电机与拖动基础10培训课件

电机与拖动基础主讲教师:青小渠参考教材:李发海王岩编著，电机与拖动基础，清华大学出版，2005年第三版西南石油学院电气工程及其自动化教研室2006.9.第11章电动机的选择11.1电动机选择的基本内容1.类型的选择(1)生产机械对电动机的要求机械特性、起动性能、调速性能、制动方法、过载能力……(2)经济效益2.功率的选择既不能过载，也不能长期轻载。类比法、统计法、实验法、计算法。第11章电动机的选择4.转速的选择5.外形结构的选择开启式、防护式、封闭式、密封式、防爆式。电动机选择的基本内容开启式电动机电动机选择的基本内容防护式电动机Y系列（IP23）电动机是防护型自扇冷式笼型三相异步电动机电动机选择的基本内容封闭式电动机离心制冷机用封闭式电机螺杆制冷机用封闭式电机电动机选择的基本内容密封式电动机Y系列（IP44）电动机是全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机电动机选择的基本内容防爆式电动机（YB系列）YB2-B35电动机选择的基本内容6.安装型式的选择卧式、立式。电动机选择的基本内容(1)B3，卧式(2)B5，卧式

(3)B35，卧式(4)V1，立式

B3型电动机选择的基本内容B5型电动机选择的基本内容B35型电动机选择的基本内容立式电动机

（V1型）电动机选择的基本内容7.工作制的选择有九种工作制。如连续工作制、短时工作制、断续周期工作制。8.型号的选择Y系列——封闭式笼型三相异步电动机。YR系列——绕线型三相异步电动机。YD系列——三相多速异步电动机。YB系列——防爆型三相异步电动机。T系列——三相同步电动机。Z系列——直流电动机。…电动机选择的基本内容11.2电机的发热与温升电机的温升

=

电机的温度－周围环境温度当发热量=散热量时，

=稳定值。

电机的热平衡方程式

Cd

＋Adt=Qdt※

Q——热量（单位时间内产生的热量）。

C——热容量（温度每升高1K所需的热量）。

A——散热系数（

为

1K时，每秒所散出的热量）。第11章电动机的选择※

i——电机的初始温升。

s

=Q/A——电机的稳定温升。

=C/A——电机的发热和冷却时间常数。d

dtCA＋

=QA

=

s

＋(

i－

s

)

e－

t

Ot

s

iOt

i

s电机的发热和冷却11.3电机的工作制1.连续工作制（S1工作制）OtP

sPL

应用通风机、水泵、纺织机、造纸机等。第11章电动机的选择2.短时工作制（S2工作制）标准运行时间：15、30、60、90min。OtP

s

MPLtW

应用水闸启闭机、冶金用的电动机、起重机中的电动机。电机的工作制3.断续周期工作制（S3工作制）OtP

PLtWtS

s

H

L负载持续率FC=×100%tWtW＋tS

标准负载持续率

FC=15%

FC=25%FC=40%FC=60%

周期：tW＋tS≤10min。应用起重机、电梯、轧钢辅助机械中的电动机。电机的工作制4.包括起动的断续周期工作制（S4工作制）5.包括电制动的断续周期工作制（S5工作制）6.连续周期工作制（S6工作制）7.包括电制动的连续周期工作制（S7工作制）8.包括变速变负载的连续周期工作制（S8工作制）9.负载和转速非周期变化工作制（S9工作制）电机的工作制实际环境温度满载时的PFe

/PCu11.4电动机的额定功率1.额定功率的确定表10.4.1电机的绝缘等级绝缘等级允许最高温度

/℃AEBFHC105120130155180＞1802.工作制的影响3.环境温度的影响√P2

=PN1＋(1＋

)40℃－

N一般：

=0.4~1.1第11章电动机的选择表10.4.2电机允许输出的功率实际环境温度

/℃允许输出功率增减的百分数303540455055＋8%

＋5%

0

－5%

－12.5%－20%

工程上也可以按下表对P2估算。4.海拔高度的影响海拔高度越高，空气越稀薄，散热越困难，使得P2＜PN。海拔1000m≤h≤4000m

h=

100m，

N降低1%，P2降低0.5%。电机的允许输出功率11.5恒定负载电动机额定功率的选择1.连续运行的电动机①选择工作制为S1的电动机。②求出电动机的负载功率PLPL

