電動機(jī)額定功率的選擇教學(xué)課件.ppt

7.1 電動機(jī)額定功率的選擇,額定功率選擇的原則是：所選額定功率要能滿足生產(chǎn)機(jī)械在拖動的各個環(huán)節(jié)（啟動、調(diào)速、制動等）對功率和轉(zhuǎn)矩的要求并在此基礎(chǔ)上使電動機(jī)得到充分利用。 額定功率選擇的方法是：根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械工作時(shí)負(fù)載（轉(zhuǎn)矩、功率、電流）大、小變化特點(diǎn)，預(yù)選電動機(jī)的額定功率，再根據(jù)所選電動機(jī)額定功率校驗(yàn)過載能力和啟動能力。 電動機(jī)額定功率大小是根據(jù)電動機(jī)工作發(fā)熱時(shí)其溫升不超過絕緣材料的允許溫升來確定的，其溫升變化規(guī)律是與工作特點(diǎn)有關(guān)的，同一臺電動機(jī)在不同工作狀態(tài)時(shí)的額定功率大小也是不相同的。,7.1.1 電動機(jī)的發(fā)熱與冷卻,1電動機(jī)的發(fā)熱 電動機(jī)工作時(shí)，其內(nèi)部主要存在鐵損耗、銅損耗及機(jī)械損耗，這些損耗是以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來的，使電動機(jī)發(fā)熱。當(dāng)電動機(jī)的負(fù)載和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，其內(nèi)部的發(fā)熱量在單位時(shí)間內(nèi)是恒定的。電動機(jī)工作時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量有兩方面的作用，一方面由電動機(jī)吸收使其本身的溫度升高，另一方面向周圍環(huán)境散熱?？梢杂靡韵鹿奖硎具@一熱平衡關(guān)系 發(fā)熱量吸熱量散熱量 電動機(jī)溫度的升高，就產(chǎn)生了與周圍環(huán)境的溫度差。我們將電動機(jī)本身的溫度與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（40C）的差值稱為溫升，用 表示。當(dāng)電動機(jī)的溫度升高到某一數(shù)值時(shí)，電動機(jī)內(nèi)部所增加的發(fā)熱量全部向周圍環(huán)境散發(fā)，電動機(jī)本身的溫度不再升高，即溫度達(dá)到了穩(wěn)定值。電動機(jī)的溫度達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)的狀態(tài)稱為熱穩(wěn)定狀態(tài)，對應(yīng)的溫度值稱為穩(wěn)態(tài)溫度，對應(yīng)的溫升稱為穩(wěn)態(tài)溫升。,電動機(jī)的溫升變化過程可以用下列方程式表示 （7-1） 式中 w穩(wěn)態(tài)溫升 0初始溫升，即溫升開始變化時(shí)的數(shù)值 t溫升變化時(shí)間 T熱時(shí)間常數(shù) 熱時(shí)間常數(shù)T只與電動機(jī)的體積和本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，它的大小反映了電動機(jī)達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)前的溫升變化速度。T越小，溫升變化越快；T越大，溫升變化越慢。 根據(jù)式（7-1）可以作出電動機(jī)發(fā)熱過程的溫升變化曲線，如圖7.1所示。可見，電動機(jī)的溫升是按指數(shù)規(guī)律變化的。,曲線1對應(yīng)于電動機(jī)初始溫升為零的情況，即溫升從電動機(jī)啟動時(shí)開始升高。曲線2對應(yīng)于電動機(jī)初始溫升不為零的情況，即溫升從電動機(jī)的負(fù)載增加時(shí)開始升高。由圖7.1看出，發(fā)熱過程開始時(shí)，初始溫升較小，即電動機(jī)與周圍環(huán)境的溫度差較小，向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量較少，電動機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量大部分被電動機(jī)吸收，使電動機(jī)的溫升增加較快。初始溫升越小，溫升增加得越快。隨著溫升的增加，電動機(jī)與周圍環(huán)境的溫度差逐步增大，向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量隨之逐步增加，使電動機(jī)的溫升增加速度逐步減慢。如此一直到使電動機(jī)的溫升達(dá)到穩(wěn)定值，發(fā)熱過程結(jié)束。,圖7.1 電動機(jī)發(fā)熱過程的溫升變化曲線,在構(gòu)成電動機(jī)的所有材料中，絕緣材料的耐熱性能是最差的，而絕緣材料又是電動機(jī)中最重要的材料之一。電動機(jī)工作時(shí)，如果絕緣材料因溫度過高而損壞，那么電動機(jī)的繞組中將出現(xiàn)匝間或相間短路現(xiàn)象，使電動機(jī)不能正常運(yùn)行，甚至被燒毀。各種絕緣材料的耐熱性能不盡相同。