Transcript 第五章 电力拖动系统电动机的选择

第五章
电力拖动系统电
动机的选择
第一节 电动机发热和冷却的一般规律
第二节 电机工作方式的分类
第三节 连续工作制下电动机容量的选择
第四节 短时工作制下电动机容量的选择
第五节 断续周期工作制下电动机容量的选择
第六节 电动机种类、额定电压、额定转速及外部
结构形式的选择
第一节
电动机发热和冷却的一般规律
为方便分析,又保证所得结论符合工程实际,
假定：
①电机为一个均匀物体，各部分的温度相
同，并具有恒定的散热系数和热容量
②电机长期运行，负载不变，总损耗不变
③周围环境温度不变
一、电机的发热过程
★能量损耗转变为热能使电机的温度升高
★电机温度比环境温度高出的值称为温升
★当单位时间内产生的热量与单位时间内散
发到周围介质中的热量相等时，电动机的
温度不再升高，达到了所谓的热稳定状态
★设单位时间内电机损耗所产生的热量为Q
一部分被电机吸收，使电机温度升高
Q1=cdτ
另一部分是电机向周围介质散发出的热量
Q2=Aτ dt
根据能量守恒原理
Qdt = cdτ+Aτ dt
τ+
C d
Q

A dt
A
解方程求得:
   w  ( 0   w )e
电机发热过程的温升曲线
t / TH
电机冷却过程的温升曲线
★只要电机的稳定温升τw不超过绝缘材料的最
高允许温升τ max，电动机就能长期可靠地运
行
二、电机的冷却过程
冷却过程可分成两种情况讨论
1．电机负载减小时的冷却过程
冷却过程的温升曲线方程
    ( '0  )e
'
w
'
w
t / TH'
2．电机脱离电源时的冷却过程
   '0 e
 t / TH'
第二节
电机工作方式的分类
一、连续工作制（或称长期工作制）
电机连续工作时间很长,tg＞(3~4)TH.工作时间
内 ，电动机的温升可以达到稳定值
二、短时工作制
电机工作时间较短，tg＜(3～4)TH，在工作
时间内，电机的温升达不到稳定值,而停歇
时间很长
我国规定的短时工作
制的标准时间为15、
3 0、60、90分钟四
种
三、断续周期工作制（重复短时工作制）
★电机的工作时间和停歇时间轮流交替，两
段时间都较短
★在tg期间，电机温升达不到稳定值，而在t0
期间电机温升也降不到零
按国标规定,周期时间
t0  tg  10min
第三节 连续工作制下电动机容量的
选择
连续工作制下电动机的负载可分成两大类:
（1）恒定负载 负载长时间不变或变化不大
（2）变动负载 负载长期施加，但大小变化。其
变化具有周期性
一、恒定负载下电动机容量选择
根据负载的功率PL，在产品目录中选一台额定容
量等于或略大于PL, 且转速合适的电动机就可
二、变动负载下电动机容量选择
★电动机容量只能在最大负载和最小负载之
间适当选择
★一般分为两个步骤：
1.初选电动机容量
平均功率
n
PL1t1  PL 2 t 2      PLn t n

PLj =
t1  t 2      t n
P
i 1
n
t
i 1
按下式求出初选电动机的容量
PN=(1.1~1.6)PLj
 ti
Li
i
2. 校验电动机的容量
首先要校验电机的发热，然后校验过载能
力，必要时校验起动能力
1 )平均损耗法
n
p1t1  p 2 t 2      p n t n
p pj 

t1  t 2      t n
 p t
i i
i 1
n
t
i 1
i
应满足:p N  p pj ,则预选电机发热校验通过
若 p N  p pj
若 p N
>>
则电机容量选小了
p pj 则电机容量选太大
重新选择
2) 等效电流法
原则:用一个恒值的等效电流来代替实际变动的
负载电流，而两者在电机中产生的损耗相
等，即发热相同
★电动机总的平均损耗用等效电流来表示
2
p pj = p0  I dx r
n
等效电流: I dx
应该满足:
=
I12t1  I 22t2  I 32t3    I n2tn

t1  t2  t3    tn
I N  I dx
2
I
 i ti
i 1
n
t
i 1
i
3) 等效转矩法
n
T t
2
等效转矩公式 : Tdx=
若 Tdx  TN
4)
T t  T t  T t    T t

t1  t2  t3    tn
2
1 1
2
2 2
2
3 3
2
n n
i 1
n
i
i
t
i 1
i
则发热校验通过，所选电机合适
等效功率法
n
P t
2
Pdx =
若 Pdx  PN
P t  P t  P t    P t

