電機拖動(電動機容量的選擇)

1、電機與拖動電機與拖動第第 十十 章章 電電 力力 拖拖 動動 系系 統(tǒng)統(tǒng) 中中 電電 動動 機機 的的 選選 擇擇電機與拖動電機與拖動電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇電機與拖動電機與拖動電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇本章要求：掌握決定電動機額定功率的主要因素。掌握決定電動機額定功率的主要因素。掌握確定電動機額定功率的主要方法。掌握確定電動機額定功率的主要方法。了解電動機發(fā)熱及冷卻的規(guī)律。了解電動機發(fā)熱及冷卻的規(guī)律。掌握電動機的工作制。掌握電動機的工作制。能合理的選擇電動機。能合理的選擇電動機。電機與拖動電機與拖動第一節(jié)第一節(jié) 電動機選擇的一般概念電動機

2、選擇的一般概念一、正確選擇電動機的意義一、正確選擇電動機的意義電動機電動機生產(chǎn)機械生產(chǎn)機械TemnTL 電動機選擇要合電動機選擇要合理，主要選擇其功率理，主要選擇其功率PN；其次；其次U,n等。等。 如果如果PN太小，電動機經(jīng)常處于過載下運行，發(fā)熱太小，電動機經(jīng)常處于過載下運行，發(fā)熱嚴重，會損壞。嚴重，會損壞。 如果如果PN太大，電動機經(jīng)常處于輕載下運行，投資太大，電動機經(jīng)常處于輕載下運行，投資大，效率和功率因數(shù)低，會造成浪費。大，效率和功率因數(shù)低，會造成浪費。 選擇電動機功率選擇電動機功率PN的原則：的原則：在滿足負載要求的前在滿足負載要求的前提下，最經(jīng)濟、最合理地決定功率。提下，最經(jīng)濟、最

3、合理地決定功率。電機與拖動電機與拖動二、決定電動機功率二、決定電動機功率PN的主要因素的主要因素 決定電動機功率決定電動機功率PN的主要因素：的主要因素：電動機的發(fā)熱及電動機的發(fā)熱及溫升；過載能力和起動能力。溫升；過載能力和起動能力。 電動機工作時有銅、鐵、摩擦等損耗，這些損耗電動機工作時有銅、鐵、摩擦等損耗，這些損耗變?yōu)闊崮苁闺姍C溫度變?yōu)闊崮苁闺姍C溫度t升高。升高。 當電機溫度當電機溫度t升高到一定極限（電機允許最高溫度）升高到一定極限（電機允許最高溫度）時，其繞組、鐵芯絕緣將迅速老化，遭到損壞，使電時，其繞組、鐵芯絕緣將迅速老化，遭到損壞，使電機壽命大減，嚴重時會直接燒毀電機。機壽命大減，

4、嚴重時會直接燒毀電機。 電機選用的絕緣材料不同，其最高允許溫度不同。電機選用的絕緣材料不同，其最高允許溫度不同。常用絕緣材料，按其耐熱能力分為：常用絕緣材料，按其耐熱能力分為：A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)五級。五級。電機與拖動電機與拖動 電機絕緣材料的最高允許溫度就限制了電機帶負電機絕緣材料的最高允許溫度就限制了電機帶負載的限度，而電動機功率載的限度，而電動機功率PN就代表了該限度；當電動就代表了該限度；當電動機帶額定功率負載運行時，其穩(wěn)定溫度接近絕緣材料機帶額定功率負載運行時，其穩(wěn)定溫度接近絕緣材料的最高允許溫度。的最高允許溫度。 電動機工作時，溫度的

5、升高，一方面取決于電動機工作時，溫度的升高，一方面取決于發(fā)熱發(fā)熱量（量（ p）；另一方面取決于）；另一方面取決于環(huán)境溫度和散熱條件環(huán)境溫度和散熱條件。 電動機的電動機的溫升溫升：電機溫度與環(huán)境溫度之差。電機溫度與環(huán)境溫度之差。 國標規(guī)定電動機國標規(guī)定電動機最高允許溫升最高允許溫升=絕緣材料的最高絕緣材料的最高允許溫度允許溫度-環(huán)境溫度環(huán)境溫度(40)。電機與拖動電機與拖動 選擇電動機功率時，除了考慮溫升外，還要考慮選擇電動機功率時，除了考慮溫升外，還要考慮過載能力和起動能力。過載能力和起動能力。 一般要求電動機帶最大負載力矩和起動負載力矩一般要求電動機帶最大負載力矩和起動負載力矩滿足：滿足：N

