第11章電動(dòng)機(jī)的選擇

第11章電動(dòng)機(jī)的選擇1第11章電力拖動(dòng)系統(tǒng)中

電動(dòng)機(jī)的選擇11.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻11.1電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容11.3電動(dòng)機(jī)的工作制11.4電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇下一章上一章返回主頁(yè)

211.1電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容一、類型的選擇生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求機(jī)械特性、起動(dòng)性能、調(diào)速性能、制動(dòng)方法、過(guò)載能力等。經(jīng)濟(jì)效益各類電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)、價(jià)格高低以及維護(hù)成本等。按節(jié)能的原則來(lái)選擇，使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3電動(dòng)機(jī)的主要種類和特點(diǎn)種類機(jī)械特性Tst調(diào)速性能可靠性價(jià)格維護(hù)成本他/并勵(lì)串勵(lì)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)三相同步電動(dòng)機(jī)單相同步電動(dòng)機(jī)籠型線繞型多速高Tst硬大好較低高高軟大好較低高高硬大好較低高高硬小差異大低低硬大差異大低低

2~4種速度

大機(jī)械特性硬、功率小、cos和

較低轉(zhuǎn)速恒定、cos可調(diào)、只能采用變頻調(diào)速轉(zhuǎn)速恒定、功率小除特殊負(fù)載需要外，一般不宜選用直流電動(dòng)機(jī)。

4二、功率的選擇既不能過(guò)載，也不能長(zhǎng)期輕載。常用方法：計(jì)算法、統(tǒng)計(jì)法、類比法。0.6~3200.37~3203~320200~500200~5000250~100001000~10900電壓/V380600010000交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)籠型繞線型同步

額定功率/kW電壓/V額定功率/kW110220440600~8700.25~1100.25~3201.0~500500~4600三、電壓的選擇

5

PN≤200kW時(shí)，選擇UN=380V。

PN＞200kW時(shí)，選擇高壓電機(jī)。四、轉(zhuǎn)速的選擇綜合考慮：轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)方式、調(diào)速要求等。五、外形結(jié)構(gòu)的選擇開(kāi)啟式電動(dòng)機(jī)防護(hù)式電動(dòng)機(jī)

6離心制冷機(jī)用封閉式電機(jī)螺桿制冷機(jī)用封閉式電機(jī)封閉式電動(dòng)機(jī)全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)

7密封式電動(dòng)機(jī)防爆式電動(dòng)機(jī)(YB系列)

YB2-B35更多圖片

8六、安裝型式的選擇1.臥式IMB3

臥式：IMB3~IMB35，共十四種。2.臥式IMB5

立式：IMV1~IMV36，共十七種。B5

93.臥式IMB354.立式IMV15.立式IMV2IMV1更多圖片

10七、工作制的選擇八、型號(hào)的選擇符號(hào)意義符號(hào)意義符號(hào)意義Y籠型異步電動(dòng)機(jī)YB隔爆型異步電動(dòng)機(jī)T同步電動(dòng)機(jī)YR繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)YBR隔爆型繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)TF同步發(fā)電機(jī)*YQ高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)YD多速異步電動(dòng)機(jī)Z直流電動(dòng)機(jī)YH高轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)Y-F化工防腐用異步電動(dòng)機(jī)ZF直流發(fā)電機(jī)主要有連續(xù)工作制、短時(shí)工作制、斷續(xù)周期工作制等三種。

1111.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻一、電機(jī)的發(fā)熱過(guò)程與溫升

電機(jī)的熱平衡方程式

Qdt

=Cd

＋Adt※

Q——單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量；C——熱容量(溫度每升高1oC所需的熱量)；A——散熱系數(shù)(為1oC時(shí)每秒所散出的熱量)。損耗→發(fā)熱→溫度升高。溫升=

電機(jī)的溫度－周圍環(huán)境溫度。熱平衡狀態(tài)

