电力拖动系统中电动机的选择2

第4章拖动系统电动机的选择电力拖动系统电动机的选择，主要是确定电动机的功率和工作方式，同时还要确定电动机的电流种类、型式、额定电压和额定转速。选择电动机的原则：1）满足生产机械负载要求；2）经济合理在决定电动机的功率时，要考虑电动机的发热、过载能力和启动能力三方面的因素，其中一般以发热问题最为重要。4.1电动机的发热与冷却一、电动机的发热过程电动机在运行过程中会发热：实现电能转换过程中电动机内部产生损耗，并转换成热量而使电动机的温度升高为研究方便，通常假定电动机为一均质等温固体设电动机在恒定负载下长期连续工作，单位时间内由电动机损耗所产生的热量为Q，则在dt时间内产生的热量为Qdt另一部分Q2，则向周围散发出去电动机的热平衡方程式：其中Q1为电动机吸收，使电动机温度升高电动机的温升曲线方程：由温升曲线可见，发热过程开始时，由于温升小，散发出去的热量较少，大部分热量被电动机所吸收，因而温升增长较快，其后随着温升的增加，散发的热量不断增长，而电动机产生的热量因负载不变，则电动机吸收的热量不断减少，温升曲线趋于平缓。当发热量与散热量相等时，电动机的温升不再升高，达到一稳定值对应于一定的负载，电动机的损耗所产生的热量是一定的，因此电动机的稳定温升也是一定的，与起始温升无关。若电动机在额定负载时，对应于损耗而产生的热量为QN。此时的稳定温升为，则当电动机在小于额定负载运行时，其稳定温升就不会超过二、电动机的冷却过程电动机的冷却过程有两种情况：冷却过程的温升曲线也是一条指数曲线，如图：1）当负载减小时，电动机产生的热量为，相应的温升由原来的温升降低到新的稳定温升，仿照发热过程对温升曲线方程的推导，可得冷却过程的温升方程。2）电动机自电网断开（停机或断能）时，电动机产生的热量为零，则三、电动机的绝缘等级绝缘等级：电动机在运行中，由于损耗产生热量，使电动机的温度升高，电动机所能容许达到的最高温度取决于电动机所用绝缘材料的耐热程度。不同的绝缘材料，其最高容许温度是不同的。国际电工协会规定，绝缘等级可分为七个等级，电机中常用的绝缘材料，按其耐热能力，分为A、E、B、F和H等五级。绝缘材料的最高容许温度：表示一台电动机能带的负载的限度，而电动机的额定功率就代表了这一限度电动机铭牌上所标的额定功率表示在环境温度为40°C时，电动机长期连续工作，而电动机所能达到的最高温度不超过绝缘材料最高容许温度时的输出功率电动机额定温升Δt0=电动机最高允许温度t-环境温度t0，式中t0=+40℃，t是指电动机绕组的最高允许温度。对于运行的电动机，由于无法直接测出绕组的实际温度，只能间接测出机壳外表温度(即吊环孔内的温度)，比电动机绕组最热点约低10℃左右。故机壳外表实测温度加上10℃左右温差，方为电动机最高允许温度t。4.2电动机的工作制分类

电动机工作时，负载持续时间的长短对电机的发热情况影响较大，对正确选择电动机的功率也有影响。电动机的工作制就是对电动机承受负载情况的说明。国家标准把电动机的工作制分为国家标准将电动机工作制分成三大类共8种一、连续工作制（S1）连续工作制是指电动机在恒定负载下持续运行，其工作时间足以使电机的温升达到稳定温升。纺织机、造纸机等很多连续工作的生产机械都选用连续工作制电动机。其典型负载图和温升曲线如所示对于连续工作制的电动机，我们取使其稳定温升τw

