六―电动机和低压电器的选择课件

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1、第六章 电动机和低压电器的选择,6.1 电动机容量选择原则 6.2 不同工作制下电动机容量选择 6.3 电动机的种类、额定电压、额定转速及形式的选择 6.4 低压电器的选择,主要包括如下几个部分的基础知识，对应章节如下：,6.1 电动机容量选择原则,电动机在能量转换过程中，必然会产生损耗，如铜损耗、铁损耗、机械损耗等，这些损耗都以热能的形式表现出来，除了一部分热能散发到周围介质中去以外，其余部分则使电动机的温度升高。 损耗是使电动机温度上升的主要原因。一定的输出功率对应一个最高温度。而在选择电动机额定功率时，这个最高温度应受到电动机绝缘材料允许的最高温度的限制。如果电动机的温度过高，其绝缘寿命

2、就要缩短。这表明，保证运行中电动机绝缘的最高温度不超过允许的最高工作温度，即是保证电动机长期安全运行的必要条件。,6.2 不同工作制下电动机容量选择,三步进行： 第一步，计算生产机械负载功率； 第二步，根据第一步结果，预选电动机，其额定功率，尽量接近； 第三步，校核预选电动机的发热、过载能力及启动能力，直至合适为止。,注意：,由于电动机的热惯性很大，在较短时间内，电动机承受高于铭牌若干倍的负载功率，仍可保证 ，这时限制电动机额定功率大小的主要因素，不是发热，而是电动机的过载能力，即所预选的电动机的最大转矩(对异步电动机而言)或最大电流 (对直流电动机而言)，必须大于运行中可能出现的最大负载转矩

3、或最大负载电流。 对于异步电动机： 考虑电网电压向下波动10%, 。对于直流电动机： 式中，为异步电动机的转矩过载倍数，即电动机的过载能力系数；为直流电动机电流过载倍数。具体数值可以从产品目录中查出。,注意：,启动能力校验，主要是针对鼠笼式异步电动机而言。由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般比较小，所以为使电动机可靠启动，必须保证启动时， ；而 为鼠笼式转子异步电动机的启动转矩倍数，具体数据也可以从产品目录中查到。 校核电动机的发热是电动机容量选择中最重要的，故以介绍发热校验方法为主。,6.2.1电动机负载基本恒定时电动机额定功率的选择,1.连续工作方式 计算出负载功率后，发热校验合格的条件为：

4、 。按照这个简单的结论选择电动机的额定功率，就能保证 ，发热校验合格。 2.短时工作方式 1)短时工作方式电动机的选用 从发热的观点出发，选择电动机功率时，可根据生产机械的功率、工作时间及转速要求，从产品目录中直接选用不同规格的电动机，选择的条件是 。,但根据实际的工艺要求，电动机的工作时间不一定总是符合标准工作时间，这时必须将实际工作时间tp下计算出的所需功率大小Pp，折算成标准工作时间ts下的功率，才能确定预选电动机的发热是否在允许的范围内。折算的公式是： (6-5) 注意式中tp应尽量ts与接近。若满足 ，则发热校验通过。,2)作短时工作方式用的连续工作方式电动机的选用,由于连续工作方式

5、的电动机种类、型号多，为使电动机能充分利用，应该使它在短时工作结束时，电动机的最高温升正好接近于所选电动机绝缘所允许的最高温升。此时过载运行。 由于电动机的热惯性比较大，故在为短时负载服务时，只要电动机过载能力能满足，一般来讲发热校验基本能通过。 按过载倍数确定电动机额定功率的公式为 (6-6) 式中，为过载倍数，对于直流电动机 ；对于异步机 。但是异步电动机一定要考虑电网电压的波动，一般取 。,3.电动机额定功率的修正,电动机铭牌上的额定功率是在环境温度为 的情况下定义的，在环境温度长期偏离较远时，为让电动机得到充分利用，一般要对输出功率进行修正。已知环境温度为时 ，电动机允许最高温升为 ，

