电机与拖动课件 第十四章电动机的选择

第十四章

电力拖动系统电动机的选择

各种电机在运行过程中都会产生损耗，这些损耗一方面降低了电机运行时的效率，另一方面损耗转变为热能，温度升高。电机温度与周围冷却介质温度之差，称为温升，它是电机的一项重要性能指标。

绝缘材料是电机中耐热性最差的部分。所以发热问题直接关系到电机的使用寿命和运行的可靠性。为了限制发热对电机的影响，使电机的温度不超过一定的数值，一方面要控制电机各部分的损耗，使发热量减少；另一方面要改善电机的冷却系统，提高其传热和散热能力，从而把电机内部的热量很快地传导和散发出去。

电机的温升不仅决定于负载的大小，还与负载的持续时间有关，即与电动机的工作方式有关。根据电机在运行于不同的机械负载和不同的工作方式，有其相应的负载功率计算方式，通过负载功率即可完成对电动机的选择。

电机温升是衡量电机性能的一个重要指标，它表征电机的内部损耗，即表征电机发热的物理量。电机内部耐热性最差的部分就是绝缘材料。

一、绝缘材料的等级

电机中常用绝缘材料的耐热等级和温度限值如表一所示。

绝缘等级AEBFH温度限值105120130155180材料举例浸渍处理过的有机材料：如纸、棉纱等聚脂薄膜、三醋酸纤维薄膜云母带、云母纸云母、石棉、玻璃纤维，用合成树脂做粘和济云母、石棉、玻璃纤维等，以硅有机树脂做粘和济当绝缘处于表一所示的极限工作温度时，电机的使用寿命可以长达15~20年。如果高于表一所表示的温度连续运行，电机的使用寿命将迅速下降。据统计，A级绝缘材料的工作温度每上升8~10

，绝缘的寿命将缩短一半。现代电机中应用最多的是E级和B级绝缘。二、电机各部分的允许温升当电机所用的绝缘材料确定后，电机的最高允许温度就确定了，此时温升的限值就取决于冷却介质的温度。一般电机中冷却介质是空气，它的温度随地区及季节而不同，为了制造出能在全国各地全年都能适用的电机，并明确统一的检查标准，国家标准规定：冷却空气的温度定为40oC。在此环境温度下，电机绕组的温升限值：E级绝缘为75oC，B级绝缘为80oC。电机运行时，输出功率越大，则电流和损耗越大，温度越就越高，但最高温度不得超过绝缘的最高允许温度。因此，电机容许的长期最大输出功率（即电机的容量或额定功率）受绝缘的最高允许温度限制，或者说容量由绝缘的最高允许温度所决定。电机铭牌上所表明的额定功率就是指在标准的环境温度（我国规定为40oC）和规定的工作方式下，其温度不超过绝缘的最高允许温度时的最大输出功率。第一节电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类一、电机的发热过程电机中的各种损耗产生的热量，使电机的温度升高。电机温度升高以后，便借辐射和对流作用向周围空气散发热量。当所产生的热量与所散热的热量相等时，电机温度便不再上升而达到某一稳定数值。下面研究电机的温度升高随时间而变化的过程。电机中的温度升高过程是极为复杂的，在电机中有绕组、铁芯、轴承等好几个不同的热源，各热源之间一定存在有热交换，再加上每部分的散热条件又不相同，因此要精确计算电机中的温度分布情况是十分困难的。为了使问题简化，只讨论均质等温固体的发热过程。即认为物体表面各点的散热条件完全一样，体内各点的温度相同。在发热过程中，电动机所产生的热量可以分成两部分：其中一部分Cdτ储存在电动机内部使物体温度升高dτ，另一部分Adτ则散发到周围空气中去。这样，电动机的热平衡方程式为：

Φdt=

Cdτ+

Adτ

在式中，A表示散热系数，即物体单位面积上当温差为10C时每秒钟所散出的热量；假设在时t=0

，起始温度t=

τQ，根据这一初始条件，令C/A=T，Φ/A=τW

代入上式解微分方程的：

τ=τW(1-e-t/T)+τQe-t/T

上式所表示的电动机发热过程的温升曲线如图14-1所示。开始发热时，电机所产生的热量全部用于提高本身的温度，所以温度上升得很快。随着电机温度的升高，电机与周围介质之间的温差逐渐增大，电机向外散发的热量也逐渐增多，这样，温度的升高也就逐渐缓慢下来，形成图14-1所示的温升曲线。电动机发热过程的温升曲线如图14-1所示。1——τQ≠02——τQ=0二、

电机的冷却过程

如果温升达到稳定值后，电机停止运行，电机内部便不在产生热量，于是Φ=0。此时，由于电机内部热量逐渐散发到周围空气中去，电机温度开始下降。在冷却过程中，Φ=0，把这一条件代入式（14-1）中，于是解得冷却过程的表示式为

τ=τqe-t/T

冷却过程如图14-2所示，也是一条指数曲线。

图14-2电动机的冷却曲线三、

电动机的工作制的分类

电机工作时，其温升不仅决定于负载的大小，而且与负载的持续时间有关系，同一台电机，如果工作时间长短不同，则能够承担的负载功率也不同。为了适应不同负载的需要，电机制造时，按负载持续时间的不同，把电机分成为三种工作方式或