《電機與拖動基礎課件》13電機拖動第十三章(電動機容量的選擇)

1、第 十 三 章,電 力 拖 動 系 統(tǒng) 中 電 動 機 的 選 擇,電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇,電動機的發(fā)熱及冷卻規(guī)律,電動機選擇的一般概念,短時工作制電動機的選擇,連續(xù)工作制電動機的選擇,電動機的工作制,電力拖動系統(tǒng)中電動機的選擇,本章要求：,掌握決定電動機額定功率的主要因素。,掌握確定電動機額定功率的主要方法。,了解電動機發(fā)熱及冷卻的規(guī)律。,掌握電動機的工作制。,能合理的選擇電動機。,第一節(jié) 電動機選擇的一般概念,一、正確選擇電動機的意義,電動機選擇要合理，主要選擇其功率PN；其次UN, nN等。,如果PN太小，電動機經(jīng)常處于過載下運行，發(fā)熱嚴重，會損壞。,如果PN太大，電動機經(jīng)常處于輕載

2、下運行，投資大，效率和功率因數(shù)低，會造成浪費。,選擇電動機功率PN的原則：在滿足負載要求的前提下，最經(jīng)濟、最合理地決定功率。,二、決定電動機功率PN的主要因素,決定電動機功率PN的主要因素：電動機的發(fā)熱及溫升；過載能力和起動能力。,電動機工作時有銅、鐵、摩擦等損耗，這些損耗變?yōu)闊崮苁闺姍C溫度t升高。,當電機溫度t升高到一定極限（電機允許最高溫度）時，其繞組、鐵芯絕緣將迅速老化，遭到損壞，使電機壽命大減，嚴重時會直接燒毀電機。,電機選用的絕緣材料不同，其最高允許溫度不同。常用絕緣材料，按其耐熱能力分為：A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)五級。,電機絕緣材料的最高

3、允許溫度就限制了電機帶負載的限度，而電動機功率PN就代表了該限度；當電動機帶額定功率負載運行時，其穩(wěn)定溫度接近絕緣材料的最高允許溫度。,電動機工作時，溫度的升高，一方面取決于發(fā)熱量（p）；另一方面取決于環(huán)境溫度和散熱條件。,電動機的溫升：電機溫度與環(huán)境溫度之差。,國標規(guī)定電動機最高允許溫升=絕緣材料的最高允許溫度-環(huán)境溫度(40)。,常用絕緣材料:A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180),國標規(guī)定電動機 最高允許溫升=絕緣材料的最高允許溫度-環(huán)境溫度(40)。,選擇電動機功率時，除了考慮溫升外，還要考慮過載能力和起動能力。,一般要求電動機帶最大負載力矩和起動負載力矩

4、滿足：,考慮U波動10%，的保險系數(shù),考慮U波動10%，的保險系數(shù),第二節(jié) 電動機的發(fā)熱及冷卻規(guī)律,一、電動機的發(fā)熱過程,由能量守恒定律可知：,產(chǎn)生的熱量=溫升的熱量+散熱量,Q：電動機單位時間發(fā)熱量,C：電動機的熱容量，即每升高1所需熱量,A：電動機的散熱系數(shù),：電動機的溫升,變形為：,非齊次常系數(shù)一階微分方程,解方程溫升的解為：設t=0, = i則溫升的解為：,TH=C/A，電動機的發(fā)熱時間常數(shù),s =Q/A，電動機的穩(wěn)定溫升,i，電動機的初始溫升,電動機的溫升曲線為：,經(jīng)過(34) TH溫升就可達到穩(wěn)定值s。,小電動機TH=1020分鐘；其只需要半小時就能達到穩(wěn)定溫升s。,大電動機TH=

