機(jī)電傳動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制 教學(xué)課件 作者 范國偉 第6章 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇

第6章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)選擇范國偉安徽工業(yè)大學(xué)第6章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)選擇范國偉16.1電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與工作方式為電力拖動(dòng)系統(tǒng)選配合適的電動(dòng)機(jī)，才能保證系統(tǒng)可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。本項(xiàng)目首先介紹電動(dòng)機(jī)選擇的一般內(nèi)容，然后重點(diǎn)討論電動(dòng)機(jī)功率選擇的相關(guān)問題，如電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和冷卻規(guī)律，電動(dòng)機(jī)有哪幾種工作制，電動(dòng)機(jī)的額定功率是如何確定的以及如何用計(jì)算法選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率等6.1電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與工作方式為電力拖動(dòng)系統(tǒng)選配合適的電動(dòng)21.電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容電動(dòng)機(jī)的選擇主要包含以下內(nèi)容:1)類型的選擇2)功率的選擇3)電壓的選擇4)轉(zhuǎn)速的選擇5)外型結(jié)構(gòu)的選擇6)安裝型式的選擇7)工作制的選擇8)型號的選擇1.電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容電動(dòng)機(jī)的選擇主要包含以下內(nèi)容:32.電機(jī)的發(fā)熱和冷卻電動(dòng)機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部各處均要產(chǎn)生功率損耗。功率損耗的存在不僅降低了電動(dòng)機(jī)的效率，影響了電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且各種能耗最終轉(zhuǎn)換為熱能，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度升高，這將影響到所用絕緣材料的使用壽命（電動(dòng)機(jī)中耐熱能力最差的是繞組的絕緣材料）嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)。2.電機(jī)的發(fā)熱和冷卻電動(dòng)機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部各處均43.電機(jī)的工作制電機(jī)的發(fā)熱和冷卻情況既與負(fù)載的大小有關(guān)，也與負(fù)載持續(xù)時(shí)間的長短有關(guān)。按照電機(jī)發(fā)熱和冷卻情況的不同，我國國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電機(jī)有九種工作制。其中前三種是基本的工作制，后六種是特殊的工作制。這節(jié)將重點(diǎn)介紹前三種。3.電機(jī)的工作制電機(jī)的發(fā)熱和冷卻情況既與負(fù)載的大小有關(guān)5（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continuousrunningduty－type）的代號為S1。這種電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下運(yùn)行的時(shí)間很長，足以使其溫升達(dá)到穩(wěn)定溫升。其負(fù)載曲線和溫升曲線如圖6-2所示。圖中PL表示負(fù)載功率，θs表示連續(xù)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定溫升。通風(fēng)機(jī)、水泵、紡織機(jī)、造紙機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械中的電動(dòng)機(jī)的工作方式與這種工作制基本相同，一般都選用這種工作制的電動(dòng)機(jī)。（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continu6（2）短時(shí)工作制（S2工作制）短時(shí)工作制（short－timeduty－type）的為S2。這種電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下按給定的時(shí)間運(yùn)行，該時(shí)間不足以使電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定溫升。隨之?dāng)嚯娡＾D(zhuǎn)足夠的時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)再度冷卻到溫升降至2K以下。其負(fù)載曲線和溫升曲線如圖6-3所示。圖中θM是電動(dòng)機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)達(dá)到的最高溫升，它小于該負(fù)載下的穩(wěn)定溫升θs（2）短時(shí)工作制（S2工作制）短時(shí)工作制（short－tim7（3）斷續(xù)周期工作制（S3工作制）斷續(xù)周期工作制（intermittentperiodicduty－type）的代號為S3。這種電動(dòng)機(jī)按一系列相同的工作周期運(yùn)行。每一周期包括一段恒定溫升，停轉(zhuǎn)時(shí)，溫升又未降到2K以內(nèi)。經(jīng)過長期運(yùn)行后，最后溫升在某一范圍內(nèi)上下波動(dòng)。其負(fù)載曲線和溫升曲線如圖6-4所示。圖中θH為每個(gè)周期內(nèi)的上限溫升，它小于該負(fù)載下的穩(wěn)定溫升θS；θL為每個(gè)周期內(nèi)的下限溫升，它大于2K。（3）斷續(xù)周期工作制（S3工作制）斷續(xù)周期工作制（int86.2電動(dòng)機(jī)容量選擇基本知識1．電機(jī)額定功率的確定各種電機(jī)銘牌上標(biāo)示的額定功率都是指在規(guī)定的工作制和額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，溫升達(dá)到額定溫升時(shí)的輸出功率。