第七章 机电传动控制系统中电动机的选择基本要求1.了解电动机的发热与冷却规律：2.了解电动机容量的选择，特别注意电动机 运行时的允许温度、过载能力和启动能力；3.熟悉电动机种类、电压、转速和结构型式 的选择方法。重点重点掌握长期工作制、短期工作制、重复工作制三 种运行方式下电动机容量的选择。第七章 机电传动控制系统中电动机的选择n7.1 电动机容量选择的原则n7.2 电动机的发热与冷却n7.3 不同工作制下电动机容量的选择n7.4 电动机容量选择的统计法和类比法n7.5 电动机的种类的选择 第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.1 电动机容量选择的原则 n (l)发热：n实际最高工作温度max等于或略小于电动机绝缘 的允许最高工作温度a ,即maxa n (2)过载能力：n短期工作时，承受高于额定功率的负载功率时仍 可保证 maxa 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。第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.1 电动机容量选择的原则 n (3)启动能力：n由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较 小，所以，为使电动机能可靠启动，必须 保证电动机容量的选择方法有：计算法、统计分析法、类比法。第七章 机电传动控制中电动机的选择 72 电动机的发热与冷却电动机在运行过程中，发生能量转换，必有能 量损耗，都变成热能而使电动机发热，温度升高。 开始发热时，电机所产生的热量全部用于提高本身的 温度，所以温度上升得很快。随着电机温度的升高， 电机与周围介质之间的温差逐渐增大，电机向外散发 的热量也逐渐增多，这样，温度的升高也就逐渐缓慢 下来，形成温升曲线。如果温升达到稳定值后，电机停止运行，电机内 部便不再产生热量，此时，由于电机内部热量逐渐散 发到周围空气中去，电机温度开始下降。冷却过程也 是一条指数曲线。第七章 机电传动控制中电动机的选择 72 电动机的发热与冷却最高工作温度Ma温升M-0 介质温度0=40Th为发热时间 常数 Th散热时间 常数温降曲线第七章 机电传动控制中电动机的选择 72电动机的发热与冷却电机运行时，最高温度不得超过绝缘的最高允许温度。因此，电机容许的长期最大输出功率电机容许的长期最大输出功率受绝缘绝缘的最高允许温度限制。的最高允许温度限制。而温度超过一定数值，必定是绕组的绝缘损坏。常用的绝缘级有:E、 B、 F、 H，120、 130、 155、 180第七章 机电传动控制中电动机的选择 72电动机的发热与冷却n工作制-我国将电动机的运行方式。n按发热的情况分为三类，即连续工作制 、短时工作制和重复短时(断续)工作制 ，并分别按上述原则规定出电动机的额 定功率和额定电流。电动机的温度上升和下降都有一个过 程，温升上升的快慢与散热条件有关，温升 大小不仅取决于负载大小，也和负载的运行 方式有关。第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.3 不同工作制下电动机容量的选择 n7.3.1 连续工作制电动机容量的选择n 1.带恒定负载时电动机容量的选择 PNPL (7.1)可不必校验启动能 力和过载能力恒定负载功率计 算可查设计手册第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.3.1 连续工作制电动机容量的选择n2.带变动负载时电动机容量的选择 第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.3.1 连续工作制电动机容量的选择n2.带变动负载时电动机容量的选择 直流电动机 等效转矩硬机械性电机 可用等效功率第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.3.2 短时工作制电动机容量的选择n1选用短时工作制的电动机短时运行时间标准10min、20min、30min、60min、90min 实际工作时间tp与tS不同时换 算出tS下的功率PSPNPs第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.3.2 短时工作制电动机容量的选择n2选用连续工作制的普通电动机过载倍数 K=PP/pNPNPp/K实际工作时间 tp(0.3 0.4)Th，则可直接根据过载能 力和启动能力来选择电动机 的容量，而不必考虑电动机 的发热问题。第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.3.3 重复短时工作制电动机容量的选择1.选用重复短时工作制电动机第七章 机电传动控制中电动机的选择 7.3.3 重复短时工作制电动机容量的选择2.选用连续工作制普通电动机7.4 7.4 电动机容量选择的统计法和类比法电动机容量选择的统计法和类比法n 短时工作制和重复短时工作制电动机容量的 选择比较复杂，长时工作制其校验比较复杂。n 人们在工程实践中，总结出了某些生产机械 选择电动机功率的实用方法。这些方法比较简单， 但有一定的局限性。这种方法是将同类型生产机械所选用的电动机 功率进行统计分析，找出电动机功率和该类生产机 械主要参数之间的关系，再根据实际情况，定出相 应的指数。1.1.统计分析法统计分析法n 1）车床：P=36.5D1.54(kW) n 式中D工件的最大直径（m）n 2）立式车床： P=20D0.88(kW)n 式中D工件的最大直径（m）n 3）摇臂钻床 P=0.0646D1.19(kW)n 式中D最大钻孔直径（mm）n 4）外圆磨床：P=0.1KB(kW)n 式中：B 砂轮宽度（mm）n K 考虑砂轮主轴采用 不同轴承时的系数，当采用滚动轴承时 K = 0.81.1，若采用滑动轴承时 K=1.01.3。