為使電動機(jī)能達(dá)到正常的使用年限（約為20年），規(guī)定了各種絕緣材料的工作溫度不能超過某一數(shù)值，即不能超過允許的最高工作溫度值。通常將各種絕緣材料對應(yīng)的允許最高工作溫度值用絕緣材料等級來表示，電動機(jī)有A，E，B，F(xiàn)，H等五級，如表7.1所示。 電動機(jī)工作時(shí)，如果其內(nèi)部溫度超過絕緣材料允許的最高工作溫度值時(shí)，絕緣材料的老化速度將加快。超過的溫度差值越大，絕緣材料的老化速度越快。當(dāng)電動機(jī)的溫度太高時(shí)，絕緣材料將被燒壞。,表7.1 電動機(jī)絕緣材料等級,2電動機(jī)的冷卻,當(dāng)初始溫升大于穩(wěn)態(tài)溫升時(shí)的溫升變化過程，就是電動機(jī)的冷卻過程。根據(jù)式（7-1）可以做出電動機(jī)冷卻過程的溫升變化曲線，如圖7.2所示。曲線1對應(yīng)于電動機(jī)穩(wěn)態(tài)溫升為零的情況，即溫升從電動機(jī)脫離電源時(shí)開始降低，直至降到零。曲線2對應(yīng)于電動機(jī)穩(wěn)態(tài)溫升下降到某一穩(wěn)態(tài)溫升值的情況，即溫升從電動機(jī)負(fù)載減小時(shí)開始降低，直至降到負(fù)載減小后所對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)溫升值。,圖7.2 電動機(jī)冷卻過程的溫升變化曲線,由圖7.2看出，冷卻開始時(shí)，初始溫升較大，即電動機(jī)與周圍環(huán)境的溫度差較大，向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量較多，使電動機(jī)的溫升降低較快。隨著溫升的降低，電動機(jī)與周圍環(huán)境的溫度差逐步減小，向周圍環(huán)境散發(fā)的熱量隨之逐步減少，使電動機(jī)的溫升下降速度逐步減慢。如此一直到使電動機(jī)的溫升達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，冷卻過程結(jié)束。,圖7.2 電動機(jī)冷卻過程 的溫升變化曲線,7.1.2 電動機(jī)的工作制,為了在不同情況下方便用戶選擇電動機(jī)功率并使所選的電動機(jī)得到充分利用，根據(jù)電動機(jī)工作時(shí)的發(fā)熱特點(diǎn)，把電動機(jī)分成連續(xù)、短時(shí)、周期斷續(xù)三種工作制。 （1）連續(xù)工作制 連續(xù)工作制是指電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間tL很長，電動機(jī)的溫升可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫升的工作方式。連續(xù)工作制電動機(jī)在銘牌上標(biāo)注S1或一般不在銘牌上標(biāo)明工作制，連續(xù)工作制的電動機(jī)在生產(chǎn)實(shí)際中的使用很廣泛。 （2）短時(shí)工作制 短時(shí)工作制是指電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間tL很短，使電動機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)溫升；停機(jī)時(shí)間t0很長，使電動機(jī)的溫升可以降到零的工作方式。短時(shí)工作制的電動機(jī)銘牌上的標(biāo)注為S2，我國的短時(shí)工作制電動機(jī)的運(yùn)行時(shí)間有15min, 30min, 60min, 90min四種定額。拖動閘門的電動機(jī)常采用短時(shí)工作制電動機(jī)。,（3）周期斷續(xù)工作制 周期斷續(xù)工作制是指電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間tL很短，使電動機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時(shí)間t0也很短，使電動機(jī)的溫升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。工作時(shí)間占工作周期的百分比稱為負(fù)載持續(xù)率，用FC %表示。 FC % 100 % （7-2） 我國的周期斷續(xù)工作制電動機(jī)的負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%、60% 四種定額。周期斷續(xù)工作制的電動機(jī)銘牌上的標(biāo)注為S3。要求頻繁啟動、制動的電動機(jī)常采用周期斷續(xù)工作制電動機(jī)，如拖動電梯、起重機(jī)的電動機(jī)等。 圖7.3是三種工作制電動機(jī)的溫升變化曲線。,（a）連續(xù)工作制 （b）短時(shí)工作制 （c）周期斷續(xù)工作制,圖7.3 電動機(jī)三種工作制的溫升變化曲線,7.1.3 電動機(jī)額定功率的選擇,電動機(jī)額定功率的選擇是根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載圖計(jì)算出負(fù)載功率PL，然后根據(jù)PL預(yù)選電動機(jī)，最后校驗(yàn)預(yù)選電動機(jī)的過載能力和啟動能力。 