第11章电动机的选择

1、1 电机与拖动电机与拖动 2 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 第第11章章 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 3 v生产机械对电动机的要求生产机械对电动机的要求 机械特性、起动性能、调速性能、机械特性、起动性能、调速性能、 制动方法、过载能力制动方法、过载能力等。等。 v经济效益经济效益 各类电动机的性能特点、各类电动机的性能特点、 价格高低以及维护成本等。价格高低以及维护成本等。 v按节能的原则来选择，使电动机的运行效率按节能的原则来选择，使电动机的运行效率 符合国家标准的要求。符合国家标准的要求。 第第11章章 电力拖动系统中电动机的选择电力拖动系统中电动

2、机的选择 4 电动机的主要种类和特点电动机的主要种类和特点 种类种类 机械特性机械特性 Tst 调速性能调速性能 可靠性可靠性 价格价格 维护成本维护成本 他他/并励并励 串励串励 复励复励 直流直流 电动机电动机 三相三相 异步异步 电动机电动机 单相异步电动机单相异步电动机 三相同步电动机三相同步电动机 单相同步电动机单相同步电动机 笼型笼型 线绕型线绕型 多速多速 高高 Tst 硬硬 大大 好好 较低较低 高高 高高 软软 大大 好好 较低较低 高高 高高 硬硬 大大 好好 较低较低 高高 高高 硬硬 小小 差异大差异大 低低 低低 硬硬 大大 差异大差异大 低低 低低 24 种速度种速

3、度 大大 机械特性硬、功率小、机械特性硬、功率小、cos 和和 较低较低 转速恒定、转速恒定、cos 可调、只能采用变频调速可调、只能采用变频调速 转速恒定、功率小转速恒定、功率小 除特殊负载需要外，一般不宜选用直流电动机。除特殊负载需要外，一般不宜选用直流电动机。 第第11章章 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 5 既不能过载，也不能长期轻载。既不能过载，也不能长期轻载。 常用方法：常用方法： 计算法、统计法、类比法。计算法、统计法、类比法。 0.6 320 0.37 320 3 320 200 500 200 5000 25010000 1000 10900 电压电压/

4、V 380 6000 10000 交流电动机交流电动机 直流电动机直流电动机 笼型笼型 绕线型绕线型 同步同步 额定功率额定功率/kW 电压电压/V 额定功率额定功率/kW 110 220 440 600870 0.25 110 0.25 320 1.0 500 500 4600 第第11章章 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 6 PN200 kW 时，选择时，选择 UN = 380 V。 PN200 kW 时，选择高压电机。时，选择高压电机。 综合考虑：转速、传动方式、调速要求等。综合考虑：转速、传动方式、调速要求等。 开启式电动机开启式电动机 防护式电动机防护式电动机

5、第第11章章 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 7 离心制冷机用封闭式电机离心制冷机用封闭式电机 螺杆制冷机用封闭式电机螺杆制冷机用封闭式电机 封闭式电动机封闭式电动机 全封闭自扇冷式全封闭自扇冷式 笼型三相异步电动机笼型三相异步电动机 第第11章章 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 8 密封式电动机密封式电动机 防爆式电动机防爆式电动机 (YB 系列系列) YB2-B35 更多图片更多图片 第第11章章 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 9 1. 卧式卧式 IM B3 卧式：卧式：IM B3 IM B35，共十四种。共十四种。 2.

6、 卧式卧式 IM B5 立立式：式：IM V1 IM V36，共十七种。，共十七种。 第第11章章 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 10 3. 卧式卧式 IM B35 4. 立式立式 IM V1 5. 立式立式 IM V2 IM V1 更多图片更多图片 第第11章章 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 11 符符 号号 意意 义义符符 号号 意意 义义符符 号号 意意 义义 Y笼型异步电动机笼型异步电动机YB隔爆型异步电动机隔爆型异步电动机T同步电动机同步电动机 YR 绕线转子异步电绕线转子异步电 动机动机 YBR 隔爆型绕线转子异步隔爆型绕线转子异步

