電動(dòng)機(jī)的容量選擇

1、電動(dòng)機(jī)的容量選擇第一頁(yè)，共20頁(yè)。9.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻規(guī)律9.2.1電動(dòng)機(jī)的熱平衡方程式電機(jī)與拖動(dòng) 電機(jī)在工作時(shí)內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量，一部分散發(fā)到周圍介質(zhì)中去，另一部分則積存在電機(jī)內(nèi)部，使溫度升高。根據(jù)能量平衡關(guān)系，在任何一段時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量總是等于電動(dòng)機(jī)本身用于溫度升高所吸收的熱量與散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的熱量之和。據(jù)此可寫出電動(dòng)機(jī)的熱量平衡方程式：式中，Q電動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量，單位為焦/秒； A電動(dòng)機(jī)的散熱率，即當(dāng)電動(dòng)機(jī)溫度與周圍環(huán)境溫度相差1oC 時(shí)，每秒鐘內(nèi)散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的熱量，單位為卡秒度； C電動(dòng)機(jī)的熱容量，即電動(dòng)機(jī)溫度升高1oC時(shí)所吸收的熱量， 單位為卡度；

2、電動(dòng)機(jī)的溫升，即電動(dòng)機(jī)的溫度超過(guò)周圍環(huán)境溫度的度數(shù)。 (9-3)第二頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng) 將等式(9-3)兩邊同除以 ，并令 、 ，且考慮到初始條件為t=0時(shí)，起始溫升為 ， 則得方程的解為 （9-4） 若電機(jī)投入時(shí)的溫度等于周圍環(huán)境溫度，即t=0 時(shí)，起始溫升 ， 則（9-4）式變?yōu)?（9-5）9.2.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過(guò)程、 式中， 為電機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。 為電機(jī)的穩(wěn)定溫升. 在圖9-1中繪出對(duì)應(yīng)式（9-4）（特性1）及式（9-5）（特性2） 的 曲線。 圖9-1電動(dòng)機(jī)發(fā)熱過(guò)程的溫升曲線第三頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng) 仿照電動(dòng)機(jī)發(fā)熱過(guò)程的分析方法，可得到電動(dòng)機(jī)冷卻過(guò)程的溫升變化方程式與式（9

3、-4）相同，其中 為冷卻開始時(shí)的溫升，而 為降低負(fù)載后的穩(wěn)定溫升。這種情況下的溫升變化曲線見圖9-2中的特性1。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)自電網(wǎng)斷開時(shí)， ，使 ，則停機(jī)過(guò)程的溫升表達(dá)式為 （9-6）9.2.3電動(dòng)機(jī)的冷卻過(guò)程、 圖9-2電動(dòng)機(jī)冷卻過(guò)程的溫升曲線第四頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)1、連續(xù)工作制 連續(xù)工作制也稱作長(zhǎng)期工作制，其特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的連續(xù)工作時(shí)間 ，運(yùn)行中電機(jī)的溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值 ，屬于這類生產(chǎn)機(jī)械的有水泵、鼓風(fēng)機(jī)、機(jī)床主拖動(dòng)等。其典型的負(fù)載圖和溫升曲線如圖9-3所示。9.2.4電動(dòng)機(jī)的工作方式、 圖9-3連續(xù)工作制的負(fù)載圖和溫升曲線2、短時(shí)工作制 短時(shí)工作制電機(jī)的特點(diǎn)是工作時(shí)間較短， ，停車時(shí)間

