电机拖动(电动机容量的选择)

1、电机与拖动电机与拖动第第 十十 章章 电电 力力 拖拖 动动 系系 统统 中中 电电 动动 机机 的的 选选 择择电机与拖动电机与拖动电力拖动系统中电动机的选择电力拖动系统中电动机的选择电动机的发热及冷却规律电动机的发热及冷却规律电动机选择的一般概念电动机选择的一般概念短时工作制电动机的选择短时工作制电动机的选择连续工作制电动机的选择连续工作制电动机的选择电动机的工作制电动机的工作制电机与拖动电机与拖动电力拖动系统中电动机的选择电力拖动系统中电动机的选择本章要求：掌握决定电动机额定功率的主要因素。掌握决定电动机额定功率的主要因素。掌握确定电动机额定功率的主要方法。掌握确定电动机额定功率的主要方

2、法。了解电动机发热及冷却的规律。了解电动机发热及冷却的规律。掌握电动机的工作制。掌握电动机的工作制。能合理的选择电动机。能合理的选择电动机。电机与拖动电机与拖动第一节第一节 电动机选择的一般概念电动机选择的一般概念一、正确选择电动机的意义一、正确选择电动机的意义电动机电动机生产机械生产机械TemnTL 电动机选择要合电动机选择要合理，主要选择其功率理，主要选择其功率PN；其次；其次U,n等。等。 如果如果PN太小，电动机经常处于过载下运行，发热太小，电动机经常处于过载下运行，发热严重，会损坏。严重，会损坏。 如果如果PN太大，电动机经常处于轻载下运行，投资太大，电动机经常处于轻载下运行，投资大

3、，效率和功率因数低，会造成浪费。大，效率和功率因数低，会造成浪费。 选择电动机功率选择电动机功率PN的原则：的原则：在满足负载要求的前在满足负载要求的前提下，最经济、最合理地决定功率。提下，最经济、最合理地决定功率。电机与拖动电机与拖动二、决定电动机功率二、决定电动机功率PN的主要因素的主要因素 决定电动机功率决定电动机功率PN的主要因素：的主要因素：电动机的发热及电动机的发热及温升；过载能力和起动能力。温升；过载能力和起动能力。 电动机工作时有铜、铁、摩擦等损耗，这些损耗电动机工作时有铜、铁、摩擦等损耗，这些损耗变为热能使电机温度变为热能使电机温度t升高。升高。 当电机温度当电机温度t升高到

4、一定极限（电机允许最高温度）升高到一定极限（电机允许最高温度）时，其绕组、铁芯绝缘将迅速老化，遭到损坏，使电时，其绕组、铁芯绝缘将迅速老化，遭到损坏，使电机寿命大减，严重时会直接烧毁电机。机寿命大减，严重时会直接烧毁电机。 电机选用的绝缘材料不同，其最高允许温度不同。电机选用的绝缘材料不同，其最高允许温度不同。常用绝缘材料，按其耐热能力分为：常用绝缘材料，按其耐热能力分为：A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)五级。五级。电机与拖动电机与拖动 电机绝缘材料的最高允许温度就限制了电机带负电机绝缘材料的最高允许温度就限制了电机带负载的限度，而电动机功率载的限度，而电动

5、机功率PN就代表了该限度；当电动就代表了该限度；当电动机带额定功率负载运行时，其稳定温度接近绝缘材料机带额定功率负载运行时，其稳定温度接近绝缘材料的最高允许温度。的最高允许温度。 电动机工作时，温度的升高，一方面取决于电动机工作时，温度的升高，一方面取决于发热发热量（量（ p）；另一方面取决于）；另一方面取决于环境温度和散热条件环境温度和散热条件。 电动机的电动机的温升温升：电机温度与环境温度之差。电机温度与环境温度之差。 国标规定电动机国标规定电动机最高允许温升最高允许温升=绝缘材料的最高绝缘材料的最高允许温度允许温度-环境温度环境温度(40)。电机与拖动电机与拖动 选择电动机功率时，除了考