7、电动机电动机 TF同步发电机同步发电机* YQ 高起动转矩异步高起动转矩异步 电动机电动机 YD多速异步电动机多速异步电动机Z直流电动机直流电动机 YH 高转差率异步电高转差率异步电 动机动机 Y-F 化工防腐用异步电动化工防腐用异步电动 机机 ZF直流发电机直流发电机 主要有连续工作制、短时工作制、主要有连续工作制、短时工作制、 断续周期工作制等三种。断续周期工作制等三种。 第第11章章 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 12 Q dt = C d A dt Q 单位时间内产生的热量；单位时间内产生的热量； C 热容量热容量 (温度每升高温度每升高 1 oC 所需的热量所

8、需的热量)； A 散热系数散热系数 ( 为为 1 oC 时每秒所散出的热量时每秒所散出的热量)。 损耗损耗 发热发热 温度升高。温度升高。 温升温升 = 电机的温度周围环境温度。电机的温度周围环境温度。 热平衡状态热平衡状态 当当发热量发热量 = 散热量散热量时，时， = 稳定值稳定值。 第第11章章 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 13 0 初始温升；初始温升； = Q / A 稳定温升；稳定温升； = C / A 发热时间常数。发热时间常数。 d dt C A = Q A = ( 0 ) e t d dt = 整理得：整理得： 电机发热过程的温升曲线电机发热过程的温升

9、曲线 O t 0 0 = 0 设初始条件为设初始条件为 t = 0， = 0 ，则，则 小型电动机的小型电动机的 值约为值约为 十几分钟到几十分钟。十几分钟到几十分钟。 第第11章章 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 14 (1) 停机的冷却情况停机的冷却情况 = 0， (2) 减轻负载的冷却情况减轻负载的冷却情况 0， 0 d dt = 0 = 0 e t 设初始条件为设初始条件为 t = 0， = 0 ，则，则 = ( 0 ) e t 0 O t = 0 电机冷却过程电机冷却过程 的温升曲线的温升曲线 第第11章章 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

10、15 冷却：冷却： 采取措施使电动机产生的热量尽可能多地散发采取措施使电动机产生的热量尽可能多地散发 出去，以达到充分利用材料、增加相同体积电出去，以达到充分利用材料、增加相同体积电 动机的额定功率的目的。动机的额定功率的目的。 冷却方式：冷却方式： 自冷式、自扇冷式和他扇冷式。自冷式、自扇冷式和他扇冷式。 第第11章章 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 16 工作时间：工作时间： tr ( 3 5 ) 温升在运行期间已经温升在运行期间已经 达到稳态值。达到稳态值。 O t PL PL 应用：应用： 通风机、水泵、通风机、水泵、 纺织机、造纸机、纺织机、造纸机、 机床主轴驱

11、动等。机床主轴驱动等。 第第11章章 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 17 O t PL m PL tr 标准运行时间：标准运行时间： 15 min 、30 min 、60 min 、90 min。 应用应用 水闸启闭机水闸启闭机 冶金用的电动机冶金用的电动机 起重机中的电动机起重机中的电动机 第第11章章 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 18 负载持续率负载持续率 FS = 100% tr trt0 第第11章章 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 19 标准负载持续率：标准负载持续率： 15%、25%、40%、60%。 周期：周

12、期： trt0 10 min。 应用：应用： 起重机、电梯、轧钢辅助机械中的电动机。起重机、电梯、轧钢辅助机械中的电动机。 断续周期工作制的电动机具有起动能力强、断续周期工作制的电动机具有起动能力强、 过载倍数大、转动惯量较小，机械强度高过载倍数大、转动惯量较小，机械强度高 等特点。等特点。 第第11章章 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 20 改变工作方式，达到改变工作方式，达到 N 时允许的时允许的 P2 将不再是将不再是 原设计的原设计的 PN 。 S1 改为改为 S2 或或 S3 运行，则运行，则 P2 PN 。 S2 或或 S3 改为改为 S1 运行，则运行，则

