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电机拖动系统的电机选择电 机 拖动系统的电机选择 正确选择电动机的容量是很重要的。 正确选择电动机的容量是很重要的。如果 电动机的容量选小了，就会使电动机过载运行， 电动机的容量选小了，就会使电动机过载运行， 缩小电机的使用寿命。 缩小电机的使用寿命。 反之，若把电动机选大了， 反之，若把电动机选大了，不但增加了设 备投资， 备投资，而且会使电动机的效率和功率因数降 低。 正确选择电动机的容量应当是： 正确选择电动机的容量应当是： 在能满足生产机械负载要求的前题 下，尽量选容量小一些的电动机。 尽量选容量小一些的电动机。 电机容量并不是电机选择的唯一内容 电机选择应包括： 电机选择应包括： （1）电机的种类（交流或直流，同步电机或异步电机） ）电机的种类（交流或直流，同步电机或异步电机） （2）型式 ） 开启式、防护式、封闭式、防爆式、立式、 开启式、防护式、封闭式、防爆式、立式、卧式 （3）容量（额定功率） ）容量（额定功率） （4）额定转速 ） （5）额定电压 ） 选择电动机额定功率时应考虑哪些因素？ 选择电动机额定功率时应考虑哪些因素？ 电动机的容量是由三个因素决定的， 电动机的容量是由三个因素决定的，即： 允许温升 过载能力 起动能力 电动机在运行过程中有损耗， 电动机在运行过程中有损耗，就使其 发热和温度升高。 发热和温度升高。 在电动机中， 在电动机中，耐热最差的是电动机内部 的绝缘材料。 的绝缘材料。 通常电动机容量是按周围环境温度为40 通常电动机容量是按周围环境温度为 度时设计的。 度时设计的。 电动机的温升， 电动机的温升，是由它的发热和 散热情况决定的， 散热情况决定的，在运行中如果不超 过绝缘材料耐热等级所允许的最高温 度，电动机就可以长期运行。 电动机就可以长期运行。 电动机的负载能力主要决定于绝缘材 料的允许温度。 料的允许温度。 电动机的过载能力决定于它的电气性能。 电动机的过载能力决定于它的电气性能。 对于变化的负载，在决定电动机的容量时， 对于变化的负载，在决定电动机的容量时，需 要校验它的过载能力。 要校验它的过载能力。 一般应使电动机的最大转矩不小于 负载转矩的最大值。 负载转矩的最大值。 对于每一台具体的电动机， 对于每一台具体的电动机，其过载能 力可以在产品目录中查到。 力可以在产品目录中查到。 各种电动机的过载倍数 电动机类型 直流电动机 过载倍数 1.52 (特殊型可达 特殊型可达34 ） 特殊型可达 特殊型可达34 ） 绕线转子异步电动机 22.5 (特殊型可达 特殊型可达 鼠笼异步电动机 同步电动机 1.82 (双笼型可达 ） 双笼型可达2.7 双笼型可达 22.5 (特殊型可达 特殊型可达34 ） 特殊型可达 生产机械的传动机构在静止状态下 的摩擦阻力往往大于运动时的摩擦阻力， 的摩擦阻力往往大于运动时的摩擦阻力， 要使所选的电动机能带着负载起动， 要使所选的电动机能带着负载起动，就 必须考虑电动机的起动能力是否满足要 必须考虑电动机的起动能力是否满足要 起动能力 求。 对于直流电动机， 对于直流电动机，虽然过载能力受 换向的限制，但在刚起动时转速等于零， 换向的限制，但在刚起动时转速等于零， 对换向有利，因此，一般地说，起动时 对换向有利，因此，一般地说， 允许的电流过载倍数略大于正常工作时 允许的电流过载倍数。 允许的电流过载倍数。 在选择笼型异步电动机时， 在选择笼型异步电动机时，由于它的起 动转矩小，且受电网电压波动的影响大， 动转矩小，且受电网电压波动的影响大，因 此，除需要校验过载能力之外，还需要校验 除需要校验过载能力之外， 起动转矩。 起动转矩。 如果起动转矩不够大。 如果起动转矩不够大。可以考虑 选用起动性能较好的深槽式异步电动 机、双笼型异步电动机。 双笼型异步电动机。 此外， 此外，还与负载的性质和工作方式有密切 的关系。