和磁滞损耗。起的涡流损耗和磁滞损耗。 异步电动机在正常运行时，转差率很小，转子铁心中磁通异步电动机在正常运行时，转差率很小，转子铁心中磁通 变化的频率很小，一般仅为每秒变化的频率很小，一般仅为每秒13周。所以铁耗主要为定周。所以铁耗主要为定 子铁心损耗。子铁心损耗。 铁耗大小取决于组成电动机铁心材料、频率及磁通密度，铁耗大小取决于组成电动

7、机铁心材料、频率及磁通密度， 其近似计算公式为其近似计算公式为 而而b与输入电压与输入电压u成正比。成正比。 所以，对某一台电动机而言，其铁耗近似于与电压的平所以，对某一台电动机而言，其铁耗近似于与电压的平 方成正比。方成正比。 23 . 1 bkfp fe 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 空载杂散损耗空载杂散损耗pos： 是指空载电流通过定子绕组的漏磁通在定子机座、端盖等是指空载电流通过定子绕组的漏磁通在定子机座、端盖等 金属中产生的损耗。金属中产生的损耗。 由于空载电流近似不变，因此这些损耗也是恒定的。由于空载电流近似不变，因此这些损耗也是恒定的。 铁耗（包括空载杂散损耗）一般占

8、异步电动机总损耗的铁耗（包括空载杂散损耗）一般占异步电动机总损耗的 20%25%。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 机械损耗：机械损耗： 通常包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗，对绕线型异步电通常包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗，对绕线型异步电 动机转子还存在电刷摩擦损耗。动机转子还存在电刷摩擦损耗。 轴承摩擦损耗主要与轴承型号、装配水平、润滑脂有关。轴承摩擦损耗主要与轴承型号、装配水平、润滑脂有关。 通风系统损耗主要取决于冷却风扇所用材料、风机效率、风通风系统损耗主要取决于冷却风扇所用材料、风机效率、风 道设计合理性等。道设计合理性等。 机械损耗的高低还与电动机转速有关：因为轴承摩擦损耗

9、正机械损耗的高低还与电动机转速有关：因为轴承摩擦损耗正 比于转速的平方，通风损耗正比于转速的三次方。比于转速的平方，通风损耗正比于转速的三次方。 机械损耗一般占总损耗的机械损耗一般占总损耗的10%50%。 电动机容量越大，由于通风损耗变大，所以在总损耗中所电动机容量越大，由于通风损耗变大，所以在总损耗中所 占比重也增大。占比重也增大。 fw p 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）负载损耗）负载损耗 它主要是指电动机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的它主要是指电动机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的 损耗，亦称铜耗。损耗，亦称铜耗。 它包括定子铜耗和转子铜耗，其大小取决于负

10、载电流及绕组电它包括定子铜耗和转子铜耗，其大小取决于负载电流及绕组电 阻值。阻值。 铜耗约占总损耗的铜耗约占总损耗的20%70%。 （3）杂散损耗（附加损耗）杂散损耗（附加损耗）ps： 它主要是由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、它主要是由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、 铁心及其他金属部件内所引起的损耗。这些损耗约占总损耗的铁心及其他金属部件内所引起的损耗。这些损耗约占总损耗的 10%15%。 各种电动机的各种损耗所占比例可查相关手册。各种电动机的各种损耗所占比例可查相关手册。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2减少各种损耗的措施减少各种损耗的措施 减少电动机

11、损耗应该着眼于主要损耗分量的下降。减少电动机损耗应该着眼于主要损耗分量的下降。 对于小功率电机：铜耗占主要比例，应该从适当增加有效材对于小功率电机：铜耗占主要比例，应该从适当增加有效材 料使用，增大导线截面来降低绕组电阻，达到降低损耗，提料使用，增大导线截面来降低绕组电阻，达到降低损耗，提 高效率的目的。高效率的目的。 对于较大功率电动机：主要损耗在机械损耗及杂散损耗上，对于较大功率电动机：主要损耗在机械损耗及杂散损耗上， 应该通过各种措施减少通风系统损失和杂散损耗。应该通过各种措施减少通风系统损失和杂散损耗。 降耗的主要措施：（主要是指从设计、材料、制造工艺降耗的主要措施：（主要是指从设计、

12、材料、制造工艺 方面来实现的）方面来实现的） （1）定子铜耗）定子铜耗 增加导线截面积增加导线截面积减小定子电流减小定子电流缩短绕组端头长度缩短绕组端头长度 采用耐高温、较薄绝缘材料，提高绕组槽满率（填充系数）采用耐高温、较薄绝缘材料，提高绕组槽满率（填充系数） 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）转子铜耗）转子铜耗 增加导线截面积和转子端环尺寸增加导线截面积和转子端环尺寸 减小转子电流减小转子电流 改进转子导体铸造方法，提高转子导条及端环导电率改进转子导体铸造方法，提高转子导条及端环导电率 （3）铁损）铁损 增加铁心长度增加铁心长度 采用低损耗铁心材料，如冷轧硅钢片采用低损耗铁心