當(dāng)發(fā)熱量=散熱量時(shí)，=穩(wěn)定值。

12※0——初始溫升；

=Q/A——穩(wěn)定溫升；

=C/A——發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。d

dtCA＋=QA=＋(0－

)

e－

td

dt＋=整理得：電機(jī)發(fā)熱過(guò)程的溫升曲線

Ot00=0設(shè)初始條件為t=0，

=0，則

※小型電動(dòng)機(jī)的

值約為

十幾分鐘到幾十分鐘。

13(1)停機(jī)的冷卻情況

=0，

(2)減輕負(fù)載的冷卻情況≠0，＜0二、電機(jī)的冷卻過(guò)程與冷卻方式1.電動(dòng)機(jī)的冷卻過(guò)程d

dt＋=0

=0

e－

t設(shè)初始條件為t=0，

=0，則

=＋(0－

)

e－

t0Ot

=0電機(jī)冷卻過(guò)程的溫升曲線

142.電動(dòng)機(jī)的冷卻方式冷卻：采取措施使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量盡可能多地散發(fā)出去，以達(dá)到充分利用材料、增加相同體積電動(dòng)機(jī)的額定功率的目的。

冷卻方式：自冷式、自扇冷式和他扇冷式。

1511.3電機(jī)的工作制一、連續(xù)工作制（S1

工作制）

工作時(shí)間：

tr

＞(3~5)

溫升在運(yùn)行期間已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。

OtPL

PL

應(yīng)用：通風(fēng)機(jī)、水泵、紡織機(jī)、造紙機(jī)、機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)等。

16二、短時(shí)工作制（S2

工作制）

OtPL

mPLtr

標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間：

15min、30min、60min、90min。

應(yīng)用水閘啟閉機(jī)冶金用的電動(dòng)機(jī)起重機(jī)中的電動(dòng)機(jī)

17三、斷續(xù)周期工作制（S3

工作制）負(fù)載持續(xù)率FS

=×100%trtr＋t0

18

標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率：

15%、25%、40%、60%。

周期：tr＋t0≤10min。應(yīng)用：起重機(jī)、電梯、軋鋼輔助機(jī)械中的電動(dòng)機(jī)。斷續(xù)周期工作制的電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)能力強(qiáng)、過(guò)載倍數(shù)大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。

1911.4電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇一、電動(dòng)機(jī)的允許輸出功率1.工作制的影響2.環(huán)境溫度的影響改變工作方式，達(dá)到N時(shí)允許的P2將不再是原設(shè)計(jì)的PN。

S1改為S2或S3運(yùn)行，則

P2＞PN。

S2或S3改為S1運(yùn)行，則

P2＜PN。

GB規(guī)定：額定環(huán)境溫度為40℃。電動(dòng)機(jī)允許的最高溫度主要取決于所使用的絕緣材料。

20

工程上也可以按下表對(duì)P2估算：0.4~1.1P2

=PN1＋(1＋)40－N※

N——電動(dòng)機(jī)的額定溫升，N=max－40℃；

——電動(dòng)機(jī)的實(shí)際環(huán)境溫度；

——電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的PFe與PCu之比。絕緣材料允許的實(shí)際環(huán)境溫度/℃允許輸出功率增減的百分?jǐn)?shù)303540455055＋8%

＋5%

0

－5%

－12.5%－25%

表11-5不同環(huán)境溫度下電動(dòng)機(jī)功率的修正系數(shù)

21【例11-1】一臺(tái)130kW連續(xù)工作制的三相異步電動(dòng)機(jī)，如果長(zhǎng)期在70℃環(huán)境溫度下運(yùn)行，已知電機(jī)的絕緣材料等級(jí)為B級(jí)，額定負(fù)載時(shí)鐵損耗與銅損耗之比為0.9。試求該電動(dòng)機(jī)在高溫環(huán)境下的實(shí)際允許輸出功率。解：B級(jí)絕緣材料的最高溫度為130℃，則N=90℃，故電動(dòng)機(jī)的實(shí)際允許輸出功率應(yīng)為P2

=PN1＋(1＋)40－N=130×1＋(1＋0.9)=78.72kW40－70

90

223.海拔高度的影響海拔高度越高，空氣越稀薄，散熱越困難，使得允許的

P2＜PN

。海拔1000m≤h≤4000m

h=

100m，N降低1%，P2降低0.5%。

23二、連續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇

1.恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇

(1)計(jì)算負(fù)載功率PL

(2)根據(jù)PL預(yù)選電動(dòng)機(jī)的PN

選擇PN=PL或略大于PL的電動(dòng)機(jī)。(3)校驗(yàn)所選電動(dòng)機(jī)

