电动机容量的选择及验算

1、第 十 三 章,电 力 拖 动 系 统 中 电 动 机 的 选 择,电力拖动系统中电动机的选择,电动机的发热及冷却规律,电动机选择的一般概念,短时工作制电动机的选择,连续工作制电动机的选择,电动机的工作制,电力拖动系统中电动机的选择,本章要求：,掌握决定电动机额定功率的主要因素。,掌握确定电动机额定功率的主要方法。,了解电动机发热及冷却的规律。,掌握电动机的工作制。,能合理的选择电动机。,第一节 电动机选择的一般概念,一、正确选择电动机的意义,电动机选择要合理，主要选择其功率PN；其次UN, nN等。,如果PN太小，电动机经常处于过载下运行，发热严重，会损坏。,如果PN太大，电动机经常处于轻载

2、下运行，投资大，效率和功率因数低，会造成浪费。,选择电动机功率PN的原则：在满足负载要求的前提下，最经济、最合理地决定功率。,二、决定电动机功率PN的主要因素,决定电动机功率PN的主要因素：电动机的发热及温升；过载能力和起动能力。,电动机工作时有铜、铁、摩擦等损耗，这些损耗变为热能使电机温度t升高。,当电机温度t升高到一定极限（电机允许最高温度）时，其绕组、铁芯绝缘将迅速老化，遭到损坏，使电机寿命大减，严重时会直接烧毁电机。,电机选用的绝缘材料不同，其最高允许温度不同。常用绝缘材料，按其耐热能力分为：A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)五级。,电机绝缘材料的最高

3、允许温度就限制了电机带负载的限度，而电动机功率PN就代表了该限度；当电动机带额定功率负载运行时，其稳定温度接近绝缘材料的最高允许温度。,电动机工作时，温度的升高，一方面取决于发热量（p）；另一方面取决于环境温度和散热条件。,电动机的温升：电机温度与环境温度之差。,国标规定电动机最高允许温升=绝缘材料的最高允许温度-环境温度(40)。,常用绝缘材料:A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180),国标规定电动机 最高允许温升=绝缘材料的最高允许温度-环境温度(40)。,选择电动机功率时，除了考虑温升外，还要考虑过载能力和起动能力。,一般要求电动机带最大负载力矩和起动负载力矩

4、满足：,考虑U波动10%，的保险系数,考虑U波动10%，的保险系数,第二节 电动机的发热及冷却规律,一、电动机的发热过程,由能量守恒定律可知：,产生的热量=温升的热量+散热量,Q：电动机单位时间发热量,C：电动机的热容量，即每升高1所需热量,A：电动机的散热系数,：电动机的温升,变形为：,非齐次常系数一阶微分方程,解方程温升的解为：设t=0, = i则温升的解为：,TH=C/A，电动机的发热时间常数,s =Q/A，电动机的稳定温升,i，电动机的初始温升,电动机的温升曲线为：,经过(34) TH温升就可达到稳定值s。,小电动机TH=1020分钟；其只需要半小时就能达到稳定温升s。,大电动机TH=

5、30分钟；其需要两个小时才能达到稳定温升s。,电动机的稳定温升： s =Q/A,1、散热条件（A）不变时，损耗p增加，稳定温升增加。,结论：,2、改善散热条件（A）可以降低稳定温升。,二、电动机的散热过程,电动机达到稳定温升后，如果负载减小或停车，则电机的发热量将小于散热量，电机温度会下降，最后稳定于较低的稳定温升。这个温升下降过程叫电动机的冷却。,电动机冷却的温升方程仍为：,只是s i,练习 两台同样电动机，在下列条件下拖动负载运行时，它们的起始温升、稳态温升、发热时间常数是否相同？ 1)相同负载，相同环境，一台原来末运行，另一台运行刚停下后又接着运行： 2)同一环境下，一台半载，另一台满载

6、； 3)同一房间内，一台自冷，另一台风冷，但两台都满载运行。,第三节 电动机的工作制,电动机的温升 ，不仅与发热量Q有关，而且与负载持续时间t有关。,当t4TH时， =s；否则 s 。,电动机的温升与电动机的工作方式有关。,常见电动机的工作方式：连续工作制；短时工作制；断续周期工作制；,一、连续工作制,连续工作制指：电动机在恒定负载下连续运行，工作时间t 4TH， =s。,如：通风机、水泵、纺织机等都选用连续工作制电动机。,电动机的负载图：指电动机的输出功率（或转矩）与工作时间的关系曲线。,生产机械的负载图：指生产机械的输出功率（或转矩）与工作时间的关系曲线。,连续工作制电动机的负载和温升曲线

7、为：,结论：,对连续工作制电动机，取使电机稳定温升达到电动机绝缘材料最高允许温升时的输出功率，作为该电动机的额定功率。,输出功率不同，发热量Q不同，s不同。,采油平台,二、短时工作制,短时工作制指：电动机带恒定负载在给定的短时间内运行，工作时间t 4TH， max s。冷却后温升为0。,如：电动闸门、重型吊车等都选用短时工作制电动机。,短时工作制电动机的负载和温升曲线为：,国标规定短时工作制标准时限为：10、30、60、90分钟。,结论：,短时工作制电动机相应工作时限额定功率的规定：电动机带恒定负载运行，取在规定工作时限内实际达到的最高温升等于电动机绝缘材料最高允许温升时的输出功率，作为该工作