13、材料，如冷轧硅钢片 采用较薄的硅钢片采用较薄的硅钢片 降低磁通密度降低磁通密度 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （4）杂散损耗）杂散损耗 选择合适的绕组型式和节距选择合适的绕组型式和节距 选择合适的槽配合和转子槽斜度选择合适的槽配合和转子槽斜度 选择最佳气隙长度选择最佳气隙长度 转子槽特殊绝缘处理转子槽特殊绝缘处理 改进转子表面切削加工方法改进转子表面切削加工方法 （5）机械损耗）机械损耗 改进风扇设计，提高风扇效率改进风扇设计，提高风扇效率采用低损耗的冷却风扇采用低损耗的冷却风扇 采用优质、低摩擦轴承采用优质、低摩擦轴承安装良好，同心度高安装良好，同心度高 采用低损耗（摩擦系数小、

14、性能好）润滑脂采用低损耗（摩擦系数小、性能好）润滑脂 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 3电网质量对电动机损耗的影响电网质量对电动机损耗的影响 （1）电压波动对各种损耗的影响）电压波动对各种损耗的影响 对铁心损耗的影响：对铁心损耗的影响： 即电压降低时，铁耗按平方减少。即电压降低时，铁耗按平方减少。 2 fefe n u u pp 式中式中un 电网额定电压；电网额定电压； 电网电压波动值。电网电压波动值。 u 对机械损耗的影响：对机械损耗的影响： 即电压即电压u下降，电动机转矩下降，转差率下降，电动机转矩下降，转差率s变大，则损耗也变大，则损耗也 下降。下降。 2 1 1 n fwf

15、w s s pp 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 对转子铜耗的影响：对转子铜耗的影响： 即电压下降，转差率变大，转子铜耗将增加。即电压下降，转差率变大，转子铜耗将增加。 22 cu2cu2 1 1 s s u u pp nn 对杂散损耗的影响：对杂散损耗的影响： 即电压下降，杂散损耗也增加。即电压下降，杂散损耗也增加。 所以，一台电动机在恒定负载运行时，电压下降将使总损所以，一台电动机在恒定负载运行时，电压下降将使总损 耗增加。耗增加。 只有在负载率较低情况下，当电压下降时电动机的总损只有在负载率较低情况下，当电压下降时电动机的总损 耗才能下降，效率才能提高。耗才能下降，效率才能提高

16、。 22 1 1 s s u u pp nn ss 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）三相电压不对称对损耗的影响）三相电压不对称对损耗的影响 由于负载存在着不对称，而使电网电压也呈不对称运行。其不由于负载存在着不对称，而使电网电压也呈不对称运行。其不 对称的程度可用三相电压不平衡度来表示：对称的程度可用三相电压不平衡度来表示： %100 三相平均电压 最小电压最大电压 三相电压不平衡度 规程规定：三相电压不平衡度应小于规程规定：三相电压不平衡度应小于1.5%。 利用对称分量法，不对称电源电压可分解成正序分量、负序利用对称分量法，不对称电源电压可分解成正序分量、负序 分量。分量。

17、在电路中，很小的负序电压分量也将会引起相当大的负序电在电路中，很小的负序电压分量也将会引起相当大的负序电 流。如负序分量电压为流。如负序分量电压为5%，其负序电流将达到，其负序电流将达到20%30%的的 额定电流。额定电流。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 负序电压将产生负序磁场，负序磁场将产生制动转矩。为克负序电压将产生负序磁场，负序磁场将产生制动转矩。为克 服该制动转矩，将吸收一定的机械功率（输入的），变为转服该制动转矩，将吸收一定的机械功率（输入的），变为转 子的铜耗，使过载能力下降，并产生局部过热危险。子的铜耗，使过载能力下降，并产生局部过热危险。 同时还引起铁损和杂散损耗的

18、增加，使效率下降。同时还引起铁损和杂散损耗的增加，使效率下降。 如有如有3.5%的不平衡电压加在电动机上，将使电动机总损耗增的不平衡电压加在电动机上，将使电动机总损耗增 加加20%，效率下降，效率下降3%4%。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3）电网频率对损耗的影响）电网频率对损耗的影响 对总铁耗的影响：对总铁耗的影响： 当电压恒定时，铁耗中的涡流损耗与频率无关，而磁滞损耗当电压恒定时，铁耗中的涡流损耗与频率无关，而磁滞损耗 则随频率而变化。所以总的铁耗可认为是则随频率而变化。所以总的铁耗可认为是 f f pp n fefe 所以频率下降，铁耗增加。所以频率下降，铁耗增加。 对机

19、械损耗的影响：对机械损耗的影响： 频率下降，机械损耗略有下降。频率下降，机械损耗略有下降。 2 n fwfw f f pp 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 对转子铜耗的影响：对转子铜耗的影响： 2 2 cu2cu2 1 1 s s f f pp n n 对杂散损耗的影响：对杂散损耗的影响： 2 2 ss 1 1 s s f f pp n n 总的来说，频率下降时总损耗增加，效率下降。频率总的来说，频率下降时总损耗增加，效率下降。频率 上升时，总损耗下降，效率略有上升。上升时，总损耗下降，效率略有上升。 （4）高次谐波电流对损耗的影响）高次谐波电流对损耗的影响 高次谐波电流进入三相异步