①發(fā)熱校驗(yàn)②過(guò)載能力校驗(yàn)

S1工作制的電動(dòng)機(jī)都是按恒定負(fù)載設(shè)計(jì)的，故不需做發(fā)熱校驗(yàn)。

電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力用過(guò)載倍數(shù)km來(lái)表示。

24不同類型電動(dòng)機(jī)的km

是不同的。直流電動(dòng)機(jī)：km=1.5~2.0。

異步電動(dòng)機(jī)：km=2.0~2.2。同步電動(dòng)機(jī)：km=2.0~2.5。

考慮到交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10%所引起的

Tem下降，故按Tem=0.81kmTeN＞TL

來(lái)校驗(yàn)。③起動(dòng)能力校驗(yàn)

選用籠型異步電動(dòng)機(jī)時(shí)需校驗(yàn)其起動(dòng)能力。

25【例11-2】一臺(tái)直接由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的離心式水泵，流量Q=0.144m3/s，揚(yáng)程H=37.7m，轉(zhuǎn)速n=1460r/min，泵的效率b=79.8%。試選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。PL

=×10－3kWQ

Hgbc

※為水的密度，=1000kg/m3；

c為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，直接拖動(dòng)取c=1。則PL

=kW=66.74kW0.144×37.7×1000×9.810798×1解：(1)泵類機(jī)械作用在電動(dòng)機(jī)軸上的等效負(fù)載為(2)選取PN=75kW，nN=1480r/min的Y280S-4型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。(3)水泵屬于通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性類的生產(chǎn)機(jī)械，故不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力和過(guò)載能力。

26(1)計(jì)算各時(shí)間段的負(fù)載功率(2)計(jì)算平均負(fù)載功率2.變化負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=(3)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率PN

=(1.1~1.6)PL(4)發(fā)熱校驗(yàn)

根據(jù)=f(P2)

27①電動(dòng)機(jī)的額定功率損耗②電動(dòng)機(jī)每段時(shí)間的功率損耗

PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=PLi

=－PLiPLii如果PL≤PN，則發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)，否則重新選擇并校驗(yàn)。

PN

=－PNPNN③電動(dòng)機(jī)的平均功率損耗為

28若選用交流電動(dòng)機(jī)，則需保證Tem＞TLm；若選用直流電動(dòng)機(jī)，則需保證ILm＜Iam

。如果選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，則需要進(jìn)行起動(dòng)能力校驗(yàn)。(5)過(guò)載能力和起動(dòng)能力校驗(yàn)

29【例11-3】某生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載曲線如圖所示，已知PL1=7.2kW，t1=1.5min，PL2=5.5kW，t2=2min，PL3=14.5kW，t3=1.1min，PL4=4.8kW，t4=1.8min。n=1440r/min，起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為100N·m。擬選用一臺(tái)現(xiàn)有的Y132M-4籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，已知該電機(jī)的額定值為PN=7.5kW，nN=1440r/min，cosN=0.85，kst=2.2，km=2.2，kI=7，效率如下表。試校驗(yàn)是否能使用該電動(dòng)機(jī)。P2/kW3.74.04.34.95.56.2

0.8520.8550.8570.8610.8630.862P2/kW6.77.27.58.21015

0.8590.8560.8550.8500.8430.837

30=7.248kW由此可見(jiàn)，PN＞PL，即現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的功率合格。

(2)發(fā)熱校驗(yàn)①電動(dòng)機(jī)的額定損耗為

=kW7.2×1.5＋5.5×2＋14.5×1.1＋4.8×1.81.5＋2＋1.1＋1.8解：(1)計(jì)算平均負(fù)載功率

PL1t1＋PL2t2＋

PL3t3＋PL4t4

t1＋t2＋t3＋t4

PL

=②電動(dòng)機(jī)在各個(gè)時(shí)間段的功率損耗為

PL1

=－PL1

PL11PN

=－PNPNN=－7.5kW=1.272kW7.50.855=－7.2kW=1.211kW7.20.856

31③電動(dòng)機(jī)的平均損耗為

PL2

=－PL2

PL22=－5.5kW=0.873kW5.50.863PL3

=－PL3

PL33=－14.5kW=2.824kW14.50.837PL4

=－PL4

PL44=－4.8kW=0.775kW4.80.861=kW1.211×1.5＋0.873×2＋2.824×1.1＋0.775×1.81.5＋2＋1.1＋1.8PL1t1＋PL2t2＋PL3t3＋PL4t4

