電動(dòng)機(jī)的容量選擇

關(guān)于電動(dòng)機(jī)的容量選擇第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五9.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與冷卻規(guī)律9.2.1電動(dòng)機(jī)的熱平衡方程式電機(jī)與拖動(dòng)

電機(jī)在工作時(shí)內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量，一部分散發(fā)到周圍介質(zhì)中去，另一部分則積存在電機(jī)內(nèi)部，使溫度升高。根據(jù)能量平衡關(guān)系，在任何一段時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量總是等于電動(dòng)機(jī)本身用于溫度升高所吸收的熱量與散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的熱量之和。據(jù)此可寫出電動(dòng)機(jī)的熱量平衡方程式：式中，Q—電動(dòng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量，單位為焦/秒；A—電動(dòng)機(jī)的散熱率，即當(dāng)電動(dòng)機(jī)溫度與周圍環(huán)境溫度相差1oC

時(shí)，每秒鐘內(nèi)散發(fā)到周圍介質(zhì)中去的熱量，單位為卡／秒度；C—電動(dòng)機(jī)的熱容量，即電動(dòng)機(jī)溫度升高1oC時(shí)所吸收的熱量，

單位為卡／度；

—電動(dòng)機(jī)的溫升，即電動(dòng)機(jī)的溫度超過周圍環(huán)境溫度的度數(shù)。(9-3)第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)

將等式(9-3)兩邊同除以

，并令

、

，且考慮到初始條件為t=0時(shí)，起始溫升為

，

則得方程的解為（9-4）

若電機(jī)投入時(shí)的溫度等于周圍環(huán)境溫度，即t=0時(shí)，起始溫升

，

則（9-4）式變?yōu)椋?-5）9.2.2電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱過程、

式中，

為電機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。為電機(jī)的穩(wěn)定溫升.

在圖9-1中繪出對(duì)應(yīng)式（9-4）（特性1）及式（9-5）（特性2）

的

曲線。

圖9-1電動(dòng)機(jī)發(fā)熱過程的溫升曲線第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)

仿照電動(dòng)機(jī)發(fā)熱過程的分析方法，可得到電動(dòng)機(jī)冷卻過程的溫升變化方程式與式（9-4）相同，其中

為冷卻開始時(shí)的溫升，而

為降低負(fù)載后的穩(wěn)定溫升。這種情況下的溫升變化曲線見圖9-2中的特性1。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)自電網(wǎng)斷開時(shí)，

，使

，則停機(jī)過程的溫升表達(dá)式為（9-6）9.2.3電動(dòng)機(jī)的冷卻過程、

圖9-2電動(dòng)機(jī)冷卻過程的溫升曲線第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)1、連續(xù)工作制

連續(xù)工作制也稱作長(zhǎng)期工作制，其特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的連續(xù)工作時(shí)間

，運(yùn)行中電機(jī)的溫升可以達(dá)到穩(wěn)定值

，屬于這類生產(chǎn)機(jī)械的有水泵、鼓風(fēng)機(jī)、機(jī)床主拖動(dòng)等。其典型的負(fù)載圖和溫升曲線如圖9-3所示。9.2.4電動(dòng)機(jī)的工作方式、

圖9-3連續(xù)工作制的負(fù)載圖和溫升曲線2、短時(shí)工作制

短時(shí)工作制電機(jī)的特點(diǎn)是工作時(shí)間較短，

，停車時(shí)間較長(zhǎng)

，即工作時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，而停車時(shí)溫升可下降到零．屬于這類生產(chǎn)機(jī)械的有：水閘閘門啟閉機(jī)、機(jī)床夾緊裝置等。其典型的負(fù)載圖和溫升曲線如圖9-4所示。圖9-4短時(shí)工作制的負(fù)載圖和溫升曲線第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)3、周期性斷續(xù)工作制

周期性斷續(xù)工作制也稱作重復(fù)短時(shí)工作制。其工作特點(diǎn)是工作時(shí)間tg和停歇時(shí)間to周期性輪流交替，而且兩段時(shí)間都較短

，

其典型的負(fù)載圖和溫升曲線如圖9-5所示。9.2.4電動(dòng)機(jī)的工作方式、

圖9-5斷續(xù)周期工作制的負(fù)載圖和溫升曲線

在周期性斷續(xù)工作方式中負(fù)載工作時(shí)間與整個(gè)周期之比稱為負(fù)載持續(xù)率ZC%，即(9-6)

我國(guó)生產(chǎn)的周期性斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率有15%、25%、40%、60%四種，同時(shí)規(guī)定一個(gè)周期的總時(shí)間

。第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五9.3連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇9.3.1連續(xù)恒定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)容量的選擇電機(jī)與拖動(dòng)

連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的負(fù)載可分為兩類，即恒定負(fù)載與周期性變化負(fù)載，對(duì)連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇，主要從發(fā)熱方面考慮。

