电机与电力拖动基础教程第9章.ppt

宁波工程学院,电机原理与拖动基础,下页,9章,第9章交流拖动系统电动机的质量与选择,下页,上页,9章,本章教学基本要求,了解电动机选择的主要内容熟悉电动机容量选择的基本理论和电机工作制掌握电动机容量选择方法熟悉三相异步电动机的试验项目，了解质量性能试验测定方法及质量的工程判别方法。,下页,上页,返回,9章,本章教学重点和难点,重点：1.电动机容量选择的基本理论和电机工作制；2.电动机容量选择方法；难点：电动机容量选择方法。,下页,上页,返回,9章,9.1电动机的选择内容,正确选择电动机容量的意义如果电机容量过大，则电机效率低，容量浪费，如果电机容量不能充分利用；如果容量过小，则电机过热，电机寿命要降低。每台电机绝缘材料限制了它的最高允许温度，若工作温度超过允许温度，则每升高8，绝缘寿命缩短一半。所以必须选择合适的容量，选电机时，除选容量外，还要选电机的型式，电流种类，转速等。,下页,上页,返回,电动机的选择包括电动机种类、电动机额定容量选择、形式、额定参数及电动机的质量性能选择。,9章,1、电动机种类的选择在满足生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，对电动机种类选择要力求结构简单、运行可行、维护方便、价格低廉。,异步电动机：结构简单、运行可靠、维护方便和价格低廉。起动和调速性能差，功率因数低。同步电动机：可以通过调节励磁电流来调节功率因数，对电网进行无功补偿。直流电动机：起动性能和调速性能优异。结构复杂，成本高，存在换向问题。,下页,上页,返回,9章,工作方式：按工作制的不同分为连续工作制、短时工作制和断续工作制。结构形式：按转轴安装的位置分为卧式和立式两种防护形式：开启式、防护式、封闭式和防爆式。（1）开启式：价格便宜，散热条件好。但容易浸入灰尘、水汽、油污和铁屑等。（2）防护式：通风条件较好，可以防止外界物体从上面落入电动机内部，可以防滴、防溅、防雨，但不能防止潮气和灰尘浸入电动机内部。二、电动机工作方式及防护形式的选择（3）封闭式：这种电机又分为自扇冷式、他扇式和密封式三种。前两种可用于在潮湿、多腐蚀性灰尘、易受风雨侵蚀的环境中；第三种因为密封，水和潮气不能侵入电动机中，一般用于浸入水中的机械（如潜水泵电动机）。（4）防爆式：这类电动机应用于存在有爆炸危险的环境。,2、电动机工作方式及防护形式的选择,下页,上页,返回,9章,3、电动机额定参数的选择主要考虑额定电压、额定转速、额定功率的确定。,电动机的额定电压的选择应依据与电网电压一致的原则。一般工厂企业的低压电网为220V，380V，600V；当电动机的功率较大时且供电电压为6000V及10000V时，可选用6000V甚至10000V的高压电动机，直流电动机的额定电压常用110V或220V；大功率的电动机可提高到600V或800V，甚至1000V。,下页,上页,返回,9章,电动机的额定转速应综合电动机和生产机械两方面的各种因素来选择。（1）对很少起、制动或反转的长期工作制的电动机，应从设备的初期投资、占地面积和维护费用等方面考虑。（2）对经常工作于起动、制动以及反转的电动机，但过渡时间对生产率影响不大，主要考虑过渡过程能量损耗最小为条件来选择电动机额定转速。（3）对于电动机经常工作于起动、制动及反转，且过渡过程的持续时间对生产率影响较大，主要依据过渡过程时间最短为条件选择电动机的额定转速。,电动机额定功率规定为在一定环境温度条件下，电动机的发热情况所允许的运行时最大输出功率。与电动机的发热和冷却、电动机材料的性能、电动机的运行状况、电动机运行工作制、结构形式、冷却方式等有关。,下页,上页,返回,9章,4、电动机质量性能的选择主要考虑效率水平、起动性能、噪声与振动水平、温升水平。