1、第 十 三 章,电 力 拖 动 系 统 中 电 动 机 的 选 择,电力拖动系统中电动机的选择,电动机的发热及冷却规律,电动机选择的一般概念,短时工作制电动机的选择,连续工作制电动机的选择,电动机的工作制,电力拖动系统中电动机的选择,本章要求：,掌握决定电动机额定功率的主要因素。,掌握确定电动机额定功率的主要方法。,了解电动机发热及冷却的规律。,掌握电动机的工作制。,能合理的选择电动机。,第一节 电动机选择的一般概念,一、正确选择电动机的意义,电动机选择要合理，主要选择其功率PN；其次UN, nN等。,如果PN太小，电动机经常处于过载下运行，发热严重，会损坏。,如果PN太大，电动机经常处于轻载
2、下运行，投资大，效率和功率因数低，会造成浪费。,选择电动机功率PN的原则：在满足负载要求的前提下，最经济、最合理地决定功率。,二、决定电动机功率PN的主要因素,决定电动机功率PN的主要因素：电动机的发热及温升；过载能力和起动能力。,电动机工作时有铜、铁、摩擦等损耗，这些损耗变为热能使电机温度t升高。,当电机温度t升高到一定极限（电机允许最高温度）时，其绕组、铁芯绝缘将迅速老化，遭到损坏，使电机寿命大减，严重时会直接烧毁电机。,电机选用的绝缘材料不同，其最高允许温度不同。常用绝缘材料，按其耐热能力分为：A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)五级。,电机绝缘材料的最高
3、允许温度就限制了电机带负载的限度，而电动机功率PN就代表了该限度；当电动机带额定功率负载运行时，其稳定温度接近绝缘材料的最高允许温度。,电动机工作时，温度的升高，一方面取决于发热量（p）；另一方面取决于环境温度和散热条件。,电动机的温升：电机温度与环境温度之差。,国标规定电动机最高允许温升=绝缘材料的最高允许温度-环境温度(40)。,常用绝缘材料:A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180),国标规定电动机最高允许温升=绝缘材料的最高允许温度-环境温度(40)。,选择电动机功率时，除了考虑温升外，还要考虑过载能力和起动能力。,一般要求电动机带最大负载力矩和起动负载力矩满
4、足：,考虑U波动10%，的保险系数,考虑U波动10%，的保险系数,第二节 电动机的发热及冷却规律,一、电动机的发热过程,由能量守恒定律可知：,产生的热量=温升的热量+散热量,Q：电动机单位时间发热量,C：电动机的热容量，即每升高1所需热量,A：电动机的散热系数,：电动机的温升,变形为：,非齐次常系数一阶微分方程,解方程温升的解为：设t=0, = i则温升的解为：,TH=C/A，电动机的发热时间常数,s =Q/A，电动机的稳定温升,i，电动机的初始温升,电动机的温升曲线为：,经过(34) TH温升就可达到稳定值s。,小电动机TH=1020分钟；其只需要半小时就能达到稳定温升s。,大电动机TH=3
5、0分钟；其需要两个小时才能达到稳定温升s。,电动机的稳定温升：s =Q/A,1、散热条件（A）不变时，损耗p增加，稳定温升增加。,结论：,2、改善散热条件（A）可以降低稳定温升。,二、电动机的散热过程,电动机达到稳定温升后，如果负载减小或停车，则电机的发热量将小于散热量，电机温度会下降，最后稳定于较低的稳定温升。这个温升下降过程叫电动机的冷却。,电动机冷却的温升方程仍为：,只是s4TH时， =s；否则 4TH， =s。,如：通风机、水泵、纺织机等都选用连续工作制电动机。,电动机的负载图：指电动机的输出功率（或转矩）与工作时间的关系曲线。,生产机械的负载图：指生产机械的输出功率（或转矩）与工作时
6、间的关系曲线。,连续工作制电动机的负载和温升曲线为：,结论：,对连续工作制电动机，取使电机稳定温升达到电动机绝缘材料最高允许温升时的输出功率，作为该电动机的额定功率。,输出功率不同，发热量Q不同，s不同。,采油平台,二、短时工作制,短时工作制指：电动机带恒定负载在给定的短时间内运行，工作时间t 4TH， max s。冷却后温升为0。,如：电动闸门、重型吊车等都选用短时工作制电动机。,短时工作制电动机的负载和温升曲线为：,国标规定短时工作制标准时限为：10、30、60、90分钟。,结论：,短时工作制电动机相应工作时限额定功率的规定：电动机带恒定负载运行，取在规定工作时限内实际达到的最高温升等于电