5、30分鐘；其需要兩個小時才能達到穩(wěn)定溫升s。,電動機的穩(wěn)定溫升s =Q/A, 發(fā)熱量Q正比與損耗p。,1、散熱條件（A）不變時，損耗p增加，穩(wěn)定溫升增加。,結論：,2、改善散熱條件（A）可以降低穩(wěn)定溫升。,二、電動機的散熱過程,電動機達到穩(wěn)定溫升后，如果負載減小或停車，則電機的發(fā)熱量將減小于散熱量，電機溫度會下降，最后穩(wěn)定于較低的穩(wěn)定溫升。這個溫升下降過程叫電動機的冷卻。,電動機冷卻的溫升方程仍為：,只是s i,第三節(jié) 電動機的工作制,電動機的溫升 ，不僅與發(fā)熱量Q有關，而且與負載持續(xù)時間t有關。,當t4TH時， =s；否則 s 。,電動機的溫升與電動機的工作方式有關。,常見電動機的工作方式：

6、連續(xù)工作制；短時工作制；斷續(xù)周期工作制；,一、連續(xù)工作制,連續(xù)工作制指：電動機在恒定負載下連續(xù)運行，工作時間t 4TH， =s。,如：通風機、水泵、紡織機等都選用連續(xù)工作制電動機。,電動機的負載圖：指電動機的輸出功率（或轉矩）與工作時間的關系曲線。,生產(chǎn)機械的負載圖：指生產(chǎn)機械的輸出功率（或轉矩）與工作時間的關系曲線。,連續(xù)工作制電動機的負載和溫升曲線為：,結論：,對連續(xù)工作制電動機，取使電機穩(wěn)定溫升達到電動機絕緣材料最高允許溫升時的輸出功率，作為該電動機的額定功率。,輸出功率不同，發(fā)熱量Q不同，s不同。,采油平臺,二、短時工作制,短時工作制指：電動機帶恒定負載在給定的短時間內(nèi)運行，工作時間t

7、 4TH， max s。冷卻后溫升為0。,如：電動閘門、重型吊車等都選用短時工作制電動機。,短時工作制電動機的負載和溫升曲線為：,國標規(guī)定短時工作制標準時限為：10、30、60、90分鐘。,結論：,短時工作制電動機相應工作時限額定功率的規(guī)定：電動機帶恒定負載運行，取在規(guī)定工作時限內(nèi)實際達到的最高溫升等于電動機絕緣材料最高允許溫升時的輸出功率，作為該工作時限下的額定功率。,船 閘,三、斷時周期工作制,電動機帶恒定負載運行時間tR短，停車時間t0也短，以(tR + t0)=10min為周期重復工作。其中t0 和tR都 4TH。max s，但冷卻溫升不會下降到0；其溫升在一個小范圍內(nèi)波動。,斷時周期

8、工作制電動機的負載和溫升曲線為：,負載持續(xù)率Fs：負載運行時間與工作周期之比。,標準負載持續(xù)率Fs為：15%，25%，40%，60%。,結論：,工作于斷時周期制的電動機，把在規(guī)定負載持續(xù)率下運行的實際達到的最高溫升等于電動機絕緣材料最高允許溫升時的輸出功率，作為其該負載持續(xù)率下的額定功率。,一臺連續(xù)工作制的三相異步電動機,額定功率為PLN; 將其用作短時工作制(10分鐘)時,額定功率為PDN; 將其用作斷時周期制(15%)時,額定功率為PZN; 1、此時三個額定功率的大小關系？ 2、將短時工作制的時間延長(30分鐘)時，額定功率PDN 如何變化？。,三個額定功率的大小關系： PDN PZN P

9、LN;,時間延長,額定功率將減小.,第四節(jié) 連續(xù)工作制電動機額定功率的選擇,連續(xù)工作制電動機的負載分為：恒定負載；變化負載。,一、恒定負載下電動機容量的選擇,選擇電動機的額定功率大于等于負載功率。即：,選擇步驟：,1、計算負載功率PL,幾種常見負載PL的計算公式,1）直線運動機械的負載功率PL ：,FL：生產(chǎn)機械的靜阻力，N。,V：生產(chǎn)機械的速度，m/s。,：傳動裝置的效率，直接連接時取0.951，皮帶傳動取0.9。,2）旋轉運動機械的負載功率PL,TL：生產(chǎn)機械的靜轉矩，Nm,nL ：生產(chǎn)機械的速度，rpm,：傳動裝置的效率,3）泵類機械的負載功率PL,：泵的流量，m3/s,H ：饋送高度，

