第11章电动机的选择

第11章电动机的选择1第11章电力拖动系统中

电动机的选择11.2电动机的发热与冷却11.1电动机选择的基本内容11.3电动机的工作制11.4电动机额定功率的选择下一章上一章返回主页

211.1电动机选择的基本内容一、类型的选择生产机械对电动机的要求机械特性、起动性能、调速性能、制动方法、过载能力等。经济效益各类电动机的性能特点、价格高低以及维护成本等。按节能的原则来选择，使电动机的运行效率符合国家标准的要求。

3电动机的主要种类和特点种类机械特性Tst调速性能可靠性价格维护成本他/并励串励复励直流电动机三相异步电动机单相异步电动机三相同步电动机单相同步电动机笼型线绕型多速高Tst硬大好较低高高软大好较低高高硬大好较低高高硬小差异大低低硬大差异大低低

2~4种速度

大机械特性硬、功率小、cos和

较低转速恒定、cos可调、只能采用变频调速转速恒定、功率小除特殊负载需要外，一般不宜选用直流电动机。

4二、功率的选择既不能过载，也不能长期轻载。常用方法：计算法、统计法、类比法。0.6~3200.37~3203~320200~500200~5000250~100001000~10900电压/V380600010000交流电动机直流电动机笼型绕线型同步

额定功率/kW电压/V额定功率/kW110220440600~8700.25~1100.25~3201.0~500500~4600三、电压的选择

5

PN≤200kW时，选择UN=380V。

PN＞200kW时，选择高压电机。四、转速的选择综合考虑：转速、传动方式、调速要求等。五、外形结构的选择开启式电动机防护式电动机

6离心制冷机用封闭式电机螺杆制冷机用封闭式电机封闭式电动机全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机

7密封式电动机防爆式电动机(YB系列)

YB2-B35更多图片

8六、安装型式的选择1.卧式IMB3

卧式：IMB3~IMB35，共十四种。2.卧式IMB5

立式：IMV1~IMV36，共十七种。B5

93.卧式IMB354.立式IMV15.立式IMV2IMV1更多图片

10七、工作制的选择八、型号的选择符号意义符号意义符号意义Y笼型异步电动机YB隔爆型异步电动机T同步电动机YR绕线转子异步电动机YBR隔爆型绕线转子异步电动机TF同步发电机*YQ高起动转矩异步电动机YD多速异步电动机Z直流电动机YH高转差率异步电动机Y-F化工防腐用异步电动机ZF直流发电机主要有连续工作制、短时工作制、断续周期工作制等三种。

1111.2电动机的发热与冷却一、电机的发热过程与温升

电机的热平衡方程式

Qdt

=Cd

＋Adt※

Q——单位时间内产生的热量；C——热容量(温度每升高1oC所需的热量)；A——散热系数(为1oC时每秒所散出的热量)。损耗→发热→温度升高。温升=

电机的温度－周围环境温度。热平衡状态

当发热量=散热量时，=稳定值。

12※0——初始温升；

=Q/A——稳定温升；

=C/A——发热时间常数。d

dtCA＋=QA=＋(0－

)

e－

td

dt＋=整理得：电机发热过程的温升曲线

Ot00=0设初始条件为t=0，

=0，则

※小型电动机的

值约为

十几分钟到几十分钟。

13(1)停机的冷却情况

=0，

(2)减轻负载的冷却情况≠0，＜0二、电机的冷却过程与冷却方式1.电动机的冷却过程d

dt＋=0

=0

e－

t设初始条件为t=0，

=0，则

=＋(0－

)

e－

t0Ot

=0电机冷却过程的温升曲线

142.电动机的冷却方式冷却：采取措施使电动机产生的热量尽可能多地散发出去，以达到充分利用材料、增加相同体积电动机的额定功率的目的。

冷却方式：自冷式、自扇冷式和他扇冷式。

1511.3电机的工作制一、连续工作制（S1

工作制）

工作时间：

tr

＞(3~5)