6、虑温升外，还要考虑选择电动机功率时，除了考虑温升外，还要考虑过载能力和起动能力。过载能力和起动能力。 一般要求电动机带最大负载力矩和起动负载力矩一般要求电动机带最大负载力矩和起动负载力矩满足：满足：NmmaxLT81. 0T 考虑考虑U波动波动10%，的保险系数，的保险系数NTLstTk81. 0T 考虑考虑U波动波动10%，的保险系数，的保险系数电动机的额定起动力矩电动机的额定起动力矩电动机的最大电磁力矩电动机的最大电磁力矩电机与拖动电机与拖动第二节第二节 电动机的发热及冷却规律电动机的发热及冷却规律一、电动机的发热过程一、电动机的发热过程由能量守恒定律可知：由能量守恒定律可知：产生的热量产

7、生的热量=温升的热量温升的热量+散热量散热量dtAcdQdt Q：电动机单位时间发热量电动机单位时间发热量C：电动机的热容量，即每升高电动机的热容量，即每升高1所需热量所需热量A：电动机的散热系数电动机的散热系数 ：电动机的温升电动机的温升电机与拖动电机与拖动dtAcdQdt 变形为：变形为：sHdtdTdtdAcAQ 非齐次常系数一阶微分方程非齐次常系数一阶微分方程解方程温升解方程温升 的解为：设的解为：设t=0, = i则则温升温升 的解为：的解为：e)(HTtsis TH=C/A，电动机的发热时间常数，电动机的发热时间常数 s =Q/A，电动机的稳定，电动机的稳定温升温升 i，电动机的初

8、始，电动机的初始温升温升电机与拖动电机与拖动电动机的电动机的温升曲线为：温升曲线为： 0t s i4TH 经过经过(34) TH温升就可温升就可达到稳定值达到稳定值 s。 小电动机小电动机TH=1020分钟；分钟；其只需要半小时就能其只需要半小时就能达到稳定达到稳定温升温升 s。 大电动机大电动机TH=30分钟；其需要两个小时才能分钟；其需要两个小时才能达到达到稳定温升稳定温升 s。电动机的稳定电动机的稳定温升温升 s =Q/A,发热量发热量Q正比与损耗正比与损耗 p。1、散热条件（、散热条件（A）不变时，）不变时，损耗损耗 p增加，增加，稳定稳定 温升增加温升增加。结论结论：2、改善散热条件

9、（改善散热条件（A）可以降低稳定）可以降低稳定温升温升。电机与拖动电机与拖动二、电动机的散热过程二、电动机的散热过程 电动机达到稳定温升后，如果负载减小或停车，电动机达到稳定温升后，如果负载减小或停车，则电机的发热量将减小于散热量，电机温度会下降，则电机的发热量将减小于散热量，电机温度会下降，最后稳定于较低的稳定温升。这个温升下降过程叫最后稳定于较低的稳定温升。这个温升下降过程叫电动机的冷却。电动机的冷却。电动机冷却的温升方程仍为：电动机冷却的温升方程仍为：e)(HTtsis 只是只是 s4TH时，时， = s；否则；否则 4TH， = s。 如：通风机、水泵、纺织机等都选用连续工作如：通风机

10、、水泵、纺织机等都选用连续工作制电动机。制电动机。 电动机的负载图：指电动机的负载图：指电动机的输出功率（或转电动机的输出功率（或转矩）与工作时间的关系曲线矩）与工作时间的关系曲线。 生产机械的负载图：指生产机械生产机械的负载图：指生产机械的输出功率的输出功率（或转矩）与工作时间的关系曲线（或转矩）与工作时间的关系曲线。电机与拖动电机与拖动 连续工作制电动机的负连续工作制电动机的负载和温升曲线为：载和温升曲线为： P0t s4THPN结论：结论： 对连续工作制电动机，对连续工作制电动机，取使电机取使电机稳定温升稳定温升达到电动达到电动机机绝缘材料最高允许温升绝缘材料最高允许温升时时的的输出功率

11、输出功率，作为该电动机，作为该电动机的的额定功率额定功率。 输出功率不同，发热量输出功率不同，发热量Q不同，不同， s不同。不同。采油平台采油平台电机与拖动电机与拖动二、短时工作制二、短时工作制 短时工作制指：电动机带恒定负载在给定的短短时工作制指：电动机带恒定负载在给定的短时间内运行，工作时间时间内运行，工作时间t 4TH， max s。冷却后温升为。冷却后温升为0。 如：电动闸门、重型如：电动闸门、重型吊车等都选用短时工作制吊车等都选用短时工作制电动机。电动机。 短时工作制电动机的短时工作制电动机的负载和温升曲线为：负载和温升曲线为： P0t sPN m 国标规定短时工作制标准时限为：国标

