新《电拖》第5章

1、1电力拖动基础电力拖动基础 第五章第五章电力拖动系统电动机的选择电力拖动系统电动机的选择25.1 电动机选择的原则与主要内容电动机选择的原则与主要内容5.1.1 5.1.1 电动机选择的一般原则电动机选择的一般原则(1) 选择在结构上与所处环境条件相适应的电动机，如根据使用选择在结构上与所处环境条件相适应的电动机，如根据使用场合的环境条件选用相适应的防护方式及冷却方式的电动机。场合的环境条件选用相适应的防护方式及冷却方式的电动机。(2) 选择电动机应满足生产机械所提出的各种机械特性要求。如选择电动机应满足生产机械所提出的各种机械特性要求。如速度、速度的稳定性、速度的调节以及起动、制动时间等。速

2、度、速度的稳定性、速度的调节以及起动、制动时间等。(3) 选择电动机的功率能被充分利用，防止出现选择电动机的功率能被充分利用，防止出现“大马拉小车大马拉小车”的现象。通过计算确定出合适的电动机功率，使设备需求的功率与的现象。通过计算确定出合适的电动机功率，使设备需求的功率与被选电动机的功率相接近。被选电动机的功率相接近。(4)所选择的电动机的可靠性高并且便于维护。所选择的电动机的可靠性高并且便于维护。(5) 互换性能要好，一般情况尽量选择标准电动机产品。互换性能要好，一般情况尽量选择标准电动机产品。(6)综合考虑电动机的极数和电压等级，使电动机在高效率、低损综合考虑电动机的极数和电压等级，使电

3、动机在高效率、低损耗状态下可靠运行。耗状态下可靠运行。3 在研究电动机发热时，常把电动机温度与周围环境温度之差称在研究电动机发热时，常把电动机温度与周围环境温度之差称为为“温升温升”。显然，使用不同的绝缘材料的电动机，其最高允许温。显然，使用不同的绝缘材料的电动机，其最高允许温升是不同的。电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允升是不同的。电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允许温度与许温度与40之差，或称为额定温升，例如，国产之差，或称为额定温升，例如，国产Z272型直流电型直流电动机用的是动机用的是E级绝缘，其最高允许温度是级绝缘，其最高允许温度是120，所以其铭牌上标的，所

4、以其铭牌上标的温升是温升是80。 选择电动机功率时，除考虑发热外，有时还要考虑电动机的过选择电动机功率时，除考虑发热外，有时还要考虑电动机的过载能力是否足够，因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。校载能力是否足够，因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。校验电动机的过载可按下列条件验电动机的过载可按下列条件NmTTmax（额定功率、额定电压、额定转速、结构型式、工作制、类型）（额定功率、额定电压、额定转速、结构型式、工作制、类型）5.1.2 电动机选择的主要内容电动机选择的主要内容4 5.2 电动机的发热与电动机工作制的分类电动机的发热与电动机工作制的分类 对于直流电动机，过载能力受换向所允

5、许的最大电流值的限对于直流电动机，过载能力受换向所允许的最大电流值的限制。制。Z型直流电动机，在额定磁通下，可选为型直流电动机，在额定磁通下，可选为 对于笼型异步电动机，有时还须进行起动能力的校验。对于笼型异步电动机，有时还须进行起动能力的校验。 5.2.1 电动机的发热过程电动机的发热过程Cu01221)1 (1)/1 (ppPQPPQPPPPQ电动机的发热是由于工作时，电动机的发热是由于工作时，在其内部产生损耗在其内部产生损耗 造成的造成的 ，其值为其值为 P式中，式中， 为热流量（电动机单位时间内发出的热量）为热流量（电动机单位时间内发出的热量） Q0 . 25 . 1 m0 . 30

6、. 2 m 对于异步电动机，可选为对于异步电动机，可选为 0 . 26 . 1 m对于同步电动机，可选为对于同步电动机，可选为 5热平衡方程式为热平衡方程式为 tACtQdddAQtACdd整理得整理得令令 ， ，得基本形式的微分方程，得基本形式的微分方程/C ATWAQ/ddWTt 其解为下列形式其解为下列形式/(1 e)et Tt TWQ 式中，式中， 为发热过程的起始温升。为发热过程的起始温升。 Q电动机的最高稳定温升可达电动机的最高稳定温升可达 APAQmNN式中，式中， 电动机在额定功率电动机在额定功率下运行时的损耗功率及热流量。下运行时的损耗功率及热流量。NNQP 及电动机发热过电

