电力拖动课件14电动机的选择

第十四章电力拖动系统电动机的选择本章教学基本要求：1.了解电动机选择的主要内容；2.了解电动机的发热、冷却与工作制；3.掌握连续工作制、短时工作制、周期性断续工作制电动机容量(power)的选择；4.通过实例了解具体应用中电动机容量的选择；重点：(1)连续工作制(2)短时工作制(3)周期性断续工作制方式下电动机容量的选择。第一节电动机的发热和冷却及工作制的分类

电机在工作时，η<1，即存在损耗，其功率损耗为Δp,Δp变成热能，其热流量Φ=0.24Δp（0.24为电功率换算到热功率的热功当量），一方面使电机本身温度升高，同时，在电机温度高出周围环境温度时要散出热量。电机温度超出环境温度的数值称为温升，用τ表示，有温升就要散热，温升τ越高，散热越快。当电动机单位时间发出的热量等于散出的热量时，电动机的温度不再增加，电动机达到稳定温升电机处于发热和散热平衡状态。采用绝缘材料不同的电机的最高允许温升也不同。电动机热量产生与传导框图：

电动机的热源主要来自电机内部的损耗。电机绝缘材料的最高允许工作温度：绝缘级别OAEBFHC最高允许温度（℃）90105120130155180≥180最高允许工作温度的确定：对于A级绝缘，工作在95℃

时，寿命20年；温度每增加8℃，使用寿命减半。例如：工作在103℃时寿命为10年；工作在121℃时寿命为5年。

Y、Y2系列电动机为B级绝缘。目前国内生产的电机大都采用F、H级绝缘。电机的温升：1．我国标准规定，环境温度40℃为电机功率的标定温度。也就是说在环境温度为40℃时，电动机带额定负载长期连续运行，稳定温度可达到绝缘材料允许的极限。温升τ=电机温度-40℃2．电机温升的测量方法有：电阻法（间接测量）、预埋检温计法、温度计法（监视用）。电阻法：

第一节电动机的发热和冷却及工作制的分类

一、电动机的发热过程根据能量守恒定律，在dt时间内电机产生的热量，应与电机本身温度升高所需要的热量和散到周围介质中去的热量之和相等。即有热平衡方程式：

—热流量（电动机单位时间内产生的热量）（J/s或W）—散热系数，表示温升为1℃时，每秒钟的散热量（卡/℃秒）—电机的温升（℃）—热容量，表示电机温度升高1℃时所需的热量（卡/℃）

整理上式得：令C/A=Tθ,Φ/A=τw，微分方程的解为：上式可看出如果dτ=0时，即电机的温度不再升高，则τ=τw=Φ/A。

τw——为稳定温升;

τQ——

为初始温升。ttwt021tTθQ开始时，τ很小，电机产生的热量主要用于提高电动机本身的温度，即大部分被吸收，使τ上升较快。τ较高时，电动机散热量增大τ上升变慢。当电动机产生的热量与散到环境介质中的热量相等时，电动机温度不再升高。发热时间常数Tθ：Tθ是一个表征热惯性的时间常数，它的大小与电机的体积以及散热条件有关。对小容量电机，Tθ为10~20分钟，对大容量电机，可达数小时。Tθ的物理意义：电机发出的热量全部用来提高电机温度，使电机温升从零升到τw所需要的时间。ttWt021tTθQ二、电动机的冷却过程电机的冷却过程同样按指数规律变化，冷却即为散热过程，即τ↓的过程。电动机减轻负载或停止运行，则电动机内的功率损耗将减少或为零，电动机τ将下降。

式中Tθ′为冷却时间常数，通常Tθ′=2～3Tθ。

电动机冷却过程温升曲线

12ttW0Tθ'tQt三、电动机的工作制分类电动机工作时，电动机的温升不仅与负载的大小有关，也与电动机带负载的持续时间有关。连续工作制(continuousrunningduty-type)短时工作制(short-timeduty-type)周期性断续工作制（intermittentperiodic-type）

1.连续工作制

电动机连续工作时间长tg>(3~4)Tθ。

P、tPtw0tPt2.短时工作制电动机工作时间短，温升还没有达到最高允许温升。停车时间很长，电动机能完全冷却。标准工作时间有15min、30min、60min、90min

四种。

P、ttw0ttgt0PP3.周期性断续工作制

电动机工作时间短，温升还没有达到最高允许温升。停车时间也短，电动机没有完全冷却。

一个周期的总时间规定为tg+t0≤10min。Pττw′0tPPPPPτwt0tg负载持续率:(俗称暂载率）定义：暂载率表明工作时间占工作周期时间的百分数。标准负载持续率为：15%，25%，40%，60%四种。

属于断续周期工作制的设备如：起重机械、电梯、输送机构等。

第二节连续工作制电动机的选择

电动机容量选择原则： 完全满足生产机械对电动机的功率、转矩、转速以及启动、调速、制动和过载等要求，使电动机在运行中能够被充分利用，而且其温升不致超过而是接近国家标准所规定的温升。电动机的容量选择与负载类型和电动机的工作制有关。电动机的负载包括两类，常值负载和变化负载（多为周期性变化）。一、常值负载下电动机容量的选择

