电机与拖动第11章电动机的选择课件

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1、 第第 11 章章 电力拖动系统中电力拖动系统中电动机的选择电动机的选择 111.1 电动机选择的基本原则电动机选择的基本原则 一、类型的选择一、类型的选择 在满足生产机械对拖动性能的要求下，在满足生产机械对拖动性能的要求下， 优先选用结构简单、运行可靠、维护方便、优先选用结构简单、运行可靠、维护方便、 价格便宜的电动机。价格便宜的电动机。生产机械对电动机的要求生产机械对电动机的要求 机械特性、起动性能、调速性能、机械特性、起动性能、调速性能、 制动方法、过载能力、制动方法、过载能力、 经济效益经济效益 各类电动机的性能特点、价格高低、各类电动机的性能特点、价格高低、 运行效率、维护成本、配套

2、设备性价比运行效率、维护成本、配套设备性价比 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作2根据电源种类，在满足性能的前提下优先采用根据电源种类，在满足性能的前提下优先采用 交流电动机；交流电动机；按经济性节能的原则来选择，使电动机的运行效率按经济性节能的原则来选择，使电动机的运行效率 符合国家标准的要求符合国家标准的要求 。 种种 类类主主 要要 特特 点点直直流流电电动机动机他励、并励他励、并励机械特性硬、起动转矩大、调速性能好、可靠性较低、价格和维护成本均高机械特性硬、起动转矩大、调速性能好、可靠性较低、价格和维护成本均高串串 励励机械特性软、起动转矩大、调速方便、价格和维护成本均高机械特性软、

3、起动转矩大、调速方便、价格和维护成本均高复复 励励机械特性的硬度介于并励和串励之间、起动转矩大、调速方便、价格和维护成本均高机械特性的硬度介于并励和串励之间、起动转矩大、调速方便、价格和维护成本均高三三相相异异步步电电动机动机笼笼 型型机械特性硬、起动转矩较小、不同调速方法的性能相差较大、价格低、维护简便机械特性硬、起动转矩较小、不同调速方法的性能相差较大、价格低、维护简便绕线型绕线型机械特性硬、起动转矩大、不同调速方法的性能相差较大、价格较低、维护简便机械特性硬、起动转矩大、不同调速方法的性能相差较大、价格较低、维护简便多多 速速可提供可提供 2 4 种转速种转速高起动转矩高起动转矩起动电流

4、小、起动转矩大起动电流小、起动转矩大单相异步电动机单相异步电动机机械特性硬、功率小、功率因数和效率较低机械特性硬、功率小、功率因数和效率较低三相同步电动机三相同步电动机转速恒定（机械特性为绝对硬特性）、功率因数可调、只能采用变频调速转速恒定（机械特性为绝对硬特性）、功率因数可调、只能采用变频调速单相同步电动机单相同步电动机转速恒定、功率小转速恒定、功率小大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作3二、额定功率的选择二、额定功率的选择 原则：既不能过载，也不能长期轻载。原则：既不能过载，也不能长期轻载。（1）发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高）发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高

5、 工作温度工作温度m等于或略小于电动机绝缘的允许最高等于或略小于电动机绝缘的允许最高 工作温度工作温度a，即，即m a。（2）过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载）过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载 能力。特别是在短期工作时，电动机在短期内承受能力。特别是在短期工作时，电动机在短期内承受 高于额定功率的负载功率时仍可保证高于额定功率的负载功率时仍可保证m a， 故此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是故此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是 电动机的过载能力。电动机的过载能力。（3）起动能力：由于鼠笼式异步电动机的起动转矩）起动能力：由于鼠笼式异步电动机的起动转矩 一

6、般较小，所以，为使电动机能可靠起动一般较小，所以，为使电动机能可靠起动, 必须保证必须保证TL Tst。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作4常用方法：计算法、统计法、类比法。常用方法：计算法、统计法、类比法。 （1）计算法：通过计算负载功率，初步确定电动机的）计算法：通过计算负载功率，初步确定电动机的 额定功率，再从电动机的发热、过载能力和起动额定功率，再从电动机的发热、过载能力和起动 能力等方面进行校验，最后确定电动机的额定功率。能力等方面进行校验，最后确定电动机的额定功率。（2）统计法：通过对各种生产机械的拖动电动机进行统计）统计法：通过对各种生产机械的拖动电动机进行统计 分析，找出电动

