电机与拖动基础14

1、电子与信息工程学院电机与拖动基础电力拖动系统电动机的选择电力拖动系统电动机的选择研究如何为生产机械正确地选择电动机。电动机的名牌数据：主要：电压、电流、功率，转速其他：工作方式；效率特殊：温升电动机选择首先是：功率电动机功率选择：适当即可考虑发热情况、过载能力和起动能力三个方面12电力拖动系统电动机的选择1.2.3.电动机发热原因：电机内部损耗转变为热能影响最大材料：绝缘材料根据绝缘材料，电机耐热可分为五级：A,E,B,F,H电机铭牌数据一般给出电机绝缘等级或电机温升：常把电动机温度与周围环境温度之差称为“温升”。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

2、升是指所用绝缘材料的最高允许温度与40之差，或称为额定温升，例如，国产Z272型直流电动机用的是E级绝缘，其最高允许温度是120，所以其铭牌上标的温升是80电力拖动系统电动机的选择电动机的过载能力：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 KT TNTmax对于异步电动机，其关系为KT = (0.8 :0.85)KT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KT = 1.5 :制。Z型直流电动机，在额定磁通下，可选为2对于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的ZZ型和ZZYKT = 2.5 :3型电动机，以及同步电动机电机起动能力：对于直流电动机，一般不

3、需要进行起动能力校验对于笼型异步电动机，需要进行起动能力的校验Tz Tst发热和冷却及电动机工作制的分类一、电动机的发热过程研究首先电动机长时连续工作，负载不变下的发热F = P = P1 - P2 = P2 (1/h) -1)电动机的发热是由于工作时，F = P = P (1-h)在其内部产生损耗 DP造成的，其 1F = P = p0 + pCu值为式中，F 为热流量（电动机单位时间内发出的热量） 为了求出表达电动机发热的温升变化曲线=f(t)。应当研 究热平衡方程。热平衡方程式为 Fdt = Cdt + Atdtt + C dt= F 整理得A dtA令C / A = T ，F / A

4、= tW，得基本形式的微分方程t + T dt= tWdt电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类 其解为t = t(1- e-t /T ) +te-t /TWQ式中， t Q 为发热过程的起始温升。电动机的最高稳定温升可达电动机发热过程的温升曲线= F N = PNtmAA式中，PN 及F N 电动机在额定功率下运行时的损耗功率及热流量。电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类解的图示和解的表达式，说明温升按指数规律变化初始温升较小，热量被电动机吸收。随温度升高，电动机吸收的热量减少。温升曲线趋于平缓。最终温升达到稳定值T=C/A为发热时间常数，反映电动机温升变化快慢的程度电动机在运行中只要电动

5、机发出的热流量 F F N ，电动机功率损耗 DP PN，电动机温度就不会超过允许值。对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由三方面考虑:1. 提高额定效率2. 提高散热系数3. 提高绝缘材料的允许温升电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类二、电动机的冷却过程电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小，电动机损耗功率P 下降；其二是电动机自电网断开，不再工作， 电动机的P 变为零当电动机不接电源，P=0 电动机脱离电网时冷却时间常数与电动机通电时的温升时间常数不同电动机冷却时，发热减小或没有了。原来电动机内的热量散出，使电动机温升下降电动机冷却过程的曲线，电动机的发热和冷却及电动机工作制的

6、分类电动机工作制的分类连续工作制电动机连续工作时间长温升将达到稳定值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等1连续工作制的曲线电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类2短时工作制电动机的工作时间较短，在此时间内温升达不到稳定值，而停车时间又相当长，电动机的温度可以降到周围介质的温度，属此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等短时工作制的曲线电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类3断续周期工作制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ZCtgZC% =100%tg + to连续周期工作制的功率负载图断续周期工作制的曲线连续工作制电动

7、机的选择连续工作制电动机负载分二类：常值负载和变化负载一、常值负载下电动机功率的选择在计算出负载功率 PZ 后，选择额定功率 PNPNPZ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Pz，选择一台额定功率PN 略大于Pz的连续工作制电动机即可,不必进行发热校核。对起动比较困难（静阻转矩大或带有较大的飞轮力矩）而采用笼型异步电动机或同步电动机的场合，应校验其起动能力当电动机周围环境温度与标准值40度相差较大，则其输出功率可与PN不同连续工作制电动机的选择40度时，电动机稳定温升为WN，热流量为N。额定功率为PN实际温度0度时，电动机稳定温升为W，热流量为。额定功率为P为了在发热方面充分利