4、較長(zhǎng) ，即工作時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，而停車時(shí)溫升可下降到零屬于這類生產(chǎn)機(jī)械的有：水閘閘門啟閉機(jī)、機(jī)床夾緊裝置等。其典型的負(fù)載圖和溫升曲線如圖9-4所示。圖9-4短時(shí)工作制的負(fù)載圖和溫升曲線第五頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)3、周期性斷續(xù)工作制 周期性斷續(xù)工作制也稱作重復(fù)短時(shí)工作制。其工作特點(diǎn)是工作時(shí)間tg和停歇時(shí)間to周期性輪流交替，而且兩段時(shí)間都較短 ， 其典型的負(fù)載圖和溫升曲線如圖9-5所示。9.2.4電動(dòng)機(jī)的工作方式、 圖9-5斷續(xù)周期工作制的負(fù)載圖和溫升曲線 在周期性斷續(xù)工作方式中負(fù)載工作時(shí)間與整個(gè)周期之比稱為負(fù)載持續(xù)率ZC%，即 (9-6) 我國(guó)生產(chǎn)的周期性斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，規(guī)定的

5、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%四種，同時(shí)規(guī)定一個(gè)周期的總時(shí)間 。第六頁(yè)，共20頁(yè)。9.3連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇9.3.1連續(xù)恒定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)容量的選擇電機(jī)與拖動(dòng) 連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載可分為兩類，即恒定負(fù)載與周期性變化負(fù)載，對(duì)連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇，主要從發(fā)熱方面考慮。 如果電動(dòng)機(jī)周圍的環(huán)境溫度 是標(biāo)準(zhǔn)溫度40oC，則要求 即可保證電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)的實(shí)際穩(wěn)定溫升 低于絕緣材料的最高允許溫升 ，發(fā)熱不會(huì)有問(wèn)題。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流較大，但起動(dòng)時(shí)間較短，對(duì)溫升影響不大，可不予考慮。如果選用籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，一般還需校驗(yàn)其起動(dòng)能力。 如果電動(dòng)機(jī)周圍的環(huán)境溫度 不是標(biāo)準(zhǔn)溫度40oC

6、，為了充分和可靠的利用電動(dòng)機(jī)，預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率 應(yīng)按（9-8）式修正。（9-8） 式中， 為電機(jī)絕緣材料允許的最高溫度； 為不變損耗與可變損耗之比。 第七頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇、 圖9-6周期性變化負(fù)載下的損耗曲線及溫升曲線 電機(jī)在變動(dòng)負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，它的輸出功率是不斷的變化的，因而電機(jī)的損耗以及它所產(chǎn)生的熱量也在不斷地變化。電機(jī)的發(fā)熱和溫升也在波動(dòng)，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，其溫升即達(dá)到一種穩(wěn)定的波動(dòng)狀態(tài)，如圖9-6所示。 電動(dòng)機(jī)容量選擇的一般步驟如下： （1）首先根據(jù)生產(chǎn)工藝過(guò)程，作出生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖(折算到電動(dòng)機(jī)軸上) 。利用生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖可以

7、求負(fù)載的平均功率 或平均轉(zhuǎn)矩 ，即= (9-10)= (9-11)第八頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇 （2）按經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)選電動(dòng)機(jī)。其額定功率可選為： （3）做預(yù)選電機(jī)的負(fù)載圖 、或 、或 、或 。如做電動(dòng)機(jī)的損耗負(fù)載圖 ，按式 計(jì)算出各工作段的損耗 、 ，如圖9-6所示，其中各工作段的效率 可查預(yù)選電機(jī)的效率曲線。= （4）進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。 選擇一種合適的校驗(yàn)方法，算出平均損耗 ，或電流的等效值 ，或轉(zhuǎn)矩的等效值 或功率的等效值 ，如果計(jì)算值小于或等于預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定值，則發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)，預(yù)選電動(dòng)機(jī)合格。如果計(jì)算值大于預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定值，則需另選電機(jī)，重新進(jìn)行