20、电动机后，将产生频率较高高次谐波电流进入三相异步电动机后，将产生频率较高 的旋转磁场，使杂散损耗剧增，使齿、槽楔局部过热，甚至的旋转磁场，使杂散损耗剧增，使齿、槽楔局部过热，甚至 烧坏电动机。烧坏电动机。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第3节节 电动机的特性曲线及其分析电动机的特性曲线及其分析 主要有效率曲线和功率因数曲线。主要有效率曲线和功率因数曲线。 1电动机的效率曲线电动机的效率曲线 电动机的效率，是指电动机的有功输出功率与有功输入功电动机的效率，是指电动机的有功输出功率与有功输入功 率的百分比，即率的百分比，即 %100 1 2 p p 电动机的效率分类：有电动机的效率分

21、类：有 额定效率额定效率： 指输出功率为额定值时的效率。指输出功率为额定值时的效率。 运行效率：运行效率： 指电动机拖动某负载运行时的工作效率。指电动机拖动某负载运行时的工作效率。 最高效率：最高效率： 指电动机可能达到的最高运行效率，即电指电动机可能达到的最高运行效率，即电 动机效率曲线最高点的数值。动机效率曲线最高点的数值。 n m 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电动机的有功功率损耗可用下式计算：电动机的有功功率损耗可用下式计算： kw 1 1 0 2 0 pppp n n 式中式中p0 电动机空载损耗；电动机空载损耗； 电动机负载率，电动机负载率，= p2/pn100% pn

22、电动机额定功率电动机额定功率 而电动机的输入功率为而电动机的输入功率为 p1=p2+p 所以，可将效率计算公式改写成所以，可将效率计算公式改写成 %100 1/1 %100 p p %100 0 2 0n n 1 2 pppp p pp p nnn n 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 %100 1/1 %100 p p %100 0 2 0n n 1 2 pppp p pp p nnn n 由此可知，电动机的运行效由此可知，电动机的运行效 率与电动机的率与电动机的n、p0及及有有 关。关。 对一台电动机而言，对一台电动机而言，n、p0 是固定值，因此，电动机效是固定值，因此，电动机效

23、 率的高低取决于电动机的负率的高低取决于电动机的负 载率载率。 电动机效率电动机效率随负载率随负载率而而 变化的曲线称之为电动机的变化的曲线称之为电动机的 效率曲线。如图效率曲线。如图3-23-2所示。所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2电动机的功率因数曲线电动机的功率因数曲线 电动机的功率因数是指电动机输入端的有功功率与视在电动机的功率因数是指电动机输入端的有功功率与视在 功率之比，即功率之比，即 s p 1 cos 22 111 3qpius 0 2 0 tanq p qq n n n 而而 式中式中 电动机输入端线电压，电动机输入端线电压，kv； 电动机输入端线电流，电动

24、机输入端线电流，a； 空载时的无功损耗，空载时的无功损耗，kvar； 额定功率因数时的功率因数角。额定功率因数时的功率因数角。 1 u i 0 q n 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 因因 ，所以，所以 ppp 21 2 0 2 0 2 0 2 0 0 2 01 tan/1/ 1 1/ 1 cos qpqpppp pppp s p nnnnnn nnn 由上式可知，功率因数与由上式可知，功率因数与q0、p0、pn、n、 及及有关。有关。 对一台特定的电动机而言，功率因数的大小只与对一台特定的电动机而言，功率因数的大小只与有关。有关。 n tan 电动机的功率因数随负载率电动机的功率因

25、数随负载率 而变化的曲线称之为电动而变化的曲线称之为电动 机的功率因数曲线。如图机的功率因数曲线。如图3-3- 2 2所示。所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 3电动机特性曲线的分析电动机特性曲线的分析 由电动机的特性曲线可以看出：由电动机的特性曲线可以看出： （1）电动机的效率曲线具有较宽电动机的效率曲线具有较宽 的高效率区域，只有当负载率低于的高效率区域，只有当负载率低于 40%时，效率才迅速下降。因此，时，效率才迅速下降。因此， 电动机运行时，只要负载率不太低，电动机运行时，只要负载率不太低， 电动机效率一般是较高的。电动机效率一般是较高的。 （2）效率曲线的最高点为电动机

26、效率曲线的最高点为电动机 的最高运行效率，其对应的负载率的最高运行效率，其对应的负载率 为有功经济负载率，用为有功经济负载率，用 表示，表示， 它一般在它一般在0.60.8之间。之间。 j 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3 3）电动机空载时，功率因数很低，电动机空载时，功率因数很低， 在在0.10.10.20.2之间。之间。 随着负载增加，功率因数也增大，当随着负载增加，功率因数也增大，当 为为0.80.8以上时，功率因数达到最佳。以上时，功率因数达到最佳。 所以，实际使用中，应尽量避免电动所以，实际使用中，应尽量避免电动 机在轻载状态下运行。机在轻载状态下运行。 （4 4）不同

