电力拖动系统电动机的选择和校验

1、-1-第第1212章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验电机及拖动基础电机及拖动基础 -2- 引引 言言 电力拖动系统能否经济可靠地运行，正确选择拖动电动机电力拖动系统能否经济可靠地运行，正确选择拖动电动机至关重要。本章首先阐述电动机的分类及额定参数、绝缘等级至关重要。本章首先阐述电动机的分类及额定参数、绝缘等级和工作制；然后结合分析电动机的发热和冷却、工作制、过载和工作制；然后结合分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的选择和校验，以及型号命名方式、结能力等进行电动机容量的选择和校验，以及型号命名方式、结构及安装方式、冷却方式、防护等级、额定电压

2、、转速等参数构及安装方式、冷却方式、防护等级、额定电压、转速等参数的选择。的选择。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-3-12.1 电动机的分类及额定参数电动机的分类及额定参数 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验同步电动机异步电动机交流电动机直流电动机电动机-4-12.1.1 直流电动机的额定参数直流电动机的额定参数 1. 直流电动机的型号直流电动机的型号 (1) ZT系列系列 用于恒功率且调速范围广的拖动系统直流电动机用于恒功率且调速范围广的拖动系统直流电动机(2) ZZJ系列系列 冶金起重直流电动

3、机冶金起重直流电动机(3) ZQ系列系列 电力机车的直流牵引电动机电力机车的直流牵引电动机(4) ZA系列系列 用于矿井和易爆气体场合的防爆安全性直流电动机用于矿井和易爆气体场合的防爆安全性直流电动机(5) ZKJ系列系列 冶金、矿山挖掘机用的直流电动机冶金、矿山挖掘机用的直流电动机(6) Z2系列系列 一般用途的中小型直流电机一般用途的中小型直流电机 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-5- 直流电动机产品的型号含义如下所示：直流电动机产品的型号含义如下所示： 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-6-

4、 2. 直流电动机的额定值直流电动机的额定值 直流电动机的额定值有：直流电动机的额定值有：额定功率额定功率PN（kW），），额定电压额定电压UN（V），），额定电流额定电流IN（A），），额定转速额定转速nN（r/min），），额定励额定励磁电压磁电压UfN（V），），额定励磁电流额定励磁电流IfN（A）和）和励磁方式励磁方式等，其中等，其中直流电动机的直流电动机的额定功率额定功率PN是指轴上输出的机械功率是指轴上输出的机械功率 直流电动机轴上输出的直流电动机轴上输出的额定转矩额定转矩TN，其大小为电机输出的机械，其大小为电机输出的机械功率除以转子角速度的额定值，即功率除以转子角速度的额定值，

5、即 （12-1）N1NNNNPIUP)mN(955060/2NNNNNNNnPnPPT（12-2）第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验例例12-1-7-12.1.2 异步电动机的额定参数异步电动机的额定参数 1. 异步电动机的型号异步电动机的型号 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-8- Y系列系列为小型笼型转子自冷式三相异步电动机。用于金属切为小型笼型转子自冷式三相异步电动机。用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。也可用于拖动静削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。也可用于拖动静止负载或惯

6、性较大的机械，如压缩机、传送带、磨床、锤击机、止负载或惯性较大的机械，如压缩机、传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等。粉碎机、小型起重机、运输机械等。 YQ2和和YQO2系列系列是高起动转矩异步电动机，用在起动静止是高起动转矩异步电动机，用在起动静止负载或惯性较大的机械上。负载或惯性较大的机械上。YQ2是防护式，是防护式，YQO2是封闭式。是封闭式。 YS系列系列是分马力三相笼型转子异步电动机。是分马力三相笼型转子异步电动机。 YR系列系列是防护式三相绕线转子异步电动机。用在电源容量是防护式三相绕线转子异步电动机。用在电源容量 较小、不能用同容量笼型转子异步电动机起动的生产机械

7、上。较小、不能用同容量笼型转子异步电动机起动的生产机械上。 YLB系列系列是深井水泵用的三相异步电动机。是深井水泵用的三相异步电动机。 YZ2和和YZR2系列系列是起重和冶金用的三相异步电动机，是起重和冶金用的三相异步电动机，YZ2是笼型，是笼型，YZR2是绕线型。是绕线型。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-9- YEZS系列系列起重用双速锥形转子制动三相异步电动机。起重用双速锥形转子制动三相异步电动机。 YDT系列系列是变极多速异步电动机。是变极多速异步电动机。 YB系列系列是防爆型笼型转子异步电动机。是防爆型笼型转子异步电动机。 YEP（IP

8、44）系列）系列是旁磁式制动异步电动机。是旁磁式制动异步电动机。 YZZ系列系列是升降机用电磁制动异步电动机。是升降机用电磁制动异步电动机。 YCTD系列系列是电磁调速异步电动机。是电磁调速异步电动机。 YCJ系列系列齿轮减速三相异步电动机。齿轮减速三相异步电动机。 YEJ系列系列电磁制动三相异步电动机。电磁制动三相异步电动机。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-10- 2. 异步电动机的额定值异步电动机的额定值 (1) 额定功率额定功率PN 指电动机在额定运行时轴上输出的机械功指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是率，单位是kW。 (2)