10、m;,：傳動裝置的效率,1：泵的效率,低壓離心泵10.30.6,高壓離心泵10.50.8,活塞泵10.0., ：液體密度，kg/m3,102=1000/9.8,）風機類機械的負載功率PL,：氣體流量，m3/s,h ：風機壓力，N/m2,：傳動裝置的效率,1：風機的效率,大型風機10.50.8,中型風機10.30.5,小型風機10.20.5,2、按負載功率PL選擇電動機的額定功率P,在環(huán)境溫度為時，對連續(xù)工作制，選擇電動機的額定功率P1.1負載功率PL 。,當環(huán)境溫度不為時，為了合理選擇電動機應進行修正。,：所選擇電動機的實際輸出功率。,：環(huán)境溫度為時，所選擇電動機的功率。,：實際環(huán)境溫度與之差

11、。,sN：電機穩(wěn)定溫升。,：損耗比,直流機1,籠型異步機0.50.7,大型繞線異步機0.91,例：一高壓離心水泵：排水量Q=288m3/h,總揚程H=240m, 效率=0.7。電機與水泵直接連接。試選擇電機容量。,解：先計算負載功率,考慮保險系數(shù)，電動機額定容量可以選擇為： PN(1.1PL),二、變負載下電動機容量的選擇,電動機帶變負載運行時，其發(fā)熱量也不斷變化，溫升也不斷變化，但長時運行后，溫升應在一個小范圍內(nèi)波動。,選擇電動機的功率，應保證運行時最高溫升不超過電機的最高允許溫升。,選擇步驟：,1）計算生產(chǎn)機械功率，繪出生產(chǎn)機械負載圖。,2）預選電動機功率。,3）計算預選電動機負載圖。,4

12、）利用電動機負載圖，進行發(fā)熱、過載、起動校驗。,1、預選電動機功率,1）可以根據(jù)經(jīng)驗或參考類似系統(tǒng)來預選功率。,2）利用生產(chǎn)機械的平均功率來預選功率。,生產(chǎn)機械的負載圖，在變化周期tC內(nèi)，負載變化n次。,預選電動機功率： PN=(1.11.6) PLav,2、發(fā)熱校驗,直接用溫升曲線來校驗溫升，很困難，因為TH不知道；需要用其他方法間接校驗溫升。,（1）平均損耗法,原理：電機發(fā)熱量Q正比于損耗。所以只要電機的平 均損耗不超過額定損耗，其溫升就不會超過容 許溫升。,步驟： a、利用電動機負載圖和預選電動機效率曲線， 求出每段時間的損耗功率。,b、計算平均損耗,c、發(fā)熱校驗條件,（2）等效電流法,

13、原理：用一個等效電流Ieq來代替實際電流，兩者發(fā)熱 相等。如果預選電機的在變化負載下等效電流 Ieq IN ，則預選電機合適。,步驟：a、繪制電動機負載電流圖。,b、計算等效電流。,c、發(fā)熱校驗條件,（3）等效轉矩法（僅用于力矩T正比電流I場合）,原理：用一個等效轉矩Teq來代替實際轉矩，兩者發(fā)熱 相等。如果預選電機的在變化負載下等效轉矩 Teq TN ，則預選電機合適。,第五節(jié) 短時工作制電動機額定功率的選擇,一般選短時工作制電動機；也可以選連續(xù)或斷續(xù)制電機。,一、選用短時工作制電動機,選擇具有相同標準工作時限的短時工作制電動機，使PN PL。,若實際工作時限tR與標準工作時限tRN不同,則需要修正，此時應選電動機功率為：,二、選用連續(xù)工作制電機,發(fā)熱問題不大，