它可以分为以下四种类型： 的关系。它可以分为以下四种类型： 1）恒定负载连续工作制 ） 2）变化负载连续工作制 ） 3）短时工作制 ） 4）断续周期工作制 ） 一、不同工作方式下电动机功率的选择 （一）恒定负载连续工作制下电动机功率的选择 （二）短时工作制下电动机功率的选择 (三）变动负载连续工作制电动机功率的选择 三 （四）断续周期工作制下电动机功率的选择 （一）恒定负载连续工作制下电动机功率的选择 根据负载转矩及转速， 根据负载转矩及转速，计算出所需要的负 载功率 PL 选择电动机的额定功率 Pe 略大于 PL M L ne Pe PL = 9550 式中 ML ne 折算到电动机轴上的负载 电动机的额定转速 当负载转矩恒定且需要在基速以上调速时， 当负载转矩恒定且需要在基速以上调速时， 其额定功率应按所要求的最高工作转速计算。 其额定功率应按所要求的最高工作转速计算。 M L ne Pe PL = 9550 M L nmax Pe PL = 9550 对起动条件沉重（ 对起动条件沉重（静阻转矩较大或带有 较大的飞轮力矩） 较大的飞轮力矩）而采用笼型异步电动机或 同步电动机传动的场合， 同步电动机传动的场合，在初选电动机的额 定功率和转速后，还分别校验起动过程中的 定功率和转速后， 最小转矩和允许的最大飞轮力矩， 最小转矩和允许的最大飞轮力矩，以保证生 产机械能顺利地起动和在起动过程中电动机 不至于过热。 不至于过热。 电动机最小起动转矩： 电动机最小起动转矩： M s min M L max k s K u2 M L max 起动过程中可能出现的最大负载转矩（N.m) 起动过程中可能出现的最大负载转矩（ 电动机最小起动转矩： 电动机最小起动转矩： ks M s min M L max k s K u2 保证起动时有足够加速转矩的系数， 保证起动时有足够加速转矩的系数，一般 取 k s = 1.15 1.25 电压波动系数， 电压波动系数，即起动时电动机端电压 与额定电压之比。 与额定电压之比。 全压起动时： 全压起动时： ku = 0.85 ku 2 允许最大飞轮力矩 GDxm 为: GD 2 mec GD 2 xm M L max 2 = GD (1 ? ) ? GDM M sav ku2 2 0 2 GDmec 折算到电动机轴上传动机械的最大飞 轮力矩（ 轮力矩（ .m 2 N ) GD02 包括电动机在内的整个传动系统所允 N 许的最大飞轮力矩（ 许的最大飞轮力矩（ .m 2 ） 折算到电动机上的数值， 折算到电动机上的数值，由电动机资料中查取 2 GDM 电动机转子的飞轮力矩 电动机的平均起动转矩 M sav 满足： 满足： M s min M L max k s K u2 GD 2 mec GD 2 xm M L max 2 = GD (1 ? ) ? GDM M sav ku2 2 0 则所选电动机功率可以采用 （二）短时工作制下电动机功率的选择 在短时工作制下，同样可按： 在短时工作制下，同样可按： M L max k s K u2 2 0 M s min GD 2 mec GD 2 xm M L max 2 = GD (1 ? ) ? GDM M sav ku2 计算出所需要的负载功率， 计算出所需要的负载功率，然后选择具 有适当工作时间的短时定额电动机。 有适当工作时间的短时定额电动机。 如果没有合适的短时定额电动机， 如果没有合适的短时定额电动机，也可 以选用断续定额电动机。 以选用断续定额电动机。 计算电动机功率时，应考虑其过载能力。 计算电动机功率时，应考虑其过载能力。 