9、 额定电压额定电压UN 指额定运行状态下加在定子绕组上的线电指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为压，单位为V。 (3) 额定电流额定电流IN 指电动机在定子绕组上额定电压、轴上输指电动机在定子绕组上额定电压、轴上输出的额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为出的额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。 (4) 额定频率额定频率f1 我国规定工业用电的频率是我国规定工业用电的频率是50Hz。异步电。异步电动机定子边的量加下标动机定子边的量加下标1表示，转子边的量加下标表示，转子边的量加下标2表示。表示。 (5) 额定转速额定转速nN 指电动机定子加额定频率的额定电压，且指电动机定子加额

10、定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为轴端输出额定功率时电机的转速，单位为r/min。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-11- (6) 额定功率因数额定功率因数cos N 指电动机在额定负载时，定子边的指电动机在额定负载时，定子边的功率因数。功率因数。 (7) 绝缘等级与温升绝缘等级与温升 按照不同的耐热能力，绝缘材料可分为按照不同的耐热能力，绝缘材料可分为一定的等级。温升是指电动机运行时高出周围环境的温度值，一定的等级。温升是指电动机运行时高出周围环境的温度值，我国规定了环境最高温度为我国规定了环境最高温度为40 C。 此外

11、铭牌上还标明了工作方式、连接方法等。对绕线转子此外铭牌上还标明了工作方式、连接方法等。对绕线转子异步电动机还要标明转子绕组的接法、转子绕组的额定电动势异步电动机还要标明转子绕组的接法、转子绕组的额定电动势 E2N （指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时滑环之间的电（指定子绕组加额定电压、转子绕组开路时滑环之间的电动势）和转子的额定电流动势）和转子的额定电流 I2N。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-12- 下面说明如何根据电机的铭牌进行定子的接线。如果电动下面说明如何根据电机的铭牌进行定子的接线。如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、末端，

12、分两种情况讨机定子绕组有六根引出线，并已知其首、末端，分两种情况讨论：论： 1) 当电动机铭牌上标明当电动机铭牌上标明“电压电压380/220V，接法，接法Y/”时，这时，这种情况下，究竟是接成种情况下，究竟是接成Y还是还是，要看电源电压的大小。，要看电源电压的大小。 如果如果电源电压为电源电压为380V，则接成，则接成Y接；接； 电源电压为电源电压为220V， 则接成则接成 接。接。 2) 当电动机铭牌上标明当电动机铭牌上标明“电压电压380V，接法，接法”时，时， 则只这有则只这有一种一种接法。但是在电动机起动过程中，可以接成接法。但是在电动机起动过程中，可以接成Y接，接， 接在接在380

13、V电源上，起动完毕，恢复电源上，起动完毕，恢复接法。接法。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验例例12-2-13-12.1.3 同步电动机的额定参数同步电动机的额定参数 1. 同步电动机的型号同步电动机的型号 同步电动机品种不多，主要有：同步电动机品种不多，主要有： T系列系列三相同步电动机。三相同步电动机。 TL系列系列立式三相同步电动机。立式三相同步电动机。 TYZ系列系列爪极式永磁同步电动机。爪极式永磁同步电动机。 TZJ系列系列轧机用三相同步电动机。轧机用三相同步电动机。 TT系列系列同步补偿机。同步补偿机。第第12 12章章 电力拖动系统电

14、动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-14- 2同步电动机的额定值同步电动机的额定值 同步电动机铭牌上的额定值主要包括：同步电动机铭牌上的额定值主要包括： (1) 额定功率额定功率PN 指机轴上输出的额定机械功率，其单位为指机轴上输出的额定机械功率，其单位为W或或kW。 (2) 额定电压额定电压UN 指同步电动机在额定运行时，三相电枢绕指同步电动机在额定运行时，三相电枢绕组接线端的额定线电压，其单位为组接线端的额定线电压，其单位为V或或kV。 (3) 额定电流额定电流IN 指同步电动机在额定运行时，三相电枢绕指同步电动机在额定运行时，三相电枢绕组接线端输出或输入的额定线电流，其单位为

15、组接线端输出或输入的额定线电流，其单位为A。 (4) 额定功率因数额定功率因数cos N 指同步电机在额定状态下运行时的指同步电机在额定状态下运行时的功率因数。功率因数。 (5) 额定效率额定效率 N 同步电动机带额定负载运行时，其输出的同步电动机带额定负载运行时，其输出的功率与输入的功率之比值。功率与输入的功率之比值。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-15- 此外在铭牌上还标有此外在铭牌上还标有额定频率额定频率fN、额定转速额定转速nN、额定励磁额定励磁电流电流IfN和和额定励磁电压额定励磁电压UfN等。等。 上述各量之间存在一定的关系，对于