n n2. 2. 类比法：类比法：n n对经过长期运行考验的同类型生产机械的电 动机容量进行调查，并对其主要参数和工作条件 进行对比，从而确定新设计生产机械的所需电动 机的容量。7.57.5电动机的种类的选择电动机的种类的选择n n根据生产机械的负载特性来选择电动机的类型根据生产机械的负载特性来选择电动机的类型n n1. 1. 对调速和启动性能要求不高的生产机械对调速和启动性能要求不高的生产机械 n n优先考虑一般鼠笼式异步电动机优先考虑一般鼠笼式异步电动机n n若要求启动转矩大若要求启动转矩大 可选用高启动转矩的鼠可选用高启动转矩的鼠 笼式异步电动机笼式异步电动机n n2. 2. 启动、制动频繁，且负载转矩较大的且有调速要启动、制动频繁，且负载转矩较大的且有调速要 求的求的 考虑用线绕式异步电动机考虑用线绕式异步电动机n n对于周期波动负载，为了削平尖峰负载对于周期波动负载，为了削平尖峰负载 一般一般 都采用电动机带飞轮工作，也选用线绕式异步电动机都采用电动机带飞轮工作，也选用线绕式异步电动机n n3. 3. 对于只需要几种调速，而不要求无级调速的负载对于只需要几种调速，而不要求无级调速的负载，为了简化变速机构，为了简化变速机构 选用多速异步电动机选用多速异步电动机n n4. 4. 对于要求恒速运行的负载，且需要补偿电网功率对于要求恒速运行的负载，且需要补偿电网功率因数的场合因数的场合 应优先考虑选用同步电动机应优先考虑选用同步电动机n n5. 5. 对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的负对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的负载载 选用直流串励或复励电动机选用直流串励或复励电动机n n6.6.对于要求大范围无级调速，且启动、制动，正反对于要求大范围无级调速，且启动、制动，正反转频繁的生产机械转频繁的生产机械 选用带调速装置的直流电选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机，动机或鼠笼式异步电动机，第七章 机电传动控制系统中电动机的选择第七章 机电传动控制系统中电动机的选择第七章 机电传动控制系统中电动机的选择7.1电动机容量选择的原则(3)启动能力：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，所以，为使电动机能可靠启动,必须保证TLPL。重载启动时，校验启动能力。一般采用 “等值法”来计算电动机的功率电动发出的热量是由损耗产生的，损耗有两部 分，一是不随负载变化的不变损耗P(包括铁 耗和机械损耗)，一是与负载电流的平方成正 比的可变损耗 I2R(铜耗)。损耗相同，等值电流为对于直流电动机：等效转矩法对于电机具有较硬机械特性等效功率按等值法初选电机后，还必须校验其过载能力和启动转矩。2 带变动负载时电动机容量的选择如果实际工作时间tP与ts不同时，就应先将TP下的功率PP (产机械短时 工作的实际功率)换算成ts下的功率Ps有些生产机械工作时间短，停车时间长， 属短时 工作制的机械。拖动这类机械的电动机之工作特点是： 工作时温升达不到稳定值 ，而停车时足可完全冷却到 周围环境温度，如图所示。电动机既可选择专用短时工 作制电动机，也可选择连续工作制电动机。 我国短时工作制的电动机，规定的标准短时运行时间是 10min、30min、 60min及90min四种。电动机铭牌上所标的额定功率PN是和一定的标准持续运 行时间ts相对应的。选择短时工作制电动机，使其PNPs再进行过载能力与启动能力的校验.7.3.2 短时工作制电动机容量的选择1.选用短时工作制的电动机故选 PNPP/K普通电动机的额定功率PN是按长期运行设计的，在连续工 作时，温升可以达到稳定值 。如果把这种电动机用作短 时工作，则电动机运行时将达不到允许温升。为了充分利 用电动机在发热上的潜在能力，在短时工作状态下，可以 使它过载运行，而其过载倍数K=PP/PN与tp/Th有关，如图所示。PP短时实际负载功率； PN连续工作制电动机的额定功率； tP短时实际工作的时间； Th电动机的发热时间常数。 一般讲，只要实际工作时间tP70%时，则可按连续工作制选择电动机。重复周期很短(tP+t02min)，启、制动或正、反转十分频繁的情况下 ，必需考虑启、制动电流的影响，因而在选择电动机的容量时要适当选 大些。所介绍的计算方法仅是近似的，在实际应用时根据具体情况要适当给予考 虑和修正。2 选用连续工作制的普通电动机此时s=100%7.4电动机容量选择的统计法和类比法统计法，就是对国内外同类型先进机床的主拖动电动机进行统 计和分析，结合我国的生产实际情况，找出电动机容量与机床 主要参数之间的关系，并用数学式加以表达，作为设计新机床 时选择电动机容量的主要依据。具体介绍如下(公式中P均为主拖动电动机容量,P的单位为kw): 车床:P=36.5D1.54，D为工件的最大直径(m)； 立式车床:P=20D0.88，D为工件的最大直径(m)； 摇臂钻床:P=0.0646D1.19，D为最大的钻孔直径(mm)； 卧式握床:P=0.004D1.7，D为膛杆直径(mm)； 龙门铣床:P= ，B为工作台宽度(mm)。 另一实用的方法为类比法，它是对经过长期运行考验的同类型生 产机械的电动机容量进一调查研究，并对其主要参数和工作条件 进行对比，从而确定新设计生产机械所需电动机的容量。例如：我国C660车床的工件最大直径为1250mm，用上列公式计算 出的主拖动电动机的功率为P=36.5(1.251.54)=52kW。实际选用PN =60kW的电动机。实际证明，所选用的电动机是合适的。 统计法虽然简单，且确有实用价值，但这种方法不可能考虑到各种机床 的实际工作特点与当前先进的技术条件，所以用这种方法初选的电动机 ，最好再通过试验的方法加以校验。