恰好等于容许最高温升时的输出功率作为额定功率。

短时工作制：指电动机拖动恒定负载在给定的时间内运行。该运行时间不足以使电动机达到稳定温升，随之即断电停转足够时间，使电动机冷却到与冷却介质的温差在2K以内。其典型负载图及温升曲线如图所示。短时工作制标准时限为15min、30min、60min、90min。为了充分利用电动机，用于短时工作制的电动机在规定的运行时间内应达到容许温升，并按照这个原则规定电动机的额定功率，即按照电动机拖动恒定负载运行，取在规定的运行时间内实际达到的最高温升恰好等于容许最高温升时的输出功率，作为电动机的额定功率。二、短时工作制（S2）电动机的温升在一个稳定的小范围内波动。三、断续周期工作制

电动机按一系列相同的工作周期运行，根据一个周期运行状态不不同可分为六类，既断续周期工作制（S3），包括启动的断续周期工作制（S4）、包括电制动的断续周期工作制（S5）、连续周期工作制（S6）、包括电制动的连续周期工作制（S7）、包括负载与转速相应变化的连续周期工作制（S8）负载持续率FC：断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比国标规定FC为15%、25%、40%和60%四种，每个周期的总时间不大于10min.典型负载图和温升曲线4.3电动机容量的选择一、连续工作制电动机容量的选择1.恒定负载下电动机容量的选择只要计算出负载所需功率PL，选择一台额定功率PN略大于PL的连续工作制电动机即可，不必进行发热校核。2.变化负载下电动机容量的选择当电动机拖动周期性变化负载时，其温升也必然作周期性的波动。图为负载变动的生产机械的负载图。

电动机容量应在最大负载与最小负载之间，选择合适，既可使电动机得到充分利用，又可使电动机温升不超过容许值。电动机的容量通常按下面几种方法进行选择（1）等效电流法其基本原理是用一个不变的等效电流Idx来代替实际变动的负载电流IL，在同一周期内，等效电流Idx与负载电流IL产生的热量相等。假定电动机的铁耗和电阻不变，则损耗只和电流的平方成正比，由此可得式中，tn为对应负载电流为In的工作时间。求出等效电流后，则所选的电动机，其额定电流应不小于等效电流。用等效电流法时，必须先求出用电流表示的负载图。

（2）等效转矩法如果电动机的转矩与电流成正比，可得等效转矩的公式

（3）等效功率法如果拖动系统的转速不变，可将等效转矩的公式变成等效功率的公式，即选择的电动机的额定功率应不小于等效功率。求出等效转矩后，所选的电动机的额定转矩应不小于等效转矩用等效转矩法时，必须先求出用转矩表示的负载图。用等效功率法时，必须根据最大负载校验电动机的过载能力是否符合要求二、短时工作制电动机容量的选择1.直接选用短时工作制电动机按照生产机械的功率，工作时间和转速选取合适的电动机。如果短时负载是变动的，则也可用等效法选择电动机，此时等效电流为式中，I1、In分别为起动和制动电流；

t1、tn、t0分别为起动、制动及停转时间;

α和β对自扇冷式电动机在启动、制动和停转期间因散热条件变坏而采用的系数，对直流电动机α=0.75，β=0.25。用等效法选择电动机时，必须校验过载能力。2.选用断续周期工作制电动机在没有合适的短时工作制电动机时，可选用断续周期工作制电动机。负载持续率FC与短时负载的工作时间tR之间的对应关系为：tR=30min，相当于FC=15％；tR=60min，相当于FC＝25％；tR=90min，相当于FC=40％。三、断续周期工作制电动机的选择根据生产机械的暂载率、功率、和转速从产品目录中直接选取，但由于国家标准规定电动机的标准暂载率FC只有四种，这样就常遇到与标准暂载率相差甚远的情况，这时可按下式进行计算，先求出生产机械的暂载率FCx和功率Px再换算为标准暂载率FCx和功率Px选择标准暂载率FC应接近生产机械的暂载率FCx选择电动机的额定功率，应不小于P。若FC<10％，选短时工作制电机；FC>70％时，选连续工作制电机。4.4统计法和类比法等效法计算量较大，电动机的负载图也难以精确绘出，