8、發(fā)熱校驗(yàn)，直到滿足要求為止。（5）過(guò)載能力和起動(dòng)能力的校驗(yàn) 若過(guò)載能力和起動(dòng)能力不滿足要求，則應(yīng)重新選擇過(guò)載能力和起動(dòng)能力滿足要求的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)容量選擇的一般步驟如下：第九頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇 （1）平均損耗法 用平均損耗功率 來(lái)代替平均溫升 來(lái)校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。 先由電動(dòng)機(jī)的損耗負(fù)載圖（如圖9-6所示）計(jì)算平均損耗 (9-12) 若 略小于 ，則發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)，而且電動(dòng)機(jī)得到充分利用。 若 ，說(shuō)明預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率太小，發(fā)熱校驗(yàn)沒有通過(guò)，應(yīng)重選額定功率大的電動(dòng)機(jī)再檢驗(yàn)。 若 ，預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率太大，電機(jī)得不到充分應(yīng)用，可重選額定功率小的電動(dòng)機(jī)再檢驗(yàn)。

9、= 平均損耗法可用于各種電機(jī)的大多數(shù)工作情況的發(fā)熱校驗(yàn)，但計(jì)算步驟較為復(fù)雜，一般情況下可采用下列各種等效法。發(fā)熱校驗(yàn)常用的方法有平均損耗法和各種等效法，現(xiàn)介紹如下：第十頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇 只要上式中的等效電流 略小于預(yù)選電機(jī)的額定電流 ，電機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)即可通過(guò)。（3）等效轉(zhuǎn)矩法 如果電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比，則式（9-16）可以寫成轉(zhuǎn)矩形式 (9-17)式中， 為等效轉(zhuǎn)矩； 為第i級(jí)的轉(zhuǎn)矩。 如果 略小于 ，則發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)。（2）等效電流法 等效電流法是從平均損耗法推導(dǎo)而來(lái)的，它的基本原理是用一個(gè)不變的等效電流 來(lái)代替實(shí)際變動(dòng)的電流。 經(jīng)推導(dǎo)得：

10、 (9-16)第十一頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇 （4）等效功率法 如果整個(gè)工作期間轉(zhuǎn)速基本不變，由式 可知，輸出功率P與轉(zhuǎn)矩T成正比，則式（9-17）可表示為 (9-18)式中， 為電動(dòng)機(jī)功率負(fù)載圖中第i段的功率。 如果 略小于 ，則發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)。第十二頁(yè)，共20頁(yè)。9.4短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇9.4.1選用連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)電機(jī)與拖動(dòng) 對(duì)于短時(shí)工作方式，可以選用為長(zhǎng)期工作而設(shè)計(jì)的連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，也可以選用專門為短時(shí)工作方式而設(shè)計(jì)的短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)。 對(duì)于圖9-9所示的短時(shí)工作負(fù)載，由于工作時(shí)間 很短，如果根據(jù) 略大于 來(lái)選擇連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的額定

11、功率的話，則在工作結(jié)束時(shí)，電機(jī)的實(shí)際溫升 顯然低于該電機(jī)絕緣材料的允許溫升 ，見圖9-9溫升曲線2，從發(fā)熱觀點(diǎn)看，電機(jī)未能得到充分利用。為此，可以選用額定功率 的連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，讓電動(dòng)機(jī)在 時(shí)間內(nèi)過(guò)載運(yùn)行，電機(jī)的溫升沿曲線1上升，當(dāng) 時(shí)，電機(jī)的溫升正好等于長(zhǎng)期工作時(shí)的穩(wěn)定穩(wěn)升，即 ，這樣，電機(jī)既不會(huì)過(guò)熱，又能在發(fā)熱上得到充分利用。圖9-9短時(shí)工作制的功率及溫升曲線第十三頁(yè)，共20頁(yè)。9.4.1選用連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)電機(jī)與拖動(dòng) 經(jīng)推導(dǎo)可得： 對(duì)于負(fù)載功率為 且工作時(shí)間為 的短時(shí)工作負(fù)載，可按式(9-24)選用合適的連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)。所選用連續(xù)工作制電機(jī)的額定功率要略大于由式（9-24）所計(jì)算出的