27、系列、不同类型的电动机不同系列、不同类型的电动机 效率、功率因数均不相同。一般情况效率、功率因数均不相同。一般情况 下，对同容量的电动机，鼠笼型电动下，对同容量的电动机，鼠笼型电动 机的效率、功率因数比绕线式电动机机的效率、功率因数比绕线式电动机 高。转速高的电动机其效率、功率因高。转速高的电动机其效率、功率因 数比转速低的电动机高。同一类型电数比转速低的电动机高。同一类型电 动机，容量大的电动机其效率、功率动机，容量大的电动机其效率、功率 因数比容量小的电动机高。因数比容量小的电动机高。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （5）对于同一台电动机，其效率曲线也不是一成不变的，使对于同一

28、台电动机，其效率曲线也不是一成不变的，使 用时间过长，维护保养不良都会导致各种损耗增加，使效率用时间过长，维护保养不良都会导致各种损耗增加，使效率 曲线下降。曲线下降。 综上所述，综上所述，要使电动机处于经济运行状态，必须合理选择电要使电动机处于经济运行状态，必须合理选择电 动机类型、容量，使电动机和负载机械特性相适应，力求有动机类型、容量，使电动机和负载机械特性相适应，力求有 最高的运行效率。对运行中的电动机要提高其负载率，加强最高的运行效率。对运行中的电动机要提高其负载率，加强 维护检修，采取各种改造措施减少损耗，以提高电动机效率。维护检修，采取各种改造措施减少损耗，以提高电动机效率。 第

29、第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第4节节 电动机的合理选用电动机的合理选用 1选用电动机的原则及步骤选用电动机的原则及步骤 （1）选用电动机的原则）选用电动机的原则 根据负载的起动特性及运行特性，选出最适合于这些特性根据负载的起动特性及运行特性，选出最适合于这些特性 的电动机，满足生产机械工作过程中的各种要求。的电动机，满足生产机械工作过程中的各种要求。 选择具有与使用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式选择具有与使用场所的环境相适应的防护方式及冷却方式 的电动机，在结构上应能适合电动机所处环境条件。的电动机，在结构上应能适合电动机所处环境条件。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电

30、技术 计算和确定合适的电动机容量。计算和确定合适的电动机容量。 通常设计制造的电动机，在通常设计制造的电动机，在75%100%额定负载率时，效额定负载率时，效 率最高。因此应使设备需求的容量与被选电动机的容量差值率最高。因此应使设备需求的容量与被选电动机的容量差值 为最小，使电动机的功率被充分利用。为最小，使电动机的功率被充分利用。 选择可靠性高，便于维护的电动机。选择可靠性高，便于维护的电动机。 考虑到互换性，尽量选用标准电动机。考虑到互换性，尽量选用标准电动机。 为使整个系统高效率运行，要综合考虑电动机的极数及电为使整个系统高效率运行，要综合考虑电动机的极数及电 压等级。压等级。 第第3章

31、章 电动机节电技术电动机节电技术 （2）选用电动机的主要步骤）选用电动机的主要步骤 根据生产机械性能的要求，选择电动机的种类。根据生产机械性能的要求，选择电动机的种类。 根据电源的情况，选择电动机额定电压。根据电源的情况，选择电动机额定电压。 根据生产机械所要求的转速以及传动设备的情况，选择根据生产机械所要求的转速以及传动设备的情况，选择 电动机的额定转速电动机的额定转速nn。 根据电动机和生产机械安装的位置和场所环境，选择电根据电动机和生产机械安装的位置和场所环境，选择电 动机的结构和防护型式。动机的结构和防护型式。 根据生产机械所需要的功率和电动机的运行方式，选择根据生产机械所需要的功率和

32、电动机的运行方式，选择 电动机的额定功率电动机的额定功率pn。 根据以上，结合电动机产品目录，就可以选定一台合根据以上，结合电动机产品目录，就可以选定一台合 适的电动机。适的电动机。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3）选择电动机时有关电气性能和机械性能的分类）选择电动机时有关电气性能和机械性能的分类 选择电动机时，还要考虑电气性能和机械性能。选择电动机时，还要考虑电气性能和机械性能。 电动机的电气性能分类：电动机的电气性能分类：如图如图3-3所示。所示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电电 动机动机 的机的机 械性械性 能分能

33、分 类：类： 如图如图 3-4所所 示。示。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 2有关三相异步电动机选择的规定有关三相异步电动机选择的规定 （1）电动机类型的选择）电动机类型的选择 必须从技术和经济两方面来考虑，首先要求电动机的机械特必须从技术和经济两方面来考虑，首先要求电动机的机械特 性完全满足生产机械的需要，在此基础上，要求电动机的构性完全满足生产机械的需要，在此基础上，要求电动机的构 造简单，价格便宜，运行可靠，维护方便。造简单，价格便宜，运行可靠，维护方便。 电动机类型的选择原则：电动机类型的选择原则： 生产机械对起动、制动及调速无特殊要求时，应采用鼠笼生产机械对起动、制动及调