額定溫升的定義是：額定溫升等于電機(jī)允許的最高溫度減去額定的環(huán)境溫度。6.2電動(dòng)機(jī)容量選擇基本知識1．電機(jī)額定功率的確定92．工作制的影響連續(xù)工作制（S1工作制）電動(dòng)機(jī)的額定功率是指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其穩(wěn)定溫升θS等于額定溫升θN時(shí)的輸出功率。短時(shí)工作制（S2工作制）電動(dòng)機(jī)的額定功率是指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其最高溫升θM等于額定溫升θN時(shí)的輸出功率。斷續(xù)周期工作制（S3工作制）電動(dòng)機(jī)的額定功率是指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其上限溫升θH等于額定溫升θN時(shí)的輸出功率。2．工作制的影響連續(xù)工作制（S1工作制）電動(dòng)機(jī)的額定103．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機(jī)的額定功率是對應(yīng)于額定環(huán)境溫度40℃時(shí)的允許輸出功率，因此，當(dāng)環(huán)境溫度低于或高于40℃時(shí)，電機(jī)允許輸出的功率可適當(dāng)增加或減小。增減后的允許輸出功率P2可用下式計(jì)算：3．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機(jī)的額定功率是對應(yīng)于額定環(huán)境溫114．海拔高度的影響按海拔高度不超過1000m設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)，在海拔高度超過1000m的地區(qū)使用時(shí)，允許輸出的功率應(yīng)適當(dāng)降低。因?yàn)楹０卧礁?，空氣越稀薄，散熱越困難。所以，國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：工作地點(diǎn)在海拔4000m以下，以1000m為基準(zhǔn)，每超過100m，ΘN降低1%。粗略估計(jì)，P2約降低0.5%。超過4000m以上時(shí)，θN和P2值由用戶與制造廠協(xié)商確定。4．海拔高度的影響按海拔高度不超過1000m設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)125.恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇從本節(jié)開始將要討論選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的計(jì)算法。本節(jié)先討論電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)載為恒定負(fù)載時(shí)的情況。5.恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇從本節(jié)開始將要討論選擇電136.3選擇電動(dòng)機(jī)容量的基本效驗(yàn)方法電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變動(dòng)時(shí)通常都有周期性，或者可以通過統(tǒng)計(jì)分析的方法將其大體看成是周期性變化的。對于拖動(dòng)這類負(fù)載的電動(dòng)機(jī)，選擇額定功率的步驟如下。⑴求出各段時(shí)間電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率⑵求出平均負(fù)載功率⑶預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率⑷進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)⑸校驗(yàn)過載能力⑹校驗(yàn)起動(dòng)能力⑵求出平均負(fù)載功6.3選擇電動(dòng)機(jī)容量的基本效驗(yàn)方法電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變動(dòng)時(shí)通常都14第6章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)選擇范國偉安徽工業(yè)大學(xué)第6章機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)選擇范國偉156.1電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與工作方式為電力拖動(dòng)系統(tǒng)選配合適的電動(dòng)機(jī)，才能保證系統(tǒng)可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。本項(xiàng)目首先介紹電動(dòng)機(jī)選擇的一般內(nèi)容，然后重點(diǎn)討論電動(dòng)機(jī)功率選擇的相關(guān)問題，如電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和冷卻規(guī)律，電動(dòng)機(jī)有哪幾種工作制，電動(dòng)機(jī)的額定功率是如何確定的以及如何用計(jì)算法選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率等6.1電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與工作方式為電力拖動(dòng)系統(tǒng)選配合適的電動(dòng)161.電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容電動(dòng)機(jī)的選擇主要包含以下內(nèi)容:1)類型的選擇2)功率的選擇3)電壓的選擇4)轉(zhuǎn)速的選擇5)外型結(jié)構(gòu)的選擇6)安裝型式的選擇7)工作制的選擇8)型號的選擇1.電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容電動(dòng)機(jī)的選擇主要包含以下內(nèi)容:172.電機(jī)的發(fā)熱和冷卻電動(dòng)機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部各處均要產(chǎn)生功率損耗。功率損耗的存在不僅降低了電動(dòng)機(jī)的效率，影響了電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且各種能耗最終轉(zhuǎn)換為熱能，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的溫度升高，這將影響到所用絕緣材料的使用壽命（電動(dòng)機(jī)中耐熱能力最差的是繞組的絕緣材料）嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)。