6、mmaxLT81. 0T 考慮考慮U波動波動10%，的保險系數(shù)，的保險系數(shù)NTLstTk81. 0T 考慮考慮U波動波動10%，的保險系數(shù)，的保險系數(shù)電動機的額定起動力矩電動機的額定起動力矩電動機的最大電磁力矩電動機的最大電磁力矩電機與拖動電機與拖動第二節(jié)第二節(jié) 電動機的發(fā)熱及冷卻規(guī)律電動機的發(fā)熱及冷卻規(guī)律一、電動機的發(fā)熱過程一、電動機的發(fā)熱過程由能量守恒定律可知：由能量守恒定律可知：產(chǎn)生的熱量產(chǎn)生的熱量=溫升的熱量溫升的熱量+散熱量散熱量dtAcdQdt Q：電動機單位時間發(fā)熱量電動機單位時間發(fā)熱量C：電動機的熱容量，即每升高電動機的熱容量，即每升高1所需熱量所需熱量A：電動機的散熱系數(shù)電動

7、機的散熱系數(shù) ：電動機的溫升電動機的溫升電機與拖動電機與拖動dtAcdQdt 變形為：變形為：sHdtdTdtdAcAQ 非齊次常系數(shù)一階微分方程非齊次常系數(shù)一階微分方程解方程溫升解方程溫升 的解為：設(shè)的解為：設(shè)t=0, = i則溫升則溫升 的解為：的解為：e)(HTtsis TH=C/A，電動機的發(fā)熱時間常數(shù)，電動機的發(fā)熱時間常數(shù) s =Q/A，電動機的穩(wěn)定溫升，電動機的穩(wěn)定溫升 i，電動機的初始溫升，電動機的初始溫升電機與拖動電機與拖動電動機的溫升曲線為：電動機的溫升曲線為： 0t s i4TH 經(jīng)過經(jīng)過(34) TH溫升就可溫升就可達到穩(wěn)定值達到穩(wěn)定值 s。 小電動機小電動機TH=102

8、0分鐘；分鐘；其只需要半小時就能達到穩(wěn)定其只需要半小時就能達到穩(wěn)定溫升溫升 s。 大電動機大電動機TH=30分鐘；其需要兩個小時才能達到分鐘；其需要兩個小時才能達到穩(wěn)定溫升穩(wěn)定溫升 s。電動機的穩(wěn)定溫升電動機的穩(wěn)定溫升 s =Q/A,發(fā)熱量發(fā)熱量Q正比與損耗正比與損耗 p。1、散熱條件（、散熱條件（A）不變時，）不變時，損耗損耗 p增加，穩(wěn)定增加，穩(wěn)定 溫升增加溫升增加。結(jié)論：結(jié)論：2、改善散熱條件（改善散熱條件（A）可以降低穩(wěn)定溫升）可以降低穩(wěn)定溫升。電機與拖動電機與拖動二、電動機的散熱過程二、電動機的散熱過程 電動機達到穩(wěn)定溫升后，如果負載減小或停車，電動機達到穩(wěn)定溫升后，如果負載減小或停

9、車，則電機的發(fā)熱量將減小于散熱量，電機溫度會下降，則電機的發(fā)熱量將減小于散熱量，電機溫度會下降，最后穩(wěn)定于較低的穩(wěn)定溫升。這個溫升下降過程叫最后穩(wěn)定于較低的穩(wěn)定溫升。這個溫升下降過程叫電動機的冷卻。電動機的冷卻。電動機冷卻的溫升方程仍為：電動機冷卻的溫升方程仍為：e)(HTtsis 只是只是 s4TH時，時， = s；否則；否則 4TH， = s。 如：通風機、水泵、紡織機等都選用連續(xù)工作如：通風機、水泵、紡織機等都選用連續(xù)工作制電動機。制電動機。 電動機的負載圖：指電動機的負載圖：指電動機的輸出功率（或轉(zhuǎn)電動機的輸出功率（或轉(zhuǎn)矩）與工作時間的關(guān)系曲線矩）與工作時間的關(guān)系曲線。 生產(chǎn)機械的負載