7、动机发热过程的温升曲线程的温升曲线6NNN1APm对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由下列三方面入手对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由下列三方面入手:1）提高额定效率）提高额定效率 N2）提高散热系数）提高散热系数A 3）提高绝缘材料的允许温升）提高绝缘材料的允许温升 5.2.2 电动机的冷却过程电动机的冷却过程 电动机的冷却可能有两种情况。电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小，电动机损耗其一是负载减小，电动机损耗功率功率P 下降时；其二是电动下降时；其二是电动机自电网断开，不再工作，电机自电网断开，不再工作，电动机的动机的P 变为零。变为零。电动机冷却电动机冷却过程的

8、曲线过程的曲线电动机在运行中只要电动机发出的热流量电动机在运行中只要电动机发出的热流量 或或 ，电动机温度就不会超过允许值。，电动机温度就不会超过允许值。 NQQNPP75.2.3 电动机工作制的分类电动机工作制的分类（一）连续工作制（一）连续工作制电动机连续工作时间很长，其温升电动机连续工作时间很长，其温升可达稳定值。属于这类的生产机械可达稳定值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等。轴等。 （二）短时工作制（二）短时工作制电动机的工作时间较短，在此电动机的工作时间较短，在此时间内温升达不到稳定值，而时间内温升达不到稳定值，而停车时间又相当长，电

9、动机的停车时间又相当长，电动机的温度可以降到周围介质的温度，温度可以降到周围介质的温度，属此类的生产机械有机床的辅属此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等。械、水闸闸门启闭机等。 连续工作制的曲线连续工作制的曲线短时工作制的曲线短时工作制的曲线8（三）断续周期工作制（三）断续周期工作制 断续周期工断续周期工作制的曲线作制的曲线在断续周期工作制中，负载工作时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间与整个周期之比称为负载持续率ZC %100%0tttZCgg连续周期工作制连续周期工作制的功率负载图的功率负载图95.3

10、连续工作制电动机的选择连续工作制电动机的选择5.3.1 常值负载下电动机功率的选择常值负载下电动机功率的选择 ZP在计算出负载功率在计算出负载功率 后，选择额定功率后，选择额定功率 NP在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。环境温度在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。环境温度低于低于30时，一般电动机功率也只增加时，一般电动机功率也只增加8。kkPPmm) 1(C400N环境温度 30 35 40 45 50 55 电动机功率增减的百分数 8 5 05 12.5 25 LPNP10必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温升有影响，这必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温

11、升有影响，这是由于海拔高度越高，虽然气温降低越多，但由于空气稀是由于海拔高度越高，虽然气温降低越多，但由于空气稀薄，散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿，因此薄，散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿，因此规定，使用地点的海拨高度不超过规定，使用地点的海拨高度不超过1000m时，额定功率不时，额定功率不必进行校正。当海拔高度在必进行校正。当海拔高度在1000m以上时，平原地区设计以上时，平原地区设计的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原地带应用。地带应用。例例5-15-1 一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为一台与电动机直

12、接联结的离心式水泵，流量为 扬程扬程25m， 电动机的转速为电动机的转速为 ，泵的效率，泵的效率 ，试，试选择电动机。选择电动机。/hourm903r/min290078. 0B解解 水泵在电动机轴上的负载功率为：水泵在电动机轴上的负载功率为：310102BLHQP式中，式中，Q泵每秒排出的水量（泵每秒排出的水量（ ) /sm3 水的比重水的比重 31000kg/m H排水高度排水高度 （m） 泵的效率，活塞式泵为泵的效率，活塞式泵为0.80.9，高压离心泵为，高压离心泵为0.50.8，低压离心泵为，低压离心泵为 0.30.6；B11 传动机构效率，直接联接为传动机构效率，直接联接为0.951

13、，皮带传动为，皮带传动为0.9 kW3 . 8kW95. 078. 0102251000360090LP选一台选一台Y2系列的系列的异步电动机即可，其数据为：异步电动机即可，其数据为： kW11NPV380NUr/min2920Nn对选用的电动机不必进行发热校验。对选用的电动机不必进行发热校验。 5.3.2 变化负载下电动机功率的选择变化负载下电动机功率的选择12在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而设计的。因此，这种电动机用于变化负载下的发热情况，设计的。因此，这种电动机用于变化负载下的发热情况，必须进行校验。所谓发热校验，就是看

14、电动机在整个运行必须进行校验。所谓发热校验，就是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升，因为过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升，因为只有这样，电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。只有这样，电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。 变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：)(tfTZ1）计算并绘制生产机械负载图）计算并绘制生产机械负载图 或或 。)(tfPZ2）预选电动机的功率。）预选电动机的功率。 niniZiZZZdttPtttPtPP11212211niniZiZZZdttTtttTtTT11212211在过

