机电传动 第十四章

第14章

机电传动控制系统中电动机的选择电动机容量选择的重要性容量选择过小:不能充分发挥机械设备的能力,生产效率降低;电机经常在过载下运行会过早损坏,同时还可能出现启动困难,经受不起冲击负载等故障。容量选择过大:设备投资费用增加；电机经常在轻载下运行，运行效率和功率因子都会下降。14.1电动机容量的选择原则电动机容量应根据发热、过载能力、启动能力三个方面进行选择；一、发热电机中的能量转化：铜损、铁损和机械损耗。这些损耗最终都要转化成热能而使电机发热，温度升高。电机的热损坏：当电机温度超过首先损坏的是绕组的绝缘层，因为电机的绝热成是耐热最差的部分。如果电机的工作温度超过了绝缘材料允许的最高工作温度，轻则加速绝缘老化过程，缩短电动机寿命，重则使绝缘材料碳化变质，也就是损坏了电机。因此电机在运行时，必须保证电动机的实际最高工作温度等于或略小于电机绝缘材料允许的最高温度。二、过载能力由于电机的热惯性比机械惯性和电磁惯性要大得多，一个小容量的电机也要运行2—3小时，温升才趋于稳定，故电机在短期内承受高于额定功率的负载功率是仍可以保证最高工作温度低于绝缘材料的允许最高温度。因此，所选电机的最大转矩必须小于运行过程中可能出现的最大负载转矩。三、启动能力由于鼠笼式异步电机的启动转矩一般比较小，所以，为使电机能可靠启动，必须保证电机的启动转矩大于负载转矩。电机的发热过程电机发热过程中，其温升是随时间按指数规律变化的，这和其他储能元件的储能过程的规律相似，温升过程就是热能的储积过程。当电机的结构已确定时，其最后的稳定温升取决于损耗的大小，稳定温升取决于负载的大小。电机的稳态温升取决于单位时间所产生的热量和散热系数

为电机的发热时间常数C为电机的热容量，A为电机的散热系数电机的工作制连续工作制：电机运行的时间相当长，其工作时间大于（3-4）T,电机的温升可达到该负载所对应的稳定温升。短时工作制：电机的工作时间比较短，在工作的时间内，电动机的温升达不到该负载所对应的稳定温升。而停车时间相当长，电动机的温度在此过程中足以降到和周围空气温度一样。周期性断续工作制：电机的工作时间和停歇时间相互交替，在此过程中电机的温度来不及上升到与负载相对应的稳定值，而停歇时间内却又来不及冷却到与周围空气温度一致。14.2不同工作制下电动机容量的选择一、负载功率恒定时连续工作制下电机的选择方法负载功率小于额定功率长期恒定负载运行时电动机容量的选择步骤：计算负载功率按负载功率选择电机的额定功率如果选用鼠笼式异步电机，通常还需要校验其启动能力如果电机的工作环境温度与标准环境温度相差较大，则电机的额度功率应予修正不同环境温度下额定功率的修正方法环境温度303540455055电机功率增减的百分比8%5%0-5%-12.5%-25%

实际额定功率额定功率额定负载时不变损耗与可变损耗之比电机绝缘材料在标准环境温度下的最大允许温升周围环境温度比标准值40度的差海拔对电机的性能影响高海拔一是影响空气的绝缘强度，二是影响散热。对于低压电机，可以不考虑空气的绝缘强度问题，但必须考虑其散热的影响。海拔3600m时，空气密度大约只有1000m以下时的65%左右，使电机工作时的散热大打折扣，如果按海拔1000m以下使用环境设计的电机要直接用于高海拔，必须降容使用，降容的幅度一般取每1000m降3～15%，具体要看电机的冷却设计。可以采取加大冷却风扇的风量来弥补空气密度的降低，使高海拔运行时少降容或者不降容。例题：一台离心式水泵，它与电动机直接连接，流量Q=50m3/h,

