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1、7.1 拖动系统选择电动机的原则,电力拖动系统中电动机的选择包括：（1）容量（额定功率）；（2）电机的种类；（3）型式；（4）额定电压；（5）额定转速等。其中主要讨论电机容量的选择。,额定功率选择的原则：所选额定功率要能满足生产机械在拖动的各个环节（起动、调速、制动等）对功率和转矩的要求,并在此基础上使电动机得到充分利用。,额定功率选择的方法：根据生产机械工作时负载（转矩、功率、电流）大、小变化特点，预选电动机的额定功率，再根据所选电动机额定功率校验过载能力和启动能力。电动机额定功率大小是根据电动机工作发热时其温升不超过绝缘材料的允许温升来确定的。,在选择电动机功率时，要考虑电动机的发热、过载
2、能力、起动能力三方面的因素，其中一般以发热问题最为重要。,第7章 电力拖动系统电动机的选择,7.2 电动机的发热与冷却,1电动机的发热 电动机工作时，其内部主要存在铁损耗、铜损耗及机械损耗，这些损耗是以发热的形式表现出来的，使电动机发热。当电动机的负载和转速一定时，其内部的发热量在单位时间内是恒定的。电动机工作时，其内部产生的热量有两方面的作用，一方面由电动机吸收使其本身的温度升高，另一方面向周围环境散热。可以用以下公式表示这一热平衡关系 发热量吸热量散热量（Q=Q1+Q2 ） 电动机温度的升高，就产生了与周围环境的温度差。我们将电动机本身的温度与标准环境温度（40C）的差值称为温升，用表示。
3、当电动机的温度升高到某一数值时，电动机内部所增加的发热量全部向周围环境散发，电动机本身的温度不再升高，即温度达到了稳定值。电动机的温度达到稳定值时的状态称为热稳定状态，对应的温度值称为稳态温度，对应的温升称为稳态温升。,电动机的温升变化过程可以用下列方程式表示 式中 w稳态温升 0初始温升，即温升开始变化时的数值 t温升变化时间 T热时间常数,热时间常数 T 只与电动机的体积和本身结构有关，它的大小反映了电动机达到热稳定状态前的温升变化速度。T越小，温升变化越快；T越大，温升变化越慢。 电动机的温升是按指数规律变化的。,曲线1对应于电动机初始温升为零的情况，即温升从电动机启动时开始升高。曲线2
4、对应于电动机初始温升不为零的情况，即温升从电动机的负载增加时开始升高。 由图看出，发热过程开始时，初始温升较小，即电动机与周围环境的温度差较小，向周围环境散发的热量较少，电动机内部产生的热量大部分被电动机吸收，使电动机的温升增加较快。初始温升越小，温升增加得越快。随着温升的增加，电动机与周围环境的温度差逐步增大，向周围环境散发的热量随之逐步增加，使电动机的温升增加速度逐步减慢。如此一直到使电动机的温升达到稳定值，发热过程结束。,电动机发热过程的温升变化曲线,在构成电动机的所有材料中，绝缘材料的耐热性能是最差的，而绝缘材料又是电动机中最重要的材料之一。 电动机工作时，如果绝缘材料因温度过高而损坏
5、，那么电动机的绕组中将出现匝间或相间短路现象，使电动机不能正常运行，甚至被烧毁。各种绝缘材料的耐热性能不尽相同。为使电动机能达到正常的使用年限（约为20年），规定了各种绝缘材料的工作温度不能超过某一数值，即不能超过允许的最高工作温度值。 通常将各种绝缘材料对应的允许最高工作温度值用绝缘材料等级来表示，电动机有A，E，B，F，H等五级。,电动机绝缘材料等级,2电动机的冷却,当初始温升大于稳态温升时的温升变化过程，就是电动机的冷却过程。曲线1对应于电动机稳态温升为零的情况，即温升从电动机脱离电源时开始降低，直至降到零。曲线2对应于电动机稳态温升下降到某一稳态温升值的情况，即温升从电动机负载减小时开