t1  t2  t3    tn
2
1 1
2
2 2
2
3 3
2
n n
i 1
n
i
i
t
i 1
i
则发热校验通过，所选电机合适
第四节
短时工作制下电动机容量
的选择
一、直接选用短时工作制电机
★时间规格有：15分、30分、60分和90分
★当工作时间接近上述标准时间时，可以按生产机械的
功率、工作时间及转速的要求，由产品目录上直接
选取
★如果短时工作制负载是一种变动负载，则应先算出其
等效的负载功率，然后初选电机，最后校验电机的
过载能力
★生产机械的工作时间不符合上述4种标准工作时间,应
进行功率折算,换算的原则是两种情况下发热相同即
损耗相等
二、选用连续工作制电机
如果选择一台连续工作制电机，使 PN  Pg
那么，电机要工作（3～4）T时间后才会达到
最高允许温升, 电机在发热上没有被充分利用
可选用一台容量较小的电机, 使 PN＜Pg
让电机在工作时间内过载运行
如能在 t  t g 时，使温升 g   max
则电机在发热上正好得到充分利用
选择 PN 的依据为：在短时工作时间内，电动机
过载运行所达到的温升等于电机允许的最高温升
第五节
断续周期工作制下电动机
容量的选择
★断续周期性工作的每个周期不超过10分钟，
其中包括起动、运行、制动、停歇各阶段
★标准负载持续率有ZC%=15%、25%、40%、60%
4种
★同一台电机，在不同ZC%下，其额定输出功
率不同，ZC%越小，额定功率就越大
★断续周期工作制电机功率选择的步骤与连续
工作制变动负载下的功率选择是相似的
★如果生产机械的实际负载持续率ZCsj%与标
准持续率ZC%相同或相近，平均负载功率和
转速也已知，便可以从产品目录中直接选
取，最后校验
★如果实际负载持续率ZCsj%与标准持续率ZC%
不同，就需要把实际负载持续率ZCsj%下的
实际功率Psj换算成标准ZC%下的负载功率Pg，
然后再预选电动机容量和校验发热
★换算的原则是实际负载持续率ZCsj%下与标
准持续率ZC%下损耗相等，即发热相同
第六节 电动机种类、额定电压、
额定转速及外部结构形式的选择
一、电动机种类的选择
原则: 在满足生产机械对过载能力、起
动能力、调速性能指标及运行状态等各方
面要求的前提下，优先选用结构简单、运
行可靠、维修方便、价格便宜的电动机
★机床、水泵、通风机、家用电器、仪器仪
表等都广泛采用鼠笼式异步电动机
★要求高起动转矩的生产机械，如空气压缩
机、皮带运输机、纺织机等，可采用深槽
式或双笼型异步电动机
★要求有级调速的生产机械，如电梯及某些机
床，可采用多速鼠笼式异步电动机
★对于起动、制动比较频繁，要求起动、制动
转矩大，但对调速性能要求不高，调速范围
不宽的生产机械，可采用绕线式异步电动机
★当生产机械的功率较大而对调速又无要求时，
如球磨机、破碎机,可采用同步电动机
★要求调速范围宽、调速平滑、对拖动系统过
渡过程有特殊要求的生产机械，如高精度数
控机床、龙门刨床、造纸机、印染机等，可
选用调速性能优良的他励直流电动机
二、电动机额定电压的选择
选择的原则:应与供电电网或电源电压一致
★工厂企业低压电网为380V，中小型异步电动机
都是低压的
★ 电动机功率较大时，额定电压提高到3000V、
6000V、甚至达10000V,统称高压电机
★ 根据额定功率选择电压:
P<100KW，选用380V
P<200KW，选用380V或3000V
P≥200KW，选用6000V
P>1000KW，选用10KV
★直流电动机的额定电压一般为110V、220V、440V，
大功率电动机可提高到600V、800V、
甚至1000V
三、电动机额定转速的选择
★ 对很少起动、制动或反转的长期工作制的电动机，
应从设备的初投资、占地面积和维修费用等方面
考虑，就几个不同的额定转速进行比较，最后确
定电动机的额定转速
★ 如果电动机经常工作于起动、制动及反转状态，
过渡过程的持续时间对生产率影响较大，此时主
要根据过渡过程持续时间最短为条件来选择电动
机的额定转速
★如果电动机经常工作于起动、制动及反转状态，
但过渡过程的持续时间对生产率影响不大，此时
除应考虑初投资外，还要根据过渡过程中能量损
耗最小为条件来选择传动比和电动机的额定转速
四、电动机外部结构形式的选择
★ 电动机的安装形式:卧式和立式
一般情况下用卧式，特殊情况用立式
★ 电动机的外壳防护形式:
开启式、防护式、封闭式、防爆式