電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇課件

項(xiàng)目八電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇8.1電動(dòng)機(jī)的工作制分類

8.2電動(dòng)機(jī)容量的選擇方法

8.3電動(dòng)機(jī)種類、

形式、

電壓、

轉(zhuǎn)速的選擇

思考題與習(xí)題

任務(wù)一電動(dòng)機(jī)的工作制分類

8.1.1連續(xù)工作制(S1)連續(xù)工作制是在恒定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行的工作方式。其工作時(shí)間tw＞(3～4)T（T為電機(jī)發(fā)熱時(shí)間常數(shù)），可達(dá)幾小時(shí)或幾十小時(shí)。電動(dòng)機(jī)可以按銘牌規(guī)定的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)行，其溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值，因此連續(xù)工作制也稱為長(zhǎng)期工作制，它的功率負(fù)荷圖P＝f(t)及溫升曲線τ＝f(t)如圖8.1.1所示。屬于此類工作制的生產(chǎn)機(jī)械有水泵、通風(fēng)機(jī)、造紙機(jī)和紡織機(jī)等。圖8.1.1連續(xù)工作制的功率負(fù)載圖及溫升曲線圖8.1.2短時(shí)工作制的功率負(fù)載圖及溫升曲線

8.1.3斷續(xù)周期工作制斷續(xù)周期工作制是在恒定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)按一系列相同的工作周期運(yùn)行的工作方式。斷續(xù)周期工作制的特點(diǎn)是重復(fù)性和短時(shí)性。在一個(gè)周期內(nèi)，工作時(shí)間tw＜(3～4)T，停歇時(shí)間t0＜(3～4)T。因此，工作時(shí)溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，停歇時(shí)溫升也降不到零，整個(gè)工作過程中溫升不斷地上下波動(dòng)，但平均溫升值越來越高。經(jīng)過足夠的周期后，溫升將在一個(gè)穩(wěn)定的小范圍內(nèi)上下波動(dòng)，而溫升的最高值小于長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定溫升。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每個(gè)工作周期tc＝tw＋t0≤10min，因此這種工作制也稱為重復(fù)短時(shí)工作制。

圖8.1.3斷續(xù)周期工作制的功率負(fù)載圖及溫升曲線

任務(wù)二電動(dòng)機(jī)容量的選擇方法

8.2.1連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇1.恒定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)容量的選擇這時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇非常簡(jiǎn)單，只要選擇一臺(tái)額定容量等于或略大于負(fù)載容量、轉(zhuǎn)速適合的電動(dòng)機(jī)即可，不需要進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。

2.變化負(fù)載下電動(dòng)機(jī)容量的選擇圖8.2.1所示為變化負(fù)載的功率圖，圖中只畫出了生產(chǎn)過程的一個(gè)周期。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)這類生產(chǎn)機(jī)械工作時(shí)，因?yàn)樨?fù)載周期性變化，所以電動(dòng)機(jī)的溫升也必然呈周期性波動(dòng)。溫升波動(dòng)的最大值將低于對(duì)應(yīng)于最大負(fù)載時(shí)的穩(wěn)定溫升，而高于對(duì)應(yīng)于最小負(fù)載時(shí)的穩(wěn)定溫升。這樣，如按最大負(fù)載功率選擇電動(dòng)機(jī)的容量，則電動(dòng)機(jī)就不能得到充分利用；而按最小負(fù)載功率選擇電動(dòng)機(jī)容量，則電動(dòng)機(jī)必將過載，其溫升將超過允許值。因此，電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)選在最大負(fù)載與最小負(fù)載之間。如果選擇得合適，既可使電動(dòng)機(jī)得到充分利用，又可使電動(dòng)機(jī)的溫升不超過允許值。通常可采用以下方法選擇電動(dòng)機(jī)的容量。

圖8.2.1變化負(fù)載的功率圖式中，tn為對(duì)應(yīng)負(fù)載電流In時(shí)的工作時(shí)間。求出Ieq后，則選用電動(dòng)機(jī)的額定電流IN應(yīng)大于或等于Ieq。采用等效電流法時(shí)，必須先求出用電流表示的負(fù)載圖。2）等效轉(zhuǎn)矩法

如果電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)矩與電流成正比(如他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁保持不變、異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和氣隙磁通保持不變時(shí))，則將式8.2.1可改寫成等效轉(zhuǎn)矩公式