16、额定功率有上述各量之间存在一定的关系，对于额定功率有 对于频率与转速则有对于频率与转速则有 NNNNNcos3IUP pNN60nfn （12-3）（12-4）第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-16-12.2 电动机的绝缘等级与工作制分类电动机的绝缘等级与工作制分类12.2.1 电动机的绝缘等级电动机的绝缘等级 电动机在运行中，电动机在运行中， 由于损耗产生热量，由于损耗产生热量， 使电动机的温度升使电动机的温度升高，电动机所能容许达到的最高温度取决于电动机所用绝缘材料高，电动机所能容许达到的最高温度取决于电动机所用绝缘材料的耐热程度，称为绝缘等

17、级。的耐热程度，称为绝缘等级。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-17-12.2.2 电动机的工作制分类电动机的工作制分类 电动机的工作制就是对电动机承受负载情况的说明，包括起电动机的工作制就是对电动机承受负载情况的说明，包括起动、制动、空载、停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序。动、制动、空载、停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序。 1连续工作制（连续工作制（S1） 连续工作制是指电动机在恒连续工作制是指电动机在恒定负载下持续运行，其工作时间定负载下持续运行，其工作时间足以使电动机的温升达到稳定温足以使电动机的温升达到稳定温升。纺织机、造纸机等很

18、多连续升。纺织机、造纸机等很多连续工作的生产机械都选用连续工作工作的生产机械都选用连续工作制电动机。其典型负载图和温升制电动机。其典型负载图和温升曲线如图曲线如图12-1所示所示 。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-18- 2短时工作制（短时工作制（S2） 短时工作制是指电动机拖动恒定负载在给定的时间内运行。短时工作制是指电动机拖动恒定负载在给定的时间内运行。该运行时间不足以使电动机达到稳定温升，随之即断电停转足够该运行时间不足以使电动机达到稳定温升，随之即断电停转足够时间，使电动机冷却到与冷却介质的温差在时间，使电动机冷却到与冷却介质的温差在

19、5K以内。其典型负载以内。其典型负载图及温升曲线如图图及温升曲线如图12-2所示。所示。 为了充分利用电动机，用于短为了充分利用电动机，用于短时工作制的电动机在规定的运行时时工作制的电动机在规定的运行时间内应达到容许温升，并按照这个间内应达到容许温升，并按照这个原则规定电动机的额定功率，即按原则规定电动机的额定功率，即按照电动机拖动恒定负载运行，取在照电动机拖动恒定负载运行，取在规定的运行时间内实际达到的最高规定的运行时间内实际达到的最高温升恰好等于容许最高温升时的输温升恰好等于容许最高温升时的输出功率，作为电动机的额定功率。出功率，作为电动机的额定功率。第第12 12章章 电力拖动系统电动机

20、的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-19- 3断续周期工作制（断续周期工作制（S3） 电动机按一系列相同的工作周期运行，周期时间一般不大于电动机按一系列相同的工作周期运行，周期时间一般不大于10min，每一周期包括，每一周期包括一段恒定负载运行时间一段恒定负载运行时间tR，一段断电停机时一段断电停机时间间tS，但，但tS 及及tR 都较短，都较短， tR时间内电动机不能达到稳定温升，而在时间内电动机不能达到稳定温升，而在tS 时间内温升也未下跌到零，下一工作周期即已开始。时间内温升也未下跌到零，下一工作周期即已开始。 这样，这样， 每每经过一个周期经过一个周期tR+ tS，温升便有所上

21、升，经过若干周期后，电动机，温升便有所上升，经过若干周期后，电动机的温升即在一个稳定的小范围内波动。的温升即在一个稳定的小范围内波动。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-20- 4包括起动的断续周期工作制（包括起动的断续周期工作制（S4） 电动机工作于一系列相同的断续工作周期，每个周期包括一电动机工作于一系列相同的断续工作周期，每个周期包括一段对电动机温升有明显影响的起动时间，一段恒定负载运行时间段对电动机温升有明显影响的起动时间，一段恒定负载运行时间和一段停止运行时间。但这些时间都较短，不足以使电动机达到和一段停止运行时间。但这些时间都较短，不足

22、以使电动机达到热稳定状态。热稳定状态。 起重机及冶金、起重机及冶金、 建筑机械用电动机通常为建筑机械用电动机通常为S4工作工作制，如电动葫芦用锥形转子三相异步电动机，制，如电动葫芦用锥形转子三相异步电动机， 基本工作制为基本工作制为S4，负载持续率为负载持续率为25%，通电起动次数每小时，通电起动次数每小时120次。次。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-21- 5包括电气制动的断续周期工作制（包括电气制动的断续周期工作制（S5） 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、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

23、负载运行时间、一段电气制动时间和一段停止运行时间。一段恒定负载运行时间、一段电气制动时间和一段停止运行时间。但时间都较短，不足以使电机达到热稳定状态。但时间都较短，不足以使电机达到热稳定状态。 6连续周期工作制（连续周期工作制（S6） 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。但时间都较短，不足以使电机达运行时间和一段空载运行时间。但时间都较短，不足以使电机达到热稳定状态。到热稳定状态。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-22- 7包括电气制动的连续周期工作制