13、P2 PN 。 GB 规定：额定环境温度为规定：额定环境温度为 40。 电动机允许的最高温度主要取决于所使用的电动机允许的最高温度主要取决于所使用的 绝缘材料。绝缘材料。 第第11章章 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 21 工程上也可以按下表对工程上也可以按下表对 P2 估算：估算： 0.4 1.1 P2 = PN 1(1 ) 40 N N 电动机的额定温升，电动机的额定温升， N = max40； 电动机的实际环境温度；电动机的实际环境温度； 电动机满载时的电动机满载时的 PFe 与与PCu 之比之比 。 绝缘材料允许的绝缘材料允许的 实际环境温度实际环境温度 / 允许

14、输出功率允许输出功率 增减的百分数增减的百分数 30 35 40 45 50 55 8% % 5% % 0 5% % 12.5 % % 25% % 表表11-5 不同环境温度下电动机功率的修正系数不同环境温度下电动机功率的修正系数 第第11章章 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 22 【例例 11-1】 一台一台130 kW 连续工作制的三相异步电动连续工作制的三相异步电动 机，如果长期在机，如果长期在 70 环境温度下运行，已知电机的绝缘环境温度下运行，已知电机的绝缘 材料等级为材料等级为B 级，额定负载时铁损耗与铜损耗之比为级，额定负载时铁损耗与铜损耗之比为0.9。 试

15、求该电动机在高温环境下的实际允许输出功率。试求该电动机在高温环境下的实际允许输出功率。 解：解：B 级绝缘材料的最高温度为级绝缘材料的最高温度为 130， 则则 N = 90，故电动机的实际允许输出功率应为，故电动机的实际允许输出功率应为 P2 = PN 1(1 ) 40 N = 130 1(10.9) = 78.72 kW 4070 90 第第11章章 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 23 海拔高度越高，空气越稀薄，散热越困难，海拔高度越高，空气越稀薄，散热越困难， 使得允许的使得允许的 P2PN 。 海拔海拔 1 000 m h 4 000 m h = 100 m，

16、N 降低降低 1% ，P2 降低降低 0.5% 。 第第11章章 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 24 (1) 计算负载功率计算负载功率 PL (2) 根据根据 PL 预选电动机的预选电动机的 PN 选择选择 PN = PL 或略大于或略大于PL 的电动机。的电动机。 (3) 校验所选电动机校验所选电动机 发热校验发热校验 过载能力校验过载能力校验 S1工作制的电动机都是按恒定负载设计的，工作制的电动机都是按恒定负载设计的， 故不需做发热校验。故不需做发热校验。 电动机的过载能力用过载倍数电动机的过载能力用过载倍数 km 来表示。来表示。 第第11章章 电力拖动系统中电动

17、机的选择电力拖动系统中电动机的选择 25 不同类型电动机的不同类型电动机的 km 是不同的。是不同的。 直流电动机：直流电动机：km = 1.5 2.0。 异步电动机：异步电动机：km = 2.0 2.2。 同步电动机：同步电动机：km = 2.0 2.5。 考虑到交流电网电压波动考虑到交流电网电压波动10% 所引起的所引起的 Tem 下降，故按下降，故按 Tem = 0.81kmTeNTL 来校验。来校验。 起动能力校验起动能力校验 选用笼型异步电动机时需校验其起动能力。选用笼型异步电动机时需校验其起动能力。 第第11章章 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 26 【例例

18、11-2】 一台直接由电动机拖动的离心式水泵，一台直接由电动机拖动的离心式水泵， 流量流量 Q = 0.144 m3/s，扬程，扬程 H = 37.7 m，转速，转速 n = 1460 r/min，泵的效率，泵的效率 b = 79.8%。试选择电动机的额定功率。试选择电动机的额定功率。 PL = 10 3 kW Q H g b c 为为水的密度，水的密度， = 1000 kg /m3； c 为传动机构的效率，直接拖动取为传动机构的效率，直接拖动取 c = 1。 则则 PL = kW = 66.74 kW 0.14437.710009.81 07981 解：解：(1) 泵类机械作用在电动机轴上的