如果電動(dòng)機(jī)周圍的環(huán)境溫度

是標(biāo)準(zhǔn)溫度40oC，則要求

即可保證電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)的實(shí)際穩(wěn)定溫升

低于絕緣材料的最高允許溫升

，發(fā)熱不會(huì)有問題。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流較大，但起動(dòng)時(shí)間較短，對(duì)溫升影響不大，可不予考慮。如果選用籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，一般還需校驗(yàn)其起動(dòng)能力。

如果電動(dòng)機(jī)周圍的環(huán)境溫度

不是標(biāo)準(zhǔn)溫度40oC，為了充分和可靠的利用電動(dòng)機(jī)，預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率

應(yīng)按（9-8）式修正。（9-8）

式中，為電機(jī)絕緣材料允許的最高溫度；

為不變損耗與可變損耗之比。

第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇、

圖9-6周期性變化負(fù)載下的損耗曲線及溫升曲線

電機(jī)在變動(dòng)負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，它的輸出功率是不斷的變化的，因而電機(jī)的損耗以及它所產(chǎn)生的熱量也在不斷地變化。電機(jī)的發(fā)熱和溫升也在波動(dòng)，但經(jīng)過一段時(shí)間之后，其溫升即達(dá)到一種穩(wěn)定的波動(dòng)狀態(tài)，如圖9-6所示。

電動(dòng)機(jī)容量選擇的一般步驟如下：

（1）首先根據(jù)生產(chǎn)工藝過程，作出生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖(折算到電動(dòng)機(jī)軸上)。利用生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖可以求負(fù)載的平均功率

或平均轉(zhuǎn)矩

，即=(9-10)=(9-11)第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇

（2）按經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)選電動(dòng)機(jī)。其額定功率可選為：

（3）做預(yù)選電機(jī)的負(fù)載圖

、或

、或

、或

。如做電動(dòng)機(jī)的損耗負(fù)載圖

，按式

計(jì)算出各工作段的損耗

、

…

，如圖9-6所示，其中各工作段的效率

可查預(yù)選電機(jī)的效率曲線。=

（4）進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。

選擇一種合適的校驗(yàn)方法，算出平均損耗

，或電流的等效值

，或轉(zhuǎn)矩的等效值

或功率的等效值

，如果計(jì)算值小于或等于預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定值，則發(fā)熱校驗(yàn)通過，預(yù)選電動(dòng)機(jī)合格。如果計(jì)算值大于預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定值，則需另選電機(jī)，重新進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)，直到滿足要求為止。（5）過載能力和起動(dòng)能力的校驗(yàn)

若過載能力和起動(dòng)能力不滿足要求，則應(yīng)重新選擇過載能力和起動(dòng)能力滿足要求的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)容量選擇的一般步驟如下：第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇

（1）平均損耗法

用平均損耗功率

來代替平均溫升

來校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。

先由電動(dòng)機(jī)的損耗負(fù)載圖（如圖9-6所示）計(jì)算平均損耗(9-12)

若

略小于

，則發(fā)熱校驗(yàn)通過，而且電動(dòng)機(jī)得到充分利用。

若

，說明預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率太小，發(fā)熱校驗(yàn)沒有通過，應(yīng)重選額定功率大的電動(dòng)機(jī)再檢驗(yàn)。

若

，預(yù)選電動(dòng)機(jī)功率太大，電機(jī)得不到充分應(yīng)用，可重選額定功率小的電動(dòng)機(jī)再檢驗(yàn)。=

平均損耗法可用于各種電機(jī)的大多數(shù)工作情況的發(fā)熱校驗(yàn)，但計(jì)算步驟較為復(fù)雜，一般情況下可采用下列各種等效法。發(fā)熱校驗(yàn)常用的方法有平均損耗法和各種等效法，現(xiàn)介紹如下：第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇

只要上式中的等效電流

略小于預(yù)選電機(jī)的額定電流

，電機(jī)的發(fā)熱校驗(yàn)即可通過。（3）等效轉(zhuǎn)矩法

如果電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比，則式（9-16）可以寫成轉(zhuǎn)矩形式

(9-17)式中，

為等效轉(zhuǎn)矩；

為第i級(jí)的轉(zhuǎn)矩。

如果

略小于

，則發(fā)熱校驗(yàn)通過。（2）等效電流法

等效電流法是從平均損耗法推導(dǎo)而來的，它的基本原理是用一個(gè)不變的等效電流

來代替實(shí)際變動(dòng)的電流。

經(jīng)推導(dǎo)得：(9-16)第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)9.3.2連續(xù)周期變化負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)容量的選擇

（4）等效功率法

如果整個(gè)工作期間轉(zhuǎn)速基本不變，由式

可知，輸出功率P與轉(zhuǎn)矩T成正比，則式（9-17）可表示為(9-18)式中，

為電動(dòng)機(jī)功率負(fù)載圖中第i段的功率。

如果

略小于

，則發(fā)熱校驗(yàn)通過。第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五9.4短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇9.4.1選用連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)電機(jī)與拖動(dòng)