34、速无特殊要求时，应采用鼠笼 型电动机。若生产机械要求经常起动，且起动力矩较大或要型电动机。若生产机械要求经常起动，且起动力矩较大或要 求在小范围内调速，可采用绕线型异步电动机。求在小范围内调速，可采用绕线型异步电动机。 容量在容量在200355kw之间宜选用高压异步电动机，容量在之间宜选用高压异步电动机，容量在 355kw以上必须选用高压异步电动机。（因为高压异步电以上必须选用高压异步电动机。（因为高压异步电 动机的效率高、功率因数高）动机的效率高、功率因数高） 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 对于年运行时间大于对于年运行时间大于3000h，负载率大于，负载率大于50%的场合，应选的

35、场合，应选 用高效率三相异步电动机即用高效率三相异步电动机即yx系列的电动机。系列的电动机。 流量变化的风机和泵类应采用电动机调速节能装置。流量变化的风机和泵类应采用电动机调速节能装置。 为什么？为什么？ 因为风机和泵类均具有转矩与转速平方成正比的机械特性，因为风机和泵类均具有转矩与转速平方成正比的机械特性， 而其功率具有与转速立方成正比的特性，当流量变化时，采用而其功率具有与转速立方成正比的特性，当流量变化时，采用 调节电动机的转速，可使轴上功率大大减少，从而获得显著的调节电动机的转速，可使轴上功率大大减少，从而获得显著的 节电效益。节电效益。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （2

36、）电动机额定功率的选择）电动机额定功率的选择 正确选择电动机的正确选择电动机的pn对提高电力拖动的经济运行水平，减对提高电力拖动的经济运行水平，减 少能耗，提高经济效益具有重要意义。少能耗，提高经济效益具有重要意义。若容量选择若容量选择过小，过小，则则 不能保证生产机械正常运行，甚至烧毁电机；若容量选择过不能保证生产机械正常运行，甚至烧毁电机；若容量选择过 大，则增加投资，能耗增加，功率因数变坏，不经济。大，则增加投资，能耗增加，功率因数变坏，不经济。 选择的原则：选择的原则： 应能胜任生产机械的负载和所需的起动转矩。应能胜任生产机械的负载和所需的起动转矩。 工作时的发热，应接近但不得超过其许

37、可的工作温度。工作时的发热，应接近但不得超过其许可的工作温度。 应有一定的过载能力，以保证在短时过载时能正常运行。应有一定的过载能力，以保证在短时过载时能正常运行。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 选择的方法：选择的方法： 应从机械负载变化的规律，确定其典型的负载图，从而计应从机械负载变化的规律，确定其典型的负载图，从而计 算所需的实际负载功率。算所需的实际负载功率。 应根据机械类型和重要性，乘以适当的储备系数，并使电应根据机械类型和重要性，乘以适当的储备系数，并使电 动机的实际负载率接近经济负载率。动机的实际负载率接近经济负载率。 当电动机使用地点的海拔和介质温度与规定的工作条件不

38、当电动机使用地点的海拔和介质温度与规定的工作条件不 同时，应按有关规定予以修正。同时，应按有关规定予以修正。 下面根据电动机不同的运行状态，分别讨论电动机额定下面根据电动机不同的运行状态，分别讨论电动机额定 功率的选取：功率的选取： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 i 连续运行工作制的机械：连续运行工作制的机械： 应选用连续运转电动机，其额定功率应按机械的轴功率选择。应选用连续运转电动机，其额定功率应按机械的轴功率选择。 连续运行又有两种情况：连续运行又有两种情况： 恒定负载时连续运行工作制电动机的功率选择恒定负载时连续运行工作制电动机的功率选择 首先首先根据生产机械的功率，计算出所

39、需的轴功率根据生产机械的功率，计算出所需的轴功率pl： kw 9550 nl l nm p 式中式中ml 折算到电动机轴上的负载转矩，折算到电动机轴上的负载转矩，n.m； nn 电动机额定转速，电动机额定转速，r/min 然后然后根据负载的类型和重要性，乘以适当的储备系数，选择电根据负载的类型和重要性，乘以适当的储备系数，选择电 动机额定功率动机额定功率pn，并保证电动机的，并保证电动机的pn等于或稍大于生产机械所等于或稍大于生产机械所 需的功率，即需的功率，即pnpl 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 变负载连续工作制时电动机的功率选择变负载连续工作制时电动机的功率选择 第一步：第一

40、步：计算并绘制生产机械的负载图，如图计算并绘制生产机械的负载图，如图3-5所示。所示。 第二步：第二步：按负载图求出等效转矩：按负载图求出等效转矩： mn 321 3 2 32 2 21 2 1 ttt tmtmtm m t 第三步：第三步：计算电动机功率，计算电动机功率， kw 9550 max nm pp t tn 第四步：第四步：按电动机最大转矩校验其过载按电动机最大转矩校验其过载 能力，即能力，即 0 . 38 . 1 / mmax 为 nm mm 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第五步：第五步：进行电动机起动转矩的校验，即进行电动机起动转矩的校验，即 电动机起动转矩电动机起