10、圖：指生產(chǎn)機械生產(chǎn)機械的負載圖：指生產(chǎn)機械的輸出功率的輸出功率（或轉(zhuǎn)矩）與工作時間的關(guān)系曲線（或轉(zhuǎn)矩）與工作時間的關(guān)系曲線。電機與拖動電機與拖動 連續(xù)工作制電動機的負連續(xù)工作制電動機的負載和溫升曲線為：載和溫升曲線為： P0t s4THPN結(jié)論：結(jié)論： 對連續(xù)工作制電動機，對連續(xù)工作制電動機，取使電機取使電機穩(wěn)定溫升穩(wěn)定溫升達到電動達到電動機機絕緣材料最高允許溫升絕緣材料最高允許溫升時時的的輸出功率輸出功率，作為該電動機，作為該電動機的的額定功率額定功率。 輸出功率不同，發(fā)熱量輸出功率不同，發(fā)熱量Q不同，不同， s不同。不同。采油平臺采油平臺電機與拖動電機與拖動二、短時工作制二、短時工作制 短

11、時工作制指：電動機帶恒定負載在給定的短短時工作制指：電動機帶恒定負載在給定的短時間內(nèi)運行，工作時間時間內(nèi)運行，工作時間t 4TH， max s。冷卻后溫升為。冷卻后溫升為0。 如：電動閘門、重型如：電動閘門、重型吊車等都選用短時工作制吊車等都選用短時工作制電動機。電動機。 短時工作制電動機的短時工作制電動機的負載和溫升曲線為：負載和溫升曲線為： P0t sPN m 國標規(guī)定短時工作制標準時限為：國標規(guī)定短時工作制標準時限為：10、30、60、90分鐘。分鐘。電機與拖動電機與拖動結(jié)論：結(jié)論： 短時工作制電動機相應(yīng)工作時限額定功率的規(guī)定：短時工作制電動機相應(yīng)工作時限額定功率的規(guī)定：電動機帶恒定負載

12、運行，取在規(guī)定工作時限內(nèi)電動機帶恒定負載運行，取在規(guī)定工作時限內(nèi)實際達實際達到的最高溫升到的最高溫升等于電動機絕緣材料等于電動機絕緣材料最高允許溫升時的最高允許溫升時的輸出功率輸出功率，作為其額定功率。，作為其額定功率。船船 閘閘 P0t sPN m電機與拖動電機與拖動三、斷時周期工作制三、斷時周期工作制 電動機帶恒定負載運行時間電動機帶恒定負載運行時間tR短，停車時間短，停車時間t0也也短，以短，以(tR + t0)=10min為周期重復(fù)工作。其中為周期重復(fù)工作。其中t0 和和tR都都 4TH。 max s，但冷卻溫升不會下降到，但冷卻溫升不會下降到0；其溫；其溫升在一個小范圍內(nèi)波動。升在一

13、個小范圍內(nèi)波動。斷時周期工作制電動機的負載和溫升曲線為：斷時周期工作制電動機的負載和溫升曲線為： P0t sPN mtRt0電機與拖動電機與拖動 P0t sPN mtRt0負載持續(xù)率負載持續(xù)率Fs：負載運行時間與工作周期之比。：負載運行時間與工作周期之比。%100tttF0RRs 標準負載持續(xù)率標準負載持續(xù)率Fs為：為：15%，25%，40%，60%。電機與拖動電機與拖動 P0t sPN mtRt0結(jié)論：結(jié)論： 工作于斷時周期制的電動機，把在規(guī)定負載持續(xù)工作于斷時周期制的電動機，把在規(guī)定負載持續(xù)率下運行的率下運行的實際達到的最高溫升實際達到的最高溫升等于電動機絕緣材料等于電動機絕緣材料最高允許

