8第8章-电力拖动系统中电动机的选择-第4版(终稿)

第8章电力拖动系统中电动机的选择8.2电动机的工作制分类8.3电动机容量的选择方法8.4电动机种类、形式、电压、转速的选择本章介绍了电力拖动系统中选择电动机的基本原理和方法。电动机的选择主要是指电动机的额定功率、额定电压、额定转速、种类及形式的选择。8.1电动机的发热和冷却教学内容：第8章电力拖动系统中电动机的选择1.了解电动机的发热和冷却情况；2.掌握电动机的工作制类型；3.掌握电动机容量的选择方法；4.掌握电动机种类、形式、电压、转速的选择。教学目的与要求：第8章电力拖动系统中电动机的选择8.0电动机的选择概述1.电动机的选择：主要是指电动机的额定功率、额定电压、额定转速、种类、型式等的选择。2.选择电动机的原则：3.额定功率选择的重要性：①功率选得太大，电动机容量得不到充分利用，电机处于轻载工作，效率低，运行费用高；②功率选得太小，电机处于过载，电机寿命会缩短。所以，额定功率选得太大或太小都不经济。4.电动机功率选择考虑的因素：发热、过载能力、起动能力。一是满足生产机械负载的要求；二是经济上应该是最合理的。说明：电力拖动系统的设计中，电动机的选择是非常重要的。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.1电动机的发热和冷却1.发热：电动机负载运行时，因产生损耗而发热。2.温升：电动机温度比环境温度高出的数值。3.稳定温升：电动机的发热与散热相等，电动机温度不再增加，保持一个稳定不变的温升值，此时电动机处于散热与发热的动平衡状态。4.电动机发热的过度过程：从开始发热到热平衡状态的过程。0(1)ttTTSee式中：τ0,τs分别为电动机发热过程的起始温升和稳定温升。T为电动机的发热时间常数。第8章电力拖动系统中电动机的选择若发热开始时，电动机的温度与周围介质的温度相等即起始温升τ0=0，则温升表达式为：。(1)tTSe5.电动机的发热曲线：温升变化解释：发热开始，由于温升小，散发出的热量较少，大部分热量被电动机吸收，因而温升增长得较快；其后，随着温升的增高，散发的热量不断增多，而电动机产生的热量因负载不变而不变，则电动机吸收的热量不断减少，温升曲线趋于平缓，当发热量与散热量相等时，电动机的温升不再升高而达到稳定值。温度变化，理论上t→∞时才能达到稳定温升τs，实际上当t=(3-4)T时接近τs。小容量电动机T=20-30min；大容量电动机T=2-3h。第8章电力拖动系统中电动机的选择6.电动机的冷却过程方程：负载减小或电动机断电，电动机降温0(1)ttTTSee式中：τo’τs’且分别为电动机冷却开始时的温升和稳定温升。T’为电动机的冷却时间常数，一般T’T。7.电动机的冷却曲线：显然，发热与冷却曲线均按指数规律变化。注意：电动机断电时，τs’=0。**电动机的温升或者说最高温度，由电动机使用的绝缘材料来决定。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.绝缘材料与绝缘等级说明：电动机的使用寿命主要由它的绝缘材料决定的，当电动机工作温度不超过其绝缘材料的最高允许温度时，绝缘材料寿命可达20年。最高温度每超过8°C，寿命减少一半。电动机的工作温度不要超过绝缘材料的极限温度。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.2电动机的工作制分类为了适应不同负载的需要，按负载持续时间的不同，国家标准把电动机分成三种工作方式或三种工作制，细分八类，用S1…S8表示。8.2.1连续工作制(S1)1.连续工作制：工作时间tw(3～4)T，可达几小时或几十小时，温升可达稳定值——又称长期工作制。2.功率负载图P=f(t)及温升曲线τ=f(t)。3.典型例子：水泵、通风机、造纸机、纺织机等。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.2.2短时工作制(S2)1.短时工作制：工作时间很短，tw(3～4)T，在工作时间内，温升达不到稳定值。