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1、第十四章 电力拖动系统电动机的选择第十四章 电力拖动系统电动机的选择 电力拖动系统电动机的选择， 电力拖动系统电动机的选择，首要的是在各种工作制下电动机功率 的选择，同时还要确定电动机的电流种类、型式、额定电压与额定转速。 的选择，同时还要确定电动机的电流种类、型式、额定电压与额定转速。 决定电动机功率时，要考虑电动机的发热， 决定电动机功率时，要考虑电动机的发热，允许过载能力与起动能 力三方面的因素，一般情况下，以发热问题最为重要。 力三方面的因素，一般情况下，以发热问题最为重要。 温升：电动机温度与周围环境温度之差。 温升：电动机温度与周围环境温度之差。 在电机当中，耐热性能最差的是绝缘材
2、料， 在电机当中，耐热性能最差的是绝缘材料，使用不同的绝缘材料的 电动机，其最高允许温升是不同的。 电动机，其最高允许温升是不同的。电动机铭牌上所标的温升是指所用 绝缘材料的最高允许温度与40之差，或称为额定温升 额定温升。 绝缘材料的最高允许温度与40之差，或称为额定温升。 选择电动机功率时，除考虑发热外， 选择电动机功率时，除考虑发热外，有时还要考虑电动机的过载能 力是否足够，因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。 力是否足够，因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。校验电动机 的过载可按下列条件： 的过载可按下列条件： Tmax KNTN 对于笼型异步电动机，有时还须进行起动能力的校验
3、。 对于笼型异步电动机，有时还须进行起动能力的校验。 第一节 电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类 一、电动机的发热过程 电动机的发热是由于工作时，在其内部产生损耗 P 造成的 ，其值为 电动机的发热是由于工作时， = P = P P = P (1/) 1) 1 2 2 = P = P(1) 1 = P = p0 + pCu 式中， 为热流量（电动机单位时间内发出的热量） 式中， 为热流量（电动机单位时间内发出的热量） 热平衡方程 将电机看成一个热分布均匀的整体， 将电机看成一个热分布均匀的整体，其产生的热量正比于电机的温 即内外温差；这些热量一部分留在电机当中， 升，即内外温差；这些热量一
4、部分留在电机当中，使电机温升进一步升 一部分散发到周围介质空间里： 高，一部分散发到周围介质空间里： dt = Cd + Adt 将方程 dt = Cd + Adt左右各除以 Adt ，得 + C d = A dt A d = W dt 令 C A = T , A = W ，得基本形式的微分方程 其解为下列形式： 其解为下列形式： +T 式中， Q 发热过程的起始温升。 发热过程的起始温升 发热过程的起始温升。 式中， 电动机的最高稳定温升可达 P m = N = N A A 电动机在额定功率下运行时 P 及N电动机在额定功率下运行时 N 的损耗功率及热流量。 的损耗功率及热流量。 W 稳定温
5、升，达到此温升时电机的 稳定温升 稳定温升， 发热量与散热量相等； 发热量与散热量相等； 发热时间常数 发热时间常数， T 发热时间常数，表征电机的温升变化 快慢。 快慢。 = W (1 et /T ) +Qet /T 电动机发热过 程的温升曲线 当电机的温升达到 m 后，电机的温度将不再上升。即绝缘材料的 电机的温度将不再上升。 以内，就可以保证电机不会过热。 允许温升在 m 以内，就可以保证电机不会过热。 进一步，由 m = 进一步， 电动机在运行中只要电动机发出的热流量 N或P PN ，电动 机温度就不会超过允许值。 机温度就不会超过允许值。 根据 N P = N A A 可见： 可见：
6、 = P = P (1) 1 A P = m N N P N 1N m = = N A A 对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由下列三方面入手： 对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由下列三方面入手： 1、提高额定效率 N 2、提高散热系数A 提高散热系数A 3、提高绝缘材料的允许温升 二、电动机的冷却过程 电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小， 电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小，电动机损耗功率 下降时；其二是电动机自电网断开，不再工作，电动机的 变为零。 P下降时；其二是电动机自电网断开，不再工作，电动机的P变为零。 电动机冷却 过程的曲线 电动机负载减小 电动
7、机自电网断开 三、电动机工作制的分类 （一）连续工作制 电动机连续工作时间很长， 电动机连续工作时间很长， 其温升可达稳定值。 其温升可达稳定值。 连续工作制的曲线 （二）短时工作制 电动机的工作时间较短， 电动机的工作时间较短，在此 时间内温升达不到稳定值， 时间内温升达不到稳定值，而停车时间 又相当长， 又相当长，电动机的温度可以降到周围 介质的温度， 介质的温度， 短时工作制的曲线 （三）断续周期工作制 在断续周期工作制中，负载工作 在断续周期工作制中， 时间与整个周期之比称为负载持 续率ZC。 续率ZC。 ZC% = tg tg + t0 100% 连续周期工作制 的功率负载图 断续周