12、值。（9-24）第十四頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)9.4.2選用專為短時(shí)工作而設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī) 我國(guó)電機(jī)制造工業(yè)部門，專門為短時(shí)工作方式設(shè)計(jì)制造了短時(shí)工作制電機(jī)，其工作時(shí)間規(guī)定為30min、60min和90min。每一種又有不同功率和不向轉(zhuǎn)速。因此可以根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的功率、工作時(shí)間及轉(zhuǎn)速要求，從產(chǎn)品目錄中直接選用不同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)。 如果實(shí)際工作時(shí)間 與標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間 相同，只需按式 選擇即可，不必再校核發(fā)熱。 如果短時(shí)負(fù)載也是一種變動(dòng)的負(fù)載，應(yīng)該首先算出變動(dòng)負(fù)載的等效功率，然后選取其額定功率略大于等效功率的電動(dòng)機(jī)，并校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力與起動(dòng)能力，專供短時(shí)工作制使用的電動(dòng)機(jī)一般具有較大的過(guò)載能力與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

13、。 如果實(shí)際工作時(shí)間 與標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間 不相同，則應(yīng)該進(jìn)行功率換算，把 下的功率 換算為 下的功率 ，再按 的大小選擇合適規(guī)格的電動(dòng)機(jī)。第十五頁(yè)，共20頁(yè)。電機(jī)與拖動(dòng)9.4.2選用專為短時(shí)工作而設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī) 經(jīng)推導(dǎo)得： 當(dāng) 與 相差不太大時(shí)， 可將 忽略不計(jì)，得 （9-28） 換算時(shí)，應(yīng)選取與 最相近的 代入上式，然后選取短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)的額定功率略大于由式（9-28）所計(jì)算出的值即可。 (9-27)第十六頁(yè)，共20頁(yè)。9.5周期性斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇電機(jī)與拖動(dòng) 電機(jī)制造廠專門設(shè)計(jì)了周期性斷續(xù)工作制的電機(jī)。這種電機(jī)的特點(diǎn)是起動(dòng)能力強(qiáng)、過(guò)載能力大，機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大、飛輪慣量 較小。其負(fù)載持續(xù)

14、率ZC%（ ）規(guī)定為15%、25%、40和60%。（1）計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩或負(fù)載功率，初步確定負(fù)載持續(xù)率ZC%，據(jù)負(fù)載功率及ZC%預(yù)選一臺(tái)周期斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)。如果實(shí)際的負(fù)載持續(xù)率 與標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載持續(xù)率ZC%相同，可按下式預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率 周期性斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量選擇和連續(xù)工作制變化負(fù)載下的功率選擇相似，一般步驟如下： 然后作出該預(yù)選電動(dòng)機(jī)的負(fù)載圖 或 。選擇合適的方法（平均損耗法或各種等效法）進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。第十七頁(yè)，共20頁(yè)。9.5周期性斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇電機(jī)與拖動(dòng)（2）如果實(shí)際的負(fù)載持續(xù)率 與標(biāo)準(zhǔn)值ZC%不同，應(yīng)把實(shí)際負(fù)載持續(xù)率 的等效功率 換算成最接近的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率ZC%時(shí)的功率 ，然后再選擇電機(jī)，最后進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)（平均損耗法或各種等效法）。一般步驟如下：經(jīng)推導(dǎo)得 （9-29） 當(dāng) 與ZC%很接近時(shí)，則得簡(jiǎn)化的換算公式為 （9-30） 如果實(shí)際負(fù)載持續(xù)率 ，可按短時(shí)工作制選擇電機(jī)；如果 ，可按連續(xù)工作制選擇電機(jī)。 如果工作過(guò)程中在某一階段的負(fù)載較大，應(yīng)進(jìn)行過(guò)載能力的校驗(yàn)。對(duì)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，還要進(jìn)行起動(dòng)能力的校驗(yàn)。 第十八頁(yè)，共20頁(yè)。9.6電動(dòng)機(jī)容量選擇的工程方法電機(jī)與拖動(dòng)常用的方法有統(tǒng)計(jì)法和類比法。 機(jī)床制造