8、用，电动机在不同环境温度下，都应能达到绝缘材料的最高允许温度mqm = tWN= tW +q0+ 400= DPN= FN= F = DP由上式可见：q- 400 = tq-q= tmWNm0WAAAAqm -q0DP二式得=q- 400DPmN连续工作制电动机的选择DI 2p功率消耗为= p0 +pCu = pCuN k + Cu = pCuN k +P2pICuN NDP= p+ P= p(k +1)N0CuNCuN磁通和电动机转速不变，则有qm -q0ITPT(k +1) - k=P = PNq- 400ITPTNNNNm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30

9、时，一般电动机功率也只增加8环境温度303540455055电动机功率增减的百分数850512.525连续工作制电动机的选择必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温升有影响，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1000m时，额定功率不必进行校正。当海拔高度在1000m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，才能供高原地带应用例14-1 一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为90m3/hourhB = 0.78 ，试扬程20m，吸程5m，转速为选择电动机。2900r/min ，泵的

10、效率连续工作制电动机的选择P= VgH 10-3解水泵在电动机轴上的负载功率为：zh hB式中， V泵每秒排出的水量（）m3/sg = 9810N/m3水的比重H排水高度 （m）hB泵的效率，活塞式泵为0.80.9，高压离心泵为0.50.8，低压离心泵为0.30.6；h传动机构效率，直接联接为0.951，皮带传动为0.990 9810 (20 + 5)P= 360010-3 kW = 8.3kWZ0.78 0.95选择JO-51-2型异步电动机即可，其数据为：PN = 10kWU N = 380VnN = 2920r/min对选用的电动机不必进行发热校验。连续工作制电动机的选择二、变化负载下电

11、动机功率的选择 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， 必须进行校验。所谓发热校验， 校验应当作出负荷变化与温升变化曲线。了解 t max t m ?连续工作制电动机的选择 获得负荷或温升变化曲线有难度，可以用间接方法进行 变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：=1）计算并绘制生产机械负载图 PZf (t) 或 TZ。f (t)2）预选电动机的功率。nTZiti 1nn PZiti 1nTt+ Tt+LPt+ Pt+LT=Z1 1Z 2 2=PZdZ1 1Z 2 2Zdt1 + t2 +Ltit+ t+Lt12i11在过渡过程中，

12、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 (1.1 1.6) TZd nNP(1.1 1.6)PPNNZd95503）作出电动机的负载图 ，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连续工作制电动机的选择4）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验 着重介绍校验发热的方法（一）平均损耗法tZtZtZtZFdt = Pdt = Cdt + Adt0000nPttz tdttzPdt / tz= P= Fi it= 0= 0AP= d d 1nddtAAti1zPdPN，电动机的功率选择太小Pdm的平均损耗法，可用于电动机发热校验连续工作制电动机的选择（二）等

13、效法1等效电流法等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电流Idx来代替变化的负载电流I=f(t)(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：INIdx,则发热校验通过DP = p+ p= p+ CI2平均损耗法中有：i0Cui0i把平均损耗中的可变损耗Pd所对应的电流称为等效电流Idx则有： DP= p+ p= p+ CIIi ti2 d0Cui0dxnnn2It( p0 + CI)ti22CiiiI= 1np0 + CI=2= p0+ 1n 1ndxdxti1ti1ti1连续工作制电动机的选择2等效转矩法有时已知的不是负载电流图，而是转矩图

14、 ，可以写成转矩形式。如果转矩与电流成正比，则可用等效转矩Tdx来代替等效电流IdxnT 2 tii=T 1ndxti1如果预选电动机的额定转矩TNTdx ， 则发热校验通过。TN可由预选电动机的额定功率及额定转速算出，即= 9550 PNTNnN等效转矩法由等效电流法得出，一般要附上T与I成正比条件如果不满足，则应将T=f(t)改绘为I=f(t)，再用等效电流法效验发热连续工作制电动机的选择3等效功率法 等效功率法是当转速基本不变时由等效转矩法引出来的 P=Tn/9550,如果n不变,则P与T成正比nSPti i=Pdx 1nSti1 如 PNPdx ，则电动机的发热校验即告通过。 同样，必