41、动转矩1.3倍机械起动转矩倍机械起动转矩 ii 短时运行工作制电动机功率的选择短时运行工作制电动机功率的选择 短时工作制机械，宜采用短时运行的电动机，其额定功率短时工作制机械，宜采用短时运行的电动机，其额定功率 应按机械轴功率选择，也可按允许过载转矩选用周期工作制应按机械轴功率选择，也可按允许过载转矩选用周期工作制 电动机。将连续工作制电动机用于短时工作制，可提高输出电动机。将连续工作制电动机用于短时工作制，可提高输出 功率。功率。 若负载是恒定不变的，则根据生产机械所需功率及短时工若负载是恒定不变的，则根据生产机械所需功率及短时工 作的时间即可选择专供短时工作的电动机，其额定功率为作的时间即

42、可选择专供短时工作的电动机，其额定功率为 pnspl 若负载是变化的，可按下述方法求出等效短时功率及短若负载是变化的，可按下述方法求出等效短时功率及短 时工作时间，来选择电动机的功率。时工作时间，来选择电动机的功率。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 我国规定：我国规定：短时工作的电动机分短时工作的电动机分10、30、60、90min四种。四种。 当生产机械工作时间不是短时工作电动机的额定时间时，当生产机械工作时间不是短时工作电动机的额定时间时， 可根据等效功率的原理加以换算，即可根据等效功率的原理加以换算，即 llnn tptp 22 即即 n l ln t t pp （说明：说明：

43、下标为下标为l的是实际的等效功率和等效时间，下标为的是实际的等效功率和等效时间，下标为 n的是折算后的短时工作制电动机的额定值。）的是折算后的短时工作制电动机的额定值。） 若选用周期工作制电动机作为短时工作制电动机，则可按负若选用周期工作制电动机作为短时工作制电动机，则可按负 荷持续率荷持续率k与等效工作时限与等效工作时限thp进行对照换算，如下表所示：进行对照换算，如下表所示： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 将连续工作制电动机用于短时工作制的功率选择：将连续工作制电动机用于短时工作制的功率选择： 连续工作制电动机可用于连续工作制电动机可用于60min、90min短时工作机械。短时

44、工作机械。 等效短时工作输出功率等效短时工作输出功率ps与原来额定功率与原来额定功率pn的关系为的关系为 kw 1 1 /t ns e pp 式中式中 t 短时工作时间，短时工作时间，h； 电动机的发热时间常数，可查产品手册。电动机的发热时间常数，可查产品手册。 通常情况下，通常情况下，t/11，11e-t/ 0，所以， ，所以，ps pn，所以说，输，所以说，输 出功率可提高。出功率可提高。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 iii 断续周期工作制电动机功率的选择断续周期工作制电动机功率的选择 断续周期工作机械，应采用周期工作制的电动机，其额定断续周期工作机械，应采用周期工作制的电动

45、机，其额定 功率应按典型周期的等效负荷换算到额定负载持续率来选择，功率应按典型周期的等效负荷换算到额定负载持续率来选择， 并进行过载能力校验。并进行过载能力校验。 每一工作周期为每一工作周期为10min，k分为分为15%、25%、40%、60%。 %100 停止时间工作时间 工作时间 负荷持续率k 而工作机械的实际使用时间与上并不完全相符，所以在选择而工作机械的实际使用时间与上并不完全相符，所以在选择 电动机功率时要进行换算，即电动机功率时要进行换算，即 kw n l nl k k pp 式中式中pl 实际所需功率；实际所需功率； kl 实际工作负荷持续率；实际工作负荷持续率； kn 标准工作

46、负荷持续率。标准工作负荷持续率。 如果工作机械实际使用情况大致与标准规定的方式相同，则按机械的轴如果工作机械实际使用情况大致与标准规定的方式相同，则按机械的轴 功率选取相应功率的电动机即可。当功率选取相应功率的电动机即可。当k 60%时，应选取连续工作制。时，应选取连续工作制。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 iv 连续周期工作制电动机功率的选择连续周期工作制电动机功率的选择 所谓连续周期工作制，是每一个工作周期内包括一段负载所谓连续周期工作制，是每一个工作周期内包括一段负载 运行时间和一段空载运行时间，但没有电动机停止的时间。运行时间和一段空载运行时间，但没有电动机停止的时间。 对

47、连续周期工作制机械，应采用等效连续工作制或周期工对连续周期工作制机械，应采用等效连续工作制或周期工 作制的电动机，其额定功率按等效电流或等效转矩法选择，作制的电动机，其额定功率按等效电流或等效转矩法选择， 并按允许过载转矩校验。并按允许过载转矩校验。 连续周期工作制电动机功率的选择可视为负载变化的连连续周期工作制电动机功率的选择可视为负载变化的连 续工作制电动机来选择功率，可以选较小的续工作制电动机来选择功率，可以选较小的pn，作过载能力，作过载能力 校验。校验。 其步骤如下：其步骤如下： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 第一步：第一步：计算并画出生产机械静阻负载图；计算并画出生产机