6、额定功率为 ；环境温度为时 ，电动机允许温升变为 。根据等效发热原理，其电动机允许输出的功率变为 (6-7) 式中， 为额定情况下定耗与变耗的比值，对于一般直流电动机，11.5；对于一般鼠笼式异步电动机，0.50.7 ；对于小型绕线式异步电动机，0.450.6。 只要满足 ，发热校验就可通过。,6.2.2 变动负载下电动机额定功率的选择,当电动机工作期间负载非恒定时，它的输出功率是不断变化的，其发热和温升也在波动，但经过一段时间后，温升可达到一种稳定的波动。这时对应的最高温升需在绝缘的允许范围内。 对该情况下电动机容量的选择，首先都要根据等效发热的原理，将变化的负载等效为一个不变的负载，而后再

7、进行发热校验。因此，仅以连续工作方式为例来推导对应的等效公式，其结论对其他两种工作方式也适合。,1.电动机额定功率的选择,首先根据生产工艺过程，做出折算到电动机轴上的生产机械的负载图。利用负载图可求出负载的平均功率或平均转矩 。,然后按下述经验公式预选一台电动机，其额定容量可选为： 预选好电动机后，可进行发热校验，或过载能力、启动能力的校检。 发热校验采用等效发热的原则。首先将变化的负载电流或负载功率变为不变的电流或功率，二者产生的热量相等。若这时满足等效小于等于额定的,则预选成功，否则重新再选。,2.应用等效法时几种特殊情况的处理,1)直流他励电动机弱磁调速 如果有一他励电动机的负载图，其中

8、有若干段为弱磁调速，原则上讲，不能用等效转矩法进行发热校验。 修正的原则：把弱磁段的转速在发热相等的原则下，向着额定磁通折算，便可认为整个工作周期内均为恒磁通运行。 对应转矩为 ： 如保持电源电压不变： 修正后的值代入等效转矩法对应的公式 中，即可进行发热校验。,2)转速低于额定转速,在负载功率图上，若有几段为调速段，使关系不满足，为了继续使用等效功率法进行发热校验，也可在等效发热的原则下进行修正。若在第i段上，转速低于额定转速，则对额定转速进行修正时，要使发热相等，只有修正前后电流不变，即对应转矩不变，这时，则有 (6-14) 将修正后的值代入等效功率法对应的公式 等中，即可进行发热校验。,

9、3) 负载图中某段负载不为常数时等效值求法,在各等效法中，对应时间内的电流、转矩或功率是不变的。但在实际中，对应启动、制动段的电流、转矩或功率是变化的，在用等效法时，必须将对应的电流、转矩或功率进行修正，其原则是，用一个不变的量代替变化的量，但二者发热相等，然后将修正后的值代入等效法中进行发热校验。 等效电流为：,图6-2各段不全为直线的负载图,6.2.3重复短时工作方式电动机额定功率的选择,重复短时工作方式下，每周期中都有启动、运行、制动和停歇各阶段，因此，专为该工作方式服务的电动机在结构上也有与此相适应的特点：机械强度大，转子细长，飞轮惯性小，启动和过载能力强，绝缘材料等级高等。因此，一般

10、不选用其他工作方式的电动机。 首先求出一个周期内等效转矩与负载持续率zc：,等效功率为： 使之满足PnP，发热校验通过。 关于重复短时工作方式电动机额定功率的选择，还需说明几点： (1)如果负载持续率 ，按短时工作方式处理； (2)如果负载持续率 ，按连续工作方式处理； (3)如果 ，则 ，需校验电动机的过载能力和鼠笼式异步电动机的启动能力。,6.3电动机的种类、额定电压、额定转速及形式的选择,6.3.1电动机种类的选择 为生产机械选择电动机的种类，首先应该满足生产机械对电动机启动、调速性能和制动的要求，在此前提下考虑经济性。交流电动机比直流电动机结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜。在这些