15、须进行功率过载能力的校验。连续工作制电动机的选择（三）有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正 有时一个周期内的负载变化有起动、制动、停止等过程 一般应将平均损耗或等效电流、转矩及功率提高一些，以应对某些散热条件的变坏 一般在对应的起动、制动时间上乘以系数a1，在停止时间上乘以系数a01 对于直流电动机，a=0.75，a0=0.5 对于异步电动机，a=0.5，a0=0.25I 2t + I 2t + I 2t I=1 12 23 3dxat1 + t2 + at3 + a0t0连续工作制电动机的选择有起、制动，停歇时间的变化负载电流图 图示负载电流图为例I 2t+ I 2t+ I 2t 等效

16、电流为= 112233Idxat+ t+ at+ at12300连续工作制电动机的选择用直线段代替曲线变化负载电流图（四）等效法在非恒值变化负载下的应用如果电流随时间变化函数已知，则可用等效电流法的积分形式表示图示负载电流变化曲线已知StSti2dti2dtI=0=0Stdt0dxSt连续工作制电动机的选择 另一较简单方法：将变化曲线分成许多直线段，求出各段的等效值，再按积分式求出各段的等效值，如1，5段+ II+ I 2I 2I 21It= 4455 3= 1 t 2dt =I1I 1 3dx1dx5t 2t011例：右图中绘出了具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直接与摩擦轮1相联

17、结，摩擦轮旋转，靠摩擦力带动绳子及罐笼3（内有矿车及矿物G）提升或下放。尾绳系在两罐笼之下，以平衡提升机左右两边绳子的重量。提升机用双电动机拖动，试计算电动机功率。已知下列数据具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机示意图连续工作制电动机的选择1 井深H=915m；2 负载重量G=58800N3 每个罐笼重量G3=77150N4 主绳与尾绳每米重量G4=106N/m11 提升减速度a= 1m / s2312 周期长t= 89.2sz13 摩擦用增加负载重的20计算5 摩擦轮直径d1=6D.4G4m2= 2730000N.m216 摩擦轮飞轮力矩7 导轮直径d2=5mDG= 584000N.m2228 导轮

18、飞轮力矩9 额定提升速度vN= 16m / sa= 0.89m / s2110 提升加速度试计算电动机功率P = k 1.2GvN预选电动机功率解1000式中k = 1.2 1.25 考虑起动及制动过程中加速转矩的系数，取 k = 1.25，则P = 1.25 1.2 58800 16 kW 1400kW1000每个电动机的功率为 700kW60 16= 60vN=r/min= 47.5r/minnN 6.44d1对于功率为700kW，转速为47.5r/min的电动机，飞轮矩GD2 = 1065000 N m2DT= 1.2G d1 = 1.2 58800 6.44 N m = 227203N

19、 m阻转矩z2162= vN=s = 18st加速时间1a0.89112a t= 1 0.89 182 m = 144.2mh=2加速阶段罐笼行经高度11 12= vN= 16 s = 16st减速时间3a112a t= 1 1162 m = 128m3h=2减速阶段罐笼行经高度稳定速度罐笼行经高度33 32h2 = H - h1 - h3 = 915 -144.2 -128 = 642.8m= h2= 642.7 s = 40.2st稳定速度运行时间2v16Nt0 = tz - t1 - t2 - t3 = (89.2 -18 - 40.2 -16)s = 15s停歇时间折算到电动机轴上系统

20、总的飞轮矩GD2 = GD2 + GD2abGD2式中系统中转动部分的飞轮矩；系统中直线运动部分的飞轮矩aGD2b= 60 16 r/min= 61r/min= 60vNn2导轮转速 5d2二导轮折算到电动机轴上的飞轮惯量2 61 2)( n= 2GD2 = 2 584000N m2= 1926262 N m22 GD2222n 47.5 NGD2 = 2GD2 + GD2 + 2(GD2 ) =aD12(2130000 + 2730000 + 1920000)N m 2 = 6780000 N m 2系统直线运动部分总重G = G + 2G3 + G4 L式中 L 2H + 90 = (29