24、（包括电气制动的连续周期工作制（S7） 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、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电气制动时间。但时间都较短，不一段恒定负载运行时间和一段电气制动时间。但时间都较短，不足以使电机达到热稳定状态。足以使电机达到热稳定状态。 8包括负载和转速相应变化的连续周期工作制（包括负载和转速相应变化的连续周期工作制（S8） 按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段加速时间、按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段加速时间、一段按预定转速运行的恒定负载工作时间、以及可以按周期改变一段按预定转速运行的恒定负载工作

25、时间、以及可以按周期改变设定转速和负载变化的运行时间。但时间都较短，不足以使电机设定转速和负载变化的运行时间。但时间都较短，不足以使电机达到热稳定状态。达到热稳定状态。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-23- 9负载和转速作非周期变化的工作制（负载和转速作非周期变化的工作制（S9） 负载和转速在允许范围内作非周期变化的工作制，包括：经负载和转速在允许范围内作非周期变化的工作制，包括：经常性过载，其值可远远超过基准负载。常性过载，其值可远远超过基准负载。 10离散恒定负载工作制（离散恒定负载工作制（S10） 包括不多于包括不多于4种离散负载值（或等

26、效负载）的工作制，每一种种离散负载值（或等效负载）的工作制，每一种负载的运行时间应足以使电机达到热稳定。负载的运行时间应足以使电机达到热稳定。 在一个工作周期中的在一个工作周期中的最小负载值可为零，比如：空载、停机或断电。最小负载值可为零，比如：空载、停机或断电。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-24- 电动机在上述电动机在上述10类工作制中运行还应符合下列规定：类工作制中运行还应符合下列规定： 1）对于）对于S1工作制可以按照电动机铭牌给出的连续定额作长期工作制可以按照电动机铭牌给出的连续定额作长期运行。运行。 2）对于）对于S2工作制，电动机

27、应在实际冷状态下起动，并在规定工作制，电动机应在实际冷状态下起动，并在规定的时限内运行。的时限内运行。 3）对于）对于S3、S4、S5、S6和和S8这这5种工作制，标准的负载持续率种工作制，标准的负载持续率为为15%、25%、40%和和60%。 4）对于）对于S4 、S5 、S7 和和S8 这这4种工作制，每小时的等效起动次种工作制，每小时的等效起动次数一般分为数一般分为150、300或或600次，并应给出电动机的转动惯量和折算次，并应给出电动机的转动惯量和折算到电动机轴上的全部外加转动惯量之值。到电动机轴上的全部外加转动惯量之值。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统

28、电动机的选择和校验-25-12.2.3 生产机械的工作制生产机械的工作制 根据系统设备的运行状态，生产机械的工作制可以分为根据系统设备的运行状态，生产机械的工作制可以分为 1. 长期工作制长期工作制 生产机械长期恒速（或变化不大）运行。根据负载施加方式生产机械长期恒速（或变化不大）运行。根据负载施加方式的不同，又可以分为的不同，又可以分为3类：类： （1）平稳负载）平稳负载 工作中负载转矩长时间保持恒定或变化不大，工作中负载转矩长时间保持恒定或变化不大，例如：风机、泵、压缩机等，这类机械对电气传动装置的要求例如：风机、泵、压缩机等，这类机械对电气传动装置的要求简单，只要有足够的功率和起动转矩。

29、但近年来，随着节能的简单，只要有足够的功率和起动转矩。但近年来，随着节能的要求，也需要能够调速。要求，也需要能够调速。 （2）波动或重复短时负载）波动或重复短时负载 工作中负载长期施加，但大小波动工作中负载长期施加，但大小波动或呈周期性变化，例如：某些恒速轧钢机，这类机械除了要求或呈周期性变化，例如：某些恒速轧钢机，这类机械除了要求电气传动装置有足够的功率和起动转矩外，还要求有足够的过电气传动装置有足够的功率和起动转矩外，还要求有足够的过载能力。载能力。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-26- （3）短时负载）短时负载 工作中负载施加时间很短，在

30、负载周期内所工作中负载施加时间很短，在负载周期内所占比例较小。这类负载通常有较大的飞轮力矩，因此要求电力传占比例较小。这类负载通常有较大的飞轮力矩，因此要求电力传动装置有足够的起动转矩和过载能力。由于施加负载时，随转速动装置有足够的起动转矩和过载能力。由于施加负载时，随转速降低，飞轮可以释放能量做功，又可以作为储能装置。降低，飞轮可以释放能量做功，又可以作为储能装置。 2. 短期工作制短期工作制 生产机械经过较长时间间隔才起停或加减速一次，完成一个生产机械经过较长时间间隔才起停或加减速一次，完成一个工作循环。例如：起停式剪切机等，这类机械要求电力传动装置工作循环。例如：起停式剪切机等，这类机械