总扬程H=15m,转速n=1450r/min,水泵的效率为0.4，试选择电动机。

解：根据上面的式子可求得负载功率为5.1kW

查相应的产品目录，按PN>PL可以选择相应的电机

例题：当环境温度为80，上题中应选那种型号的电机？

例题：一台离心式水泵，它与电动机直接连接，流量Q=720m3/h,

总扬程H=21m,转速n=980r/min,水泵的效率为0.78，传动机构效率0.98，

电机与水泵同轴连接。现有一台电动机，其额定功率55kW，定子电压

380V，额定转速980rpm，问是否能适用？

上堂课知识点回顾:1.电机容量计算的时候要根据哪三个方面的能力进行选型?如何进行校核?2.电机一般有那几种工作制,它们各有何特点?3.我国电机的标准环境温度是多少?当环境温度高于标准温度时，电机的承载能力增加还是减少？4.长期变动负载下的电机选型计算，一般采用那几种等效方法进行计算，这些等效方法的依据是什么？二、长期变动负载运行时电动机容量的选择步骤等效法求出等效功率/转矩/电流根据额定功率大于等效功率选型校核过载能力校核启动能力常用的三种等效法一般采用所谓“等值法”来计算电动机的功率，即把实际的变化负载化成一等效的恒定负载，而两者的温升相同，这样就可根据得到的等效恒定负载来确定电动机的功率。等效电流法：该方法从平均损耗法推导而来，他的基本原理是用一个不变的等效电流代替实际变动着的电流，他们在同一周期内产生的损耗和热量在变换前后相等；等效转矩法：在磁通和功率因子不变时电机的输出转矩一电流成正比；等效功率法:如果电机的转速基本不变，输出功率近似于转矩成正比；例题：由一台电动机直接拖动某生产机械，其转矩变化负载图如图所示，试选择电动机，生产机械要求转速为2950rpm左右14.2.2短时工作制电动机容量的选择

当工作时间过短时，发热已经不成问题时，要校核过载能力和启动能力14.2.3重复短时工作制电机容量选择特点:工作时间tp<(3-4)Th,停车(空载)时间t0<Th’，工作时间内电机的温升不可能达到稳定温升，停车时间内电机的温升还没有下降到零时，下一周期又开始了。暂载率

重复短时工作制电机选型步骤

例题：有一生产机械，其工作负载图如图所示，

其中功率为10kW，工作时间tp=0.75min,停车时间t0=2.34min,

转速为1500r/min左右，如果选用连续工作制的普通电机，应

该选择哪种型号的电机。

14.4电动机容量选择的统计法和类比法统计法：对国内外同类型先进机床的主拖动电动机进行统计和分析，结合我国的生产实际情况，找出电动机容量与机床主要参数之间的关系，并用数学表达式加以表达，作为设计新机床时选择电动机的主要依据。类比法：对经过长期运行考验的同类型生产机械的电动机容量进行调查研究，并对其主要参数和工作条件进行对比，从而确定新设计生产机械所需要电动机的容量。14.5晶闸管供电对电动机的影响晶闸管电源的优点:体积小,重量轻,动作快，可以提高自动化程度，改善产品质量等。缺点：电源有纹波。纹波是指附着在直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压和电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压，是指输出直流电源中含有的工频交流成分。直流电源的获取方法整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo整流电路滤波电路稳压电路1.变压合适工作电压元件耐压,

安全隔离2.整流交流→直流脉动电压3.滤波直流脉动电压→平滑直流电压去交流成分4.稳压稳定输出电压合适的直流电压,

电网波动，负载变化抑制纹波

进一步去交流成分电源纹波在示波器上检测到的情况如图14.8所示电源纹波的缺点：由于产生了脉动磁通，使电机发热增加5-15%；换向性能变差；高次谐波电流使电网中产生较大的谐波压降，从而影响其它电器。因此在交流电机容量选取的时候要适当的选大一点。14.6电动机的种类、电压、转速和结构形式的选择（一）根据负载性质来选择电机的类型（1）调速、启动性能要求不高的场合，优先选用鼠笼式电机；（2）经常启、停，且负载转矩较大，要求调速，应选择先绕式异步电机；对于周期性波动负载的生产机械，为了削平尖峰负载，一般都采用电动机带飞轮工作，这种情况下也应选用先绕式异步电机。（3）对于只需要几种速度而不要求无级调速的生产机械，为了简化变速机构，可选用多速异步电动机；（4）对于要求恒速运行且要补偿电网功率因素的场合，应优先考虑选用同步电机（5）对于需要大启动转矩又要求恒功率调速的生产机械，首先选用直流串励或者复励电机。（6）要求大范围无级调速且经常启停的生产机械，选用调速装置。（二）电动机电压等级的选择电动机的电压等级、相数、频率都要与供电电压相一致。我国生产的电动机额定电压与额定功率的情况如下表所示：电压（V）容量范围(kW)同步电机笼型异步电机绕线型异步电机3803~3200.37~3200.6~3206000250~10000200~5000200~500100001000~10900

直流电机1100.25~1102200.25~3204401.0~500600~870500~4600注意：在前面的章节中我们讲过：鼠笼式异步电机的额定电压有两种：220/380V，/Y接法；380V，接法。若采用Y-降压启动，就必须选用380V，接法的电机（三）电动机额定转速的选择(1)对于不需要调速的高转速与中转速的机械,一般应选相应额定转速的异步电机或同步电机,直接与机械相联(2)对于不需要调速的低速运转的机械,一般是选用适当转速的电动机通过减速机构来传动,但电机额定转速也不宜过高,否则减速机构会很庞大(3)对于需要调速的机械，电动机的最高转速应与生产机械的最高转速相适应，采用直接转动或者减速机构来传动(4)对于经常启动、制动和反转的生产机械，要着中考虑缩短过渡时间（四）电机结构形式的选择(1)开启式(2)防护式(3)封闭式(4)防爆式例