对于异步电动机： 对于异步电动机： PL max Pe 0.75 PL max 短时负载功率的最大值 ( kw ) 电动机的转矩过载倍数 Pe Pmax Pe 0.75 Pmax (三）变动负载连续工作制电动机功率的选择 三 M (I ) M 1 ( I1 ) M 4 (I 4 ) M 2 (I2 ) M 3 (I 3 ) (I M n (In ) 0 t1 t2 t TC 转矩负载 I e I dx = 2 2 I12t1 + I 2 t 2 + I 32t3 + + I n t n Te M e M dx = I1 I n M1 M n Te 2 2 M 12t1 + M 2 t 2 + M 32t3 + + M n t n Te 各分段时间内的电流值（ 各分段时间内的电流值（A); 各分段时间内的转矩值（ 各分段时间内的转矩值（N.m); 一个周期的总时间 Te = t1 + t 2 + t3 + t n ( s ) 当负载不是矩形，而是三角形或梯形时， 当负载不是矩形，而是三角形或梯形时， 则应将每一时间间隔内转矩或电流值换算成 等效值。 等效值。 内三角形线段的等效值为： 对应时间 t1 内三角形线段的等效值为： I dx1 = I12 3 或： M dx1 = M 12 3 内梯形线段的等效值为： 对应时间 t 2 内梯形线段的等效值为： I dx 2 = 2 I12 + I1 I 2 + I 2 3 或： M (I ) M 1 ( I1 ) M dx 2 = 2 M 12 + M 1M 2 + M 2 3 M 4 (I4 ) M 5 (I5 ) M 2 (I2 ) M 3(I3) M n (In ) 0 t1 t2 t3 t4 tn t TC 梯形或三角形负载 选取电动机的额定值后， 根据 M dx 或 I dx 选取电动机的额定值后， 还要用最大负载转矩 M L max 校验电动机过载 能力， 能力，即： M L max Me 0 .9 k u 0.9ku M e M L max 0.77M e M L max M e 0.77M L max （四）断续周期工作制下电动机功率的选择 断续周期工作制是指电动机在恒定负载下工作 时间 t r 与停止时间 t0 之和称为一个周期 T0 ， 工作时间与周期之比称为负载持续率， 工作时间与周期之比称为负载持续率，用 表示， 表示，即 FC % 负载持续率： 负载持续率： tr tr FC % = = 100 % tc tr + t0 M (I ) M s1 ( I s1 ) M 1 ( I1 ) n M b2 (Ib2 ) M st 2 ( I st 2 ) tb 2 t s1 0 t sr 1 t b1 M b1 t 01 ts2 t sr 2 t 02 t ( I b1 ) M s2 (I s2 ) TC 重复短时工作制电动机的速度和负载图 对于上图所示的断续周期工作制应尽量 选用断续定额电动机； 选用断续定额电动机；所选用的负载持续率 额定值 FCe 应尽量接近实际工作条件下负载 持续率 FC 值大于60%时，可采 当实际工作的 FC 值大于 时 取强迫通风或选用连续定额电动机。 取强迫通风或选用连续定额电动机。 断续工作制下， 断续工作制下，电动机的校验可采 用等效电流（或等效转矩） 用等效电流（或等效转矩）法，也可采 用平均损耗法。由于前者较简便， 用平均损耗法。由于前者较简便，通常 被较多采用。 被较多采用。 1）选用断续定额电动机；等效电流、等效转矩 ）选用断续定额电动机；等效电流、 为： 2 2 I S t s + I sr t sr + I b2tb I dx = Ca ( t s + tb ) + t sr 下标： 、 、 分别表示起动、制动、 下标：s、b、sr 和 o 分别表示起动、制动、稳 定运行和停歇。 定运行和停歇。 