6、始降低，直至降到负载减小后所对应的稳态温升值。,电动机冷却过程的温升变化曲线,由图看出，冷却开始时，初始温升较大，即电动机与周围环境的温度差较大，向周围环境散发的热量较多，使电动机的温升降低较快。随着温升的降低，电动机与周围环境的温度差逐步减小，向周围环境散发的热量随之逐步减少，使电动机的温升下降速度逐步减慢。如此一直到使电动机的温升达到稳态值，冷却过程结束。,电动机冷却过程的温升变化曲线,7.3 电动机的工作制,（2）短时工作制 短时工作制是指电动机带额定负载运行时，运行时间tL很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停机时间t0 很长，使电动机的温升可以降到零的工作方式。短时工作制的电动机铭牌
7、上的标注为S2，我国的短时工作制电动机的运行时间有15min, 30min, 60min, 90min四种定额。拖动闸门的电动机常采用短时工作制电动机。,为了在不同情况下方便用户选择电动机功率并使所选的电动机得到充分利用，根据电动机工作时的发热特点，把电动机分成连续、短时、周期断续三种工作制。,（1）连续工作制 连续工作制是指电动机带额定负载运行时，运行时间tL很长，电动机的温升可以达到稳态温升的工作方式。连续工作制电动机在铭牌上标注S1或一般不在铭牌上标明工作制，连续工作制的电动机在生产实际中的使用很广泛。,（3）周期断续工作制 周期断续工作制是指电动机带额定负载运行时，运行时间tL很短，使
8、电动机的温升达不到稳态温升；停止时间t0也很短，使电动机的温升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。工作时间占工作周期的百分比称为负载持续率，用FC %表示,我国的周期断续工作制电动机的负载持续率有15%、25%、40%、60% 四种定额。周期断续工作制的电动机铭牌上的标注为S3。要求频繁启动、制动的电动机常采用周期断续工作制电动机，如拖动电梯、起重机的电动机等。,电动机额定功率的选择是一个很重要又复杂的问题。拖动生产机械时，电动机额定功率过大，经常处于轻载运行，使电动机运行效率低，性能不好（异步电动机的功率因数也低了）。反之，电动机额定功率过小，电动机电流超过额定电流，电机内耗加大，效
9、率降低，重要的是影响电动机的寿命，即使过载不多，也会减少电机的寿命，过载较多时，可能烧毁电动机。,7.4 电动机额定功率的选择,7.4.2 负载功率的计算,负载功率的计算是选择电动机的前提，必须根据负载工作实际情况进行计算。各类生产机械负载功率的计算公式不同，可参阅有关设计手册。给出几种常用生产机械负载功率的计算公式，供参考。,P1、P2 Pn各段静负载功率； t1、t2 tn 各段负载的持续时间,（5）周期变化负载的平均功率,周期变化负载图,变化负载的平均功率PLpj为,7.4.3 电动机额定功率的选择,一、常值负载下电动机额定功率的选择,常值负载是指工作时间内负载大小不变，包括连续、短时两
10、种工作方式。,（1）标准工作时间的电动机额定功率的选择,在环境温度为40，电动机不调速的前提下，按照工作方式及工作时间选择电动机，则电动机的额定功率应满足 PNPL 在此基础上校核过载能力，必要时校核起动能力。,（2）非标准工作时间的电动机额定功率的选择,若短时工作方式负载工作时间为tL，最接近的标准工作时间为tLb，则预选电动机的额定功率应满足,由于折算过程以发热和温升等效为基础，以此预选的电动机可以不经过温升校核。,（3）连续工作方式电动机带短时工作负载时的额定功率选择,连续工作方式的电动机也可以短时工作，此时电动机连续工作方式下的额定功率PN偏大，需要针对实际情况进行折算。 折算原则是短
11、时工作时间tL内达到的温升等于连续工作方式下的稳态温升，即电动机的允许温升，给出折算结果 式中 tL短时工作时间，s； T发热时间常数，s。 k电动机不变损耗与可变损耗之比，k=p0/pcu。k的大小因电动机而不同。对于具体电机，k和T 可以从技术数据中查到或估算。 若实际工作时间极短，tL(34)T，则只需考虑电动机的过载和起动能力，确定电动机的额定功率，发热温升的矛盾已不是主要问题。,（4）过载能力校核 过载能力指电动机负载运行时，可以在短时间内出现的电流或转矩过载的倍数m。对于直流电动机为2；对于绕线异步电动机为2 2.5；对于笼型异步电动机为1.83；对于同步电动机为22.5。 在选择