(8.2.2)此時(shí)，選用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TN應(yīng)大于或等于Teq，當(dāng)然，這時(shí)應(yīng)先求出用轉(zhuǎn)矩表示的負(fù)載圖。

3）等效功率法如果電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速保持不變，則功率與轉(zhuǎn)矩成正比，于是由式(8.2.2)可得等效功率為

(8.2.3)此時(shí)，選用電動(dòng)機(jī)的功率PN大于或等于Peq即可。

必須注意的是用等效法選擇電動(dòng)機(jī)的容量時(shí)，要根據(jù)最大負(fù)載來校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的過載能力是否符合要求，如果過載能力不能滿足，應(yīng)當(dāng)按過載能力來選擇較大容量的電動(dòng)機(jī)。

式中，I1、t1為起動(dòng)電流和起動(dòng)時(shí)間；In、tn為制動(dòng)電流和制動(dòng)時(shí)間；t0為停轉(zhuǎn)時(shí)間；α、β為考慮對(duì)自扇冷電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、制動(dòng)和停轉(zhuǎn)期間因散熱條件變壞而采用的系數(shù)，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)，α＝0.75，β＝0.5；對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，α＝0.5，β＝0.25。采用等效法時(shí)，也必須注意對(duì)選用的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載能力的校核。

2.選用斷續(xù)周期工作制的電動(dòng)機(jī)當(dāng)沒有合適的短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)時(shí)，也可采用斷續(xù)周期工作制的電動(dòng)機(jī)來代替。短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間tw與斷續(xù)周期工作制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載持續(xù)率FC％之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表8.2.1所示。

表8.2.1tw與FC％的對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)上式中的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率FC％和功率P即可選擇合適的電動(dòng)機(jī)。當(dāng)FCｘ％<10％時(shí)，可按短時(shí)工作制選擇電動(dòng)機(jī)；

當(dāng)FCｘ％>70％時(shí)，可按連續(xù)工作制選擇電動(dòng)機(jī)。

8.2.4統(tǒng)計(jì)法和類比法1.統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)法就是對(duì)各種生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出電動(dòng)機(jī)容量與生產(chǎn)機(jī)械主要參數(shù)之間的關(guān)系，用經(jīng)驗(yàn)公式作為選擇電動(dòng)機(jī)容量的主要依據(jù)。以機(jī)床為例，主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量與機(jī)床主要參數(shù)之間的關(guān)系如下：（1）臥式車床

P＝36.5D1.54

式中:P為電動(dòng)機(jī)的功率（kW)；D為加工工件的最大直徑(m)。（2）

立式車床

P＝20D0.88

式中：

D為加工工件的最大直徑(m)。

（3）

搖臂鉆床

P＝0.0646D1.19

式中：D——為最大鉆孔直徑(mm)。

（6）龍門刨床

式中：B為工作臺(tái)寬度(mm)

選取電動(dòng)機(jī)的額定容量大于以上各式計(jì)算出的功率便可。

2.類比法通過對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行的同類生產(chǎn)機(jī)械所采用的電動(dòng)機(jī)容量進(jìn)行調(diào)查，然后對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，從而可確定新的生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的容量，這就是所謂的類比法。

2.需要調(diào)速的機(jī)械電動(dòng)機(jī)種類的選擇需要調(diào)速的這類機(jī)械應(yīng)視調(diào)速范圍和要求速度調(diào)節(jié)的連續(xù)、平滑程度來選擇電動(dòng)機(jī)。對(duì)于只要求幾種轉(zhuǎn)速的小功率負(fù)載機(jī)械，可采用變極調(diào)速的多速(雙速、三速、四速)籠形感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。對(duì)調(diào)速平滑程度要求不高并且調(diào)速比不大的負(fù)載機(jī)械，宜采用繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)或電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)。對(duì)調(diào)速范圍在1︰3以上且需連續(xù)穩(wěn)定平滑調(diào)速的負(fù)載機(jī)械，宜采用直流電動(dòng)機(jī)或變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。

對(duì)需要起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大和機(jī)械特性硬度低的生產(chǎn)機(jī)械，宜選用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。某些要求調(diào)速比不大(1︰2左右)的大功率負(fù)載機(jī)械，也可采用帶有串極調(diào)速裝置的繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，

