第7章 机电传动控制系统中电动机的选择

第七章（第14章，第四版，p436）：机电传动控制系统中电动机的选择1．电动机容量选择的原则2．电动机的发热与冷却3．不同工作制下电动机容量的选择4．电动机容量选择的统计法和类比法5．晶闸管供电对电动机的影响6．电动机的种类、电压、转速和结构形式的选择第七章：机电传动控制系统中电动机的选择7.1电动机容量选择的原则选择电动机容量应根据以下三项基本原则进行（1）发热：电动机运行时，必须保证电动机的实际最高温度等于或略小于电动机绝缘的允许最高工作温度。即（2）过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。特别是在短期工作时，由于电动机的热惯性很大，电动机在短期内承受高于额定功率若干倍的负载功率时仍可保证，故此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力。对于异步电动机对于直流电动机过载能力系数amaxNmLTTT'maxmaxNiLIII'maxmaxamaxm第七章：机电传动控制系统中电动机的选择（3）启动能力：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，所以，为使电动机能可靠启动，必须保证选择电动机容量的方法一般有计算法、统计分析法和类比法。NstLTTst启动能力系数第七章：机电传动控制系统中电动机的选择7.2电动机的发热与冷却在电动机将电能转变为机械能时，能量损耗包括：铜耗、铁耗和机械损耗。铜耗是由于定子和转子的内阻发热消耗掉的电能；铁耗主要是由于定子绕组和转子绕组内的涡流而造成的电能消耗；机械损耗主要是由于电机的内部摩擦而产生。其中铜耗与电流的平方成正比变化，而铁耗与机械损耗则几乎是不变的。这些损耗都变成了热能而使电动机发热，温度上升是按指数规律变化的。在切断电源或负载减小时，电动机温度要下降而逐渐冷却，在冷却过程中，其温度降低也是按指数规律变化的。是电动机长期安全运行的必要条件，也就是按发热条件选择电动机功率的最基本的依据。aM第七章：机电传动控制系统中电动机的选择由于电动机的温升和冷却都有一个过程，其温升不仅取决于负载的大小，而且也和负载的持续时间有关，也就是与电动机的运行方式（亦称工作制）有关。或者说，电动机额定功率的大小与电动机的运行方式有关。电动机运行方式：1、连续工作制2、短时工作制3、重复短时工作制第七章：机电传动控制系统中电动机的选择7.3不同工作制下电动机容量的选择7.3.1连续工作制电动机容量的选择（1）带恒定负载时电动机容量的选择PN≥PL第七章：机电传动控制系统中电动机的选择（2）带变动负载时电动机容量的选择在工程实际中，负载往往是变化的，这时，负载不能按最大的，也不能按最小的，常采用“等值法”，即把实际的变化负载化成一等效的恒定负载，而两者的温升相同（发热量相同），根据这一原则可得出以下三个公式。由于“等值法”只考虑了发热方面的问题，因此按“等值法”初选出电动机后，还必须校验其过载能力和启动转矩。如不满足要求，则应适当加大电动机容量或重选启动转矩较大的电动机。（见例14.2,P440）NstLTTNmLTTT'maxmaxNiLIII'maxmax第七章：机电传动控制系统中电动机的选择7.3.2短时工作制电动机容量的选择此类电机特点(如升降机)：工作时温升达不到稳定值，而停车时足可完全冷却到周围环境温度，即工作时间短，停车时间长，由于发热情况与长期连续工作方式不同，所以，电机的选择也不一样，既可选择专用短时工作制的电动机，也可选择连续工作制的普通电机。（1）选用短时工作制的电动机我国生产的专供短时工作制的电动机，规定的标准短时运行时间是10min，30min,60min,90min，铭牌上所标的额定功率PN是和一定的标准持续运行时间ts相对应的，否则将超过允许的温升。所以，要按实际工作时间选择与标准持续时间相接近的电动机。如果实际工作时间tp与ts不同时，应先将tp下的功率Pp（生产机械短时工作的实际功率）换算成ts下的功率Ps,可根据等效功率法来换算，即选择短时工作制电动机时，使其再进行过载能力与启动能力的校验。sppsttPP/sNPP第七章：机电传动控制系统中电动机的选择（2）选用连续工作制的普通电动机当选用连续工作的普通电机时，由于工作时间太短，电动机运行时达不到允许温升，未能充分利用。为了充分利用电动机在发热上的潜在能力，在短时工作状态下，可以使它过载运行，而过载系数K=PP/PN与tp/Th有关，见下图。PN≥PP/KPP短时实际负载功率PN连续工作电机的额定功率tp短时实际工作时间Th电动机的发热时间常数第七章：机电传动控制系统中电动机的选择7.3.3重复短时工作制电动机容量的选择此类电机特点：工作与间歇交替进行，而且工作时间tp和停止时间to都比较短，工作时温升达不到稳定值，停止时温升降不到零，重复性与短时性。