48、械静阻负载图； 第二步：第二步：初步计算电动机功率；初步计算电动机功率； 9550 10. 105. 110. 105. 1 nm pp t tn 式中式中pt 等效功率；等效功率； mt 等效转矩。等效转矩。 第三步：第三步：作出电动机负载图作出电动机负载图 p= f（t）或）或m=f（t） 第四步：第四步：进行发热、过载能力、起动转矩校验。进行发热、过载能力、起动转矩校验。 如果校验通过，电动机功率选择适当。否则重选功率再如果校验通过，电动机功率选择适当。否则重选功率再 次校验，直到所选电动机功率合适为止。电动机所选功率次校验，直到所选电动机功率合适为止。电动机所选功率 最终应满足所选功率

49、大于或等于计算功率，即最终应满足所选功率大于或等于计算功率，即pnpl。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 若电动机周围环境温度与标准环境温度若电动机周围环境温度与标准环境温度40相差较大时，相差较大时， 电动机选择的功率应进行校正。电动机选择的功率应进行校正。 当环境温度高于当环境温度高于40时，电动机需降低容量使用，低于时，电动机需降低容量使用，低于 40时可以增加容量使用，这样可保证运行时，电动机的温时可以增加容量使用，这样可保证运行时，电动机的温 升不超过规定的允许值。升不超过规定的允许值。 修正的方法：修正的方法： 查表修正：查表修正： 如表如表3-23-2所示。所示。 第第

50、3章章 电动机节电技术电动机节电技术 计算修正计算修正： 1 40 max 0max t tt pp nn 式中式中 tmax 绝缘材料允许的最高温度；绝缘材料允许的最高温度； t0 周围环境温度；周围环境温度； 电动机铁损与铜损的比值（电动机铁损与铜损的比值（0.41.1）。）。 电动机的温升还与海拔高度有关，海拔越高，散热条件电动机的温升还与海拔高度有关，海拔越高，散热条件 恶化。在恶化。在1000m以下海拔高度工作的电动机，两者互补，功以下海拔高度工作的电动机，两者互补，功 率不必进行校正。当电动机安装在率不必进行校正。当电动机安装在1000m以上时，对于非特以上时，对于非特 殊设计的高

51、原电动机，必须降低功率使用。殊设计的高原电动机，必须降低功率使用。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （3）电动机效率的选择）电动机效率的选择 电动机的效率是电动机节能的重要指标，为了确保电动机节电动机的效率是电动机节能的重要指标，为了确保电动机节 能，应力求提高电动机的运行效率或系统效率。能，应力求提高电动机的运行效率或系统效率。 规范规定：规范规定： 应给出电动机负载率应给出电动机负载率100%、75%和和50%时所对应的效率，时所对应的效率， 供用户选择。供用户选择。 在选择和更换电动机时，应考虑电动机额定效率随额定功率、在选择和更换电动机时，应考虑电动机额定效率随额定功率、 额

52、定转速增加而增加。额定转速增加而增加。 应尽量选用效率高的电动机。应尽量选用效率高的电动机。 对频繁起动、断续运行和反复冲击负载的场合，应选用设计对频繁起动、断续运行和反复冲击负载的场合，应选用设计 代号为代号为h、hy（h级绝缘、高滑差率）的电动机，以提高系统级绝缘、高滑差率）的电动机，以提高系统 的效率。的效率。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电动机效率选择应注意的问题：电动机效率选择应注意的问题： 条件许可时，尽量选用高效电动机（如条件许可时，尽量选用高效电动机（如yx和和fx系列，都系列，都 是高效电动机）。是高效电动机）。 对电动机实际使用情况进行分析，例如对负载率、负载

53、变对电动机实际使用情况进行分析，例如对负载率、负载变 化、工作方式等数据的掌握。化、工作方式等数据的掌握。 要进行电动机初投资费用和运行费用的综合平衡。要进行电动机初投资费用和运行费用的综合平衡。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （4）电动机转矩）电动机转矩转速特性选择转速特性选择 应与负载的机械特性相匹配，以确保驱动系统的安全运行应与负载的机械特性相匹配，以确保驱动系统的安全运行 和提高系统电能利用率。和提高系统电能利用率。规定：规定： 电动机应满足生产机械所要求的堵转转矩和最大转矩，起动电动机应满足生产机械所要求的堵转转矩和最大转矩，起动 转矩应不小于机械起动转矩的转矩应不小于机