1負(fù)載功率的確定 由于實(shí)際的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載大多是隨時(shí)間周期變化的負(fù)載，現(xiàn)以此類負(fù)載為例說明。 （1）靜負(fù)載功率的確定 對直線運(yùn)動的生產(chǎn)機(jī)械，有 （7-3） 式中 生產(chǎn)機(jī)械的靜負(fù)載力 生產(chǎn)機(jī)械的線速度 對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的生產(chǎn)機(jī)械，有 （7-4） 式中 靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩 n 轉(zhuǎn)速,（2）周期變化負(fù)載的平均功率 圖7.4是一個周期內(nèi)變動的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載圖，據(jù)此圖得出變化負(fù)載的平均功率為 （7-5） 式中 各段靜負(fù)載功率 各段負(fù)載的持續(xù)時(shí)間,圖7.4 周期變化負(fù)載圖,2電動機(jī)額定功率的預(yù)選,電動機(jī)吸收電源的功率既要轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率供給負(fù)載，又要消耗在電動機(jī)內(nèi)部。電動機(jī)內(nèi)部有不變損耗和可變損耗。不變損耗不隨負(fù)載電流的變化而變化，可變損耗與負(fù)載電流有關(guān)、與負(fù)載電流平方成正比。負(fù)載電流增大時(shí)，可變損耗要增大，電動機(jī)的額定功率也要相應(yīng)地選大些。式（7-5）沒有反映出啟、制動時(shí)因負(fù)載電流增加而要求預(yù)選電動機(jī)額定功率增大的問題。實(shí)際預(yù)選電動機(jī)額定功率時(shí)，應(yīng)先將 擴(kuò)大1.11.6倍，再行預(yù)選。使 （7-6） 系數(shù)1.11.6的取值由實(shí)際起、制動時(shí)間占整個工作周期的比重來決定。所占比重大時(shí)，系數(shù)可適當(dāng)取得大一些。,各種工作制電動機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)的方法基本相同，有以下四種，現(xiàn)以連續(xù)工作制電動機(jī)為例加以說明。 （1）平均損耗法 首先，根據(jù)預(yù)選電動機(jī)的效率曲線，計(jì)算出電動機(jī)帶各段負(fù)載時(shí)對應(yīng)的損耗功率 ，然后計(jì)算平均損耗功率 。 只要電動機(jī)帶負(fù)載時(shí)的實(shí)際平均損耗功率 小于或等于其額定損耗 ，即 ，則電動機(jī)運(yùn)行時(shí)實(shí)際達(dá)到的穩(wěn)態(tài)溫 升 不會超過其額定溫升 ，即 ，電動機(jī)的發(fā)熱條件得到充分利用。 （2）等效電流法 假定不變損耗和電阻均為常數(shù)，則電動機(jī)帶各段負(fù)載時(shí)的損耗與其對應(yīng)的電動機(jī)電流平方成正比，由式（7-7）得等效電流 （7-7） 只要 ，則電動機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)通過。 注意：深槽和雙籠轉(zhuǎn)子異步機(jī)不能采用等效電流法進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，因?yàn)槠洳蛔儞p耗和電阻在啟、制動期間不是常數(shù)。,（3）等效轉(zhuǎn)矩法 假定不變損耗、電阻、主磁通及異步電動機(jī)的功率因數(shù)為常數(shù)時(shí)，則電動機(jī)帶各段負(fù)載時(shí)的電動機(jī)電流與其對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 ， 成正比，由式（7-7）得等效轉(zhuǎn)矩 （7-8） 只要 ，則電動機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)通過。 注意：串勵直流電動機(jī)、復(fù)勵直流電動機(jī)不能用等效轉(zhuǎn)矩法進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，因?yàn)槠湄?fù)載變化時(shí)的主磁通不為常數(shù)。經(jīng)常啟、制動的異步電動機(jī)也不能用等效轉(zhuǎn)矩法進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，因?yàn)槠鋯?、制動時(shí)的功率因數(shù)不為常數(shù)。 （4）等效功率法 假定不變損耗、電阻、主磁通、異步電動機(jī)的功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速為常數(shù)時(shí)，則電動機(jī)帶各段負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩與其對應(yīng)的輸出功率 , 成正比，由式（7-8）得等效功率 （7-9） 只要 ，則電動機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)通過。 注意：需要頻繁啟動、制動時(shí)，一般不用等效功率法進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)；只有次數(shù)很少的啟、制動時(shí)，應(yīng)先把啟、制動各段對應(yīng)的功率修正為 ，再進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，其中，n為各啟、制動階段平均轉(zhuǎn)速，且 。,對自冷式連續(xù)工作制電動機(jī)，因啟、制動及停車時(shí)的速度變化而使散熱條件變差，以致電動機(jī)的發(fā)熱量增加。應(yīng)將式（7-5）式（7-9）的分母中的啟、制動時(shí)間乘以啟、制動冷卻惡化系數(shù)，停車時(shí)間乘以停車?yán)鋮s惡化系數(shù)，然后再進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。對直流電動機(jī)，取 = 0.75、 = 0.5，對交流電動機(jī)，取 = 0.5、 =0.25。,3電動機(jī)額定功率的修正,電動機(jī)的額定功率 ，是指電動機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度（40）、在規(guī)定的工作制和定額下，能夠連續(xù)輸出的最大機(jī)械功率，以保證其使用壽命。 如果所有的實(shí)際情況與規(guī)定條件相同，只要電動機(jī)的額定功率 大于負(fù)載的實(shí)際功率 ，就會使電動機(jī)運(yùn)行時(shí)實(shí)際達(dá)到的穩(wěn)態(tài)溫升 約等于額定溫升 ，既能使電動機(jī)的發(fā)熱條件得到充分利用，又能使電動機(jī)達(dá)到規(guī)定的使用年限。但是，實(shí)際情況與規(guī)定的條件往往不盡相同。在保證電動機(jī)能達(dá)到規(guī)定的使用年限的前提下，如果實(shí)際環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度不同、實(shí)際工作制與規(guī)定的工作方式不同、實(shí)際的短時(shí)定額與規(guī)定的短時(shí)定額不同、實(shí)際的斷續(xù)定額與規(guī)定的斷續(xù)定額不同，那么在選擇電動機(jī)的額定功率 時(shí)，可先對電動機(jī)的額定功率 進(jìn)行修正，使電動機(jī)的額定功率 小于或大于實(shí)際負(fù)載功率 。,這樣選擇電動機(jī)，不會因額定功率 選得過大而使電動機(jī)的發(fā)熱條件得不到充分利用，也不會因額定功率 選得過小而導(dǎo)致電動機(jī)過載運(yùn)行而縮短使用年限、甚至損壞。 連續(xù)工作制的電動機(jī)按連續(xù)工作制工作時(shí)，實(shí)際環(huán)境溫度 不等于40時(shí)，電動機(jī)額定功率 的修正值 （7-10） 式中 額定溫升 k損耗比，即不變損耗與可變損耗之比 通過式（7-10）即可計(jì)算電動機(jī)在實(shí)際環(huán)溫 時(shí)的額定功率 ，顯然40時(shí)， ；40時(shí)， 。 根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)踐，在周圍環(huán)境溫度不同時(shí)，電動機(jī)的額定功率可按表7.2相應(yīng)增減。,表7.2 不同環(huán)境溫度下，電動機(jī)額定功率的修正,連續(xù)工作制的電動機(jī)按短時(shí)工作方式運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)額定功率 的修正值 為 （7-11） 連續(xù)工作制的電動機(jī)按周期斷續(xù)工作方式運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)額定功率 的修正值 為 （7-12） 短時(shí)工作制電動機(jī)的實(shí)際工作時(shí)間 與短時(shí)定額 不同時(shí)，電動機(jī)額定功率 的修正值 為 （7-13） 周期斷續(xù)工作制電動機(jī)的實(shí)際負(fù)載持續(xù)率FCL%與斷續(xù)定額FCN%不同時(shí)，電動機(jī)額定功率 的修正值 為 （7-14） 另外，短時(shí)工作制電動機(jī)與周期斷續(xù)工作制電動機(jī)可以在一定條件下相互替用，短時(shí)定額與斷續(xù)定額的對應(yīng)關(guān)系近似為：30 min相當(dāng)于是15%，60 min相當(dāng)于25%，90 min相當(dāng)于40%。,4過載能力和啟動能力的校驗(yàn),為適應(yīng)負(fù)載的波動，電動機(jī)必須要具有一定的過載能力。在承受短時(shí)大負(fù)載沖擊時(shí)，由于熱慣性，溫升增大并