停机时间t0很长，t0(3～4)T’,停机时电动机的温度足以降至周围环境温度，温升降至零。2.功率负载图P=f(t)及温升曲线τ=f(t)。3.典型例子：水闸闸门、吊车、车床的夹紧装置等。4.我国短时工作制标准工作时间有：15min、30min、60min、90min四种。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.2.3断续周期工作制(S3)1.断续周期工作制：电动机按一系列相同的工作周期运行，在一个周期内，工作时间tw(3～4)T，停歇时间t0(3～4)T’，即工作时温升达不到稳定值，停歇时温升也降不到零。国家标准规定：每个工作周期tc=tw+t0≤10min，称为重复短时工作制。第8章电力拖动系统中电动机的选择2.断续周期工作制可分为六类（见国家标准GB755-81）⑴断续周期工作制(S3)⑵包括起动的断续周期工作制(S4)⑶包括电制动的断续周期工作制(S5)⑷连续周期工作制（S6）⑸包括电制动的连续周期工作制(S7)⑹包括负载与转速相应变化的连续周期工作制(S8)第8章电力拖动系统中电动机的选择3.断续周期工作制（S3)功率负载图P=f(t)及温升曲线τ=f(t)4.典型例子：起重机、电梯、某些自动机床的工作机构等。结论：温升经过若干周期后，会在某一范围波动。第8章电力拖动系统中电动机的选择5.负载持续率或暂载率：在断续周期工作制中，工作时间与工作周期之比，用FC%表示。6.我国规定的标准负载持续率：15%、25%、40%、60%等四种。0%100%wwtFCtt7.注意：断续周期工作制电动机因起动频繁，要求过载能力强、飞轮矩小、机械强度好，需要专门设计。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.3.1连续工作制电动机容量的选择连续工作制负载类型：常值负载和变化负载。一、常值负载下电动机容量的选择选择一台额定容量等于或略大于负载容量、转速又合适的电动机即可，不需要发热校验。----比较简单8.3电动机容量的选择方法--三种工作制第8章电力拖动系统中电动机的选择二、变化负载下电动机容量的选择1.变化负载的功率图P=f(t)•自动车床加工各道工序时，主轴电动机的负载功率图（一个周期）；•负载周期性变化→电动机的温升周期性变化，温升波动在最大负载P1和最小负载P2之间变化；•按最大负载功率选择电动机容量，不能充分利用；按最小负载功率选择电动机容量，电动机必然过载。电动机容量选择在最大负载P1与最小负载P2之间，既保证电机充分利用，温升又不超过允许值。变化负载的功率图第8章电力拖动系统中电动机的选择思想：用一个不变的电流Ieq来等效实际上变化的负载电流，要求在同一周期内，等效电流Ieq与实际变化的负载电流产生的损耗相等。假设电机的铁耗与绕组电阻不变，则损耗与电流平方成正比。等效电流为：式中：tn为对应负载电流In的工作时间。2.电动机容量的选取方法—等效电流法、转矩法和功率法222112212......nneqnItItItIttt说明：⑴选用电动机的额定电流IN应大于或等于等效电流Ieq；⑵必须先求出用电流表示的负载图。⑴等效电流法第8章电力拖动系统中电动机的选择思想：电动机运行时，其转矩与电流成正比，如他励直流电动机励磁保持不变，异步电动机的功率因数和气隙磁通保持不变。等效转矩为：⑵等效转矩法222112212......nneqnTtTtTtTttt说明：⑴选用电动机的额定转矩TN应大于或等于等效转矩Teq；⑵必须先求出用转矩表示的负载图。第8章电力拖动系统中电动机的选择思想：电动机运行时，转速保持不变，功率与转矩成正比。等效功率为：⑶等效功率法222112212......nneqnPtPtPtPttt说明：选用电动机的功率PN应大于或等于等效功率Peq即可。注意：用等效法选择电动机的容量时，要根据最大负载来校验电动机的过载能力是否符合要求，如果过载能力不能满足，应按过载能力来选择较大容量的电动机。