电机与拖动基础第四版第十一章课件

第十一章电动机的选择

11.1电动机的发热与温升

11.1.1电机的发热

电动机负载运行时，电机内的损耗变成热能，导致电机温度升高，超过环境温度。电机温度比环境温度高出的值称为温升。温升使电机温度向周围空间扩散，当电机单位时间发出的热量等于散出热量时，电机温度不再增加，温升保持稳定，即处于发热与散热的平衡状态。

假设：（1）电动机长期运行，负载不变，总损耗不变；第十一章电动机的选择

（2）电动机各部分温度均匀；

（3）周围环境温度不变。电动机单位时间内产生的热量为，时间内产生的热量为。电动机单位时间内散出的热量为，时间内散出的热量为。上式中为温升；A为散热系数，表示温升1时，每秒散热量。

在时间内，电机的发热等于本身吸热与向外发热之和，即

（11-1）

整理后得令为发热时间常数，表征热惯性大小；为稳态升；（2）电动机各部分温度均匀；则上式可写成（11-2）这是个非齐次一阶微分方程，当初始条件为时，其特解为（11-3）电机发热过程中的温升包括两个分量，一个是强制分量，它是过渡过程结束时的稳态值；另一个是按指数规律衰减的自由分量。式中是时间常数，其大小取决于电机热容量的大小。为起始温升，较长时间不运行的电机，第一次启时，

，对温度未完全冷却的电机再启动，其为某一具体值。图11.1为电机发热过程中的温升曲线。则上式可写成

对带负载运行温升已稳定的电机，减小其负载或切断其负载，则原有的热平衡被破坏，进入降温过程。冷却过程的微分方程式仍符合式（11-1）、式（11-2）和式（11-3）。冷却时的初值取决于减少负载前的温升；而冷却后重新稳定的温升取决于负载大小，当负载减小到某一定值时，，若切断电源则。对带负载运行温升已稳定的电机，减小其负载或切断其负载电机冷却过程的温升曲线如图11.2所示。

11.1.2电动机的允许温升

希望电动机输出功率越大越好，然而，输出功率越大，损耗越大，温升越高。电机耐温最薄弱的环节是绝缘材料，绝缘材料的耐温限度称绝缘材料的允许温度。电机的寿命取决于绝缘材料的寿命。

设计电机时，以

作为我国标准环境温度。则绝缘材料的允许温度减去即为允许温升，用单位为K。

常用绝缘材料分为A,E,B,F,H五种，按标准环境温度计算，电机冷却过程的温升曲线如图11.2所示。这五种绝缘材料的允许温度和允许温升如表11.4所示。

这五种绝缘材料的允许温度和允许温升如表11.4所示。

11.2电动机的额定功率

11.2.1电动机的工作方式（1）连续工作方式连续工作方式是指电动机工作时间，温升可达到稳态值，也称长期工作制。(2)短时工作方式短时工作方式是指工作时间，而停歇间，这样，工作时温升达不到，而停歇后温升降为零。我国短时工作方式的标准运行时间为：15min、30min、60min和90min。11.2电动机的额定功率

（3）周期性断续工作方式该方式指电机工作与停歇交替进行，工作时温升达不到稳值，停歇时，温升降不到零，通常，而。国标规定每个工作与停歇周期。

每个周期内工作时间占的百分数叫负载持续率，用表示为我国标准负载持续率有四种。

11.2.2连续工作方式下电动机的额定功率

连续工作方式下，电动机的温升达到一个与负载大小对应的稳（3）周期性断续工作方式态值，如图11.3。图中，P为长期恒定不变的电机输出功率，

是由P决定的温升稳态值，若P的大小不同，也随之改变。

取稳态温升等于（或接近）允许温升时的输出功率为电动机的额定功率。下面推导额定功率与温升的关系。

额定负载时，电机温升的稳态值为

（11-4）又知代入上式得态值，如图11.3。图中，P为长期恒定不变的电机输出功额定运行时，应有=，则上式整理后得

（11-5）上式说明，当A与均为常数时，电动机的额定功率与允许温升成正比，即绝缘材料等级越高，电动机的额定功率越大。

11.2.3短时工作方式下电动机的额定功率此工作方式下，每次负载运行时，温升都达不到稳态值，而停机时，温升都降不到零，温升与输出功率间的关系如图11.4所示。在工作时间内，电机的实际最高温升低于稳态温升。短时工作方式下，电机额定功率的大小要根据实际达到的最高额定运行时，应有=，则上式整温升来确定，即在规定工作时间内，电机负载温升达到或接近允许温升时，电机的输出功率为额定功率。注意，短时工作方式电机的额定功率是与规定的工作时间相对应的，应区别于连续工作方式。

11.2.4周期性断续工作方式下电动机的额定功率该方式运行时的电动机，负载时温度升不到稳态温升，停歇时温度降不到环境温度。每经过一个周期，温升都升降一次，经过一定的周期后，达到热平衡，温升稳定在一个小范围内波动，如温升来确定，即在规定工作时间11.2.图11.5所示。电动机实际达到的最高温升为，当等于或接近允许温升时，相应的输出功率为电机的额定功率。周期性断续工作方式下，电机的额定功率对应于某一负载的持续率。同一台电动机，负载持续率不同，实际最高温升也不同，其额定功率大小也不一样，值大，其额定功率小；图11.5所示。电动机实际达到的最高温升为，当值小的，额定功率大。