19、等效负载为泵类机械作用在电动机轴上的等效负载为 (2) 选取选取 PN = 75 kW，nN = 1480 r/min 的的 Y280S-4 型型 三相笼型异步电动机。三相笼型异步电动机。 (3) 水泵属于通风机负载特性类的生产机械，故不必校验水泵属于通风机负载特性类的生产机械，故不必校验 电动机的起动能力和过载能力。电动机的起动能力和过载能力。 第第11章章 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 27 (1) 计算各时间段的负载功率计算各时间段的负载功率 (2) 计算平均负载功率计算平均负载功率 PL1 t1PL2t2 t1t2 PL = (3) 预选电动机的预选电动机的 额

20、定功率额定功率 PN = ( 1.1 1.6 ) PL (4) 发热校验发热校验 根据根据 = f (P2) 第第11章章 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 28 电动机的额定功率损耗电动机的额定功率损耗 电动机每段时间的功率损耗电动机每段时间的功率损耗 PL1 t1 PL2t2 t1t2 PL = PLi = PLi PLi i 如果如果 PL PN，则发热校验通过，则发热校验通过， 否则重新选择并校验。否则重新选择并校验。 PN = PN PN N 电动机的平均功率损耗为电动机的平均功率损耗为 第第11章章 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 29 若

21、选用交流电动机，则需保证若选用交流电动机，则需保证 TemTLm； 若选用直流电动机，则需保证若选用直流电动机，则需保证 ILm Iam 。 如果选用三相笼型异步电动机，则需要进行起如果选用三相笼型异步电动机，则需要进行起 动能力校验。动能力校验。 (5) 过载能力和起动能力校验过载能力和起动能力校验 第第11章章 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 30 【例例 11-3】 某生产机械的负载曲线如图所示，已知某生产机械的负载曲线如图所示，已知 PL1 = 7.2 kW，t1 = 1.5 min，PL2 = 5.5 kW，t2 = 2 min， PL3 = 14.5 kW，t

22、3 = 1.1 min，PL4 = 4.8 kW，t4 = 1.8 min。 n =1440 r/min，起动时的负载转矩为，起动时的负载转矩为100 Nm。拟选用。拟选用 一台现有的一台现有的Y132M-4 笼型异步电动笼型异步电动 机拖动，已知该电机的额定值为机拖动，已知该电机的额定值为 PN = 7.5 kW， nN = 1440 r/min， cos N = 0.85， kst = 2.2，km = 2.2， kI =7，效率如下表。试校验是否，效率如下表。试校验是否 能使用该电动机。能使用该电动机。 P2 /kW3.74.04.34.95.56.2 0.8520.8550.8570.

23、8610.8630.862 P2 /kW6.77.27.58.21015 0.8590.8560.8550.8500.8430.837 第第11章章 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 31 = 7.248 kW 由此可见，由此可见，PN PL，即现有电动机的功率合格。，即现有电动机的功率合格。 (2) 发热校验发热校验 电动机的额定损耗为电动机的额定损耗为 = kW 7.21.55.5214.51.14.81.8 1.521.11.8 解：解：(1) 计算平均负载功率计算平均负载功率 PL1 t1PL2t2 PL3 t3PL4t4 t1t2t3t4 PL = 电动机在各个时

24、间段的功率损耗为电动机在各个时间段的功率损耗为 PL1 = PL1 PL1 1 PN = PN PN N = 7.5 kW = 1.272 kW 7.5 0.855 = 7.2 kW = 1.211 kW 7.2 0.856 第第11章章 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 32 电动机的平均损耗为电动机的平均损耗为 PL2 = PL2 PL2 2 = 5.5 kW = 0.873 kW 5.5 0.863 PL3 = PL3 PL3 3 = 14.5 kW = 2.824 kW 14.5 0.837 PL4 = PL4 PL4 4 = 4.8 kW = 0.775 kW 4

25、.8 0.861 = kW 1.2111.50.87322.8241.10.7751.8 1.521.11.8 PL1 t1 PL2t2 PL3 t3 PL4t4 t1t2t3t4 PL = = 1.26 kW 由于由于 PL PN，故发热校验通过。，故发热校验通过。 第第11章章 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 33 (3) 过载能力和起动能力校验过载能力和起动能力校验 由于由于 P2mPLm = 14.5 kW，故过载能力校验通过。，故过载能力校验通过。 电动机的额定输出转矩为：电动机的额定输出转矩为： 直接用功率校验过载能力：直接用功率校验过载能力： P2m = k