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.3.2短时工作制电动机容量的选择一、直接选用短时工作制的电动机1.按生产机械的功率、工作时间及转速要求，由产品目录直接选用。2.短时负载是变动的，采用等效法选择电动机，等效电流法为：2221122120......nneqnItItItItttt第8章电力拖动系统中电动机的选择式中：I1、t1分别为起动电流和起动时间；In、tn分别为制动电流和制动时间；t0为停转时间；α、β为考虑自扇冷电动机在起动、制动和停转期间因散热条件变坏而采用的系数。对于直流电动机：α=0.75，β=0.5；对于异步电动机：α=0.5，β=0.25。采用等效法时：必须注意对选用电动机进行过载能力的校验。2221122120......nneqnItItItItttt第8章电力拖动系统中电动机的选择二、选用断续周期工作制的电动机1.没有合适的短时工作制的电动机时，可采用断续周期工作制的电动机来代替。2.短时工作制电动机的工作时间tw与断续周期工作制电动机的负载持续率FC%之间的关系为：tw/min306090FC%15%25%40%第8章电力拖动系统中电动机的选择8.3.3断续周期工作制电动机容量的选择1.根据生产机械的负载持续率、功率及转速，从产品目录中直接选取。2.国家标准规定电动机的负载持续率FC%只有四种，而实际负载持续率与标准负载持续率相差较大时，应把实际负载功率Px换算成标准负载持续率FC%下的功率，即说明：⑴根据标准负载持续率FC%和功率P，选择合适的电动机；⑵实际负载持续率FCx%10%时，按短时工作制选择电动机；⑶实际负载持续率FCx%70%时，按连续工作制选择电动机。%%xxFCPPFC第8章电力拖动系统中电动机的选择8.3.4统计法和类比法1.前面方法的弊病：一是计算比较繁杂；二是电动机和生产机械负载图难以精确绘制。2.选用电动机容量的实用方法：统计法和类比法。一、统计法：就是对各种生产机械的拖动电动机进行统计分析，找出电动机容量与生产机械主要参数之间的关系，用经验公式作为选择电动机容量的主要依据。二、类比法：通过对长期运行考验的同类生产机械所采用的电动机容量进行调查，然后对生产机械的主要参数和工作条件进行类比，可以确定新的生产机械拖动电动机的容量。第8章电力拖动系统中电动机的选择说明：电动机的选择，除正确选择功率外，还要根据生产机械的要求和工作环境，正确选择电动机的种类、型式、电压和转速。•电动机分类：直流电动机和交流电动机。•直流电动机：他励、并励、串励、复励电动机。•交流电动机：笼型、绕线转子异步电动机及同步电动机。8.4电动机种类、形式、电压、转速的选择8.4.1电动机种类的选择第8章电力拖动系统中电动机的选择电动机种类选择：主要从生产机械对起动性能和调速性能的要求来考虑。1.不需要调速的拖动系统：总是考虑交流拖动，特别是笼型异步电动机，如空气压缩机、球磨机。2.调速范围不广，调速级数少，不需在低速下长期工作，可考虑交流绕线转子异步电动机或变极调速电动机。3.调速范围宽广、调速平滑性要求高的场合，通常采用直流电动机拖动，或交流变频调速电动机拖动。第8章电力拖动系统中电动机的选择8.4.2电动机形式的选择根据具体生产机械类型、工作环境等特点，来确定电动机的结构形式，如直立式、卧式、开启式、封闭式、防滴式、防爆式。8.4.3电动机额定电压的选择我国的一般标准是：•交流电压三相为380V，直流电压为220V。•大容量交流电动机通常设计成高压供电，如3kV、6kV或10kV。•大容量直流电动机，通常考虑额定电压为440V。（可减小电枢电流）第8章电力拖动系统中电动机的选择8.4.4电动机额定转速的选择影响电动机额定转速的因素：电力拖动系统的经济性和生产机械的效率。转速选择的原则：根据初期投资和维护费用的大小来决定。注意：对于频繁起动、制动或反向的拖动系统中，还应根据电动机瞬态过程时间最短、能量损耗最小来选择适当的额定转速。第8章电力拖动系统中电动机的选择教学重点：1掌握电动机容量的选择方法—三种工作制角度2掌握电动机种类、型式、电压、转速的选择