21、15+ 90)m =1920mG = (58800+ 2 77150+1061920)N = 416700N系统直线运动部分重量折算到电动机轴上的飞轮矩365Gv2365 416700 162GDb=Nm= 17253838Nm222 N n247.52N系统总飞轮矩GD2 = GD2 + GD2 = (6786262 +17253838)Nm2 = 24040100Nm2ab加速阶段的加速转矩GD2 dn GD2n2404010047.5=Nm = 169171Nm N t1Ta1375 dt 137537518减速阶段的动态转矩GD2 dn GD2n2404010047.5= -= -Nm

22、 = -190317 NmTa3 N t3375 dt 337537516T= Tzt1 = 18s+ TaT1 = (227203 +169171)N m = 396374Nm电动机转矩加速阶段：= 40.2sT2 = 227203Nm= (227203 -190317)N m = 36886N m稳定运行阶段： t2减速阶段：t3 = 16sT3停歇阶段：t0 = 15s矿井提升的负载图T0 = 0按负载图，求出等效转矩T 2 t+ T 2 t+ T 2 tT= 112233 dxat+ t+ at+ a t1230 0式中，散热恶化系数a = 0.75a0 = 0.53963742 18

23、 + 2272032 40.2 + 368862 16=Nm = 259386NmTdx0.7518 + 40.2 + 0.7516 + 0.515T过载能力校验：1= 396374 = 1.53 2Tdx259386= TdxnNPg,由发热观点，电动机可能不能得到充分利用短时工作时的功率和温度曲线图选用连续工作制电动机， 可以PN2.5，将超过一般电动机的过载倍数， 有QKT。这时可以按下式选择连续工作制电动机 PgPKTN满足电动机过载能力，一般发热肯定可以通过，还有裕度， 不必进行发热效验例：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5300N ，移动速度15m/min

24、 ，传动比100r/m ， 动摩擦系数0.1，静摩擦系数0.2，传动效率0.1，试选择电动机的功率短时工作制电动机的选择= Gm v解刀架移动时，电动机的负载功率Pz60 1000 h式中，G刀架重；摩擦系数（起动时0.2，移动时0.1）；v移动的速度（r/min）； 传动效率。= 5300 0.115 kW = 1.33kWPz60 1000 0.1Pg1.331.33按允许过载能力选电动机=kW = 0.82kWPNK0.92 20.92 KTT式中0.9考虑交流电网波动10%；KT交流电动机的过载倍数短时工作制电动机的选择如果由产品目录，初选- 21- 4型笼型异步电动机，其数据为：JO

25、2= 2.68AnN = 1410r/minI1NPN = 1.1kWU N = 380V= 1.8 ，过载倍数KT = 2起动转矩倍数Kst 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= 2Pz = 2 1.33kW = 2.66kWPzst 电动机能发出的起动功率为= KT PN = 1.81.1kW = 1.98kWPstPst Pzst ，起动能力效验通过Pst 此时 但是PstPzst，在有干扰时，有问题。为了提高可靠性，可以选用JO2 - 31- 4电动机短时工作制电动机的选择二、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的电动机，其工作时间为

26、15min、30min、60min、90min四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功 P30 P60 P90率是不同的，其关系为，显然其过载倍数也是P15不同的，其关系为 l15 l30 l 60 l90。当电动机实际工作时间tgx与标准值tg不同时，应把tgx下的功率 Px换算到tg下的功率Pg ，再按Pg来进行电动机功率的选择或发热校验。有关系PPg = x+ k tg-1tg ttgxgx断续周期工作制电动机的选择 生产机械的拖动电动机在断续周期工作制下用的最多，专为此类生产的电动机很多。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

27、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）设计得较高 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，其型号及数据有表断续周期工作制电动机的选择 当电动机实际工作的ZCx%与标准制ZC%不同时，应把ZCx%下的功率Px换算成ZC下的功率P断续周期工作制电动机的选择 按实际工作ZCx%与标准ZC%下损耗相等，发热相同计算2 2 P P ZCx % = ( p0+ pCu ) ZC%Px = (k +1) ZC%+ pCu k + x p0 x P P P = 可解出 ZC% + k ZC% -1 ZC%ZC %xxZC

28、x %P P 当ZCx%与ZC%相差不大时，有xZC%如果负载持续率 ZCx % 7，0%可按连续工作制选择电动机断续周期工作制电动机的选择例：电动机的负载图如右图，试校验JZR42-8型绕线转子异步电动机能否适用，该电动机在负载持续率ZC%=25%时，额定功率为PN=16kW，额定转速nN=720r/min，过载倍数=3。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法进行发热校验修正后第一阶段功率为常值，等于25kW 在电动机工作期间的等效功率252 5 +122 20=kW = 15.5kWPdx5 + 20断续周期