31、要求电力传动装置要求有足够的加减速动态转矩。要求有足够的加减速动态转矩。 3. 重复短期工作制重复短期工作制 生产机械周期性的起停或加减速运行，且时间间隔较短。例生产机械周期性的起停或加减速运行，且时间间隔较短。例如：可逆轧机、提升机械等，这类机械除了要求电力传动装置有如：可逆轧机、提升机械等，这类机械除了要求电力传动装置有足够的起制动转矩和过载能力外，还要进行发热校验。足够的起制动转矩和过载能力外，还要进行发热校验。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-27-12.3 不同工作制下电动机的功率选择不同工作制下电动机的功率选择 正确地选择电动机的额定

32、功率十分重要。如果额定功率选小正确地选择电动机的额定功率十分重要。如果额定功率选小了，电动机经常在过载状态下运行，会使它因过热而过早地损了，电动机经常在过载状态下运行，会使它因过热而过早地损坏；还有可能承受不了冲击负载或造成起动困难。额定功率选坏；还有可能承受不了冲击负载或造成起动困难。额定功率选得过大也不合理，此时不仅增加了设备投资，而且由于电动机得过大也不合理，此时不仅增加了设备投资，而且由于电动机经常在欠载下运行，其效率及功率因数等性能指标变差，既浪经常在欠载下运行，其效率及功率因数等性能指标变差，既浪费了电能，又增加了供电设备的容量，使综合经济效益下降。费了电能，又增加了供电设备的容量

33、，使综合经济效益下降。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-28-12.3.1 电动机的发热与冷却电动机的发热与冷却 电动机容量的选择，电动机容量的选择， 实际上就是校验电动机运行时温度实际上就是校验电动机运行时温度（或温升）是否超过绝缘材料允许值，如果小于国家标准规定（或温升）是否超过绝缘材料允许值，如果小于国家标准规定的限值，则说明选择的容量是合理的。下面的电动机的热过程的限值，则说明选择的容量是合理的。下面的电动机的热过程动态方程式描述了电动机的发热和冷却过程。动态方程式描述了电动机的发热和冷却过程。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择

34、和校验电力拖动系统电动机的选择和校验QssissstTe （12-5） 起始温升起始温升稳定温升稳定温升发热发热时间常数时间常数-29- 根据上面对电动机发热过程的分析，得出如下结论：根据上面对电动机发热过程的分析，得出如下结论： 1）电动机发热过程，温升随时间按指数规律变化。）电动机发热过程，温升随时间按指数规律变化。 2）当电动机结构确定后，其最后稳定温升取决于损耗的大）当电动机结构确定后，其最后稳定温升取决于损耗的大小，即取决于负载的大小。小，即取决于负载的大小。 3）发热时间常数反映了热惯性对温度变化的影响。）发热时间常数反映了热惯性对温度变化的影响。 4）增大散热面积，可降低温升，所

35、以很多电动机采用风扇）增大散热面积，可降低温升，所以很多电动机采用风扇冷却，机壳带散热筋的结构型式。冷却，机壳带散热筋的结构型式。 电动机冷却过程也是以时间的指数规律变化，其冷却时间电动机冷却过程也是以时间的指数规律变化，其冷却时间与电动机的结构、容量和额定转速有关。与电动机的结构、容量和额定转速有关。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-30-12.3.2 电动机短时过载能力的校验电动机短时过载能力的校验 由于电动机负载大多数是变化的，有时是冲击负载，所以由于电动机负载大多数是变化的，有时是冲击负载，所以发热校验后应校验电动机的短时过载能力。短时过

36、载能力主要发热校验后应校验电动机的短时过载能力。短时过载能力主要考虑电动机的最大转矩倍数，即最大转矩和额定转矩的比值考虑电动机的最大转矩倍数，即最大转矩和额定转矩的比值 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验maxmaxNTT （12-7） 考虑电网电压波动影响，短时过载转矩应为考虑电网电压波动影响，短时过载转矩应为 )90. 085. 0(9 . 02vNm2vLmaxKTKT-31-12.3.3 连续工作制电动机额定功率的选择连续工作制电动机额定功率的选择 确定电动机额定功率的最基本的方法是依据机械负载变化确定电动机额定功率的最基本的方法是依据机械

37、负载变化的规律，绘制的规律，绘制电动机的负载图电动机的负载图，然后根据电动机的负载图计算，然后根据电动机的负载图计算电动机的发热和温升曲线，从而确定电动机的额定功率。所谓电动机的发热和温升曲线，从而确定电动机的额定功率。所谓负载图，是指功率或转矩与时间的关系图。负载图，是指功率或转矩与时间的关系图。 1. 恒定负载连续工作制电动机额定功率的选择恒定负载连续工作制电动机额定功率的选择 在选择连续恒定负载的电动机时，只要计算出负载所需功在选择连续恒定负载的电动机时，只要计算出负载所需功率率PL，选择一台额定功率，选择一台额定功率PN略大于略大于PL的连续工作制电动机即可，的连续工作制电动机即可，不

38、必进行发热校核。不必进行发热校核。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验例例12-3-32- 对起动比较困难（静阻转矩大或带有较大的飞轮力矩）而对起动比较困难（静阻转矩大或带有较大的飞轮力矩）而采用笼型转子异步电动机或同步电动机的场合，应校验其起动采用笼型转子异步电动机或同步电动机的场合，应校验其起动能力。如果环境温差很大，则需要修正负载功率能力。如果环境温差很大，则需要修正负载功率PL。 在实际工程实践中，非标准工作环境下功率修正可按下表在实际工程实践中，非标准工作环境下功率修正可按下表进行。进行。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验