t1＋t2＋t3＋t4

PL

==1.26kW由于PL＜PN，故發(fā)熱校驗(yàn)通過(guò)。

32(3)過(guò)載能力和起動(dòng)能力校驗(yàn)

由于P2m＞PLm=14.5kW，故過(guò)載能力校驗(yàn)通過(guò)。電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩為：直接用功率校驗(yàn)過(guò)載能力：

P2m

=kmPN=2.2×7.5kW=16.5kWPNnN

TN

=9550=9550×N·m=49.74N·m7.5

1440起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：Tst

=kstTN=2.2×49.74N·m=109.43N·m由于Tst＞TLst=100N·m，故起動(dòng)能力校驗(yàn)通過(guò)。結(jié)論：現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)能夠用于拖動(dòng)該生產(chǎn)機(jī)械。

333.有起動(dòng)、制動(dòng)和停機(jī)過(guò)程時(shí)平均損耗功率公式的修正

假設(shè)一個(gè)工作周期包括n個(gè)時(shí)間段，其中t1是起動(dòng)時(shí)間，tn-1是制動(dòng)時(shí)間，tn

是停機(jī)時(shí)間，則PL1t1＋PL2t2＋···＋PL(n－1)tnt1＋t2＋···＋tn－1＋tnPL

=異步電動(dòng)機(jī)：=0.5，=0.25直流電動(dòng)機(jī)：=0.75，=0.5修正系數(shù)

34滿載時(shí)的PFe/PCu實(shí)際運(yùn)行時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間三、短時(shí)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇

1.選用短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)(1)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率PL(2)負(fù)載功率的折算按發(fā)熱和溫升等效的原則把PL折算成標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間下的等效負(fù)載功率PLN。PLPLN

=－1trNtr－trNtr

35當(dāng)tr≈trN時(shí)，則上式可簡(jiǎn)化為(3)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率PN選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率PN≥PLN。(4)校驗(yàn)所選電動(dòng)機(jī)對(duì)于恒定負(fù)載不必進(jìn)行發(fā)熱和過(guò)載能力校驗(yàn)。對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)進(jìn)行起動(dòng)能力的校驗(yàn)。PLN

=PLtrtrN

36【例11-4】某生產(chǎn)機(jī)械為短時(shí)運(yùn)行方式，輸出功率Po=22kW，效率L=78%，每次工作17min后停機(jī)，而停機(jī)時(shí)間足夠長(zhǎng)。試選擇拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定功率。選擇標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間為15min的短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)，則折算成17min的等效負(fù)載功率為

PL

=PoL=kW=28.21kW220.78PLN

=PLtrtrN=28.21×kW=30.03kW1715解：電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率為故應(yīng)選擇額定功率大于30.03kW的短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)。

372.選用連續(xù)工作制的電動(dòng)機(jī)(1)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率PL(2)負(fù)載功率的折算將短時(shí)運(yùn)行的PL折算成連續(xù)運(yùn)行的等效PLN。滿載時(shí)的PFe/PCu短時(shí)運(yùn)行時(shí)間電機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)PLN

=PL1－e－1＋

e－trtr(3)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率PN選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率PN≥PLN。不必進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。

38①由于電動(dòng)機(jī)的PN小于PL，電動(dòng)機(jī)的Tem可能會(huì)小于TL，故必須進(jìn)行過(guò)載能力校驗(yàn)。②籠型異步電動(dòng)機(jī)需進(jìn)行起動(dòng)能力的校驗(yàn)。③如果tr＜(0.3~0.4)，則PLNPL，可直接由過(guò)載能力和起動(dòng)能力選擇。(4)過(guò)載能力和起動(dòng)能力校驗(yàn)

39(1)FS