29、工作制电动机的选择ZC% = 5 + 20 = 27%x92.5Px = Pdx = 15.5kW将代入ZC% = 25%P = 15.527%kW = 16.1kW25%P 16kW则由于PNP ，故JZR42-8型电机不能适用，必须改选功率较大的电动机带冲击负载时电动机的选择 具有冲击负载的生产机械的负载图，其特点是负载在工作时间中作剧 增及剧减地变化，并作周期性地交替。属于这种类型的生产机械有冲床、压力机、轧钢机、锻锤等 具有冲击负载的生产机械广泛采用带飞轮的电力拖动系统，以帮助电 动机克服冲击负载。飞轮起到了平衡负载的作用，使电动机的损耗降低，从而降低电动机的功率某一台轧机的负载图带冲

30、击负载机构的生产机械负载图带冲击负载时电动机的选择对于上图1，有一个冲击负载，幅值为3P0，空载功率为P0，工作时间各为t/2可变损耗与电流或功率的平方成正比，则一个循环的可变能量损耗为：DA= C(3P )2 t / 2 + CP 2t / 2 = 5CP 2tCu000平均功率来看，Pd=2P0，则一个循环的可变能量损耗为：DA= C(2P )2 t = 4CP 2tCu00可见，负载平衡后可使能量损耗减少20带冲击负载时电动机的选择对于上图2，讨论冲击负载下带飞轮拖动时的特性第一个冲击负载的影响：负载转矩T0 Tz起始转矩Tst = T0稳定转矩Tz转矩变化规律：T = T (1- e-

31、t /TtM) + T e-t /TtMz0冲击负载过后的特性负载转矩Tz T0起始转矩T z稳定转矩T0转矩变化规律T = T (1- e-t /TtM ) + T e-t /TtM0z分析有：转矩的均衡程度与时间常数TtM相关，增大TtM 将使转矩变化缓慢，电动机的功率可以减少带冲击负载时电动机的选择了解一下时间常数TtM，可以得到GD2 (U- E) / IGD2 (n- n)GD2snGD2 R=TtM a NNN 0N N0F2F2F2375C C375C C375C C375TeTeTeTNTtM的表达式，增大飞轮惯量，及额定转差率，都可以增大时间常数。增大TtM将使转矩变化缓慢，

32、电动机的功率可以减少分析最大冲击负载的情况，冲击负载时间tg，可以得到T = T (1- e-tge-tg /TtM/TtM) + T = K Tz0TN375TN tg得到GD2 =- T 0TzMn sln0NT- K TzMTN带冲击负载时电动机的选择 介绍一下带附加飞轮拖动系统中电动机功率的选择问题。选择的步骤如下：1）预选电动机。预选电动机的额定负载取为TN = (1.1 1.3)Td= STi ti式中,个工作循环的平均转矩，TdSt2） 预选附加飞i轮的飞轮矩3） 绘制电动机的负载图4） 校验电动机的发热5） 校验过载能力电力拖动调速电动机功率的选择 调速方案的选择电动机的机械特

33、性决定了拖动系统的调速方式，而且每一种调速方式又具有不同的调速性质。电动机的调速特性应与负载的转矩特性相一致，才能使电动机的功率得到充分利用。对于他励直流电动机，可以采用电枢回路串电阻调速、电枢调压调速以及弱磁 调速。从调速性质来看：电枢回路串电阻调速与电枢调压调速属于恒转矩调速性质， 因而适应于恒转矩负载；而弱磁调速属于恒功率调速性质，因而适应于恒功率负载。对于同步电动机，只有改变同步电动机的供电频率实现调速。为确保电动机内部磁通以及最大电磁转矩不变，一般要求在改变定子频率的同时改变定子电压。一旦供电频率超过基频以上，则保持供电电压为额定值不变。从调速性质来看：基频以下属于恒转矩调速，适应于