12、规定短时工作制标准时限为：10、30、60、90分钟。分钟。电机与拖动电机与拖动结论：结论： 短时工作制电动机相应工作时限额定功率的规定：短时工作制电动机相应工作时限额定功率的规定：电动机带恒定负载运行，取在规定工作时限内电动机带恒定负载运行，取在规定工作时限内实际达实际达到的最高温升到的最高温升等于电动机绝缘材料等于电动机绝缘材料最高允许温升时的最高允许温升时的输出功率输出功率，作为其额定功率。，作为其额定功率。船船 闸闸 P0t sPN m电机与拖动电机与拖动三、断时周期工作制三、断时周期工作制 电动机带恒定负载运行时间电动机带恒定负载运行时间tR短，停车时间短，停车时间t0也也短，以短，

13、以(tR + t0)=10min为周期重复工作。其中为周期重复工作。其中t0 和和tR都都 4TH。 max s，但冷却温升不会下降到，但冷却温升不会下降到0；其温；其温升在一个小范围内波动。升在一个小范围内波动。断时周期工作制电动机的负载和温升曲线为：断时周期工作制电动机的负载和温升曲线为： P0t sPN mtRt0电机与拖动电机与拖动 P0t sPN mtRt0负载持续率负载持续率Fs：负载运行时间与工作周期之比。：负载运行时间与工作周期之比。%100tttF0RRs 标准负载持续率标准负载持续率Fs为：为：15%，25%，40%，60%。电机与拖动电机与拖动 P0t sPN mtRt0

14、结论：结论： 工作于断时周期制的电动机，把在规定负载持续工作于断时周期制的电动机，把在规定负载持续率下运行的率下运行的实际达到的最高温升实际达到的最高温升等于电动机绝缘材料等于电动机绝缘材料最高允许温升时的输出功率最高允许温升时的输出功率，作为其额定功率。，作为其额定功率。电机与拖动电机与拖动第四节第四节 连续工作制电动机额定功率的选择连续工作制电动机额定功率的选择连续工作制电动机的负载分为：恒定负载；变化负载。连续工作制电动机的负载分为：恒定负载；变化负载。一、恒定负载下电动机容量的选择一、恒定负载下电动机容量的选择选择电动机的额定功率大于等于负载功率。即：选择电动机的额定功率大于等于负载功

15、率。即：选择步骤：选择步骤：1、计算负载功率、计算负载功率PL几种常见负载几种常见负载PL的计算公式的计算公式1）直线运动机械的负载功率）直线运动机械的负载功率PL ： VFPLLFL：生产机械的静阻力，：生产机械的静阻力，N。V：生产机械的速度，：生产机械的速度，m/s。 ：传动装置的效率，直接连接时取：传动装置的效率，直接连接时取0.951，皮带传，皮带传 动取动取0.9。LNPP 电机与拖动电机与拖动2）旋转运动机械的负载功率）旋转运动机械的负载功率PL 55. 9nTPLLLTL：生产机械的静转矩，：生产机械的静转矩，NmnL ：生产机械的速度，：生产机械的速度，rpm ：传动装置的效

16、率：传动装置的效率3）泵类机械的负载功率）泵类机械的负载功率PL1LHQP ：泵的流量，：泵的流量，m3/sH ：馈送高度，：馈送高度，m ：传动装置的效率：传动装置的效率 1：泵的效率：泵的效率低压离心泵低压离心泵 10.30.6高压离心泵高压离心泵 10.50.8活塞泵活塞泵 10.0.电机与拖动电机与拖动）风机类机械的负载功率）风机类机械的负载功率PL1LhQP ：气体流量，：气体流量，m3/sh ：风机压力，：风机压力，N/m2 ：传动装置的效率：传动装置的效率 1：风机的效率：风机的效率大型风机大型风机 10.50.8中型风机中型风机 10.30.5小型风机小型风机 10.20.52