39、电力拖动系统电动机的选择和校验-33- 2. 周期性变化负载连续工作制电动机额定功率的选择周期性变化负载连续工作制电动机额定功率的选择 当电动机拖动周期性变化负载时，其温升也必然作周期性当电动机拖动周期性变化负载时，其温升也必然作周期性的波动。在变动负载下，可以根据负载预选一台电动机，然后的波动。在变动负载下，可以根据负载预选一台电动机，然后给出电动机拖动该负载运行时的发热曲线，并校验温升最大值给出电动机拖动该负载运行时的发热曲线，并校验温升最大值是否超过电动机温升允许值，这种方法为是否超过电动机温升允许值，这种方法为直接法直接法。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统

40、电动机的选择和校验-34-第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验1）首先作负载图，求取平均等效功率）首先作负载图，求取平均等效功率n21nn2211eqttttPtPtPP（12-8） 2）预选一台电动机，根据上述负载图，按经验公式选择）预选一台电动机，根据上述负载图，按经验公式选择eqN)6 . 11 . 1 (PP （12-9） 当负载变化剧烈时，系数取大些，因为电动机可变损耗与当负载变化剧烈时，系数取大些，因为电动机可变损耗与电流平方成正比，在过渡过程中，电动机损耗较大，发热较严电流平方成正比，在过渡过程中，电动机损耗较大，发热较严重。而过渡过程

41、在整个工作过程中占较大比重，则取偏大值。重。而过渡过程在整个工作过程中占较大比重，则取偏大值。工作段的负载功率工作段的负载功率 -35- 在工程实践中，通常用在工程实践中，通常用间接法间接法，常用的间接法有，常用的间接法有平均损耗法平均损耗法和和等效法等效法。 （1）平均损耗法）平均损耗法 如图如图12-4所示，各工作段的负载大小不等，所示，各工作段的负载大小不等，其损耗分别是其损耗分别是 （12-10）第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验1eq1ni iiniiPtPtNNNNPPP（12-11）n21,PPP平均损耗平均损耗 额定损耗额定损耗 N

42、eqPP校验合格校验合格 -36- （2）等效电流法）等效电流法 其基本原理是用一个不变的等效电流其基本原理是用一个不变的等效电流Ieq来代替实际变动的负载电流来代替实际变动的负载电流IL，在同一周期内，等效电流，在同一周期内，等效电流Ieq与负与负载电流载电流IL产生的热量相等。假定电动机的铁耗和电阻不变，则损产生的热量相等。假定电动机的铁耗和电阻不变，则损耗只和电流的平方成正比，由此可得耗只和电流的平方成正比，由此可得 nnnttttItItII 212222121eq（12-12）式中，式中，tn 为对应负载电流为为对应负载电流为In的工作时间。的工作时间。 求出等效电流后，则求出等效电

43、流后，则所选的电动机，其额定电流应不小于等效电流。所选的电动机，其额定电流应不小于等效电流。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-37- （3）等效转矩法）等效转矩法 如果电动机的转矩与电流成正比，可将如果电动机的转矩与电流成正比，可将式（式（12-12）变为等效转矩的公式）变为等效转矩的公式 nnnttttTtTtTT 212222121eq（12-13） 求出等效转矩后，则所选电动机的额定转矩应不小于等效求出等效转矩后，则所选电动机的额定转矩应不小于等效转矩。转矩。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校

44、验-38- （4）等效功率法）等效功率法 如果拖动系统的转速不变，可将等效转矩如果拖动系统的转速不变，可将等效转矩的公式变成等效功率的公式，即的公式变成等效功率的公式，即 nnnttttPtPtPP 212222121eq（12-14） 选择的电动机的额定功率不小于等效功率。选择的电动机的额定功率不小于等效功率。 注意：注意： 用等效法选择电动机功率时，必须校验过载能力。用等效法选择电动机功率时，必须校验过载能力。变动负载中最大转矩若小于预选电动机的最大转矩，则所选电变动负载中最大转矩若小于预选电动机的最大转矩，则所选电动机的过载能力通过。动机的过载能力通过。第第12 12章章 电力拖动系统电

45、动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-39-12.3.4 短时工作制电动机额定功率的选择短时工作制电动机额定功率的选择 短时工作制的负载，应选用专用的短时工作制电动机。在短时工作制的负载，应选用专用的短时工作制电动机。在没有专用电动机的情况下，也可以选用连续工作制电动机或断没有专用电动机的情况下，也可以选用连续工作制电动机或断续周期工作制电动机。续周期工作制电动机。 1. 选用短时工作制电动机选用短时工作制电动机 短时工作制电动机的额定功率是与铭牌上给出的标准工作短时工作制电动机的额定功率是与铭牌上给出的标准工作时间（时间（10min、30min、60min、90min）相应的，）相