7、机的额定功率与生产机械主要参数分析，找出电动机的额定功率与生产机械主要参数 之间的关系，用经验公式计算出电动机的额定功率。之间的关系，用经验公式计算出电动机的额定功率。（3）类比法：通过对经过长期运行考验的同类机械所采用）类比法：通过对经过长期运行考验的同类机械所采用 电动机的额定功率进行调查，并对生产机械的主要电动机的额定功率进行调查，并对生产机械的主要 参数和工作条件进行类比，以此确定新的生产机械参数和工作条件进行类比，以此确定新的生产机械 拖动电动机的额定功率。拖动电动机的额定功率。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作5三、电压等级的选择三、电压等级的选择 电动机的电压等级、相数、频率都

8、要与供电电源相一致。电动机的电压等级、相数、频率都要与供电电源相一致。四、转速的选择四、转速的选择 在满足传动要求的前提下，选择电动机转速时应减少在满足传动要求的前提下，选择电动机转速时应减少 机械传动级数。需要调速的负载应根据调速范围、效率、机械传动级数。需要调速的负载应根据调速范围、效率、 对转矩的影响以及长期经济效益等因素，对转矩的影响以及长期经济效益等因素， 选择合理的调速方式和电动机。选择合理的调速方式和电动机。五、结构型式的选择五、结构型式的选择 电动机的外型结构有开启式、防护式、封闭式、电动机的外型结构有开启式、防护式、封闭式、 密封式和防爆式等五种。密封式和防爆式等五种。 应根

9、据电动机的使用环境选择电动机的外型结构。应根据电动机的使用环境选择电动机的外型结构。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作6五、结构型式的选择五、结构型式的选择 (a) (a) 开启式开启式（B5 型型） (b) 防护式防护式（B3 型型）(c) (c) 封闭式封闭式（B3 型型） (d) 密封式密封式（V1型型） (e) 防爆式防爆式（B35 型型）大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作7六、安装型式的选择六、安装型式的选择 电动机有卧式和立式两种安装型式。电动机有卧式和立式两种安装型式。 卧式电动机的转轴在水平位置，卧式电动机的转轴在水平位置， 立式电动机的转轴垂直于地面。立式电动机的转轴垂直

10、于地面。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作8七、工作制的选择七、工作制的选择 国产电动机按照发热与冷却情况的不同，国产电动机按照发热与冷却情况的不同， 主要主要 分为连续、短时和断续周期工作制等。分为连续、短时和断续周期工作制等。 实际应用时，根据生产机械的工作方式选择。实际应用时，根据生产机械的工作方式选择。八、型号的选择八、型号的选择 电机生产厂商根据不同需求，生产系列产品，电机生产厂商根据不同需求，生产系列产品， 并冠以规定的产品型号。并冠以规定的产品型号。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作911.2 电动机的发热与冷却电动机的发热与冷却 一、电机的发热过程与温升一、电机的发热过程

11、与温升 电动机中的热源主要是绕组和铁心中的损耗，电动机中的热源主要是绕组和铁心中的损耗， 即铜损耗使绕组发热，铁损耗使铁心发热。即铜损耗使绕组发热，铁损耗使铁心发热。 发热引起电动机的温度升高。发热引起电动机的温度升高。 电动机的温升不仅取决于损耗的大小，而且与电动机电动机的温升不仅取决于损耗的大小，而且与电动机 的运行情况和持续工作时间等因素有关。的运行情况和持续工作时间等因素有关。 热量平衡方程：热量平衡方程： 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作10设初始条件设初始条件: t = 0， = 0 ，解为：解为：二、冷却过程与冷却方式二、冷却过程与冷却方式设初始条件：设初始条件：t = 0，

12、 = 0 ，解为：解为：大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作11 (1) 自冷式自冷式 电动机不装设任何专门的冷却装置，仅依靠电动机表电动机不装设任何专门的冷却装置，仅依靠电动机表面的辐射和冷却介质的自然对流把内部产生的热量带走，面的辐射和冷却介质的自然对流把内部产生的热量带走，散热能力较弱。散热能力较弱。(2) 自扇冷式自扇冷式 电动机在转子装有风扇，转子转动时，利用风扇强迫电动机在转子装有风扇，转子转动时，利用风扇强迫 空气流动而有效地带走电动机内部产生的热量，使电动机空气流动而有效地带走电动机内部产生的热量，使电动机的散热能力大大增强的散热能力大大增强。(3) 他扇冷式他扇冷式 电动机也