34、恒转矩负载；而基频以上则属于恒功率调速，适应于恒功率负载电力拖动调速电动机功率的选择对于异步电动机，可以采用变频调速、变极调速和改变转差率调速。其中，转差率的改变可以通过改变定子电压、转子电阻、在转子绕组上施加转差频率的外加电压（如双馈调速与串级调速）等方法来实现。从调速性质来看：变频调速与变极调速属于恒转矩调速，适应于恒转矩负载； 而变极调速则属于恒功率调速，适应于恒功率负载。改变转差率调速则视具体调速方式有所不同，其中，改变定子电压的调速方式既非恒转矩也非恒功率调速， 而转子串电阻的调速则属于恒转矩调速，双馈调速则属于恒转矩调速。 起、制动和正、反转与相应方案的选择电力拖动系统的过渡过程包

35、括起、制动、正、反转、加减速以及负载变化等， 它与系统的快速性、生产率的提高、损耗的降低、可靠性的保证等密切相关。电力拖动调速电动机功率的选择 1、起动电力拖动系统对起动过程的基本要求是：u 电动机的起动转矩必须大于负载转矩；u 起动电流要有一定限制，以免影响周围设备的正常运行。对于鼠笼式异步机，其起动性能较差。容量越大，起动转矩倍数越低，起动越困难。若普通鼠笼式异步机不能满足起动要求，则可考虑采用深槽转子或双鼠笼转子异步机。若起动能力不能满足要求，可考虑采用软起动或变频起动。直流电动机与绕线式异步电动机的起动转矩和起动电流是可调的，仅需考虑起动过程的快速性。而同步电动机的起动和牵入同步则较为

36、复杂，通常仅适用于功率较大的机械负载。对于同步电动机，可以采用变频、辅助电动机或自耦调压器起动。 2、制动制动方法的选择主要应从制动时间、制动实现的难易程度以及经济性等几个方面来考虑对于交、直流电动机（串励直流电动机除外），均可考虑采用反接、能耗和回馈三种制动方案。 3、反转对拖动系统反转的要求是：不仅能够实现反转，而且正、反转之间的切换应当平稳、连续。一般来讲，直流电动机比交流电动机优越。但随着电力电子变流器技术的发展，交流电机包括无刷直流电动机、开关磁阻电动机等均可实现正、反转之间的平滑切换。 4、平稳性与快速性电力拖动系统的动力学方程式可表示为：GD2 dnT - TL =375dt利用

37、上式便可得到电动机起、制动或调速过程所需要的时间表达式为：GD2n2t =dn375(T - TL )n1尽电力拖动调速电动机功率的选择结论：若希望缩短起、制动过程，应使的一个重要依据。大。这是选择电动机从运行的平稳性上看，则希望电动机的惯量与负载惯量相匹配，亦即电动机的惯量要超过负载的惯量，即：GD2 GD2 ML若负载惯量是变化的（如工业机械手负载等），为确保系统平稳运行，则要求负载飞轮矩的变化量应小于电动机飞轮矩的1/5，即：GD2 5DGD2 ML为了提高电动机的力矩惯量比，可选用小惯量电动机。但根据惯量匹配原则，小惯量电动机仅适应于负载惯量较小、过载能力要求不高的场合。对于象重型机床

38、等负载惯量大、过载严重的场合，则应选择大惯量电机如力矩电动机。T / GD2可能电力拖动调速电动机功率的选择 电力拖动系统经济性指标的考虑经济性指标主要是指一次性投资与运行费用，而运行费用则取决于耗能即效率指标。电力拖动系统的设计过程中，应考虑如下几个方面： 1、电网功率因数的改善对于异步电动机，最大功率因数大都发生在满载附近。轻载时，为了改善功率因数， 可以采用调压或变频方案，也可以考虑在供电变压器上增加并联电容，通过电容器组的投切实现无功补偿。或者采用转子直流励磁的同步电动机，并使其工作在过励状态。 2、调速节能异步电动机的最高效率多出现在满载附近。当电动机轻载或空载运行时，可以采用变频调

39、速或使用多台电动机协调运行，以提高交流拖动系统的运行效率。电力拖动调速电动机功率的选择不同的调速方式具有不同的运行效率。就直流拖动系统来讲，晶闸管变流器供电的直流调速与自关断器件的斩波器调速的效率要比电枢回路串电阻调速的效率高得多。位能性负载下降（或下坡）时采用回馈制动可以回收能量，达到节电 的目的。对于交流拖动系统，可采用的调速方案有：转子串电阻调速、调压调速、滑差电机调速、双馈电机调速（包括串级调速）、变频调速等。前三种调速方式耗能较大，后两种调速方式效率较高。 3、电网污染解决由电力电子变流器供电电源所引起的“电网污染”问题，实现所谓的“绿 色”电能的转换，可采取如下措施：u 在供电变压

