第11章 电动机的选择

第11章电动机的选择电机与拖动目录11.1电动机选择的基本原则11.2电机的发热与冷却11.3电机的工作制11.4电动机额定功率的选择11.5电动机的经济运行11.1电动机选择的基本原则1.类型的选择在满足生产机械对拖动性能的要求下，优先选用结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜的电动机。(1)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……(2)经济效益各类电动机的性能特点、价格高低、运行效率、维护成本、配套设备性价比······根据电源种类，在满足性能的前提下优先采用交流电动机；按经济性节能的原则来选择，使电动机的运行效率符合国家标准的要求。种类主要特点直流电动机他励、并励机械特性硬、起动转矩大、调速性能好、可靠性较低、价格和维护成本均高串励机械特性软、起动转矩大、调速方便、价格和维护成本均高复励机械特性的硬度介于并励和串励之间、起动转矩大、调速方便、价格和维护成本均高三相异步电动机笼型机械特性硬、起动转矩较小、不同调速方法的性能相差较大、价格低、维护简便绕线型机械特性硬、起动转矩大、不同调速方法的性能相差较大、价格较低、维护简便多速可提供2~4种转速高起动转矩起动电流小、起动转矩大单相异步电动机机械特性硬、功率小、功率因数和效率较低三相同步电动机转速恒定（机械特性为绝对硬特性）、功率因数可调、只能采用变频调速单相同步电动机转速恒定、功率小1.类型的选择11.1电动机选择的基本原则2.额定功率的选择

原则：既不能过载，也不能长期轻载。（1）发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高工作温度θm等于或略小于电动机绝缘的允许最高工作温度θa，即θm<θa。（2）过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。特别是在短期工作时，电动机在短期内承受高于额定功率的负载功率时仍可保证θm<θa，故此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力。（3）起动能力：由于鼠笼式异步电动机的起动转矩一般较小，所以，为使电动机能可靠起动，必须保证TL<Tst。11.1电动机选择的基本原则2.额定功率的选择常用方法：计算法、统计法、类比法。（1）计算法：通过计算负载功率，初步确定电动机的额定功率，再从电动机的发热、过载能力和起动能力等方面进行校验，最后确定电动机的额定功率。（2）统计法：通过对各种生产机械的拖动电动机进行统计分析，找出电动机的额定功率与生产机械主要参数之间的关系，用经验公式计算出电动机的额定功率。（3）类比法：通过对经过长期运行考验的同类机械所采用电动机的额定功率进行调查，并对生产机械的主要参数和工作条件进行类比，以此确定新的生产机械拖动电动机的额定功率。11.1电动机选择的基本原则3.电压的选择(1)三相异步电动机的额定电压：

380V、3000V、6000V、10000V。(2)根据功率选择电压：

PN≤200kW时，选择UN=380V。

PN＞200kW时，选择高压电机。一般大中型电动机选择UN=6000V。(3)中小型直流电动机的额定电压：

110V、220V、160V、440V。由220V单相桥式整流器供电由380V三相全控桥式整流器供电※

三相同步电动机额定电压基本与三相异步电动机相同。11.1电动机选择的基本原则4.转速的选择在满足传动要求的前提下，选择电动机转速时应减少机械传动级数。需要调速的负载应根据调速范围、效率、对转矩的影响以及长期经济效益等因素，选择合理的调速方式和电动机。5.结构型式的选择

开启式、防护式、封闭式、密封式、防爆式。应根据电动机的使用环境选择电动机的外型结构。11.1电动机选择的基本原则5.外形结构的选择(b)防护式（B3型）(a)开启式（B5型）(c)封闭式（B3型(d)密封式（V1型）(e)防爆式（B35型）11.1电动机选择的基本原则6.安装形式的选择