温升在运行期间已经达到稳态值。

OtPL

PL

应用：通风机、水泵、纺织机、造纸机、机床主轴驱动等。

16二、短时工作制（S2

工作制）

OtPL

mPLtr

标准运行时间：

15min、30min、60min、90min。

应用水闸启闭机冶金用的电动机起重机中的电动机

17三、断续周期工作制（S3

工作制）负载持续率FS

=×100%trtr＋t0

18

标准负载持续率：

15%、25%、40%、60%。

周期：tr＋t0≤10min。应用：起重机、电梯、轧钢辅助机械中的电动机。断续周期工作制的电动机具有起动能力强、过载倍数大、转动惯量较小，机械强度高等特点。

1911.4电动机额定功率的选择一、电动机的允许输出功率1.工作制的影响2.环境温度的影响改变工作方式，达到N时允许的P2将不再是原设计的PN。

S1改为S2或S3运行，则

P2＞PN。

S2或S3改为S1运行，则

P2＜PN。

GB规定：额定环境温度为40℃。电动机允许的最高温度主要取决于所使用的绝缘材料。

20

工程上也可以按下表对P2估算：0.4~1.1P2

=PN1＋(1＋)40－N※

N——电动机的额定温升，N=max－40℃；

——电动机的实际环境温度；

——电动机满载时的PFe与PCu之比。绝缘材料允许的实际环境温度/℃允许输出功率增减的百分数303540455055＋8%

＋5%

0

－5%

－12.5%－25%

表11-5不同环境温度下电动机功率的修正系数

21【例11-1】一台130kW连续工作制的三相异步电动机，如果长期在70℃环境温度下运行，已知电机的绝缘材料等级为B级，额定负载时铁损耗与铜损耗之比为0.9。试求该电动机在高温环境下的实际允许输出功率。解：B级绝缘材料的最高温度为130℃，则N=90℃，故电动机的实际允许输出功率应为P2

=PN1＋(1＋)40－N=130×1＋(1＋0.9)=78.72kW40－70

90

223.海拔高度的影响海拔高度越高，空气越稀薄，散热越困难，使得允许的

P2＜PN

。海拔1000m≤h≤4000m

h=

100m，N降低1%，P2降低0.5%。

23二、连续运行电动机额定功率的选择

1.恒定负载电动机额定功率的选择

(1)计算负载功率PL

(2)根据PL预选电动机的PN

选择PN=PL或略大于PL的电动机。(3)校验所选电动机

①发热校验②过载能力校验

S1工作制的电动机都是按恒定负载设计的，故不需做发热校验。

电动机的过载能力用过载倍数km来表示。

24不同类型电动机的km

是不同的。直流电动机：km=1.5~2.0。

异步电动机：km=2.0~2.2。同步电动机：km=2.0~2.5。

考虑到交流电网电压波动±10%所引起的

Tem下降，故按Tem=0.81kmTeN＞TL

来校验。③起动能力校验

选用笼型异步电动机时需校验其起动能力。

25【例11-2】一台直接由电动机拖动的离心式水泵，流量Q=0.144m3/s，扬程H=37.7m，转速n=1460r/min，泵的效率b=79.8%。试选择电动机的额定功率。PL

=×10－3kWQ

Hgbc

※为水的密度，=1000kg/m3；

c为传动机构的效率，直接拖动取c=1。则PL

=kW=66.74kW0.144×37.7×1000×9.810798×1解：(1)泵类机械作用在电动机轴上的等效负载为(2)选取PN=75kW，nN=1480r/min的Y280S-4型三相笼型异步电动机。(3)水泵属于通风机负载特性类的生产机械，故不必校验电动机的起动能力和过载能力。

26(1)计算各时间段的负载功率(2)计算平均负载功率2.变化负载电动机额定功率的选择PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=(3)预选电动机的额定功率PN

=(1.1~1.6)PL(4)发热校验

根据=f(P2)

27①电动机的额定功率损耗②电动机每段时间的功率损耗

PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=PLi

=－PLiPLii如果PL≤PN，则发热校验通过，否则重新选择并校验。

PN

=－PNPNN③电动机的平均功率损耗为

28若选用交流电动机，则需保证Tem＞TLm；若选用直流电动机，则需保证ILm＜Iam

。如果选用三相笼型异步电动机，则需要进行起动能力校验。(5)过载能力和起动能力校验

29【例11-3】某生产机械的负载曲线如图所示，已知PL1=7.2kW，t1=1.5min，PL2=5.5kW，t2=2min，PL3=14.5kW，t3=1.1min，PL4=4.8kW，t4=1.8min。n=1440r/min，起动时的负载转矩为100N·m。拟选用一台现有的Y132M-4笼型异步电动机拖动，已知该电机的额定值为PN=7.5kW，nN=1440r/min，cosN=0.85，kst=2.2，km=2.2，kI=7，效率如下表。试校验是否能使用该电动机。P2/kW3.74.04.34.95.56.2