M dx = 2 2 M S t s + M sr t sr + M b2tb Ca ( t s + tb ) + t sr 2）选用连续定额电动机：等效电流、等效转矩为： ）选用连续定额电动机：等效电流、等效转矩为： I dx = 2 2 I S t s + I sr t sr + I b2tb Ca ( t s + tb ) + t sr + C t0 2 2 M S t s + M sr t sr + M b2tb M dx = Ca ( t s + tb ) + t sr + C t0 Ca = C 1 + C 2 电动机起、 电动机起、制动过程中的散热恶化系数 停止时电动机散热恶化系数 对于笼型和绕线转子异步电动机及恒定 励磁的并励或他励直流电动机采用等效电流 或等效转矩法均可； 或等效转矩法均可； 但对于串励直流电动机和利用变励调速的 直流并励电动机，则不能采用等效转矩法， 直流并励电动机，则不能采用等效转矩法，而 应采用等效电流法。 应采用等效电流法。 值为： 实际的负载持续率 FCS 值为： FCS t + t + t = s b sr Tc 100% 当求出的 FCS 值与所选的电动机额定负载持续率 FCe 值不相等， 相差不多时， 值不相等，但 I dx 相差不多时，应计算出 M dx 然后折算到与所选电动机的 FCe 值下相等效的数 值，即： I dx = FC S I dx FCe 或： M dx = FC S M dx FCe 值相差较大， 如果求出的 FCS 值与所选 FCe 值相差较大，例 值为35%，而初选的电动 如实际算出的 FCS 值为 ， 机定额 FCe = 40% 则重新进行校验。 当选取的电动机额定转矩： 当选取的电动机额定转矩： M L max 若按： 若按： M e 0.9ku M e M dx 校验最大过载转矩也能通过， 校验最大过载转矩也能通过， 则所选电动机可以采用 例题：平稳负载长期工作制电动机容量校验实例： 例题：平稳负载长期工作制电动机容量校验实例： （1）机械及工艺参数：负载转矩 ）机械及工艺参数： M L = 1447N.m 起动过程中的最大静阻转矩： 起动过程中的最大静阻转矩： ML max = 562N.m 要求电动机的转速 n = 2900 3000r / min 传动机械折算到电动机轴上的总飞轮力矩： 传动机械折算到电动机轴上的总飞轮力矩： 2 GDmec = 1962N .m 2 （2）计算负载功率： ）计算负载功率： M L ne 1447 2975 PL = = kw = 450kw 9550 9550 初选 JK ? 500 笼型异步电动机，其数据为： 笼型异步电动机，其数据为： Pe = 500 KW ne = 2975 KW = 2. 5 最小起动转矩倍数： 最小起动转矩倍数： M * S min M S min = = 0.73 Me 2 电动机转子飞轮力矩： 电动机转子飞轮力矩： GDM = 441N .m 2 允许的最大飞轮力矩： 允许的最大飞轮力矩： GD02 = 3826 N .m 2 电动机的额定转矩为： 电动机的额定转矩为： 9550 Pe 9550 500 Me = = N .m = 1605 N .m ne 2975 电动机的实际负荷率为： 电动机的实际负荷率为： PL 450 = = = 0 .9 Pe 500 （3）校验最小启动转矩：假定电动机按全压起动： ）校验最小启动转矩：假定电动机按全压起动： M L max k s 562 1.25 = = N .m = 972 N .m 2 2 Ku 0.85 M min 3000 ? 2975 se = = 8.333 10 ?3 3000 sm = se ( + 2 ? 1) = 8.333 10 ?3 (2.5 + 2.52 ? 1) = 0.04 500 103 Pe = 60 = 1605 N.m Me = 2 2975 ? M max = M e = 4012.5 N .m M st 2 = se s m M max + s m se M st = 1602.33 N .m M st = 0.99 M e M min M L max k s 562 1.25 = = N .m = 972 N .m 2 2 Ku 0.85 电动机的实际最小起动转矩为： 电动机的实际最小起动转矩为： * M s min = M S min M e = 0.73 1605 N.m = 1173.84 N.m M s min M min 故最小起动转矩校验可以通过 （4）校验允许的最大飞轮力矩：平均起动转矩为： ）校验允许的最大飞轮力矩：平均起动转矩为： M sav = 0.45( M S + M max ) = 0.45 (0.73 + 2.5) M e = 0.45 (0.73 + 2.5) 1605 N.m = 2333 N.m 2 电动机转子飞轮力矩： 电动机转子飞轮力矩： GDM = 441N .m 2 GD02 = 3826 N .m 2 允许的最大飞轮力矩： 允许的最大飞轮力矩： 校验允许的最大飞轮力矩为： 校验允许的最大飞轮力矩为： GD 2 xm M L max 2 = GD (1 ? ) ? GD M M sav k u2 2 0 562 = 3826 (1 ? ) ? 441 N .m 2 2333 0 .85 2 = 2109 N .m 2 由于： 由于： 2 2 GD xm ( 2109 N .m 2 ) GD mec (1962 N .m 2 ) 故所选 JK ? 500 型电动机可以采用 二、变流器供电对电动机选用的影响 这里说的变流器供电主要是指电动机主要 回路通过整流器， 回路通过整流器，斩波器或逆变器等变流装置 供电。 供电。 交流调速系统中的电动机， 交流调速系统中的电动机，在选用时有 两方面的因素需要特殊考虑： 两方面的因素需要特殊考虑： 一是由于变流器供电非正弦产生的电压和 电流谐波的影响； 电流谐波的影响； 二是由于电动机变速运行带来的问题。 二是由于电动机变速运行带来的问题。 1. 非正弦供电对电动机的影响 1）由于存在电流谐波，使电动机定子电流 ）由于存在电流谐波， 增加约2%20%，空载时尤为突出。同时， 增加约 ，空载时尤为突出。同时， 谐波电流又增加无功功率， 谐波电流又增加无功功率，从而使电动机的 功率因数有所降低。 功率因数有所降低。 2）由于供电电压和电流谐波产生附加损耗，可使 ）由于供电电压和电流谐波产生附加损耗， 电动机的效率约降1%3%。 。 电动机的效率约降 3）由于电动机总损耗增大，使电动机的温升约增 ）由于电动机总损耗增大， 加510k 4）由于电源谐波分量产生的谐波转矩，在 ）由于电源谐波分量产生的谐波转矩， 某些情况下可能引起电动机振动， 某些情况下可能引起电动机振动，特别在 低频运行时可能对电动机的正常运行造成 威胁。 威胁。 5）由于非正弦供电磁动势谐波的影响，电 ）由于非正弦供电磁动势谐波的影响， 动机的电磁噪音增大。 动机的电磁噪音增大。 2. 变速运行对电动机选用的影响 1）对于采用自扇冷的电动机，当电动机转速 ）对于采用自扇冷的电动机， 降低时冷却能力随之降低，因而对于低速运行 降低时冷却能力随之降低， 时的电动机散热问题必须予以充分考虑。 时的电动机散热问题必须予以充分考虑。可通 过采用强迫通风方式。 过采用强迫通风方式。 2）对于恒速运行的电动机，系统的机械共振 ）对于恒速运行的电动机， 频率一般远离电动机的额定转速， 频率一般远离电动机的额定转速，可保证系 统的稳定运行。然而对于变速运行的电动机， 统的稳定运行。然而对于变速运行的电动机， 如果设计不当，机组的共振点落在电动机的 如果设计不当， 变速运行范围内则电动机可能发生危险的振 动。 应尽量选用脉振转矩振幅小的电动机。 应尽量选用脉振转矩振幅小的电动机。 同时，还可采取机械上的对策， 同时，还可采取机械上的对策，如采用能 吸收脉动转矩和改变系统共振频率的高弹 性联接器， 性联接器，以及增加电动机的抗振强度等 措施，确保电动机的运行可靠性。 措施，确保电动机的运行可靠性。 3）对于恒速运行的电动机，额定值和最佳 ）对于恒速运行的电动机， 工作点的选取比较简单， 工作点的选取比较简单，电动机的负载特性 不同， 不同，因而额定值和最佳工作点的选取是个 十分复杂的问题。 十分复杂的问题。设计时应使电动机的负载 特性尽可能地实现对整个运行区间的最佳覆 特性尽可能地实现对整个运行区间的最佳覆 盖。 