這樣還可使部分電能回饋電網(wǎng)，

得以提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

8.3.2電動(dòng)機(jī)形式的選擇電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械有不同的連接方式，同時(shí)生產(chǎn)機(jī)械的工作環(huán)境差異很大，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的生產(chǎn)機(jī)械類型、工作環(huán)境等來確定電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。1.安裝形式的選擇電動(dòng)機(jī)安裝形式根據(jù)安裝位置的不同分為臥式和立式兩種。一般情況下應(yīng)選擇臥式結(jié)構(gòu)。

立式電動(dòng)機(jī)的價(jià)格較貴，

只有在簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置且又必須垂直運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才采用。

2.防護(hù)形式的選擇（1）開啟式電動(dòng)機(jī)。開啟式電動(dòng)機(jī)外表有很大的通風(fēng)口，其散熱條件好，用料省而造價(jià)較低；但缺點(diǎn)是水氣、灰塵、鐵屑和油污等雜物容易侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，因此只能用于干燥和清潔的工作環(huán)境。（2）防護(hù)式電動(dòng)機(jī)。防護(hù)式電動(dòng)機(jī)的通風(fēng)口設(shè)計(jì)為朝下且有防護(hù)網(wǎng)遮掩，其通風(fēng)冷卻條件比較好。該種防護(hù)形式的電動(dòng)機(jī)一般可防滴、防雨、防濺以及防止外界雜物從小于45°角的垂直方向落入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，但不能防止潮氣和灰塵的侵入，因此它比較適用于灰塵不多、較為干噪、無腐蝕性和爆炸性氣體的場(chǎng)所。

（3）封閉式電動(dòng)機(jī)。封閉式電動(dòng)機(jī)通常又分為自冷式、強(qiáng)迫通風(fēng)式和密閉式三種。自冷式和強(qiáng)迫通風(fēng)式兩種形式的電動(dòng)機(jī)能防止從任何方向飛濺來的水滴和其他雜物侵入，并且潮氣和灰塵等也不易進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，因此適用于潮濕、灰塵多、易受風(fēng)雨侵蝕、易引起火災(zāi)、有腐蝕性氣體的各種地方。密閉式電動(dòng)機(jī)一般用于在水或油等液體中工作的負(fù)載機(jī)械，比如潛水電動(dòng)機(jī)或潛油電動(dòng)機(jī)等。（4）防爆式電動(dòng)機(jī)。防爆式電動(dòng)機(jī)通常在封閉式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制成隔爆型、增安型和正壓型三類形式，它們都適用于有易燃、易爆氣體的危險(xiǎn)環(huán)境中，如礦井、油庫(kù)、

煤氣站等場(chǎng)所。

8.3.3電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行場(chǎng)地的供電、電壓等級(jí)而定。一般中小型交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)多采用低壓，額定電壓有380V(Y接法或△接法)、220／380V（△／Y）、380／660V（△／Y）三種。大容量的交流電動(dòng)機(jī)通常設(shè)計(jì)成高壓供電，如3kV、6kV或10kV電網(wǎng)供電，此時(shí)電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用額定電壓為3kV、6kV或10kV的高壓電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓一般為110V、220V和440V，其中最常用的電壓等級(jí)為220V。當(dāng)采用三相橋式可控整流電路供電時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)選為440V；若采用單相整流電路供電，

則直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓應(yīng)選為220V。、8.3.4電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速都是依據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求來選定的。在確定電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，必須考慮機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比值，兩者相互配合并經(jīng)過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的全面比較才能確定。通常電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不低于500r／min，因?yàn)楫?dāng)容量一定時(shí)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速愈低，電動(dòng)機(jī)尺寸愈大，價(jià)格愈貴，其效率也將比較低。另一方面，若選用高速電動(dòng)機(jī)，雖然電動(dòng)機(jī)的功率得到提高，但勢(shì)必將加大機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，從而導(dǎo)致機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對(duì)于無需調(diào)速的一些高、中速機(jī)械，可選用相應(yīng)轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)而不經(jīng)機(jī)械減速機(jī)構(gòu)直接傳動(dòng)；而對(duì)于需要調(diào)速的機(jī)械，其生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速要與電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速相適應(yīng)。如果采用改變勵(lì)磁的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，為充分利用電動(dòng)機(jī)功率，應(yīng)仔細(xì)選好調(diào)磁調(diào)速的基本轉(zhuǎn)速。對(duì)于某些工作速度較低且經(jīng)常處于頻繁正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)的生產(chǎn)機(jī)械，為提高生產(chǎn)效率，降低消耗，減小噪聲和