40、器的二次侧额外增加有源滤波器（Active-Power-Filter，APF）；u 在变流器内部采用由自关断器件组成的PWM整流器（Pulse-Width- Modulation Rectifier，PWM Rectifier） 。 电动机的一般选择电动机容量的选择应避免出现“大马拉小车”的现象，以免造成电动机的运行效率与功率因数均偏低，电动机以及传输线路的损耗增加，电能浪费严重。但 也要适当考虑设备运行的可靠性。当然，电动机的选择不仅仅包括容量选择，而且还涉到电动机的额定电压、额定转速以及结构形式等的选择。下面分别对后者介绍如下： 额定电压的选择电动机的额定电压、相数、额定频率应与供电系统一

41、致。对于交流电动机， 中、小型异步电动机的额定电压大都为220/380V(联结)及380/660V(联结)两种。当电动机功率较大时，可根据供电电源系统，选用3000、6000V和10000V的高压电动机。对于直流电动机，其额定电压一般为110V、220V、440V以及6001000V。也可采用新改型的直流电动机，如160V(配合单相全波整流)、440V(配合三相桥式整流)等电压等级。 电动机的一般选择 额定转速的选择从经济角度和提高系统快速性角度看，选用高速电机比较合适。但电动机的转速越高，则势必要求传动机构的转速比增大，使传动机构复杂，相应的传动损耗也有所增加。因此，必须综合电动机和生产机械

42、两方面的因素来选择电动机的 额定转速。 结构形式的选择根据安装方式的不同，电动机有立式和卧式结构之分。一般情况下电力拖动系统多采用卧式结构的电动机。根据轴伸情况的不同，电动机有单轴伸端和双轴伸端之分。大多数情况下采用单轴伸端。根据防护方式的不同，电动机有开启式、防护式、封闭式和防爆式之分。应该根据不同的应用场合选择不同保护方式的电动机。电力拖动调速电动机功率的选择一、直流调速电动机功率的选择（一）降压调速对于恒转矩负载应用降压调速，此时电动机功率特性= TN nN= Tz nNT= T= 常数n= nPNzNmaxN95509550可以选择电动机额定功率为PNT n zmax 9550若把降压

43、调速用于恒功率负载，则为了使电动机能安全运行，必须加大电动机的功率，其值将为负载功率的D倍，即PN= DPz电力拖动调速电动机的功率选择恒转矩调速特性用于恒功率负载特性图示电动机安全运行，电动机输出转矩应等于或大于最大负载转矩 TN Tzb恒转矩调速是减压调速， 只能是额定转速向下调节， 因此电动机的不能小于负 载要求的最高转速，通常恒转矩调速与恒功率负载的配合= nmaxnN取这时电动机额定功率为= TN nN= Tzbnmax= Tzbnmin nmax= P DPNz955095509550nmin电力拖动调速电动机功率的选择 此时电动机额定功率必须选为PN Pz D 分析可知，恒转矩调

44、速用于恒功率负载，电动机额定功率很大，电动机在所有转速下欠载运行，造成浪费 图示龙门刨床例，龙门刨实际需要的切削功率为Fmax vxPz =龙门刨的切削功率、切削力与切削速度的关系1000 60电力拖动调速电动机功率的选择（二）弱磁调速若应用弱磁调速于恒功率负载，电动机的额定功率选得等于或略大于负载功率，不必扩大功率，即电动机在弱磁调速范围内都是满载运行，恒功率调速配合恒功率负载，电动机得到充分利用PN Pz如果弱磁调速用于恒转矩负载，为了在最高转速时也能满足Tz的需要，必须按nmax及Tz来选择电动机的 Tznmax功率，即PN9550电力拖动调速电动机功率的选择 弱磁调速如果采用nN= nmax, 则电动机的转矩及功率都比实际需要的Tz及Pz大很多，在调速段内，电动机为欠载运行，造成浪费 为了减小转矩的扩大，可在电动机与负载工作机构之间附加一个转速比为的减速器二、变频调速笼型异步电动机功率的选择 分别讨论低于和高于额定频率调速时，电动机的容许输出转矩和功率fN (n nN )调速段