14、溫升時的輸出功率最高允許溫升時的輸出功率，作為其額定功率。，作為其額定功率。電機與拖動電機與拖動第四節(jié)第四節(jié) 連續(xù)工作制電動機額定功率的選擇連續(xù)工作制電動機額定功率的選擇連續(xù)工作制電動機的負載分為：恒定負載；變化負載。連續(xù)工作制電動機的負載分為：恒定負載；變化負載。一、恒定負載下電動機容量的選擇一、恒定負載下電動機容量的選擇選擇電動機的額定功率大于等于負載功率。即：選擇電動機的額定功率大于等于負載功率。即：選擇步驟：選擇步驟：1、計算負載功率、計算負載功率PL幾種常見負載幾種常見負載PL的計算公式的計算公式1）直線運動機械的負載功率）直線運動機械的負載功率PL ： VFPLLFL：生產(chǎn)機械的靜

15、阻力，：生產(chǎn)機械的靜阻力，N。V：生產(chǎn)機械的速度，：生產(chǎn)機械的速度，m/s。 ：傳動裝置的效率，直接連接時?。簜鲃友b置的效率，直接連接時取0.951，皮帶傳，皮帶傳 動取動取0.9。LNPP 電機與拖動電機與拖動2）旋轉(zhuǎn)運動機械的負載功率）旋轉(zhuǎn)運動機械的負載功率PL 55. 9nTPLLLTL：生產(chǎn)機械的靜轉(zhuǎn)矩，：生產(chǎn)機械的靜轉(zhuǎn)矩，NmnL ：生產(chǎn)機械的速度，：生產(chǎn)機械的速度，rpm ：傳動裝置的效率：傳動裝置的效率3）泵類機械的負載功率）泵類機械的負載功率PL1LHQP ：泵的流量，：泵的流量，m3/sH ：饋送高度，：饋送高度，m ：傳動裝置的效率：傳動裝置的效率 1：泵的效率：泵的效率低

16、壓離心泵低壓離心泵 10.30.6高壓離心泵高壓離心泵 10.50.8活塞泵活塞泵 10.0.電機與拖動電機與拖動）風機類機械的負載功率）風機類機械的負載功率PL1LhQP ：氣體流量，：氣體流量，m3/sh ：風機壓力，：風機壓力，N/m2 ：傳動裝置的效率：傳動裝置的效率 1：風機的效率：風機的效率大型風機大型風機 10.50.8中型風機中型風機 10.30.5小型風機小型風機 10.20.52、按負載功率、按負載功率PL選擇電動機的額定功率選擇電動機的額定功率P 在環(huán)境溫度為時，在環(huán)境溫度為時，對連續(xù)工作制，選擇電動對連續(xù)工作制，選擇電動機的額定功率機的額定功率P負載功率負載功率PL 。

17、電機與拖動電機與拖動 當環(huán)境溫度不為時，為了合理選擇電動機應(yīng)當環(huán)境溫度不為時，為了合理選擇電動機應(yīng)進行修正。進行修正。)1(1PPsNN ：所選擇電動機的實際輸出功率。：所選擇電動機的實際輸出功率。：環(huán)境溫度為時，所選擇電動機的功率。：環(huán)境溫度為時，所選擇電動機的功率。：實際環(huán)境溫度與之差。：實際環(huán)境溫度與之差。 sN：電機穩(wěn)定溫升。：電機穩(wěn)定溫升。 ：損耗比：損耗比直流機直流機 1籠型異步機籠型異步機 0.50.7大型繞線異步機大型繞線異步機 0.91電機與拖動電機與拖動二、變負載下電動機容量的選擇二、變負載下電動機容量的選擇 電動機帶變負載運行時，其發(fā)熱量也不斷變化，電動機帶變負載運行時，