13、用风扇进行冷却，冷却风扇不是由电动机自身电动机也用风扇进行冷却，冷却风扇不是由电动机自身驱动，而是由另外的动力装置独立驱动。驱动，而是由另外的动力装置独立驱动。 冷却方式冷却方式大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作1211.3 电动机的工作制电动机的工作制连续工作制（连续工作制（S1）、）、短时工作制（短时工作制（S2）、）、断续周期工作制（断续周期工作制（S3）、）、包括起动的断续周期工作制（包括起动的断续周期工作制（S4）、）、包括电制动的断续周期工作制（包括电制动的断续周期工作制（S5）、）、连续周期工作制（连续周期工作制（S6）、）、包括电制动的连续周期工作制（包括电制动的连续周期工作

14、制（S7）包括变速变负载的连续周期工作制（包括变速变负载的连续周期工作制（S8）、）、非周期变化工作制（非周期变化工作制（S9）离散恒定负载工作制（离散恒定负载工作制（S10）。）。电动机的工作制分为电动机的工作制分为: 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作13一、连续工作制（一、连续工作制（S1） 连续工作制也称为长期工作制连续工作制也称为长期工作制 工作时间工作时间 tr( 3 5 ) ， 可达几小时甚至几昼夜。可达几小时甚至几昼夜。 电动机发热的过渡过程在电动机发热的过渡过程在 工作时间内能够结束，工作时间内能够结束， 即温升在运行期间已经即温升在运行期间已经 达到稳态值。达到稳态值。大

15、连理工大学电气工程学院 刘凤春制作14二、短时工作制（二、短时工作制（S2） 短时工作制的电动机工作时间短时工作制的电动机工作时间 tr 较短。较短。 运行时间小于其发热的过渡过程时间，运行时间小于其发热的过渡过程时间， 使运行期内最大温升使运行期内最大温升m TLm;2) 若选用直流电动机，需保证最大负载时的电枢电流若选用直流电动机，需保证最大负载时的电枢电流 小于最大允许的电枢电流。小于最大允许的电枢电流。 3) 若选用笼型异步电动机，需进行起动能力校验。若选用笼型异步电动机，需进行起动能力校验。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作213. 有起动、制动及停机过程时平均损耗功率有起动、制动

16、及停机过程时平均损耗功率 公式的修正公式的修正如果一个工作周期内的负载变化包括起动、制动和停机等如果一个工作周期内的负载变化包括起动、制动和停机等过程，只要停机时间较短，负载持续率超过过程，只要停机时间较短，负载持续率超过70%，则电动，则电动机仍属于连续运行工作方式。机仍属于连续运行工作方式。 若采用自扇冷式电动机，则应该考虑到低速运行或停机时若采用自扇冷式电动机，则应该考虑到低速运行或停机时散热条件变差，使实际温升提高的影响。散热条件变差，使实际温升提高的影响。工程上，采取下式进行修正工程上，采取下式进行修正 对于直流电动机：对于直流电动机： = 0.75， = 0.5； 对于异步电动机：

17、对于异步电动机： = 0.5， 0.25。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作22三、拖动短时运行负载电动机三、拖动短时运行负载电动机 额定功率的选择额定功率的选择 1. 选用短时工作制的电动机选用短时工作制的电动机 (1) 计算电动机的负载功率计算电动机的负载功率PL(2) 负载功率的折算负载功率的折算 电动机满载时的铁损电动机满载时的铁损 与铜损之比；与铜损之比；trN 短时工作制电动机短时工作制电动机 的标准工作时间；的标准工作时间；tr 电动机的实际工作时间。电动机的实际工作时间。 如果如果 tr 与与trN 相差不大，相差不大， 上式可简化为：上式可简化为：大连理工大学电气工程学院

18、 刘凤春制作232. 选用连续工作制的电动机选用连续工作制的电动机 (1) 计算电动机的负载功率计算电动机的负载功率PL(2) 负载功率的折算负载功率的折算 发热时间常数；发热时间常数； tr 短时工作时间；短时工作时间； 电动机满载时的电动机满载时的 铁损与铜损之比。铁损与铜损之比。(3) 预选电动机的额定功率预选电动机的额定功率PN 选择选择: PNPLN。不需进行发热校验。不需进行发热校验。(4) 过载能力和起动能力校验过载能力和起动能力校验 校验校验 Tem是否大于是否大于 TL？ 对笼型异步电动机，校验对笼型异步电动机，校验 Tst 是否大于是否大于 TL？ 大连理工大学电气工程学院

