电动机工作制.doc

电机的工作制的分类是对电机承受负载情况的说明，它包括启动、电制动、空载、断能停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序，工作制分以下9类： S1 连续工作制：在恒定负载下的运行时间足以达到热稳定。 S2 短时工作制：在恒定负载下按给定的时间运行，该时间不足以达到热稳定，随之即断能停转足够时间， 使电机再度冷却到与冷却介质温度之差在2K以内。 S3 断续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段断能停转 时间。这种工作制中的每一周期的起动电流不致对温升产生显著影响。 S4 包括起动的断续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段对温升有显著影响的起 动时间、一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。 S5 包括电制动的断续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段起动时间、一段恒定 负载运行时间、一段快速电制动时间和一段断能停转时间。 S6 连续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行 时间，但无断能停转时间。 S7 包括电制动的连续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段起动时间、一段恒定 负载运行时间和一段快速电制动时间，但无断能停转时间。 S8 包括变速变负载的连续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段在预定转速下恒 定负载运行时间，和一段或几段在不同转速下的其它恒定负载的运行时间，但无断能停转时间。 S9 负载和转速非周期性变化工作制：负载和转速在允许的范围内变化的非周期工作制。这种工作制包括经常过载，其值可远远超过满载。电动机的选择包括选择电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率，其中以额定功率的选择较为复杂。确定电动机的额定功率，要考虑三个方面，即电动机的发热、过载能力与起动能力，其中尤以发热问题最为重要。电动机运行时的损耗，转变为热能，使电动机各部分温度升高。电动机允许温度主要决定于电动机所用绝缘材料的耐热等级。根据耐热程度的不同，电动机常用绝缘材料分为五个等级。AEBFH105120130155180电动机的额定功率是指环境温度为标准值40时，电动机带额定负载长期连续工作，其稳定工作温度接近或等于绝缘材料允许的最高温度。研究电动机发热时，常用“温升”这一概念。所谓“温升”是电动机温度与周围环境温度之差，周围环境温度的标准值定为40。校验电动机的过载能力可按下式进行式中 Tmax电动机工作中可能出现的最大负载转矩。如果过载校验不能通过，则另选过载能力较大的电动机或改选功率较大的电动机，以满足过载条件的要求。对于鼠笼式异步电动机，还应校验其起动能力，使满足如不满足,则应另选Tst较大的或功率较大的电动机。91 电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类一. 一. 电动机的发热过程电动机运行时的发热情况较为复杂,为方便起见,假定电机为一均质等温固体,即假定电动机是一个表面均匀散热,内部没有温差的理想发热体。设电动机在恒定负载下长期连续工作,单位时间内由电动机损耗所产生的热量为,则在dt时间内产生的热量为dt,其中一部分为电机所吸收(使电机温度升高),另一部分散发于周围介质中,为此可得热平衡方程 式中 C电动机的热容量,即使电动机温度升高1所需的热量；d电动机在dt内温度升高的数值；A电动机的散热系数,为电机与周围环境温度相差1时,单位时间向周围介质散发的热量。上式两边同时除以Adt,则得微分方程令 ,则上式变为解此微分方程，则可得温升曲线方程式 式中 发热过程的起始温升。若起动时电机处于冷态，则上式变为由此上两式可以做出两条曲线，如图91 所示。可见，温升是按指数规律上升的，最终趋于 图91发热过程的温升曲线稳定温升，这时电动机的发热量等于散热量。式中T称为发热时间常数，因为，所以电动机的体积越大，C越大，T就越大，同时，散热系数A越大，则T越小。式中为稳定温升，与发热量，即与损耗，亦即与负载大小有关。负载越重，就越高；同时，散热系数A越大，则越低。二. 二. 电动机的冷却过程电动机的负载减小或停机时，电动机的损耗下降或为零，温升下降，电动机进入冷却过程。冷却过程的温升曲线方程与发热时相同，只是发热过程的，而冷却过程的 (34)T,可达几小时甚至几天。例如水泵、鼓风机、造纸机等。其简化负载图P=f(t)及温升曲线=f(t)如图93所示。(二)短时工作制工作时间较短 tg(34)T，电动机温升达不到稳定值，而停车时间t0较长，温度是以降至周围环境温度（即W=0），例如机床的辅助运动机械，冶金辅助机械，闸门启闭机等。负载图P=f(t)及温升曲线=f(t)如图94所示。标准时间为 15、30、60、90分钟四种。（三）断续周期工作制工作时间tg 和停歇时间t0轮流交替，两段时间都短。tg 期间，温升来不及达到稳定值，t0期间，温升也来不及降 图93 连续至零。但经过一个周期，温升 工作制P=f（t）有所上升，最后温升将在某一 和=f(t)曲线范围内上下波动。例如起重机、电梯、轧钢辅助机械等。负载图P=f(t)和温升曲线=f(t)如图95所示。在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率ZC% 即。我国规定的标准持续率为 图94 短时工15%、25%、40%、60%四种， 作制P=f（t）和并规定tg+to10min。 =f(t)曲线电机厂专门设计和制造了适应不同工作制的电动机，供按不同的负载性质选配。不同工作制下电动机功率的选择方法是不同的。 92 连续工作制电动机的选择连续工作制电动机的负载分为两类：常值负载和变化负载。一. 一. 常值负载下电动机功率的选择先计算出生产机械的负载功率PZ，然后选择电动机的额定功率PN等于或略大于PZ，即发热就不会有问题，对鼠笼式异步电动机，一般还需校验其起动能力。电动机的额定功率是按标准环境温度40确定的。如果使用时，周围环境温度与标准值40相差较大，为了充分利用电动机，其输出功率可与不同。根据发热等效的原则，即在不同的环境温度下，带负载运行时电动机的温度均达绝缘材料的最高允许温度m这一原则，可以推导出电动机在实际环境温度为时允许输出功率的计算公式：式中 绝缘材料允许的最高温度 不变损耗（空载损耗）与额定负载下可变损耗（铜耗）之比，其值决定于电动机的结构与转速，一般为0.41.1 。显然，如果O 40，则PP； O40,则PPN。实际工作中，也可按表13-1近似确定O不等于40时电动机允许输出的功率P。环境温度303540455055电动机功率增减的百分数+8%+5%0-5%-12.5%-25%环境温度低于30时，一般也只增加8%。电动机所在地点的海拔高度对电动机的温升也有影响，因为海拔越高，气温越低，散热条件越差，两者可适当补偿。因此规定1000米以下，额定功率不进行校正，但大于1000米时，需进行校正或采用适用于高原的电动机。二. 变化负载下电动机功率的选择连续工作方式下的周期性变化负载，其负载功率的大小是变化的，为按其最小负载功率选择电动机的额定功率PN,会使电动机过热甚至烧坏；如按其最大负载来选，则会造成电动机容量的浪费。解决这一问题的方法是根据一个周期内各段时间实际的负载功率求取平均负载功率，然后根据平均负载功率预选电动机。连续周期性变化负载的平均功率和平均转矩可按下面公式计算：和过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，上述Pzd及Tzd中没有反映过渡过程中的发热情况。因此，根据平均负载功率或平均负载转矩预选电动机的额定功率时应当乘以1.11.6的系数。即 PN(1.11.6)PZd或 PN(1.11.6)预选电动机后先校核发热，后校核过载能力，必要时再校核起动能力。校核发热的方法有平均损耗法和等效法，等效法中又包括等效电流法，等效转矩法和等效功率法。（一） （一） 平均损耗法根据国家标准规定，当变化周期时，周期性变化负载下电动机的稳定温升不会有大的波动，可用平均温升代替最高温升，因此可以用平均损耗来校核发热。平均损耗可按下式计算 式中 为第i段电动机的损耗。只要 发热校核通过，为电动机额定运行时的损耗。如果，说明预选电动机功率太小，发热校验通不过，需重选功率较大的电动机，重新校核发热直至通过。如果，说明预选电动机功率太大，电动机得不到充分利用。这时需改选功率较小的电动机，重新进行发热校验。平均损耗法适用于任何类型电动机，只要。(二) 等效法 平均损耗法需先求出，计算步骤比较复杂。1. 1. 等效电流法电动机的损耗包含不变损耗和可变损耗两类，为此变化负载下第i级负载的损耗 把平均损耗中可变损耗所对应的电流称为等效电流Idx，则故有 化简则得在预选电动机之后，根据生产机械的负载变化曲线和电机的工作情况，求出电动机电流的变化曲线I=f(t),从而按上式求出等效电流Idx,如果，则发热校验通过，否则需重选电机，再进行校核，直至通过为止。等效电流法是从平均损耗法引申出来的，在推导Idx的过程中，认为空载损耗P0和常数C都不变。故应用此法需符合以下条件：(1)tzP30P60P90,显然过载能力也不同，其关系为15306090。一般在铭牌上标的是小时功率，即P60。选择这种电动机，如果实际工作时间等于上述标准时间时很方便。只要按对应的工作时间与功率，由产品目录直接选用即可。当电动机实际工作时间tgx与标准值tg不同时，应把tgx下的功率Px换算到tg下的功率Pg，再按Pg来进行电动机功率的选择。换算时，应取与tgx最接近的tg，。与tg对应的功率Pg可按下式换算：式中 ，当时，可近似为如果没有合适的专为短时工作制设计的电动机，也可采用专为断续周期工作制设计的电动机，其对应关系可近似为：tg=30min相当于ZC%=15%,tg=60min相当于ZC%=25%，tg=90min相当于ZC%=40%。95断续周期工作制电动机的选择应大量生产机械的需要,有专为断续周期工作制设计的电动机。此类电动机的共同特点是起动能力强,过载能力大,惯性小,机械强度好,绝缘等级高,临界转差率Sm(对鼠笼式电机)设计得较高等。对同一台电动机,不同负载持续率ZC%时对应的额定功率不同,如表13-2所示例子JZR-11-6。表中过载能力一项中，仅给出ZC%25%时最大转矩Tm与额定转矩TN(25%)的比值，这是由于这台电动机的Tm是一个固定值，而TN是随ZC%的改变而变化的，ZC%越小， PN与TN越大 ，过载能力就越低。断续周期工作制电动机功率的选择与连续工作制变化负载下功率选择相似，在一般情况下，也要经过预选及校验等步骤。即先根据负载初步确定负载持续率ZC%和负载功率的平均值Pzd，预选电动机，作出电动机的负载图，进行发热、过载能力及必要时起动能力的校验。如果实际的ZCx% 不等于标准的ZC%，则选与ZCx%最接近的ZC%，再把ZCx%下的功率Px换算为ZC%的功率。换算公式如下: 当 时,可近视为如果ZCx%10%，可按短时工作制选择电动机；如果ZCx%70%，可按连续工作制选择电动机。96 选择电动机的功率的统计法和类比法对各国同类型先进的设备所选用的电动机功率进行统计和分析，找出电动机的功率和设备主要参数之间的关系，结合我国具体情况得出相应的计算公式，设计时按这些公式确定电动机的功率，称之为统计法。例如1车床 P=36.5D1.54KW D工