12、异步电动机时，考虑到电网电压下降时会使转矩成平方的下降，应对异步电动机的最大转矩进行修正。交流电网电压可能向下波动10%15%，所以最大转矩就要按照(0.92 0.852)mTN进行过载校验，即,若预选的电动机过载能力通不过，需要重选电动机及额定功率。,（5）起动能力校核 当所选的电动机为笼形异步电动机时，还需要校验其起动能力是否满足要求。由机械特性知道异步电动机的起动转矩一般不是很大，当生产机械的静负载转矩较大时，造成起动太慢或不能起动，可能损坏电动机。一般要求启动转矩应大于1.1倍静负载转矩，即,（6）温度修正 以上关于额定功率的选择都是在国家标准环境温度40的前提下进行的。如果环境温度常
13、年都比较高或比较低，需要对电动机的额定功率进行修正。 连续工作制的电动机按连续工作制工作时，实际环境温度 不等于40时，电动机额定功率PN的修正值 N电动机环境温度为40时的额定温升； 电动机工作的实际环境温度， k损耗比，即不变损耗与可变损耗之比。 计算电动机在实际环境温度 时的额定功率PN，显然40时，PNPN。,不同环境温度下电动机额定功率的修正,二、负载变化时电动机额定功率的选择,电动机在变化负载下长期运行时，其输出功率也是不断变化的，温升也随之不断波动。经过一段时间后，温升达到一种稳定的波动状态。 （1）拖动长期变化负载的电动机额定功率的选择 在变化负载的情况下，可以先根据负载情况预
14、选电动机，然后进行发热校验。具体步骤如下：,作负载图 作出折算到电动机轴上的负载变化图PL=f(t)或TL= f(t)，利用负载图求出平均输出功率PLPj或平均转矩TLPj，分别为 式中 Pi 各工作段的负载功率，W； Ti各工作段的负载转矩，Nm； ti各工作段的工作时间，s。,预选电动机 根据经验公式预选电动机的额定功率。 电动机吸收电源的功率既要转换为机械功率供给负载，又要消耗在电动机内部，电动机内部有不变损耗和可变损耗。不变损耗不随负载电流的变化而变化，可变损耗与负载电流有关、与负载电流平方成正比。负载电流增大时，可变损耗要增大，电动机的额定功率也要相应地选大些。 前面两式没有反映出起
15、动、制动时因负载电流增加而要求预选电动机额定功率增大的问题。实际预选电动机额定功率时，应先将PLpj扩大1.1 1.6倍，再行预选。 PN(1.1 1.6)PLPj PN(1.1 1.6)TLPjnN/9550 式中的系数1.1 1.6的取值要根据负载变化的情况而定。当负载变化剧烈时，系数应适当取得大一些，这是因为公式没有反映过渡过程的发热情况，而过渡过程中，电动机的可变损耗部分比较大，发热严重。,进行发热校验 校核电动机发热的方法有很多，主要有平均损耗法、等效电流法、等效转矩法、等效功率法等方法。, 平均损耗法 首先，根据预选电动机的效率曲线，计算出电动机带各段负载时对应的损耗功率p1、p2
16、 pn，然后计算平均损耗功率pLpj。 只要电动机带负载时的实际平均损耗功率pLpj小于或等于其额定损耗pN，即pLpjpN，则电动机运行时实际达到的稳态温升w不会超过其额定温升N，即WN，电动机的发热条件得到充分利用。, 等效电流法 假定不变损耗和电阻均为常数，则电动机带各段负载时的损耗与其对应的电动机电流平方成正比，得等效电流 只要IdxIN，则电动机的发热校验通过。 注意：深槽和双笼转子异步机不能采用等效电流法进行发热校验，因为其不变损耗和电阻在起动、制动期间不是常数。, 等效转矩法 假定不变损耗、电阻、主磁通及异步电动机的功率因数为常数时，则电动机带各段负载时的电动机电流与其对应的电磁转矩 T1、T2TN成正比，由式得等效转矩 只要TdxTN，则电动机的发热校验通过。 注意：串励直流电动机、复励直流电动机不能用等效转矩法进行发热校验，因为其负载变化时的主磁通不为常数。经常起动、