54、械起动转矩的1.3倍。倍。 对机械转动惯量大或重载起动的机械，应选择与机械转动对机械转动惯量大或重载起动的机械，应选择与机械转动 惯量相适应的电动机，并按起动条件、最大惯量矩、过载转惯量相适应的电动机，并按起动条件、最大惯量矩、过载转 矩进行校验。矩进行校验。 对起动频繁的大功率电动机，应考虑起动过程中由于转动对起动频繁的大功率电动机，应考虑起动过程中由于转动 惯量引起的发热影响，并进行发热校验。惯量引起的发热影响，并进行发热校验。 对鼠笼型电动机按每小时允许合闸次数来校验，若大于允许对鼠笼型电动机按每小时允许合闸次数来校验，若大于允许 次数，应选取更大的电动机。次数，应选取更大的电动机。 根

55、据配套机械类型，可按经验选用电动机。根据配套机械类型，可按经验选用电动机。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （5）电动机外部结构型式和防护等级的选择）电动机外部结构型式和防护等级的选择 合理选用电动机外部结构型式对其安全、经济运行有密切合理选用电动机外部结构型式对其安全、经济运行有密切 的关系。的关系。 规定：规定： 电动机的外部结构型式按照外壳防护型式、通风方式、冷却电动机的外部结构型式按照外壳防护型式、通风方式、冷却 方式分类，具体应按相应的规范规定来选择。方式分类，具体应按相应的规范规定来选择。 从用户来说，应根据电动机使用环境中，是否存在腐蚀性和起从用户来说，应根据电动机使用

56、环境中，是否存在腐蚀性和起 火、爆炸的危险，灰尘和粉尘的多少，温湿度高低，水和油的火、爆炸的危险，灰尘和粉尘的多少，温湿度高低，水和油的 浸入情况等，来选择合适的外部结构型式。浸入情况等，来选择合适的外部结构型式。 异步电动机的外壳防护结构有异步电动机的外壳防护结构有ip44、ip23和和ip54、ip55四种。四种。 其含义如下：其含义如下： 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 其含义如下：其含义如下： 框内数字越大，表示缝隙越小或防护的方位越越全面。框内数字越大，表示缝隙越小或防护的方位越越全面。 根据电动机使用环境条件，选择适宜的外部结构和型式。根据电动机使用环境条件，选择适宜的外

57、部结构和型式。 如果环境比较干燥，防护要求较低时，宜选用如果环境比较干燥，防护要求较低时，宜选用ip23防护等防护等 级。级。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 （6）电动机电源电压的选择：）电动机电源电压的选择： 电动机电压等级的选择，运行期间电压和频率的变化，以及电动机电压等级的选择，运行期间电压和频率的变化，以及 电源电压的波形和对称性，对电动机的性能和经济运行，均电源电压的波形和对称性，对电动机的性能和经济运行，均 有较大的影响。有较大的影响。规程规定：规程规定： 电动机的电动机的un，应根据其额定功率和所在系统的配电电压和，应根据其额定功率和所在系统的配电电压和 配电方式综合

58、考虑确定。配电方式综合考虑确定。 中小型三相异步电动机的额定电压等级为：中小型三相异步电动机的额定电压等级为：220、380、440、 660、1140、3kv、6kv和和10kv。 一般情况下，一般情况下，pn200kw时，电压选用时，电压选用6kv；pn1000kw时，时， 电压选用电压选用10kv。 煤矿用电动机，多为煤矿用电动机，多为380/660v（/y）、）、660/1140v（/y）。）。 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电动机运行中电源电压和频率的变化应符合相关规定。电动机运行中电源电压和频率的变化应符合相关规定。 当电压偏差大于当电压偏差大于-5%时，则应通过计算降

59、低允许使用功率。时，则应通过计算降低允许使用功率。 实际输出功率的计算公式为实际输出功率的计算公式为 2 0 2 2 0 222 ii ikik pp n unu nn 式中式中 ku 降压系数，降压系数，ku=u1/un； in 额定电流，额定电流，a； i0 空载电流，空载电流，a 第第3章章 电动机节电技术电动机节电技术 电源电压的波形和对称性应符合规定。电源电压的波形和对称性应符合规定。 电源电压波形的正弦性畸变率不超过电源电压波形的正弦性畸变率不超过5%，电压的负序分量不，电压的负序分量不 超过正序分量的超过正序分量的1%（长期运行）或（长期运行）或1.5%（不超过几分钟的短（不超过

60、几分钟的短 时运行），电压的零序分量不超过正序分量的时运行），电压的零序分量不超过正序分量的1%。 满足这些条件，能确保电动机可靠运行。满足这些条件，能确保电动机可靠运行。 由此可知，电压波形和三相平衡性对电动机损耗有影响，波形由此可知，电压波形和三相平衡性对电动机损耗有影响，波形 正弦性畸变率越大，平衡性越差，则损耗越大，效率越低，浪正弦性畸变率越大，平衡性越差，则损耗越大，效率越低，浪 费用电。费用电。 目前，企业中的电动机电源电压不平衡率大多超过目前，企业中的电动机电源电压不平衡率大多超过1.5%，因，因 此引起的电能浪费，全国每年要多费此引起的电能浪费，全国每年要多费20亿亿kwh以上