15、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，在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，电动机额定功率按下式预选电动机额定功率按下式预选 ZdP)6 . 11 . 1 (NPNP9550)6 . 11 . 1 (NnTZd133）作出电动机的负载图）作出电动机的负载图 ，作图时已考虑了电动机的稳定，作图时已考虑了电动机的稳定运转及过渡过程等工作情况。运转及过渡过程等工作情况。4）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。下面着重介绍校验发热的方法：下面着重介绍校验发热的方法：（一）平均损耗法（一）平均损耗法ZZZZtttt

16、ACtPtQ0000ddddAAPAtztPttddtztdzz/dd00niniidttPP11NNNNdPPPP 只要只要 ，发热校核通过发热校核通过 。 14（二）等效法（二）等效法1等效电流法等效电流法 Cui0ppPi20iCIp （式中（式中C为常数为常数 ）把平均损耗中的可变损耗把平均损耗中的可变损耗 所对应的电流称为等效电流所对应的电流称为等效电流 dPdxIniniininiidxttICpttCIpCIp1120112020)(niniidxttII112等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电流流

17、 来代替变化的负载电流来代替变化的负载电流 （对于交流异步电动机，应为（对于交流异步电动机，应为定子电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件：定子电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件：则发热校验通过则发热校验通过。 dxI)(tfI dxINI152等效转矩法等效转矩法 niniidxttTT112有时已知的不是负载电流图，而有时已知的不是负载电流图，而是转矩图是转矩图 ，可以写成转矩形式，可以写成转矩形式 NNN9550nPT 3等效功率法等效功率法 等效功率法是当转速基本不变等效功率法是当转速基本不变时由等效转矩法引出来的。时由等效转矩法引出来的。 iniindxttPP11N

18、T如果预选电动机的额定转矩如果预选电动机的额定转矩 ，则发热校验通过则发热校验通过。 可由可由预选电动机的额定功率及额定转速算出，即预选电动机的额定功率及额定转速算出，即 dxTNT如如 ，则电动机的发热校验即告通过则电动机的发热校验即告通过。同样，必须进行功率。同样，必须进行功率过载能力的校验。过载能力的校验。dxPNP16有起、制动，停歇时有起、制动，停歇时间的变化负载电流图间的变化负载电流图5.3.3 有起动、制动及停歇过程有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正时校验发热公式的修正以右图所示的负载电流图为例以右图所示的负载电流图为例 00321323222121taattattItI

19、tIIdx5.3.4 等效法在非恒值变化等效法在非恒值变化负载下的应用负载下的应用 如果非恒值变化负载如左如果非恒值变化负载如左图的电流图所示图的电流图所示 ttittiItttdx02002ddd用直线段代替曲线用直线段代替曲线变化负载电流图变化负载电流图异步电动机可取：异步电动机可取：直流电动机可取：直流电动机可取：5 . 0;75. 0025. 0; 5 . 0017另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段，求出另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段，求出各段的等效值，然后求出等效电流值。各段的等效值，然后求出等效电流值。 3d11221210111ItttItItdx3255

20、4245IIIIIdx185.4 短时工作制电动机的选择短时工作制电动机的选择5.4.1 选用为连续工作制而设计的电动机选用为连续工作制而设计的电动机gt设短时功率为设短时功率为 ，时间为，时间为 。如果选择连续工作制电动机，。如果选择连续工作制电动机，由发热观点，电动机不能得到充分利用由发热观点，电动机不能得到充分利用 。 gPAPAPWTtgggN/)e1 (短时工作时的功短时工作时的功率和温度曲线图率和温度曲线图当当k=1k=1时的关系曲线时的关系曲线19TtTtgQggkPP/Ne1e1按发热观点的功率过载倍数按发热观点的功率过载倍数 例例5-35-3 大型车床刀架快速移动机构，其拖动

21、电机是短时工作制，大型车床刀架快速移动机构，其拖动电机是短时工作制，刀架重刀架重5300N ，移动速度移动速度15m/min ，传动比，传动比100r/m ，动摩擦系数，动摩擦系数0.1，静摩擦系数静摩擦系数0.2，传动效率，传动效率0.1，试选择电动机的功率。，试选择电动机的功率。解解 刀架移动时，电动机的负载功率刀架移动时，电动机的负载功率 100060vGPL式中，式中，G刀架重；刀架重；摩擦系数（起动时摩擦系数（起动时0.2，移动时，移动时0.1）；）； v移动的速度（移动的速度（r/min）；）； 传动效率。传动效率。 kW33. 1kW1 . 0100060151 . 05300L