=Pm

m

t※Pm——生产机械的输出功率；

m

——生产机械的效率；

t——电动机与生产机械之间传动机构的效率。③选择PN=PL或略大于PL的电动机。④校验起动能力。第11章电动机的选择【例11.1】有一台由电动机直接拖动的离心水泵，流量Q=0.04m3/s，扬程h=8m，效率

m=0.58，转速n=1440r/min。试选择电动机的额定功率。解：(1)该电机属于恒定负载连续运行工作方式，故选择工作制为S1的电动机。(2)由水泵设计手册查得Pm

=Q

r

h102※

水的比重r=1000kg/m3。Pm

=kW=3.14kW0.04×1000×8102恒定负载电动机额定功率的选择对于直接传动

t=1，故PL

=Pm

m

t=kW=5.41kW3.140.58×1(3)选择PN≥PL的电动机。例如选择PN=5.5kW，nN=1440r/min的Y系列三相笼型异步电动机。

(4)起动能力校验水泵为通风机负载特性类的生产机械，起动能力不会有问题。恒定负载电动机额定功率的选择满载时的PFe

/PCu实际运行时间标准运行时间2.短时运行的电动机(1)选择工作制为S2的电动机①选择标准运行时间与实际运行时间相同或相近的电动机。②求出电动机的负载功率

PL。③将PL折算成标准运行时间的负载功率

PLN。PLPLN

=－1tWNtW－

tWNtW()恒定负载电动机额定功率的选择当tW≈tWN时，则上式可简化为④选择额定功率PN≥PLN的电动机

。⑤校验起动能力（对三相笼型异步电动机而言）。PLN

=PLtWtWN恒定负载电动机额定功率的选择(2)选择工作制为S3的电动机①将S3工作制的FCN换算成S2工作制的tWN，其对应关系为FCN=15%

tWN=30minFCN=25%

tWN=60minFCN=40%

tWN=90min②再按(1)中步骤进行计算。恒定负载电动机额定功率的选择③选择PN≥PLN的电动机

。④校验起动能力。※如果tW＜(0.3~0.4)

，此时可以直接由过载能力和起动能力选择电动机的PN。(3)选择工作制为S1的电动机①求出电动机的负载功率

PL。②将PL折算成S1

工作制时的负载功率

PLN。满载时的PFe

/PCu短时运行时间电机的发热时间常数PLN

=PL1－e－1＋

e－tW

tW

恒定负载电动机额定功率的选择⑤校验过载能力。则PLN＜＜PL，（对笼型异步电动机而言）【例11.2】某生产机械为短时运行，每次工作时间12min，停机时间足够长，输出功率Pm=20kW，效率

m=0.833，传动机构效率

t=0.8，采用S2工作制的直流电动机拖动。试问电动机的额定功率应为多少？解：(1)电动机的负载功率为(2)选择tW

=15min的S2工作制电动机，

其等效负载功率为

(3)选择电动机的额定功率PN＞26.83kW。PL

=Pm

m

t=kW=30kW200.833×0.8PLN

=PLtWtWN=30×kW=26.83kW1215恒定负载电动机额定功率的选择3.断续周期运行的电动机①选择标准负载持续率FCN与实际负载持续率FC相同或相近的S3

工作制电动机。②求出电动机的负载功率

PL。③将PL换算成标准负载持续率时的负载功率

PLN。()PLPLN

=FCNFC＋

－1FCNFC当FC≈FCN时，则PLN

=PLFCFCN④选择PN≥PLN的电动机

。⑤校验起动能力（对三相笼型异步电动机而言）。恒定负载电动机额定功率的选择※如果

FC＜10%，可按短时运行选择电动机。※如果FC＞70%，可按连续运行选择电动机。【例11.3】有一断续周期工作的生产机械，运行时间tW=90s，停机时间tS=240s，需要转速n=700r/min左右的三相绕线型异步电动机拖动，电动机的负载转矩TL=275N·m。试选择电动机的额定功率。解：(1)电动机的实际负载持续率(2)选择FCN

=25%的S3工作制绕线型异步电动机。(3)电动机的负载功率FC=×100%tWtW＋tS

=×100%=27.27%9090＋240

PL

=TL

n260

=×275×700W=20.15kW2×3.1460恒定负载电动机额定功率的选择PLN

=PLFCFCN=20.15×kW=21kW0.27270.25换算到标准负载持续率时的负载功率(3)选择电动机的额定功率PN≥21kW。10.5恒定负载电动机额定功率的选择11.6变动负载电动机额定功率的选择1.周期性变动负载的电动机(1)求出各段时间电动机的负载功率OtPPL1t1t2t3t4PL2PL3PL4PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=(2)求出平均负载功率(3)预选电动机的PNPN