卧式、立式。卧式电动机的转轴在水平位置，立式电动机的转轴垂直于地面。11.1电动机选择的基本原则7.工作制的选择

有九种工作制。如连续工作制、短时工作制、断续周期工作制。8.型号的选择

如：Y系列——封闭式笼型三相异步电动机。

YR系列——绕线型三相异步电动机。

YD系列——三相多速异步电动机。……11.1电动机选择的基本原则

电机的温升

=

电机的温度－周围环境温度当发热量=散热量时，

=稳定值。

电机的热平衡方程式

Cd

＋Adt=Qdt式中：Q——热量（单位时间内产生的热量）

C——热容量（温度升高1℃所需热量）

A——散热系数（温升为1℃，每秒散热量）电动机中的热源主要是绕组和铁心中的损耗，铜损使绕组发热，铁损使铁心发热。发热引起电动机的温度升高。电动机的温升不仅取决于损耗大小，且与电动机的运行情况和持续工作时间等因素有关。11.2电机的发热与冷却式中：

0

——电机的初始温升；

∞

=Q

/

A——电机的稳定温升；

=C

/

A——电机的发热和冷却时间常数。d

dtCA＋

=QA

=

∞

＋(

0－

∞

)

e－t

Ot

∞

0Ot

0

∞11.2电机的发热与冷却

(1)自冷式

电动机不装设任何专门的冷却装置，仅依靠电动机表面的辐射和冷却介质的自然对流把内部产生的热量带走，散热能力较弱。(2)自扇冷式

电动机在转子装有风扇，转子转动时，利用风扇强迫空气流动而有效地带走电动机内部产生的热量，使电动机的散热能力大大增强。(3)他扇冷式

电动机也用风扇进行冷却，冷却风扇不是由电动机自身驱动，而是由另外的动力装置独立驱动。◆冷却方式11.2电机的发热与冷却11.3电机的工作制连续工作制（S1）、短时工作制（S2）、断续周期工作制（S3）、包括起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）包括变速变负载的连续周期工作制（S8）、非周期变化工作制（S9）离散恒定负载工作制（S10）。电动机的工作制分为:11.3电机的工作制1.连续工作制（S1工作制）OtP

sPL连续工作制也称为长期工作制工作时间tr＞(3~5)τ

，可达几小时甚至几昼夜。电动机发热的过渡过程在工作时间内能够结束，即温升在运行期间已经达到稳态值。2.短时工作制（S2工作制）OtP

s

MPLtr短时工作制的电动机工作时间tr较短。运行时间小于其发热的过渡过程时间，使运行期内最大温升θm<θ∞

(稳态值)。停机时间t0又相对较长，在停机时间内，电动机的温升会下降到零，即温度降到周围环境的温度。11.3电机的工作制3.断续周期工作制（S3工作制）OtP

PLtrt0

∞

H

L

负载持续率FS=×100%trtr＋t0

FS=15%

FS=25%FS=40%FS=60%

tr＋t0≤10min。

还有7种特殊工作制。工作时间tr和停机时间t0轮流交替，两段时间都较短。运行期间，电动机温升升高，但达不到稳态值。停机期间，电动机温升下降，也降不到环境温度。每经过一个周期(tr＋t0)，电动机的温升都经历一次升降。11.3电机的工作制工作制定

义示意图连续工作制S1在恒定负载下连续运行至热稳定状态。短时工作制S2在恒定负载下按给定的时间运行，未达到热稳定状态时即停机。11.3电机的工作制工作制定

义示意图断续周期工作制S3按一系列相同的工作周期运行。包括起动的断续周期工作制S4按一系列相同的工作周期运行，每一周期由一段起动时间、一段恒定负载运行时间及一段停机和断能时间所组成。11.3电机的工作制工作制定

义示意图包括电制动的断续周期工作制S5按一系列相同的工作周期运行，每一周期由一段起动时间、一段恒定负载运行时间，一段快速电制动时间、一段停机和断能时间所组成。连续周期工作制S6按一系列相同的工作周期运行，每一周期由一段恒定负载运行时间和一段空载运行时间所组成，无停机和断能时间。11.3电机的工作制工作制定

义示意图包括电制动的连续周期工作制S7按一系列相同的工作周期运行，每一周期由一段起动时间、一段恒定负载运行时间和一段电制动时间所组成。包括负载与转速相应变化的连续周期工作制S8按一系列相同的工作周期运行，每一周期由一段加速时间，一段按预定转速的恒定负载运行时间及再按一个或几个不同转速的其他恒定负载运行时间所组成。11.3电机的工作制工作制定