26、mPN = 2.27.5 kW = 16.5 kW PN nN TN = 9550 = 9550 Nm = 49.74 Nm 7.5 1 440 起动转矩为：起动转矩为： Tst = kstTN = 2.249.74 Nm = 109.43 Nm 由于由于TstTLst = 100 Nm，故起动能力校验通过。，故起动能力校验通过。 结论：结论：现有的电动机能够用于拖动该生产机械。现有的电动机能够用于拖动该生产机械。 第第11章章 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 34 假设一个工作周期包括假设一个工作周期包括 n 个时间段，其中个时间段，其中 t1 是是 起动时间，起动时间

27、，tn-1 是制动时间，是制动时间，tn 是停机时间，是停机时间， 则则 PL1 t1 PL2t2 PL(n 1) tn t1t2 tn 1 tn PL = 异步电动机：异步电动机： = 0.5， = 0.25 直流电动机：直流电动机： = 0.75， = 0.5 修正系数修正系数 第第11章章 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 35 满载时的满载时的 PFe/PCu 实际运行时间实际运行时间 标准运行时间标准运行时间 (1) 计算电动机的负载功率计算电动机的负载功率 PL (2) 负载功率的折算负载功率的折算 按发热和温升等效的原则把按发热和温升等效的原则把 PL 折算成

28、标准工折算成标准工 作时间下的等效负载功率作时间下的等效负载功率PLN 。 PL PLN = 1 trN tr trN tr 第第11章章 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 36 当当 trtrN 时，则上式可简化为时，则上式可简化为 (3) 预选电动机的额定功率预选电动机的额定功率 PN 选择电动机的额定功率选择电动机的额定功率PNPLN。 (4) 校验所选电动机校验所选电动机 对于恒定负载不必进行发热和过载能力校验。对于恒定负载不必进行发热和过载能力校验。 对笼型异步电动机，应进行起动能力的校验。对笼型异步电动机，应进行起动能力的校验。 PLN = PL tr trN

29、第第11章章 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 37 【例例 11-4】 某生产机械为短时运行方式，输出功率某生产机械为短时运行方式，输出功率 Po = 22 kW，效率，效率 L = 78%，每次工作每次工作 17 min 后停机，后停机， 而停而停 机时间足够长。试选择拖动电动机的额定功率。机时间足够长。试选择拖动电动机的额定功率。 选择标准运行时间为选择标准运行时间为 15 min 的短时工作制电动机，的短时工作制电动机， 则折算成则折算成 17 min 的等效负载功率为的等效负载功率为 PL = Po L = kW = 28.21 kW 22 0.78 PLN =

30、PL tr trN = 28.21 kW = 30.03 kW 17 15 解：解：电动机的负载功率为电动机的负载功率为 故应选择额定功率大于故应选择额定功率大于 30.03 kW的短时工作制电动机。的短时工作制电动机。 第第11章章 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 38 (1) 计算电动机的负载功率计算电动机的负载功率 PL (2) 负载功率的折算负载功率的折算 将短时运行的将短时运行的 PL 折算成连续运行的等效折算成连续运行的等效 PLN 。 满载时的满载时的 PFe/PCu 短时运行时间短时运行时间 电机的发热电机的发热 时间常数时间常数 PLN = PL 1e

31、1 e tr tr (3) 预选电动机的额定功率预选电动机的额定功率 PN 选择电动机的额定功率选择电动机的额定功率 PNPLN。 不必进行发热校验。不必进行发热校验。 第第11章章 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 39 由于电动机的由于电动机的 PN 小于小于 PL，电动机的，电动机的 Tem 可能可能 会小于会小于 TL，故必须进行过载能力校验。，故必须进行过载能力校验。 笼型异步电动机需进行起动能力的校验。笼型异步电动机需进行起动能力的校验。 如果如果 tr(0.3 0.4) ，则，则 PLN PL ， 可直接由过载能力和起动能力选择。可直接由过载能力和起动能力选择。 (4) 过载能力和起动能力校验过载能力和起动能力校验 第第11