11.3电动机的一般选择

11.3.1电动机种类的选择

1.电动机的主要种类（见表11.2）值小的，额定功率大。生产机械的工艺要求是选择电机的先决条件，除外，还要考虑各类电机的性能特点、所需电源、价格高低、维修方便与否等诸多因素。表11.3列出了各种电机的主要性能特点。生产机械的工艺要求是选择电机的先决条件，除外，还要考

2.电动机种类选择时考虑的主要内容（1）电动机的机械特性电动机的机械特性必须与生产机械的转矩、转速要求相适应。（2）电动机的调速性能调速性能包括调速范围，调速平滑性、调速系统的经济性和效率等，都应符合生产机械的要求。（3）电动机的启动性能启动转矩要求不高生产机械可用鼠笼式三相异步电动机。对启、制动频繁，且启、制动转矩较大的生产机械，可选用绕线式三相异步电动机。（4）电源交流电源来源方便，但应注意，异步电动机将导致电网功率因2.电动机种类选择时考虑的主要内容数降低；而同步电机可改善功率因数。

直流电源则一般需要整流设备。（5）经济性满足了生产机械对电动机的启动、调速、各种运行状态等方面的要求后，应优先考虑选用结构简单、价格便宜、运行可靠、便于维修的电动机。除外还应考虑启动设备、调速设备的经济性。并综合货源、节能等各种因素后加以确定。

11.3.2电动机类型的选择

1.安装方式分为卧式和立式。卧式电机安装后转轴为水平位置，立式电机安装后转轴为垂直位置。两种电机轴承不同，立式稍贵。数降低；而同步电机可改善功率因数。

2.轴伸个数电机有单轴伸与双轴伸两种，一般采用单轴伸。

3.防护方式电机的防护方式有开启式、防护式、封闭式和防暴式几种。开启式电机的定子两侧和端盖两侧都有很大的通风口。散热好，价格便宜，但易进灰尘、水滴和杂物。防护式电机机座下面有通风口。散热好，能防止水滴、杂物落入电机内，不能防潮气和灰尘。封闭式电机的机座和端盖均无通风孔，完全封闭。它又分自冷式、自扇式、它扇式、管道通风式和密封式。前四种可在多土、潮湿、有腐蚀气体、易火灾的环境中使用；密封式可浸泡在液体中，如潜水泵。2.轴伸个数在封闭式基础上加隔爆结构制成防暴式电机。适用于有易燃易爆气体的场所。

11.3.3电动机额定电压和额定功率的选择

1.额定电压的选择电动机的电压等级、相数、频率要求与供电电压相一致。我国生产的电动机额定电压与额定功率如表11.4所示。

2.额定转速的选择额定功率相同的电机，额定转速越高，其体积越小，造价越低。电机转子越细长，转动惯量越小，启、制动时间越短。因此，额定转速的选择，既要考虑电机及传动机构的经济性，又要考虑机械负载的启、制动要求。在封闭式基础上加隔爆结构制成防暴式电机。适用于有易燃11.4电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择是一个满足电动机发热温升限定的重要问题。电机功率过大，经常轻载运行，运行效率降低，功率因数变差；电机功率过小，电流过大，损耗大，效率低，电机11.4电动机额定功率的选择寿命缩短，甚至毁坏电机。（1）标准工作时间所谓标准工作时间是指电机三种工作方式中所规定的相关时间。环境温度为、电机不调速的前提下，按工作方式及工作时间选择电机时，电机功率应满足≥。按此方式选择电机时，不必再校温升，只需校核过载倍数和启动能力。（2）非标准工作时间

对非标准工作时间运行的电机，在选择功率时，应将非标准工作时间变成与其最接近的标准工作时间，再按下面折算公式进行选择（推导从略）。设短时工作方式负载工作时间为，最接近的标准工作时间为，则预选功率为。

寿命缩短，甚至毁坏电机。式中为折算系数。时，该系数大于1，<时，该系数小于1。折算后不必再校核温升。（3）

短时工作方式负载选择连续工作方式电动机

此类情况，要把短时工作方式的负载功率折合到连续工作方式上去。设电机的不变损耗（空载损耗）为，额定负载运行时可变损耗为，前者与后者之比为a，则预选电机额定功率应满足。式中，为发热时间常数，为短时工作时间，a的数值因电机而异，如普通直流电机，普通鼠笼三相地步电动机。其余祥见参考书。式中为折算系数。时，该系数大该种折合方法也无需进行温升校验。（4）

温度修正

额定功率的选择是在国家标准环境温度为时进行的，当常年环境温度偏离时，应将电机额定功率修正为：

≈式中为常年实际环境温度；为环境温度为时的允许升。

11.5电动机额定转矩的选择

并非所有机械负载在选择电机时，都把温升的选择放在首位，有些需优先考虑电动机的转矩。如电动汽车上坡行驶时，不仅要该种折合方法也无需进行温升校验。克服摩擦阻转矩，更要克服位能性阻转矩，后者比前者大许多。

为了在不同路况上都能安全正常行驶，应以上坡行驶的大转矩为准，来选择电机额定功率，即>。

11.6电动机的过载倍数与启动能力

根据负载功率和负载转矩选择的电机，都属预选电机。选后，必须对过载倍数和启动能力进行校核，若通不过必须重选电机。

过载倍数指电动机负载运行时，短时间内出现电流或转矩的过载的允许倍数。对不同类型的电机有不同考虑。

直流电动机要考虑换向，其过载倍数就是电枢允许的电流倍数克服摩擦阻转矩，更要克服位能性阻转矩，后者比前者大许多。