對(duì)于短時(shí)工作方式，可以選用為長(zhǎng)期工作而設(shè)計(jì)的連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，也可以選用專門為短時(shí)工作方式而設(shè)計(jì)的短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)。

對(duì)于圖9-9所示的短時(shí)工作負(fù)載，由于工作時(shí)間

很短，如果根據(jù)

略大于

來選擇連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)的額定功率的話，則在工作結(jié)束時(shí)，電機(jī)的實(shí)際溫升

顯然低于該電機(jī)絕緣材料的允許溫升

，見圖9-9溫升曲線2，從發(fā)熱觀點(diǎn)看，電機(jī)未能得到充分利用。為此，可以選用額定功率

的連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)，讓電動(dòng)機(jī)在

時(shí)間內(nèi)過載運(yùn)行，電機(jī)的溫升沿曲線1上升，當(dāng)

時(shí)，電機(jī)的溫升正好等于長(zhǎng)期工作時(shí)的穩(wěn)定穩(wěn)升，即

，這樣，電機(jī)既不會(huì)過熱，又能在發(fā)熱上得到充分利用。圖9-9短時(shí)工作制的功率及溫升曲線第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五9.4.1選用連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)電機(jī)與拖動(dòng)

經(jīng)推導(dǎo)可得：

對(duì)于負(fù)載功率為

且工作時(shí)間為

的短時(shí)工作負(fù)載，可按式(9-24)選用合適的連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)。所選用連續(xù)工作制電機(jī)的額定功率要略大于由式（9-24）所計(jì)算出的值。（9-24）第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)9.4.2選用專為短時(shí)工作而設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)

我國(guó)電機(jī)制造工業(yè)部門，專門為短時(shí)工作方式設(shè)計(jì)制造了短時(shí)工作制電機(jī)，其工作時(shí)間規(guī)定為30min、60min和90min。每一種又有不同功率和不向轉(zhuǎn)速。因此可以根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的功率、工作時(shí)間及轉(zhuǎn)速要求，從產(chǎn)品目錄中直接選用不同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)。

如果實(shí)際工作時(shí)間

與標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間

相同，只需按式

選擇即可，不必再校核發(fā)熱。

如果短時(shí)負(fù)載也是一種變動(dòng)的負(fù)載，應(yīng)該首先算出變動(dòng)負(fù)載的等效功率，然后選取其額定功率略大于等效功率的電動(dòng)機(jī)，并校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的過載能力與起動(dòng)能力，專供短時(shí)工作制使用的電動(dòng)機(jī)一般具有較大的過載能力與起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

如果實(shí)際工作時(shí)間

與標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間

不相同，則應(yīng)該進(jìn)行功率換算，把

下的功率

換算為

下的功率

，再按

的大小選擇合適規(guī)格的電動(dòng)機(jī)。第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五電機(jī)與拖動(dòng)9.4.2選用專為短時(shí)工作而設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)

經(jīng)推導(dǎo)得：

當(dāng)

與

相差不太大時(shí)，

可將

忽略不計(jì)，得

（9-28）

換算時(shí)，應(yīng)選取與

最相近的

代入上式，然后選取短時(shí)工作制電動(dòng)機(jī)的額定功率略大于由式（9-28）所計(jì)算出的值即可。(9-27)第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五9.5周期性斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇電機(jī)與拖動(dòng)

電機(jī)制造廠專門設(shè)計(jì)了周期性斷續(xù)工作制的電機(jī)。這種電機(jī)的特點(diǎn)是起動(dòng)能力強(qiáng)、過載能力大，機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大、飛輪慣量

較小。其負(fù)載持續(xù)率ZC%（

）規(guī)定為15%、25%、40％和60%。（1）計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩或負(fù)載功率，初步確定負(fù)載持續(xù)率ZC%，據(jù)負(fù)載功率及ZC%預(yù)選一臺(tái)周期斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)。如果實(shí)際的負(fù)載持續(xù)率

與標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載持續(xù)率ZC%相同，可按下式預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率

周期性斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量選擇和連續(xù)工作制變化負(fù)載下的功率選擇相似，一般步驟如下：

然后作出該預(yù)選電動(dòng)機(jī)的負(fù)載圖

或

。選擇合適的方法（平均損耗法或各種等效法）進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)。第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期五9.5周期性斷續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)容量的選擇電機(jī)與拖動(dòng)（2）如果實(shí)際的負(fù)載持續(xù)率

與標(biāo)準(zhǔn)值ZC%不同，應(yīng)把實(shí)際負(fù)載持續(xù)率

的等效功率

換算成最接近的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率ZC%時(shí)的功率

，然后再選擇電機(jī)，最后進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)（平均損耗法或各