19、 刘凤春制作243. 选用断续周期工作制的电动机选用断续周期工作制的电动机 如果将断续周期工作制电动机用于短时运行，如果将断续周期工作制电动机用于短时运行，从发热与温升等效的角度考虑，应将断续周期工作制从发热与温升等效的角度考虑，应将断续周期工作制电动机的标准持续率电动机的标准持续率 FS 算成短时工作制电动机的算成短时工作制电动机的标准工作时间标准工作时间 trN。FS 与与 trN 的对应关系为：的对应关系为：FS = 15 相当于相当于 trN = 30 min；FS 25 相当于相当于 trN = 60 min；FS 40 相当于相当于 trN = 90 min。再按照选用短时工作制电

20、动机额定功率的方法进行。再按照选用短时工作制电动机额定功率的方法进行。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作25四、拖动断续周期运行负载电动机四、拖动断续周期运行负载电动机 额定功率的选择额定功率的选择 拖动断续周期工作方式的机械负载时，首选断续周期拖动断续周期工作方式的机械负载时，首选断续周期工作制的电动机，也可选用连续工作制或短时工作制工作制的电动机，也可选用连续工作制或短时工作制的电动机的电动机。(1) 计算电动机的负载功率计算电动机的负载功率PL和实际负载持续率和实际负载持续率 FS (2) 负载功率折算负载功率折算(3) 预选电动机的额定功率预选电动机的额定功率PN(4) 过载能力和

21、起动能力校验过载能力和起动能力校验大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作26(2) 负载功率的折算方法负载功率的折算方法 如果如果 FS 与与 FSN 相差不大，相差不大，上式可简化为上式可简化为: (4) 过载能力和起动能力校验过载能力和起动能力校验 对笼型异步对笼型异步M，应该进行过载能力与起动能力的校验。，应该进行过载能力与起动能力的校验。 如果实际负载持续率如果实际负载持续率 FS 10% ，可按，可按 S2 选择选择 M； 如果实际负载持续率如果实际负载持续率 FS 70%，则可按，则可按 S1 选择选择 M。大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作27一、电动机的经济运行管理一、电动机的

22、经济运行管理 主要包括运行档案、检查与维护及运行负荷调整等内容。主要包括运行档案、检查与维护及运行负荷调整等内容。1）运行档案主要包括：）运行档案主要包括： 重要电动机的详细清单；重要电动机的详细清单； 制造厂提供的原始资料；制造厂提供的原始资料； 各项试验记录，运行维修记录各项试验记录，运行维修记录;典型的年负荷曲线与典型的年负荷曲线与 日负荷曲线日负荷曲线; 电动机运行状况分析记录等。电动机运行状况分析记录等。2）电动机的检查一般包括：）电动机的检查一般包括： 巡回检查、测试与维护等工作；定期检查温升、振动、巡回检查、测试与维护等工作；定期检查温升、振动、 噪声及电动机的电压和电流等。噪声

23、及电动机的电压和电流等。3）电动机的一般维护包括：）电动机的一般维护包括： 轴承监测与校准、润滑、清洗；修正电压失衡、校正轴承监测与校准、润滑、清洗；修正电压失衡、校正 电源电压及监控维护机械传动系统等。电源电压及监控维护机械传动系统等。11.5 电动机的经济运行电动机的经济运行大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作28二、电动机经济运行的基本参数二、电动机经济运行的基本参数 1. 电动机的有功功率损耗电动机的有功功率损耗 2. 电动机的无功功率电动机的无功功率 3. 电动机的综合功率损耗电动机的综合功率损耗 4. 电动机的综合效率电动机的综合效率 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作29三、电

24、动机的经济运行措施三、电动机的经济运行措施 1. 1. 电动机经济运行状态判定电动机经济运行状态判定电动机经济运行状态判定电动机经济运行状态判定 1）c cN时，时，M 运行状态为经济运行状态；运行状态为经济运行状态； 2）cN c0.6cN时，时，M 运行状态为运行状态为 允许运行状态；允许运行状态； 3）0.6cNc时，时，M 运行状态为非经济运行状态。运行状态为非经济运行状态。2. 2. 非经济运行电动机的改造非经济运行电动机的改造非经济运行电动机的改造非经济运行电动机的改造 1）降低）降低 M 的损耗：的损耗： 如轻载时降压运行、减小风冷损耗、加强轴润滑。如轻载时降压运行、减小风冷损耗、加强轴润滑。 2）采用就地无功补偿）采用就地无功补偿 3）传统不调速的）传统不调速的 M，可考虑调速节能。，可考虑调速节能。 大连理工大学电气工程学院 刘凤春制作30