11、方面，鼠笼式异步电动机就更为优越。所以，在满足工艺要求的前提下，应尽量选用交流电动机。但是，从我国目前情况看，在对调速性能要求高，且要求快速、平滑启、制动时，可选用直流电动机。近年来，交流调速系统中的串级调速、变频调速发展很快，尤其是变频调速，具有能和直流调速系统相媲美的调速性能。,6.3.2电动机额定电压的选择,依据电源情况和控制装置的要求选择电动机的额定电压。交流电动机的电压是依据电网电压来设计的，有220380V，380V，380660V，3000V，6000V，10000V几种供选用。直流电动机的额定电压有110V，220V，330V，440V和660V等，还有专门为单相整流电源设计的

12、160V直流电动机等以供选用。,6.3.3电动机额定转速的选择,额定功率相同的电动机，转速高，体积小，造价低，一般地说GD2也越小。但转速越高的电动机，拖动系统传动机构将越复杂，成本又将提高。另外，电动机GD2和转速将影响电动机过渡过程时间的长短和过渡过程中能量损耗的大小。电动机的转速与GD2的乘积越小，过渡过程越快，能量损失越小。 因此，电动机额定转速的选择需根据生产机械具体情况，综合考虑上面各因素来确定。,6.3.4电动机形式的选择,电动机的结构形式有卧式和立式两种，一般情况选用卧式。电动机的防护形式有：开启式，其价格便宜，散热好，但外部液、固、气三态物质均可进入电动机内部，只适用于清洁又

13、干燥的环境中；防护式，可防止45倾斜落体进入电动机中，多用于干燥、少灰尘、无腐蚀、无爆炸性气体的场合中。这种电机散热条件好，应用很广；封闭式，电动机外部的气体或液体绝对不能进入电动机内，如潜水电机等；防爆式，应用于有爆炸危险的环境中，如有瓦斯的井下或油池附近等特殊环境中应选用特殊电动机。,6.4 低压电器的选择,低压电器是指交流电压在l000V以下、直流电压在1200 V以下的电气线路中起保护、控制或调节等作用的电气元件。 6.4.1 低压开关 常用的主要类型有刀开关、组合开关和低压断路器。 1）刀开关 刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压，其额定电流应等于或稍大于电路工作电流。 若用刀开

14、关来控制电动机，则必须考虑电动机的启动电流比较大，应选用额定电流大一级的刀开关。此外刀开关的通断能力、动稳定电流之和、热稳定电流值等均应符合电路的要求。刀开关的型号含义如图6-4所示。,图6-4 刀开关的型号含义,2）组合开关,组合开关又称转换开关，它体积小，触点对数多，接线方式灵活，操作方便，常用于交流50Hz、380V以下及直流220V以下的电气线路中，供手动不频繁的接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5kW以下小容量异步电动机的启动、停止和正反转。组合开关选用时主要考虑使用场合、额定电压、额定电流、安装方式、外形尺寸与定位尺寸。,3）低压断路器,低压断路器简称断路器，是低压配电网络和电

15、力拖动系统中常用的一种配电电器。 在选用低压断路器时应满足： 短路器的额定工作电压和额定工作电流应分别不低于电路额定电压和计算电流； 热脱扣器的整定电流应与所控制电机的额定电流或负载额定电流一致； 断路器的瞬时或短延时脱扣器整定电流应大于负载电路尖峰电流。对于电动机保护电路，当动作时间大于0.02s时，可按不低于1.35倍启动电流的原则确定；当动作时间小于0.02s时，则应增加为不低于启动电流的1.7-2倍。,6.4.2 熔断器,熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护的电器。使用时串联在被保护的电路中，当电路发生短路故障，通过熔断器的电流达到或超过某一规定值时，以其自身产生的热量使熔丝熔断，从而自动分断电路，起到保护作用。它具有结构简单、价格便宜、动作可靠、使用维护方便等优点，因此得到广泛应用。 熔断器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、分断能力和时间一电流特性。,选用时主要考虑以下几方面因素：,熔断器类型 应根据线路要求、使用场合、安装条件和各类熔断器的适用范围来确定。 熔断器额定电压 应大于或等于线路的工作电压。 熔体的额定电流 与负载的大小及性质有关，有三种选择方法： 一是对于阻性负载的短路电