8、期工作制的P=f（ 断续周期工作制的P=f（t）和=f（t）曲线 =f（ 第二节 连续工作制电动机的选择 连续工作制电动机的负载分为常值负载 变化负载两类。 连续工作制电动机的负载分为常值负载和变化负载两类。 常值负载和 两类 一、常值负载下电动机功率的选择 在计算出负载功率 P 后，选择额定功率应等于或略大于 P ，即 Z Z P P N Z 如果电机的环境温度 如果电机的环境温度0与40 相差很大，在保证绝缘材料最高允 相差很大， 许温度的条件下，为了充分利用电机， 许温度的条件下，为了充分利用电机，其输出功率可以与 P 不同。 N不同。 估算公式为： 估算公式为： m 0 m 40 C
9、可见， 可见，0 40 C 时 P P ； 0 P 。 N N P=P N (k +1) k 在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。环境温度 在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。 低于30 一般电动机功率也只增加8 低于30时，一般电动机功率也只增加8。 环境温度 电动机功率增减的百分数 30 30 8 35 35 5 40 40 0 45 45 5 50 50 12.5 12.5 55 55 25 25 二、变化负载下电动机功率的选择 在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而设计的。因此， 在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而设计的。因此，
10、这种电动机用于变化负载下的发热情况，必须进行校验。所谓发热校验， 这种电动机用于变化负载下的发热情况，必须进行校验。所谓发热校验，就 是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升， 是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升， 因为只有这样，电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。 因为只有这样，电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。 变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下： 变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下： 1、计算并绘制生产机械负载图P = f (t) 或 TZ = f (t) 。 Z 2、预选电动机的功率。 预选电动机的功率。 Pt
11、 P 1t1 + P 2t2 + Zi i Z 负载平均功率 P = Z = 1n Zd t1 + t2 + ti T t + T t + = 平均转矩 TZd = Z1 1 Z 2 2 t1 + t2 + 1 n T t 1 n Zi i t 1 n i 在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重， 在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，电动 机额定功率按下式预选 3、作出电动机的负载图 ，作图时已考虑了电动机的稳定运转及过渡过程 等工作情况。 等工作情况。 4、进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。 进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。 TZ
12、d nN P (1.1 1.6)P , P (1.1 1.6) N Zd N 9550 校验发热的方法 一、平均损耗法 用于变化周期短，发热时间常数较大时，稳定后温升曲线波动不大。 用于变化周期短，发热时间常数较大时，稳定后温升曲线波动不大。可用 平均温升 d 代替最大温升 m 。 对热量平衡方程两边积分： 对热量平衡方程两边积分： tZ 0 dt = Pdt = Cd + Ad tZ tZ tZ d = tz 0 dt 0 tz i i = tz 0 0 0 Pdt / tz A = P d d = A A 变化负载下的平均损耗为 P = d Pt 1 n t 1 n i 如果， P P 则
13、预选电机的功率是合适的。 如果， d N 则预选电机的功率是合适的。 二、等效法 1、等效电流法 2 变化负载下第i 式中C 变化负载下第i 级负载的损耗为P = p0 + pCu = p0 + CIi （式中C为常数 ） i p 其中， 为不变损耗， 为可变损耗，随负载电流而变化。 其中， p0为不变损耗， Cu为可变损耗，随负载电流而变化。 平均损耗中的可变损耗 P 所对应的电流称为等效电流 I dx d 2 p0 + CIdx = ( p 1 n 0 + CI )ti 2 i i t 1 n = p0 + CI t n 2 i i t 1 1 n I dx = I 1 n 1 n 2 i i t i t i 等效电流法，就是按照损耗相等的原则， 等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电 对于交流异步电动机， 流 I dx来代替变化的负载电流 I = f (t)（对于交流异步电动机，应为定子 电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件： ），如果预选电动机的额定电流满足下列条件 电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件： I N I dx 则发热校验通过。 则发热校验通过。 2、等效转矩法 有时已知的不是负载电流图，而是转矩图 ，可以用等效转矩Tdx 代 有时已知的不是负载电流图， 替等效电流 ，写成转矩形