46、应的， 如果短时工如果短时工作制的负载功率恒定，并且工作时间与标准工作时间一致，这作制的负载功率恒定，并且工作时间与标准工作时间一致，这时只需选择具有相同标准工作时间的短时工作制电动机，并使时只需选择具有相同标准工作时间的短时工作制电动机，并使电动机的额定功率稍大于负载功率即可。对于变化的负载，可电动机的额定功率稍大于负载功率即可。对于变化的负载，可用等效法算出工作时间内的等效功率来选择电动机，同时还应用等效法算出工作时间内的等效功率来选择电动机，同时还应进行过载能力与起动能力的校验。进行过载能力与起动能力的校验。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验

47、-40- 如果在一个周期内，如果在一个周期内， 负载的变化包括起动、负载的变化包括起动、 运行、运行、 制动和制动和停歇等过程，如图停歇等过程，如图12-5所示，其实际温升还要高一些，所示，其实际温升还要高一些， 因此一因此一般应把平均损耗、等效电流或功率等参数选得大一些。般应把平均损耗、等效电流或功率等参数选得大一些。 为此，为此，可在式（可在式（12-12）、（）、（12-13）和（）和（12-14） 分母中对应起动和制分母中对应起动和制动的时间值上乘以一个因数动的时间值上乘以一个因数， 在对应停歇的时间值上乘以一在对应停歇的时间值上乘以一个因数个因数。第第12 12章章 电力拖动系统电动

48、机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-41-例如，对应图例如，对应图12-5的电机工作过程，其等效电流可作如下修正的电机工作过程，其等效电流可作如下修正 StttttItItIIbrRstbr2brR2Rst2steq（12-15）第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验起动起动运行运行制动制动停转停转-42- 2. 选用连续工作制电动机选用连续工作制电动机 短时工作的生产机械，也可选用连续工作制的电动机。这短时工作的生产机械，也可选用连续工作制的电动机。这时，从发热的观点上看，电动机的输出功率可以提高。为了充时，从发热的观点上看，电动机的输出功

49、率可以提高。为了充分利用电动机，选择电动机额定功率的原则应是在短时工作时分利用电动机，选择电动机额定功率的原则应是在短时工作时间间 tR内达到的温升恰好等于电动机连续运行并输出额定功率时内达到的温升恰好等于电动机连续运行并输出额定功率时的稳定温升，即电动机绝缘材料允许的最高温升。的稳定温升，即电动机绝缘材料允许的最高温升。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-43-由此可得由此可得 （12-16）式中，对于直流电机式中，对于直流电机a =1.01.5 ，对于异步电机，对于异步电机a = 0.50.7。在一个工作周期在一个工作周期T 内，当工作时间内

50、，当工作时间 tR (0.30.4)T 时，可取时，可取 TTLNRR11ttaeePPmLNPP （12-17）式中式中 过载能力。过载能力。 最后，还应校验电动机的起动能力。最后，还应校验电动机的起动能力。 m第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-44- 3. 选用断续周期工作制电动机选用断续周期工作制电动机 在没有合适的短时工作制电动机时，可选用断续周期工作在没有合适的短时工作制电动机时，可选用断续周期工作制电动机。负载持续率制电动机。负载持续率FS与短时负载的工作时间与短时负载的工作时间trun之间的对之间的对应关系为：应关系为： trun

51、= 30min，相当于，相当于FS = 15； trun = 60min，相当于，相当于FS25； trun = 90min，相当于，相当于FS = 40。 第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-45-12.3.5 断续周期工作制电动机额定功率的选择断续周期工作制电动机额定功率的选择 断续周期工作制的电动机，其额定功率是与铭牌上标出的断续周期工作制的电动机，其额定功率是与铭牌上标出的负载持续率相应的。如果负载图中的实际负载持续率负载持续率相应的。如果负载图中的实际负载持续率FSR与标准与标准负载持续率负载持续率FSN（15，25，40，60）相同，且

52、负载恒定，）相同，且负载恒定，则可直接按产品样本选择合适的电动机。当则可直接按产品样本选择合适的电动机。当FSR与与FSN不同不同时，就需要把时，就需要把FSR下的实际功率下的实际功率PR换算成换算成FSN下功率下功率P： 选择电动机的额定功率，应不小于选择电动机的额定功率，应不小于P。 若若FS70时，选连续工作时，选连续工作制电机。制电机。NRRFSFSPP （12-18）第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-46-12.4 电动机额定数据的选择电动机额定数据的选择 电动机的选择，除确定电动机的额定功率外，还需根据生电动机的选择，除确定电动机的额

53、定功率外，还需根据生产机械的技术要求、技术经济指标和工作环境等条件，合理地产机械的技术要求、技术经济指标和工作环境等条件，合理地选择电动机的类型、结构及安装型式、冷却方式、防护分级、选择电动机的类型、结构及安装型式、冷却方式、防护分级、额定电压和额定转速。额定电压和额定转速。 1. 电动机的结构、安装型式及代号电动机的结构、安装型式及代号 电动机最常用的安装型式是带底脚机座、卧式安装，有一电动机最常用的安装型式是带底脚机座、卧式安装，有一端轴伸或两端轴伸。但为了合理布置结构，配合设备整体要求，端轴伸或两端轴伸。但为了合理布置结构，配合设备整体要求，有时也采用其他类型的结构及安装方式。有时也采用