由于连续工作制电动机都是按连续恒定负载设计的，只需PZ≦PN就可使温升不超过允许值，不需要热校核。容量选择步骤：（1）先计算负载功率PZ；（2）按PZ选电机，使PN≥PZ；（3）若笼型异步电动机，需要对所选电机进行起动能力校验。（4）若环境温度θ0与标准40℃相差较大时，应修正电动机的额定值，可按下式修正：式中：为电机空载损耗（不变损耗）与额定负载的可变损耗之比；θm为绝缘材料的最高允许温度。不同环境温度下电动机功率的修正环境温度30℃35℃40℃45℃50℃55℃电动机功率增减+8%+5%0-5%-12.5%-25%二、变化负载下电动机容量的选择由于电动机一个周期内的温升不仅与负载的大小有关，还与负载的持续时间有关。生产机械平均功率Pzd

只能反映电动机的平均温升，因此按PN=(1.1~1.6)

Pzd预选电动机额定功率，大负载的运行时间长则应选择较大系数，再计算出电动机的温升变化曲线得到最高温升τmax，并对电动机进行校验。P0tt1t2P1t4t3P2P3P4P1由于电动机的最高温升τmax计算困难，因此常常采用平均损耗法、等效法（等效电流法、等效转矩法、等效功率法）间接计算法。等效法选择电动机容量后，再对启动能力和过载能力进行校验。变化负载时电动机容量的选择方法：步骤如下：(1)计算并绘制生产机械的功率负载图或转矩负载图。(2)预选电动机功率首先计算负载的平均功率或转矩：按PN≥

(1.1～1.6)Pzd或PN≥(1.1～1.6)TzdnN/9550预选电动机，并计算预选电动机的TN,根据预选电动机的额定参数计算出额定损耗功率。（3）绘制预选电动机的负载图P=f(t)、T=f(t)。（4）进行发热、过载能力以及必要时的起动能力校验。

校验发热的方法：⒈平均损耗法

如果P≤△PN，发热校验通过,此时τd≤τm。如果Pd

△PN或Pd»

△PN应重新选取电动机功率。平均损耗法适用于电动机大多数工作情况。»⒉等效法1）等效电流法：求出等效电流，如果Idx≤IN，则发热校核通过。2)等效转矩法：求出等效电流，如果Tdx≤TN，则发热校核通过。求出等效电流，如果Tdx≤TN，则发热校核通过。必须注意：在有起动、制动及停歇过程时校验发热公式需修正。3)等效功率法:

发热校核合格后，还需进行过载能力及起动能力的校验，如果过载能力或起动能力不满足要求，则应改用按过载能力或起动能力重新选择电动机。第三节短时工作制电动机的选择一、采用为连续工作制而设计的电动机电动机工作时间很短，停歇时间长。预选电动机时，应将短时工作的负载功率折算成连续工作制的负载功率。预选电动机额定功率应满足：

λQ

按发热观点的功率过载倍数；

tg

为短时工作时间(s)；

为电动机不变损耗与可变损耗之比。按λQ≤KT

，选取电动机容量。

二、选用专为短时工作制而设计的电动机时根据短时工作制特点，将电动机工作结束时的温升设计为接近绝缘材料允许最高温升，则该电动机在拖动短时工作制负载而工作时，稳定温升将不超过该电机的最高允许温升。但电机在拖动同样大小的连续负载工作时，稳定温升将大大超过该电机的最高允许温升，而将电机烧坏。同一台短时工作制电动机对应不同工作时间的标称额定功率和过载倍数不同：当电动机实际工作时间tgx标准工作时间tg有差别时，需要进行折算，即按发热和温升等效的原则将实际非标准工作时间下的负载功率变成相近的标准工作时间下的负载功率。

Px为实际工作时的功率。为折算系数，折算后，电动机不需再进行校验。

第四节断续周期工作制电动机的选择

电动机的工作时间tg与停歇时间t0相互交替，两段时间都较短。在工作时间内，电机温升达不到稳定值，停歇时间内，电机温升也降不到零。经过若干个周期后，温升在最高温升τmax和最低温升τmin之间波动。断续周期工作制电动机标准负载持续率为15%、25%、40%、60%四种。此类电机具有启动、制动、过载能力强，机械强度大，转动惯量小，绝缘等级高的特点。当周期性断续工作制生产机械的实际负载持续率与标准负载持续率相差较大时，需转换成相近的标准暂载率下的负载功率。第八节选择电动机功率的统计法和类比法电动机的容量计算及校验比较复杂，其中电动机的负载转矩的计算考虑的因素较多，电动机负载图的得到比较困难,实际工程应用中，常常采用统计法和类比法。统计法是将同类型设备所选用电动机的容量进行统计分析，找出电动机容量与该类生产机械主要参数之间的关系，根据实际情况，定出相应的指数，得到电动机容量的相应计算公式。

类比法是指对经过长期运行考验的同类生产机械所采用电动机的容量进行调查，并对生产机械及电动机的主要参数和工作条件进行类比，确定新生产机械所选电动机容量的方法。

1、卧式车床：2、立式车床：3、摇臂钻床：4、外圆磨床：5、卧式镗床：6、龙门铣床：D——工件最大直径（m)D——工件最大直径（m)D——最大钻孔直径（mm)B——砂轮宽度（mm)K——主轴采用不同轴承时的系数。D——镗杆直径（mm)B——工作台宽度（mm)第九节电动机选择的主要内容1.电动机种类的选择

电动机种类的选择首先应考虑生产机械的工艺特点，综合考虑电动机的性能、电源、安装与维护、成本等因素，从而选择满足工艺要求的合适的电动机1)电动机的性能

机械特性调速性能2)电源2.电动机结构类型的选择根据机械设备对电动机的安装及连接要求选择电动机的安装方式根据机械设备及电机所处环境选择电机的防护方式3.电动机额定参数