22、P按发热观点可选额定功率为的连续工作制电动机，此时按发热观点可选额定功率为的连续工作制电动机，此时QgPNPcuppk0式中为发热时间常数T20式中式中 0.9考虑交流电网波动考虑交流电网波动10%； 交流电动机的过载倍交流电动机的过载倍数数 。必须校验起动能力：必须校验起动能力：由于静摩擦系数为动摩擦系数的两倍，故起动负载的功率为：由于静摩擦系数为动摩擦系数的两倍，故起动负载的功率为：kW66. 2kW33. 122LLstPP电动机能发出的起动功率为：电动机能发出的起动功率为： kW98. 1kW1 . 18 . 1NPKPTst由于由于 ，故起动能力校验通不过。，故起动能力校验通不过。

23、LststPP 起动转矩倍数起动转矩倍数 ，过载倍数，过载倍数 8 . 1TK2mr/min1410NnA68. 21NIV380NUkW1 . 1NP如果由产品目录，初选如果由产品目录，初选Y2系列某型笼型异步电动机，其数据为：系列某型笼型异步电动机，其数据为：kW82. 0kW29 . 033. 19 . 033. 122mmgPNPm212m改选另一型号的电动机，改选另一型号的电动机， kW5 . 1NPr/min1410Nn8 . 1TKkW7 . 2kW5 . 18 . 1NPKPTst5.4.2 选用专为短时工作制而设计的电动机选用专为短时工作制而设计的电动机我国专为短时工作制设计

24、的电动机，其工作时间为我国专为短时工作制设计的电动机，其工作时间为15min、30min、60min、90min四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功率是不同的，其关系为率是不同的，其关系为 ，显然其过载倍数也是，显然其过载倍数也是不同的，其关系为不同的，其关系为 。 90603015PPPP906030152m8 . 1TKr/min1430NnkW2 . 2NP为了提高可靠性，可选用为了提高可靠性，可选用Y2系列另一型电机，系列另一型电机， 此时此时 ，起动能力校验可通过。，起动能力校验可通过。 LstPstP22当电动机实际工作时间当

25、电动机实际工作时间tgx与标准值与标准值tg不同时，应把不同时，应把tgx下的下的功率功率Px换算到换算到tg下的功率下的功率Pg ，再按，再按Pg来进行电动机功率的来进行电动机功率的选择或发热校验。选择或发热校验。 1gxggxgxgttkttPPggxxgttPP 5.5 断续周期工作制电动机的选择断续周期工作制电动机的选择这类电动机的共同特点是起动能力强、过载能力大、惯性小（飞轮这类电动机的共同特点是起动能力强、过载能力大、惯性小（飞轮惯量小）、机械强度大、绝缘材料的等级高、较多采用封闭式结构、惯量小）、机械强度大、绝缘材料的等级高、较多采用封闭式结构、临界转差率（对于笼型异步电动机）设

26、计得较高。临界转差率（对于笼型异步电动机）设计得较高。对一台具体的电动机而言，不同负载持续率对一台具体的电动机而言，不同负载持续率ZC时，其额定输出功时，其额定输出功率不同。以国产的一台起重机用绕线转子异步电动机为例，其型号率不同。以国产的一台起重机用绕线转子异步电动机为例，其型号及数据见下表。及数据见下表。231%xxxZCZCkZCZCPP%ZCZCPPxx如果负载持续率如果负载持续率 ，可按短时工作制选择电动机；另外，可按短时工作制选择电动机；另外，如如 ，可按连续工作制选择电动机。，可按连续工作制选择电动机。 %10% xZC%70% xZC24 例例5-45-4 电动机的负载图如右图

27、，试校验电动机的负载图如右图，试校验YZR200L型绕线转子异步型绕线转子异步电动机能否适用，该电动机在负载持续率电动机能否适用，该电动机在负载持续率 时，额定功率时，额定功率为为 ，额定转速，额定转速 ，过载倍数，过载倍数 。假定。假定电动机为他扇冷式，而且在不同输出功率时，其功率因数不变。电动机为他扇冷式，而且在不同输出功率时，其功率因数不变。%25% ZCkW5 .18NPr/min700Nn解解： 由于负载图第一阶段，转速是变化的，故不能直接用等效功率由于负载图第一阶段，转速是变化的，故不能直接用等效功率法进行发热校验。法进行发热校验。 在电动机工作期间的等效功率在电动机工作期间的等效功率 kW5 .15kW205201252522dxP%275 .92205%xZCkW5 .15dxxPP%25% ZCkW1 .16kW%25%275 .15d