54、其他类型的结构及安装方式。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-47- 按照按照GB/T997-2003旋转电机结构及安装型式（旋转电机结构及安装型式（IM代号）代号）（等同采用（等同采用IEC60034-7：1992）标准规定，）标准规定，IM（international mounting）代号有两种：）代号有两种： （1）代号）代号1 字母数字代号适用于具有端盖式轴承和一个轴字母数字代号适用于具有端盖式轴承和一个轴伸的电机，如卧式安装电机代号由字母伸的电机，如卧式安装电机代号由字母IM，空一格，随后为字，空一格，随后为字母母B和和1位或位或2位数

55、字组成。位数字组成。 例如，例如，IMB3表示卧式安装，端盖式轴承数表示卧式安装，端盖式轴承数2，底脚安装，底脚安装，底脚在下；立式安装由字母底脚在下；立式安装由字母IM，空一格，随后为字母，空一格，随后为字母V和和1位或位或2位数字组成。位数字组成。 例如，例如，IMV1表示立式安装，端盖式轴承数表示立式安装，端盖式轴承数2，端盖上带凸，端盖上带凸缘，凸缘有通孔，凸缘在缘，凸缘有通孔，凸缘在D端，借端，借D端凸缘面安装，端凸缘面安装，D端向下。端向下。第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-48- （2）代号）代号2 全数字代号适用于更广的电机型式，

56、包括代号全数字代号适用于更广的电机型式，包括代号1涉及的电机型式。电机代号由涉及的电机型式。电机代号由IM，空一格，随后为，空一格，随后为4位数字组位数字组成。第成。第1、2、3位数字表示结构的状况，第位数字表示结构的状况，第4位数字表示轴伸的位数字表示轴伸的型式。型式。 例如，例如，IM1001 表示底脚安装，仅有端盖式轴承，卧式，表示底脚安装，仅有端盖式轴承，卧式，底脚在下，一个圆柱型轴伸。底脚在下，一个圆柱型轴伸。 （3）代号）代号1和代号和代号2之间的对应关系之间的对应关系 几个常用代号的对应关几个常用代号的对应关系如表系如表12-3所示，其中代号所示，其中代号1等同代号等同代号2。第

57、第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-49- 2. 电动机冷却方法及其代码电动机冷却方法及其代码 根据不同的工作环境，电动机采用不同的冷却方法（根据不同的工作环境，电动机采用不同的冷却方法（IC代代码）。码）。GB/T1993-1993旋转电机冷却方法旋转电机冷却方法规定了旋转电机冷规定了旋转电机冷却方法的表示方法，代号最多由六部分组成，如下所示：却方法的表示方法，代号最多由六部分组成，如下所示：第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-50- 3. 电动机防护分级（电动机防护分级（IP代码）代码） 选择电动机同

58、样需要考虑使用环境对电动机的影响，电动机选择电动机同样需要考虑使用环境对电动机的影响，电动机也需要一定的外壳防护方式来保护内部带电部件和旋转部件。按也需要一定的外壳防护方式来保护内部带电部件和旋转部件。按照照 GB/T4942.1-2006 旋转电机外壳防护分级（旋转电机外壳防护分级（IP代码）代码）（等（等同采用同采用IEC60034-5：2000）规定：电动机防护等级代号如下：）规定：电动机防护等级代号如下：第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-51- 4. 电动机类型的选择电动机类型的选择 1）对起动、制动及调速无特殊要求的一般生产机械，如机）

59、对起动、制动及调速无特殊要求的一般生产机械，如机床、水泵、风机等，应选用笼型转子异步电动机。床、水泵、风机等，应选用笼型转子异步电动机。 2）对需要分级调速的生产机械，如某些机床、电梯等，可）对需要分级调速的生产机械，如某些机床、电梯等，可选用多速异步电动机。选用多速异步电动机。 3）对起动、制动比较频繁，要求起动、制动转矩大，但对）对起动、制动比较频繁，要求起动、制动转矩大，但对调速性能要求不高，调速范围不宽的生产机械，可选用绕线转调速性能要求不高，调速范围不宽的生产机械，可选用绕线转子异步电动机。子异步电动机。 4）当生产机械的功率较大又不需要调速时，多采用同步电）当生产机械的功率较大又不需要调速时，多采用同步电动机。动机。 5）对要求调速范围宽、调速平滑、对拖动系统过渡过程有）对要求调速范围宽、调速平滑、对拖动系统过渡过程有特殊要求的生产机械，可选用他励直流电动机特殊要求的生产机械，可选用他励直流电动机第第12 12章章 电力拖动系统电动机的选择和校验电力拖动系统电动机的选择和校验-52- 5. 电动机额定电压的选择电动机额定电压的选择 电动机的额定电压主要根据电动机运行