18、其發(fā)熱量也不斷變化，溫升也不斷變化，但長時運行后，溫升應(yīng)在一個小范溫升也不斷變化，但長時運行后，溫升應(yīng)在一個小范圍內(nèi)波動。圍內(nèi)波動。 選擇電動機的功率，應(yīng)保證運行時最高溫升不超選擇電動機的功率，應(yīng)保證運行時最高溫升不超過電機的最高允許溫升。過電機的最高允許溫升。選擇步驟：選擇步驟：1）計算生產(chǎn)機械功率，繪出生產(chǎn)機械負載圖。）計算生產(chǎn)機械功率，繪出生產(chǎn)機械負載圖。2）預(yù)選電動機功率。）預(yù)選電動機功率。3）計算預(yù)選電動機負載圖。）計算預(yù)選電動機負載圖。4）利用電動機負載圖，進行發(fā)熱、過載、起動校驗。）利用電動機負載圖，進行發(fā)熱、過載、起動校驗。電機與拖動電機與拖動1、預(yù)選電動機功率、預(yù)選電動機功率

19、1）可以根據(jù)經(jīng)驗或參考類似系統(tǒng)來預(yù)選功率。）可以根據(jù)經(jīng)驗或參考類似系統(tǒng)來預(yù)選功率。2）利用生產(chǎn)機械的平均功率來預(yù)選功率。）利用生產(chǎn)機械的平均功率來預(yù)選功率。生產(chǎn)機械的負載圖，在變化周期生產(chǎn)機械的負載圖，在變化周期tC內(nèi)，負載變化內(nèi)，負載變化n次。次。 P0tP2t1t2t3t4P1P3P4432144332211LavtttttPtPtPtPP 預(yù)選電動機功率：預(yù)選電動機功率： PN=(1.11.6) PLav電機與拖動電機與拖動2、發(fā)熱校驗、發(fā)熱校驗 直接用溫升曲線來校驗溫升，很困難，因為直接用溫升曲線來校驗溫升，很困難，因為TH不不知道；需要用其他方法間接校驗溫升。知道；需要用其他方法間接

20、校驗溫升。（1）平均損耗法）平均損耗法原理：原理：電機發(fā)熱量電機發(fā)熱量Q正比于損耗。所以只要電機的平正比于損耗。所以只要電機的平 均損耗不超過額定損耗，其溫升就不會超過容均損耗不超過額定損耗，其溫升就不會超過容 許溫升。許溫升。步驟：步驟： a、利用電動機負載圖和預(yù)選電動機效率曲線，、利用電動機負載圖和預(yù)選電動機效率曲線， 求出每段時間的損耗功率。求出每段時間的損耗功率。b、計算平均損耗、計算平均損耗cnn2211avttptptpp 電機與拖動電機與拖動c、發(fā)熱校驗條件、發(fā)熱校驗條件校校驗驗通通過過時時當當,ppNav （2）等效電流法）等效電流法原理：原理：用一個等效電流用一個等效電流Ie

21、q來代替實際電流，兩者發(fā)熱來代替實際電流，兩者發(fā)熱 相等。如果預(yù)選電機的在變化負載下等效電流相等。如果預(yù)選電機的在變化負載下等效電流 Ieq IN ，則預(yù)選電機合適。，則預(yù)選電機合適。步驟：步驟：a、繪制電動機負載電流圖。、繪制電動機負載電流圖。b、計算等效電流。、計算等效電流。 n1kkk2ceqtIt1I電機與拖動電機與拖動c、發(fā)熱校驗條件、發(fā)熱校驗條件校校驗驗通通過過時時當當,IINeq （3）等效轉(zhuǎn)矩法（僅用于）等效轉(zhuǎn)矩法（僅用于力矩力矩T正比電流正比電流I場合）場合）原理：原理：用一個等效轉(zhuǎn)矩用一個等效轉(zhuǎn)矩Teq來代替實際轉(zhuǎn)矩，兩者發(fā)熱來代替實際轉(zhuǎn)矩，兩者發(fā)熱 相等。如果預(yù)選電機的在變化負載下等效轉(zhuǎn)矩相等。如果預(yù)選電機的在變化負載下等效轉(zhuǎn)矩 Teq TN ，則預(yù)選電機合適。，則預(yù)選電機合適。 n1k