作为一个例子，采用 的通用PWM变 作为一个例子，采用BJT的通用 的通用 变 频器传动一台15KW，4极全封闭外扇（自通 ， 极全封闭外扇 极全封闭外扇（ 频器传动一台 风）式电动机，电动机载额定运行状态下，即 式电动机，电动机载额定运行状态下， 电动机的电压、频率、输出功率均为额定值。 电动机的电压、频率、输出功率均为额定值。 用变频器供电与用工频电网供电相比较， 用变频器供电与用工频电网供电相比较， 电动机电流增加10%而温升增加 电动机电流增加 而温升增加20%左右。 左右。 而温升增加 左右 三、电动机电流种类、型式、额定电压及额定转 电动机电流种类、型式、 速的选择 1.电动机电流种类的选择 电动机电流种类的选择 电动机电流种类的选择， 电动机电流种类的选择，实质上就是选 用交流或直流电动机的问题。 用交流或直流电动机的问题。其选择原则大 体如下： 体如下： 1）优先选用结构简单、价格便宜、维护方便的 ）优先选用结构简单、价格便宜、 交流笼型异步电动机，如各种机床、 交流笼型异步电动机，如各种机床、水压机及皮 带运输机等。 带运输机等。 笼型异步多速电动机可用于要求有级调速 的生产机械上，如电梯及某些机床等。 的生产机械上，如电梯及某些机床等。 随着调速技术的不断发展， 随着调速技术的不断发展，笼型异步电动 机将大量应用在要求无级调速的生产机械上， 机将大量应用在要求无级调速的生产机械上， 它们的应用范围将更为扩大。 它们的应用范围将更为扩大。 2）绕线转子异步电动机多用于起重机及矿 ） 井提升机等生产机械， 井提升机等生产机械，用转子串电阻起动 和调速，调速范围有限（ 和调速，调速范围有限（ D = 1 .5 左右 ） 晶闸管串级调速的发展， 晶闸管串级调速的发展，则大大扩大了 绕线转子异步电动机的应用范围。 绕线转子异步电动机的应用范围。 3）当功率较大又不要求调速时，一般采用 ）当功率较大又不要求调速时， 交流同步电动机， 交流同步电动机，以提高工业企业的功率因 数。 4）直流电动机调速性能优良，目前大量应 ）直流电动机调速性能优良， 用在功率较大、 用在功率较大、调速范围要求很宽的生产机 械上。 械上。 随着交流调速系统的不断发展， 随着交流调速系统的不断发展，可以预 料，在不远的将来，交流电动机在调速性能 在不远的将来， 方面将与直接电动机相媲美。 方面将与直接电动机相媲美。 2. 电动机类型的选择 （1）安装方式 ） 分为卧式和立式， 分为卧式和立式，卧式电动机的转轴安装后 为水平位置。 为水平位置。 立式的转轴则为垂直地面的位置， 立式的转轴则为垂直地面的位置，两种 类型的电动机使用的轴承不同。 类型的电动机使用的轴承不同。 立式的价格稍高，一般情况下用卧式的。 立式的价格稍高，一般情况下用卧式的。 电动机机座下有的电动机有底脚，有的没有。 电动机机座下有的电动机有底脚，有的没有。 （2）轴伸个数 ） 伸到端盖外面与负载连接的转轴部分称为轴伸。 伸到端盖外面与负载连接的转轴部分称为轴伸。 电动机有单轴伸和双轴伸两种， 电动机有单轴伸和双轴伸两种，多数情况 下用单轴伸，特殊情况下用双轴伸。 下用单轴伸，特殊情况下用双轴伸。 （3）防护方式 ） 按防护方式分，电动机有开启式、 按防护方式分，电动机有开启式、防 护式、封闭式、防爆式几种。 护式、封闭式、防爆式几种。 开启式电动机的定子两侧和端盖上都有很 大的通风口。它散热好，价格便宜， 大的通风口。它散热好，价格便宜，但容易进 灰尘、水滴和铁屑等杂物，只能在清洁、 灰尘、水滴和铁屑等杂物，只能在清洁、干燥 的环境中使用。 的环境中使用。 防护式电动机的机座下面有通风口。它散热好， 防护式电动机的机座下面有通风口。它散热好， 能防止水滴、沙粒和铁屑等杂物溅入或落入电动机内。 能防止水滴、沙粒和铁屑等杂物溅入或落入电动机内。 但不防止潮气和灰尘侵入。它适用于比较干燥、没有 但不防止潮气和