=(1.1~1.6)PL(4)发热校验第11章电动机的选择(4)发热校验①平均损耗法电动机的平均功率损耗为PalL1t1＋PalL2t2＋···t1＋t2＋···PalL

=※

PalL1、PalL2——每段时间的功率损耗。由电动机的效率曲线

=f(P2)

可得PalLi

=－PLiPLi

i电动机的额定功率损耗PalN

=－PNPN

N变动负载电动机额定功率的选择如果PalL≤PalN，发热校验合格。否则需加大电动机的PN，再做发热校验。②等效电流法适用于电动机的P0和电阻不变的情况。电动机的平均铜损耗为RIL1t1＋RIL2t2＋···t1＋t2＋···PCuL

=22=RIL2※

IL——产生该平均铜损耗

相当的等效电流。IL

=IL1t1＋IL2t2＋···t1＋t2＋···22变动负载电动机额定功率的选择当IL≤IN，发热校验合格。否则需加大电动机的PN，再做发热校验。③等效转矩法

适用于电动机的P0和R不变且

T∝I的情况。与等效电流对应的等效转矩

电动机的额定铜损耗为PCuN=RIN2TL

=TL1t1＋TL2t2＋···t1＋t2＋···22只要TL≤TN，发热校验合格。变动负载电动机额定功率的选择④等效功率法适用于电动机的P0和R不变，T∝I，

且n基本不变的情况。由于n不变，有P∝T，则等效负载功率为PL

=PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···22只要PL≤PN，发热校验合格。(5)校验过载能力交流电动机：TLmax≤TM

=

MTTN

直流电动机：ILmax≤Iamax=(1.5~2)IaN(6)校验起动能力满足对Tst

和Ist的要求。变动负载电动机额定功率的选择变动负载电动机额定功率的选择【例11.4】某生产机械拟用一台转速为1000r/min左右的笼型三相异步电动机拖动。负载曲线如图所示。其中PL1=18kW，t1=40s，PL2=24kW，t2=80s，PL3=14kW，t3=60s，PL4=16kW，t4=70s。起动时的负载转矩TLst=300N·m，采用直接起动，起动电流的影响可不考虑。试选择电动机的额定功率。解：(1)平均负载功率OtPPL1t1t2t3t4PL2PL3PL4PL1t1＋PL2t2＋PL3t3＋PL4t4t1＋t2＋t3＋t4

PL

=

18×40＋24×80＋14×60＋16×7040＋80＋60＋70=KW

=18.4kW变动负载电动机额定功率的选择(2)预选Y200L2－6型三相异步电动机，该电动机的PN=22kW，nN=970r/min，

st

=1.8，

MT

=2.0。(3)进行发热校验（用等效功率法）PL

=PL1t1＋PL2t2＋PL3t3＋PL4t4

t1＋t2＋t3＋t4

2222=

18×40＋24×80＋14×60＋16×7040＋80＋60＋702222kW=18.84kW由于PL＜PN，发热校验合格。

变动负载电动机额定功率的选择(4)校验过载能力由于n基本不变，P∝T，因此直接用PM校验。因为

PM=

MTPN=2×22kW=44kW

PLmax=24kW所以PM＞PLmax，过载能力合格。(5)校验起动能力TN

=260PNnN

=

×N·m=216.7N·m602×3.1422×103

970变动负载电动机额定功率的选择Tst=

stTN

=1.8×216.7N·m=390N·m因为要求Tst＞(1.1~1.2)TLst

=(1.1~1.2)×300N·m

=330~360N·m所以起动能力校验合格。2.需要考虑起动、制动和停机过程时发热公式的修正OtPnPL2PL1t1t2

t3t4PL3PL1n考虑起动、制动、停机的负载曲线PalL1t1＋PalL2t2＋PalL3t3t1＋t2＋

t2＋

t4PalL

=IL

=IL1t1＋IL2t2＋IL3t3t1＋t2＋

t2＋

t4222TL

=TL1t1＋TL2t2＋TL3t3t1＋t2＋

t2＋

t422