义示意图包括负载与转速变化无关的断续周期工作制S9包括经常性过载，过载值可以远远超过基准负载，基准负载是以S1工作制为基准的合适的恒定负载基准值。包括特定数量的离散负载(或等效负载)/转速的工作制S10每一种负载/转速组合的运行时间足以使电机达到热稳定。在一个工作周期中的最小负载值可以是零(空载或者停机和断能)。11.3电机的工作制11.4电动机额定功率的选择1.额定功率的确定

电机的绝缘等级绝缘等级允许最高温度

/℃AEBFHC105120130155180＞180一、电动机的允许输出功率

在规定工作制、规定环境温度、规定海拔高度下，达到额定温升的额定状态时输出的功率。

电机允许输出的功率实际环境温度

/℃允许输出功率增减的百分数303540455055＋8%

＋5%

0

－5%

－12.5%

－20%

工程上也可以按下表对P2估算。4.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P2＜PN

。实际环境温度满载时的PFe

/PCu2.工作制的影响3.环境温度的影响√P2

=PN1＋(1＋

)40o－

N一般：

=0.4~1.111.4电动机额定功率的选择二、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)选PN≥PL(3)校验：发热、过载能力、起动能力11.4电动机额定功率的选择2.变动负载电动机额定功率的选择——周期性变动负载的电动机(1)求出各段时间电动机的负载功率OtPPL1t1t2t3t4PL2PL3PL4PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=(2)求出平均负载功率(3)预选电动机的PNPN

=(1.1~1.6)PL11.4电动机额定功率的选择(4)发热校验——平均损耗法电动机的平均功率损耗为PL1t1＋

PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=式中：

PL1、

PL2——每段时间的功率损耗。

选择由电动机的效率曲线

=f(P2)

可得PLi

=－PLiPLi

i

电动机的额定功率损耗△PN=－PNPN

N11.4电动机额定功率的选择

如果

PL≤

PN，发热校验合格。否则需加大电动机的PN，再做发热校验。(5)校验过载能力若选用交流电动机，需保证最大电磁转矩大于最大载转矩，即Tem>TLm；若选用直流电动机，需保证最大负载时的电枢电流小于最大允许的电枢电流。(6)校验起动能力若选用笼型异步电动机，需进行起动能力校验。11.4电动机额定功率的选择3.需要考虑起动、制动和停机过程时，平均损耗功率公式的修正OtPnPL2PL1t1t2

t3t4PL3PL1n考虑起动、制动、停机的负载曲线PL1t1＋

PL2t2＋

PL3t3t1＋t2＋

t3＋

t4PL

=

修正系数交流电动机：

=0.5，

=0.25直流电动机：

=0.75，

=0.5如果一个工作周期内的负载变化包括起动、制动和停机等过程，只要停机时间较短，负载持续率超过70%，则电动机仍属于连续运行工作方式。11.4电动机额定功率的选择满载时的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.选择工作制为S2的电动机。①选择标准运行时间与实际运行时间相同或相近的电动机。②求出电动机的负载功率

PL。③将PL折算成标准运行时间的负载功率

PLN。PLPLN

=－1trNtr－

trNtr()11.4电动机额定功率的选择

当tr≈trN时，则④选择PN≥PLN的电动机

。⑤校验起动能力。2.选择工作制为S3的电动机。

将S3工作制的FSN换算成S2工作制的trN，其对应关系为

FSN=15%

trN=30minFSN=25%

trN=60minFSN=40%

trN=90min●然后再按(1)中步骤进行计算。PLN

=PLtrtrN11.4电动机额定功率的选择3.选择工作制为S1的电动机。①求出电动机的负载功率

PL。②将PL折算成S1工作制时的负载功率

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－tr

tr

③选择PN≥PLN的电动机

。④校验起动能力。⑤校验过载能力。11.4电动机额定功率的选择四、断续周期运行的电动机①选择标准负载持续率FSN与实际负载持续率FS

相同或相近的电动机。②求电动机的负载功率

PL。③将PL换算成标准负载持续率时的负载功率

PLN。()PLPLN

=－1FSNFS