8、时限下的额定功率。,船 闸,三、断续周期工作制,电动机带恒定负载运行时间tR短，停车时间t0也短，以(tR + t0)=10min为周期重复工作。其中t0 和tR都 4TH。max s，但冷却温升不会下降到0；其温升在一个小范围内波动。,断续周期工作制电动机的负载和温升曲线为：,负载持续率Fs：负载运行时间与工作周期之比。,标准负载持续率Fs为：15%，25%，40%，60%。,结论：,工作于断时周期制的电动机，把在规定负载持续率下运行的实际达到的最高温升等于电动机绝缘材料最高允许温升时的输出功率，作为其该负载持续率下的额定功率。,练习 一小容量电动机周期性地工作15min，休息85min。其

9、负载持续率Fs15吗？它是哪种工作方式? 一台电动机原绝缘材料等级为B级额定功率为PN，若把绝缘材料改成为E级，其额定功率应该怎样变化? 同一台电动机，在下列条件下拖动负载运行时，为了使电机充分利用，它的输出功率是否一样大？ 自然冷却，环境温度为40； 强迫通风，环境温度为40； 自然冷却，高温环境。,一台连续工作制的三相异步电动机,额定功率为PLN; 将其用作短时工作制(10分钟)时,额定功率为PDN; 将其用作断续周期制(15%)时,额定功率为PZN; 1、此时三个额定功率的大小关系？ 2、将短时工作制的时间延长(30分钟)时，额定功率PDN 如何变化？。,三个额定功率的大小关系： PDN

10、 PZN PLN;,时间延长,额定功率将减小.,第四节 连续工作制电动机额定功率的选择,连续工作制电动机的负载分为：恒定负载；变化负载。,一、恒定负载下电动机容量的选择,选择电动机的额定功率大于等于负载功率。即：,选择步骤：,1、计算负载功率PL,几种常见负载PL的计算公式,1）直线运动机械的负载功率PL ：,FL：生产机械的静阻力，N。,V：生产机械的速度，m/s。,：传动装置的效率，直接连接时取0.951，皮带传 动取0.9。,2）旋转运动机械的负载功率PL,TL：生产机械的静转矩，Nm,nL ：生产机械的速度，rpm,：传动装置的效率,3）泵类机械的负载功率PL,：泵的流量，m3/s,H

11、 ：馈送高度，m;,：传动装置的效率,1：泵的效率,低压离心泵10.30.6,高压离心泵10.50.8,活塞泵10.0., ：液体密度，kg/m3,102=1000/9.8,）风机类机械的负载功率PL,：气体流量，m3/s,h ：风机压力，N/m2,：传动装置的效率,1：风机的效率,大型风机10.50.8,中型风机10.30.5,小型风机10.20.5,2、按负载功率PL选择电动机的额定功率P,在环境温度为时，对连续工作制，选择电动机的额定功率P1.1*负载功率PL 。,当环境温度不为40时，为了合理选择电动机应进行修正。,P：所选择电动机的实际输出功率。,P：环境温度为时，所选择电动机的功率

12、。,：实际环境温度与之差。,sN：电机稳定温升。,：损耗比,直流机1,笼型异步机0.50.7,大型绕线异步机0.91,例：一高压离心水泵：排水量Q=288m3/h,总扬程H=240m, 效率=0.7。电机与水泵直接连接。试选择电机容量。,解：先计算负载功率,考虑保险系数，电动机额定容量可以选择为： PN(1.1PL),一台离心式水泵，流量为720 m3/h 、排水高度21米。水泵效率0.78，水的比重9810牛米3，传动机构效率0.98，电动机与水泵同轴联结。今有一电动机其功率55千瓦，是否能用?,可用,二、变负载下电动机容量的选择,电动机带变负载运行时，其发热量也不断变化，温升也不断变化，但

13、长时运行后，温升应在一个小范围内波动。,选择电动机的功率，应保证运行时最高温升不超过电机的最高允许温升。,选择步骤：,1）计算生产机械功率，绘出生产机械负载图。,2）预选电动机功率。,3）计算预选电动机负载图。,4）利用电动机负载图，进行发热、过载、起动校验。,1、预选电动机功率,1）可以根据经验或参考类似系统来预选功率。,2）利用生产机械的平均功率来预选功率。,生产机械的负载图，在变化周期tC内，负载变化n次。,预选电动机功率： PN=(1.11.6) PLav,2、发热校验,直接用温升曲线来校验温升，很困难，因为TH不知道；需要用其他方法间接校验温升。,（1）平均损耗法,原理：电机发热量Q

14、正比于损耗。所以只要电机的平 均损耗不超过额定损耗，其温升就不会超过容 许温升。,步骤： a、利用电动机负载图和预选电动机效率曲线， 求出每段时间的损耗功率。,b、计算平均损耗,c、发热校验条件,（2）等效电流法,原理：用一个等效电流Ieq来代替实际电流，两者发热 相等。如果预选电机的在变化负载下等效电流 Ieq IN ，则预选电机合适。,步骤：a、绘制电动机负载电流图。,b、计算等效电流。,c、发热校验条件,（3）等效转矩法（仅用于力矩T正比电流I场合）,原理：用一个等效转矩Teq来代替实际转矩，两者发热 相等。如果预选电机的在变化负载下等效转矩 Teq TN ，则预选电机合适。,第五节 短时工作制电动机额定功率的选择,一般选短时工作制电动机；也可以选连续或断续制电机。,一、选用短时工作制电动机,选择具有相同标准工作时限的短时工作制电动机，使PN PL。,若实际工作时限tR与标准工作时限tRN不同