7、动机绝缘材料最高允许温升时的输出功率，作为该工作时限下的额定功率。,船 闸,三、断续周期工作制,电动机带恒定负载运行时间tR短，停车时间t0也短，以(tR + t0)=10min为周期重复工作。其中t0 和tR都 4TH。max PZN PLN;,时间延长,额定功率将减小.,第四节 连续工作制电动机额定功率的选择,连续工作制电动机的负载分为：恒定负载；变化负载。,一、恒定负载下电动机容量的选择,选择电动机的额定功率大于等于负载功率。即：,选择步骤：,1、计算负载功率PL,几种常见负载PL的计算公式,1）直线运动机械的负载功率PL ：,FL：生产机械的静阻力，N。,V：生产机械的速度，m/s。,
8、：传动装置的效率，直接连接时取0.951，皮带传 动取0.9。,2）旋转运动机械的负载功率PL,TL：生产机械的静转矩，Nm,nL ：生产机械的速度，rpm,：传动装置的效率,3）泵类机械的负载功率PL,：泵的流量，m3/s,H ：馈送高度，m;,：传动装置的效率,1：泵的效率,低压离心泵10.30.6,高压离心泵10.50.8,活塞泵10.0., ：液体密度，kg/m3,102=1000/9.8,）风机类机械的负载功率PL,：气体流量，m3/s,h ：风机压力，N/m2,：传动装置的效率,1：风机的效率,大型风机10.50.8,中型风机10.30.5,小型风机10.20.5,2、按负载功率P
9、L选择电动机的额定功率P,在环境温度为时，对连续工作制，选择电动机的额定功率P1.1*负载功率PL 。,当环境温度不为40时，为了合理选择电动机应进行修正。,P：所选择电动机的实际输出功率。,P：环境温度为时，所选择电动机的功率。,：实际环境温度与之差。,sN：电机稳定温升。,：损耗比,直流机1,笼型异步机0.50.7,大型绕线异步机0.91,例：一高压离心水泵：排水量Q=288m3/h,总扬程H=240m, 效率=0.7。电机与水泵直接连接。试选择电机容量。,解：先计算负载功率,考虑保险系数，电动机额定容量可以选择为：PN(1.1PL),一台离心式水泵，流量为720 m3/h 、排水高度21
10、米。水泵效率0.78，水的比重9810牛米3，传动机构效率0.98，电动机与水泵同轴联结。今有一电动机其功率55千瓦，是否能用?,可用,二、变负载下电动机容量的选择,电动机带变负载运行时，其发热量也不断变化，温升也不断变化，但长时运行后，温升应在一个小范围内波动。,选择电动机的功率，应保证运行时最高温升不超过电机的最高允许温升。,选择步骤：,1）计算生产机械功率，绘出生产机械负载图。,2）预选电动机功率。,3）计算预选电动机负载图。,4）利用电动机负载图，进行发热、过载、起动校验。,1、预选电动机功率,1）可以根据经验或参考类似系统来预选功率。,2）利用生产机械的平均功率来预选功率。,生产机械
11、的负载图，在变化周期tC内，负载变化n次。,预选电动机功率： PN=(1.11.6) PLav,2、发热校验,直接用温升曲线来校验温升，很困难，因为TH不知道；需要用其他方法间接校验温升。,（1）平均损耗法,原理：电机发热量Q正比于损耗。所以只要电机的平 均损耗不超过额定损耗，其温升就不会超过容 许温升。,步骤： a、利用电动机负载图和预选电动机效率曲线， 求出每段时间的损耗功率。,b、计算平均损耗,c、发热校验条件,（2）等效电流法,原理：用一个等效电流Ieq来代替实际电流，两者发热 相等。如果预选电机的在变化负载下等效电流 Ieq IN ，则预选电机合适。,步骤：a、绘制电动机负载电流图。
12、,b、计算等效电流。,c、发热校验条件,（3）等效转矩法（仅用于力矩T正比电流I场合）,原理：用一个等效转矩Teq来代替实际转矩，两者发热 相等。如果预选电机的在变化负载下等效转矩 Teq TN ，则预选电机合适。,第五节 短时工作制电动机额定功率的选择,一般选短时工作制电动机；也可以选连续或断续制电机。,一、选用短时工作制电动机,选择具有相同标准工作时限的短时工作制电动机，使PN PL。,若实际工作时限tR与标准工作时限tRN不同,则需要修正，此时应选电动机功率为：,二、选用连续工作制电机,发热问题不大，只要电机的最大输出功率能大于负载功率即可。,三、选用断续工作制电机,选用对应负载持续率的相同容量电机来代替。,短时工作时间tR 30min 60min 90min。,负载持续率FS 15% 25% 40%。,第六节 断续工作制电动机额定功率的选择,一、计算负载功率和持续率。,若实际工作持续率FSR与标准工作持续率FSN不同,则需要修正，此时应选电动机功率为：,二、选择电机,