17、、按负载功率、按负载功率PL选择电动机的额定功率选择电动机的额定功率P 在环境温度为时，在环境温度为时，对连续工作制，选择电动对连续工作制，选择电动机的额定功率机的额定功率P负载功率负载功率PL 。电机与拖动电机与拖动 当环境温度不为时，为了合理选择电动机应当环境温度不为时，为了合理选择电动机应进行修正。进行修正。)1(1PPsNN ：所选择电动机的实际输出功率。：所选择电动机的实际输出功率。：环境温度为时，所选择电动机的功率。：环境温度为时，所选择电动机的功率。：实际环境温度与之差。：实际环境温度与之差。 sN：电机稳定温升。：电机稳定温升。 ：损耗比：损耗比直流机直流机 1笼型异步机笼型异

18、步机 0.50.7大型绕线异步机大型绕线异步机 0.91电机与拖动电机与拖动二、变负载下电动机容量的选择二、变负载下电动机容量的选择 电动机带变负载运行时，其发热量也不断变化，电动机带变负载运行时，其发热量也不断变化，温升也不断变化，但长时运行后，温升应在一个小范温升也不断变化，但长时运行后，温升应在一个小范围内波动。围内波动。 选择电动机的功率，应保证运行时最高温升不超选择电动机的功率，应保证运行时最高温升不超过电机的最高允许温升。过电机的最高允许温升。选择步骤：选择步骤：1）计算生产机械功率，绘出生产机械负载图。）计算生产机械功率，绘出生产机械负载图。2）预选电动机功率。）预选电动机功率。

19、3）计算预选电动机负载图。）计算预选电动机负载图。4）利用电动机负载图，进行发热、过载、起动校验。）利用电动机负载图，进行发热、过载、起动校验。电机与拖动电机与拖动1、预选电动机功率、预选电动机功率1）可以根据经验或参考类似系统来预选功率。）可以根据经验或参考类似系统来预选功率。2）利用生产机械的平均功率来预选功率。）利用生产机械的平均功率来预选功率。生产机械的负载图，在变化周期生产机械的负载图，在变化周期tC内，负载变化内，负载变化n次。次。 P0tP2t1t2t3t4P1P3P4432144332211LavtttttPtPtPtPP 预选电动机功率：预选电动机功率： PN=(1.11.6

20、) PLav电机与拖动电机与拖动2、发热校验、发热校验 直接用温升曲线来校验温升，很困难，因为直接用温升曲线来校验温升，很困难，因为TH不不知道；需要用其他方法间接校验温升。知道；需要用其他方法间接校验温升。（1）平均损耗法）平均损耗法原理：原理：电机发热量电机发热量Q正比于损耗。所以只要电机的平正比于损耗。所以只要电机的平 均损耗不超过额定损耗，其温升就不会超过容均损耗不超过额定损耗，其温升就不会超过容 许温升。许温升。步骤：步骤： a、利用电动机负载图和预选电动机效率曲线，、利用电动机负载图和预选电动机效率曲线， 求出每段时间的损耗功率。求出每段时间的损耗功率。b、计算平均损耗、计算平均损

21、耗cnn2211avttptptpp 电机与拖动电机与拖动c、发热校验条件、发热校验条件校校验验通通过过时时当当,ppNav （2）等效电流法）等效电流法原理：原理：用一个等效电流用一个等效电流Ieq来代替实际电流，两者发热来代替实际电流，两者发热 相等。如果预选电机的在变化负载下等效电流相等。如果预选电机的在变化负载下等效电流 Ieq IN ，则预选电机合适。，则预选电机合适。步骤：步骤：a、绘制电动机负载电流图。、绘制电动机负载电流图。b、计算等效电流。、计算等效电流。 n1kkk2ceqtIt1I电机与拖动电机与拖动c、发热校验条件、发热校验条件校校验验通通过过时时当当,IINeq （3）等效转矩法（仅用于）等效转矩法（仅用于力矩力矩T正比电流正比电流I场合）场合）原理：原理：用一个等效转矩用一个等效转矩Teq来代替实际转矩，两者发热来代替实际转矩，两者发热 相等。如果预选电机的在变化负载下等效转矩相等。如果预选电机的在变化负载下等效转矩 Teq TN ，则预选电机合适。，则预