暂载率：暂载率是用来表征重复短时工作制的工作情况:%1000tttpp停车时间工作时间工作时间（1）选用重复短时工作制的电动机我国生产的专供重复短时工作制的电动机，规定的标准暂载率为15%,25%,40%和60%四种，并以25%为额定负载暂载率同时规定一个周期的总时间tp+to不超过10分钟。ssN电动机一周期内的工作时间越长，电动机所允许输出的功率便越小。重复短时工作制电动机容量选择的步骤是：首先根据生产机械的负载图算出电动机的实际暂载率，如果算出的值与电动机的额定负载暂载率（25%）相等，即可从产品目录中查得额定功率,所选电动机的应等于或略大于生产机械所需功率P。如果算出的值不等于，则可按式进行换算，选取应等于或略大于Ps的电动机（例14.3,P443）。sNsNPsNPsN25.0PPPsNssNP第七章：机电传动控制系统中电动机的选择（2）选用连续工作制的普通电动机如果没有现成的重复短时工作制电动机，也可以选择连续工作电机，此时可看成，再按上述方法选择电动机。在重复短时工作制的情况下，如果负载是变动的，则仍可用“等值法”先算出其等效功率，再按上述方法选取电动机。负载暂载率时，可按短时工作制选择电动机；当时，则可按连续工作制选择电动机。%10%70%100s7.4电动机容量选择的统计法和类比法工程实际中，电动机的负载特性很负杂，不会很准确地是“连续运行”、“短时运行”和“重复短时运行”，所以运用上面介绍的方法有时也不实用。统计法例如，我国机床制造厂对不同类型机床主拖动电机容量的选择，常采用统计法。所谓统计法，就是对国内外同类型先进机床的主拖动电机进行统计和分析，结合我国的实际情况，找出电动机容量与机床主要参数之间的关系，并用数学式加以表达，作为设计新机床时选择电动机容量的主要依据。（P444）类比法：对经过长期运行考验的同类生产机械的电动机容量进行调查研究，并对其主要参数和工作条件进行比对，从而确定新设计生产机械所需电动机的容量。第七章：机电传动控制系统中电动机的选择7.6电动机的种类、电压、转速和结构型式的类型7.6.1根据生产机械的负载性质来选择电动机的类型（1）对于不要求调速、对启动性能亦无过高要求的生产机械，应优先考虑使用一般鼠笼式异步电动机。（2）对于要求经常启、制动，且负载转矩较大，周期性波动负载，又有一定调速要求的生产机械，选用线绕式异步电动机。（3）对于只需要几种速度，而不要求无级调速的生产机械，可选用多速异步电动机。（4）对于要求恒速稳定运行的生产机械，且要求补偿电网功率因数的场合，考虑使用同步电动机。第七章：机电传动控制系统中电动机的选择（5）对于要求大的启动转矩，又要求恒功率调速的生产机械，选用直流串励或复励电动机。（6）对于要求大范围无级调速，且要求经常启动制动正反转的生产机械，可选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机。P125表7.2列出了几种典型生产机械选用电动机的实例，在选择电动机时，大家可以参考。7.6.2电动机电压等级的选择1.交流电动机额定电压主要根据电动机运行场所供电电网的电压等级而定。我国工厂内的交流供电电压，低压一般为380V，高压一般为3kV或6kV。中等功率以下的交流电动机，额定电压一般为380V100kW以上大功率交流电动机额定电压一般为3kV或6kV鼠笼式异步电动机的额定电压有两种：220/380V,△/Y;380V,△接法。若采用Y-△降压启动，就必须选用380V,△接法的电动机。2.直流电动机一般由单独电源供电，选择电动机额定电压时只需考虑供电电源电压配合恰当即可。直流电动机额定电压一般为110V，220V和440V。最常用的电压等级为220V。第七章：机电传动控制系统中电动机的选择7.6.3电动机额定转速的选择同一种电动机在同样的功率下有几种额定转速，到底选用哪一种呢？额定转速较高的电动机转矩较小，而转矩取决于电流和磁通，电流和磁通又大体上决定了电动机所用导线和导磁材料的重量，所以转速高的电动机体积小、价格便宜，而且效率也高。因此选用高转速电机比较合适。但是，如果生产机械的运行速度很低，而电动机的转速很高，就需要庞大的减速机构，同时机械效率也会降低，所以选择电动机额定转速时要全面进行考虑。以下是几条经验：（1）对于不需要调速的高转速与中转速的机械，一般应选相应额定转速的异步电动机或同步电动机，直接与机械相连接（2）对于不需要调速的低速运转的机械，一般选用适当的转速的电动机通过减速机构来传动，但电动机额定转速不宜过高（3）对于需要调速的机械，电动机的最高转速应于生产机械的最高转速相适应（4）对于经常启动制动和反转的生产机械，要着重考虑缩短过度过程，减少启动制动时间，提高生产效率，而决定启动制动时间的主要因素是电动机的飞轮转矩和额定转速，应根据最小的GD2*n2数值来选择电动机的额定转速。第七章：机电传动控制系统中电动机的选择7.6.4电动机结构形式的选择电动机的外壳有多种形式：开启式、防护式、封闭式、防爆式。各种结构形式电机的应用场合（p447），都是文字叙述，大家看书。