,下页,上页,返回,9章,选择过程：根据负载转矩、转速变化范围、起动频繁程度等要求，考虑电动机的发热和冷却、电动机运行工作制、电动机的过载能力、电动机的起动能力。,9.2电动机额定容量的选择,下页,上页,返回,9章,9.2.1电动机的发热过程,电机在工作时，34T，tg为工作时间。例如水泵，风机等。,下页,上页,返回,tW,9章,2.短时工作制,电机工作时间很短，电机停歇时间长。一般根据短时工作制特点，将工作时间ts结束时的温升设计在接近绝缘材料允许最高温升，则该电机在拖动同样负载而连续工作时，稳定温升将大大超过该电机的最高允许温升，而将电机烧坏，所以，短时工作制电机拖动对应的额定负载时，不允许连续运行,下页,上页,返回,9章,短时工作制,下页,上页,返回,短时工作制电机的标准工作时间为：15，30，60，90min四种。属于短时工作制的电机有：水闸闸门，车床等夹紧装置等。,9章,3.断续周期工作制,电机的工作时间tg与停歇时间t0相互交替，两段时间都较短。在工作时间内，电机温升达不到稳定值，停歇时间内电机温升也降不到零经过一个周期，温升有所上升，经过若干个周期后，温升在最高温升max和最低温升min之间波动。,下页,上页,返回,9章,断续周期工作制,下页,上页,返回,设计这种工作制的电机时，应使最高允许温升大于最高温升，即almax显然改变工作时间和停歇时间的比率，会影响max值的大小，为此提出负载持续率(暂载率)的概念。,9章,负载持续率,定义：暂载率表明工作时间占工作周期时间的百分数。,下页,上页,返回,标准负载持续率为：15%，25%，40%，60%四种。属于断续周期工作制的设备如：起重机械，电梯等。,9章,9.2.5额定容量的选择方法,在确定电流种类(交，直，励磁方式)后，按负载功率大小来预选电动机容量。然后进行各种校验。发热校验按发热条件检验应满足：P、T为电动机输出等效功率和输出等效转矩。,下页,上页,返回,9章,对于异步机考虑电网电压波动应满足：,下页,上页,返回,过载能力校验,9章,起动能力校验,对鼠笼异步电动机要校验起动能力。,下页,上页,返回,9章,1.连续工作制电机的容量选择,连续工作制电机的容量选择其负载分二种：恒定负载（重点介绍），变化负载。其中变化负载是指：负载长期施加，但大小变化，变化通常具有周期性，或者在统计的规律下具有周期性，如恒速轧钢机、输送量变化的连续运输机等。,下页,上页,返回,9章,长时恒定负载下的电动机容量选择,选择方法：由已知的负载功率PL去选电动机容量使PNPL。则有：alW。其中：W电机稳定温升，al为电机材料最高允许温升。校验过载能力和起动能力。,下页,上页,返回,9章,具体方法,连续恒定负载是电动机容量的选择由于连续工作制电动机都是按连续恒定负载设计的，只需PLPN就可使温升不超过允许值，不需要热校核，其容量选择步骤：（1）先计算负载功率PL；（2）按PL选电机，使PNPL；（3）若笼型感应电动机，需要对所选电机进行起动能力校验；,下页,上页,返回,9章,（4）若环境温度0与标准40相差较大，应修正电动机的额定值，可按下式修正：式中：为电机空载损耗（不变损耗）与额定负载的可变损耗之比，sN为电机额定稳定温升。,下页,上页,返回,9章,连续周期变化负载时电动机容量的选择,可采用等效转矩法，其步骤如下：(1)计算平均负载功率先绘制生产机械的功率负载图或转矩负载图，然后求平均负载功率PavL：式中TavL为平均负载转矩。(2)预选电动机按PN(1.11.6)PavL预选电动机，并计算预选电动机的TN。,下页,上页,返回,9章,（4）用等效转矩进行发热校核：a)求出等效转矩，如果，则发热校核通过。b)对于直流电动机m不变或感应电动机m与cosj2都不变时，可按下式计算：,（3）绘制预选电动机的电磁转矩图T=f(t).第i段的电磁转矩Ti为：,下页,上页,返回,9章,(c)如第i段为弱磁，设该段磁通为，转矩为Ti，则应采用修正值Ti，即：（d）如考虑