0.8520.8550.8570.8610.8630.862P2/kW6.77.27.58.21015

0.8590.8560.8550.8500.8430.837

30=7.248kW由此可见，PN＞PL，即现有电动机的功率合格。

(2)发热校验①电动机的额定损耗为

=kW7.2×1.5＋5.5×2＋14.5×1.1＋4.8×1.81.5＋2＋1.1＋1.8解：(1)计算平均负载功率

PL1t1＋PL2t2＋

PL3t3＋PL4t4

t1＋t2＋t3＋t4

PL

=②电动机在各个时间段的功率损耗为

PL1

=－PL1

PL11PN

=－PNPNN=－7.5kW=1.272kW7.50.855=－7.2kW=1.211kW7.20.856

31③电动机的平均损耗为

PL2

=－PL2

PL22=－5.5kW=0.873kW5.50.863PL3

=－PL3

PL33=－14.5kW=2.824kW14.50.837PL4

=－PL4

PL44=－4.8kW=0.775kW4.80.861=kW1.211×1.5＋0.873×2＋2.824×1.1＋0.775×1.81.5＋2＋1.1＋1.8PL1t1＋PL2t2＋PL3t3＋PL4t4

t1＋t2＋t3＋t4

PL

==1.26kW由于PL＜PN，故发热校验通过。

32(3)过载能力和起动能力校验

由于P2m＞PLm=14.5kW，故过载能力校验通过。电动机的额定输出转矩为：直接用功率校验过载能力：

P2m

=kmPN=2.2×7.5kW=16.5kWPNnN

TN

=9550=9550×N·m=49.74N·m7.5

1440起动转矩为：Tst

=kstTN=2.2×49.74N·m=109.43N·m由于Tst＞TLst=100N·m，故起动能力校验通过。结论：现有的电动机能够用于拖动该生产机械。

333.有起动、制动和停机过程时平均损耗功率公式的修正

假设一个工作周期包括n个时间段，其中t1是起动时间，tn-1是制动时间，tn

是停机时间，则PL1t1＋PL2t2＋···＋PL(n－1)tnt1＋t2＋···＋tn－1＋tnPL

=异步电动机：=0.5，=0.25直流电动机：=0.75，=0.5修正系数

34满载时的PFe/PCu实际运行时间标准运行时间三、短时运行电动机额定功率的选择

1.选用短时工作制的电动机(1)计算电动机的负载功率PL(2)负载功率的折算按发热和温升等效的原则把PL折算成标准工作时间下的等效负载功率PLN。PLPLN

=－1trNtr－trNtr

35当tr≈trN时，则上式可简化为(3)预选电动机的额定功率PN选择电动机的额定功率PN≥PLN。(4)校验所选电动机对于恒定负载不必进行发热和过载能力校验。对笼型异步电动机，应进行起动能力的校验。PLN

=PLtrtrN

36【例11-4】某生产机械为短时运行方式，输出功率Po=22kW，效率L=78%，每次工作17min后停机，而停机时间足够长。试选择拖动电动机的额定功率。选择标准运行时间为15min的短时工作制电动机，则折算成17min的等效负载功率为

PL

=PoL=kW=28.21kW220.78PLN

=PLtrtrN=28.21×kW=30.03kW1715解：电动机的负载功率为故应选择额定功率大于30.03kW的短时工作制电动机。

372.选用连续工作制的电动机(1)计算电动机的负载功率PL(2)负载功率的折算将短时运行的PL折算成连续运行的等效PLN。满载时的PFe/PCu短时运行时间电机的发热时间常数PLN

=PL1－e－1＋

e－trtr(3)预选电动机的额定功率PN选择电动机的额定功率PN≥PLN。不必进行发热校验。

38①由于电动机的PN小于PL，电动机的Tem可能会小于TL，故必须进行过载能力校验。②笼型异步电动机需进行起动能力的校验。③如果tr＜(0.3~0.4)，则PLNPL，可直接由过载能力和起动能力选择。(4)过载能力和起动能力校验

39(1)FS