2.電機(jī)的發(fā)熱和冷卻電動(dòng)機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過程中，內(nèi)部各處均183.電機(jī)的工作制電機(jī)的發(fā)熱和冷卻情況既與負(fù)載的大小有關(guān)，也與負(fù)載持續(xù)時(shí)間的長短有關(guān)。按照電機(jī)發(fā)熱和冷卻情況的不同，我國國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電機(jī)有九種工作制。其中前三種是基本的工作制，后六種是特殊的工作制。這節(jié)將重點(diǎn)介紹前三種。3.電機(jī)的工作制電機(jī)的發(fā)熱和冷卻情況既與負(fù)載的大小有關(guān)19（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continuousrunningduty－type）的代號為S1。這種電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下運(yùn)行的時(shí)間很長，足以使其溫升達(dá)到穩(wěn)定溫升。其負(fù)載曲線和溫升曲線如圖6-2所示。圖中PL表示負(fù)載功率，θs表示連續(xù)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定溫升。通風(fēng)機(jī)、水泵、紡織機(jī)、造紙機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械中的電動(dòng)機(jī)的工作方式與這種工作制基本相同，一般都選用這種工作制的電動(dòng)機(jī)。（1）連續(xù)工作制（S1工作制）連續(xù)工作制（continu20（2）短時(shí)工作制（S2工作制）短時(shí)工作制（short－timeduty－type）的為S2。這種電動(dòng)機(jī)在恒定負(fù)載下按給定的時(shí)間運(yùn)行，該時(shí)間不足以使電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定溫升。隨之?dāng)嚯娡＾D(zhuǎn)足夠的時(shí)間，使電動(dòng)機(jī)再度冷卻到溫升降至2K以下。其負(fù)載曲線和溫升曲線如圖6-3所示。圖中θM是電動(dòng)機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)達(dá)到的最高溫升，它小于該負(fù)載下的穩(wěn)定溫升θs（2）短時(shí)工作制（S2工作制）短時(shí)工作制（short－tim21（3）斷續(xù)周期工作制（S3工作制）斷續(xù)周期工作制（intermittentperiodicduty－type）的代號為S3。這種電動(dòng)機(jī)按一系列相同的工作周期運(yùn)行。每一周期包括一段恒定溫升，停轉(zhuǎn)時(shí)，溫升又未降到2K以內(nèi)。經(jīng)過長期運(yùn)行后，最后溫升在某一范圍內(nèi)上下波動(dòng)。其負(fù)載曲線和溫升曲線如圖6-4所示。圖中θH為每個(gè)周期內(nèi)的上限溫升，它小于該負(fù)載下的穩(wěn)定溫升θS；θL為每個(gè)周期內(nèi)的下限溫升，它大于2K。（3）斷續(xù)周期工作制（S3工作制）斷續(xù)周期工作制（int226.2電動(dòng)機(jī)容量選擇基本知識1．電機(jī)額定功率的確定各種電機(jī)銘牌上標(biāo)示的額定功率都是指在規(guī)定的工作制和額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，溫升達(dá)到額定溫升時(shí)的輸出功率。額定溫升的定義是：額定溫升等于電機(jī)允許的最高溫度減去額定的環(huán)境溫度。6.2電動(dòng)機(jī)容量選擇基本知識1．電機(jī)額定功率的確定232．工作制的影響連續(xù)工作制（S1工作制）電動(dòng)機(jī)的額定功率是指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其穩(wěn)定溫升θS等于額定溫升θN時(shí)的輸出功率。短時(shí)工作制（S2工作制）電動(dòng)機(jī)的額定功率是指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其最高溫升θM等于額定溫升θN時(shí)的輸出功率。斷續(xù)周期工作制（S3工作制）電動(dòng)機(jī)的額定功率是指在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，其上限溫升θH等于額定溫升θN時(shí)的輸出功率。2．工作制的影響連續(xù)工作制（S1工作制）電動(dòng)機(jī)的額定243．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機(jī)的額定功率是對應(yīng)于額定環(huán)境溫度40℃時(shí)的允許輸出功率，因此，當(dāng)環(huán)境溫度低于或高于40℃時(shí)，電機(jī)允許輸出的功率可適當(dāng)增加或減小。增減后的允許輸出功率P2可用下式計(jì)算：3．環(huán)境溫度的影響如前所述，電機(jī)的額定功率是對應(yīng)于額定環(huán)境溫254．海拔高度的影響按海拔高度不超過1000m設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)，在海拔高度超過1000m的地區(qū)使用時(shí)，允許輸出的功率應(yīng)適當(dāng)降低。因?yàn)楹０卧礁?，空氣越稀薄，散熱越困難。所以，國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：工作地點(diǎn)在海拔4000m以下，以1000m為基準(zhǔn)，每超過100m，ΘN降低1%。粗略估計(jì)，P2約降低0.5%。超過4000m以上時(shí)，θN和P2值由用戶與制造廠協(xié)商確定。4．海拔高度的影響按海拔高度不超過1000m設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)265.恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇從本節(jié)開始將要討論選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的計(jì)算法。本節(jié)先討論電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的負(fù)載為