电力拖动基础,第五章 电力拖动系统电动机的选择,5.1 电动机选择的原则与主要内容 5.1.1 电动机选择的一般原则,(1) 选择在结构上与所处环境条件相适应的电动机，如根据使用场合的环境条件选用相适应的防护方式及冷却方式的电动机。 (2) 选择电动机应满足生产机械所提出的各种机械特性要求。如速度、速度的稳定性、速度的调节以及起动、制动时间等。 (3) 选择电动机的功率能被充分利用，防止出现“大马拉小车”的现象。通过计算确定出合适的电动机功率，使设备需求的功率与被选电动机的功率相接近。 (4)所选择的电动机的可靠性高并且便于维护。 (5) 互换性能要好，一般情况尽量选择标准电动机产品。 (6)综合考虑电动机的极数和电压等级，使电动机在高效率、低损耗状态下可靠运行。,3,在研究电动机发热时，常把电动机温度与周围环境温度之差称为“温升”。显然，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，例如，国产Z272型直流电动机用的是E级绝缘，其最高允许温度是120，所以其铭牌上标的温升是80。,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。校验电动机的过载可按下列条件,（额定功率、额定电压、额定转速、结构型式、工作制、类型）,5.1.2 电动机选择的主要内容,4,5.2 电动机的发热与电动机工作制的分类,对于直流电动机，过载能力受换向所允许的最大电流值的限制。Z型直流电动机，在额定磁通下，可选为,对于笼型异步电动机，有时还须进行起动能力的校验。,5.2.1 电动机的发热过程,对于异步电动机，可选为,对于同步电动机，可选为,5,热平衡方程式为,整理得,令 ， ，得基本形式的微分方程,其解为下列形式,式中， 为发热过程的起始温升。,电动机的最高稳定温升可达,式中， 电动机在额定功率下运行时的损耗功率及热流量。,6,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,2）提高散热系数A,3）提高绝缘材料的允许温升,5.2.2 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，电动机损耗功率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。,7,5.2.3 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，其温升可达稳定值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等。,8,（三）断续周期工作制,在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率ZC,9,5.3 连续工作制电动机的选择,5.3.1 常值负载下电动机功率的选择,在计算出负载功率 后，选择额定功率,在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。环境温度低于30时，一般电动机功率也只增加8。,10,必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温升有影响，这是由于海拔高度越高，虽然气温降低越多，但由于空气稀薄，散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿，因此规定，使用地点的海拨高度不超过1000m时，额定功率不必进行校正。当海拔高度在1000m以上时，平原地区设计的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原地带应用。,例5-1 一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为 扬程25m， 电动机的转速为 ，泵的效率 ，试选择电动机。,11,传动机构效率，直接联接为0.951，皮带传动为0.9,选一台Y2系列的异步电动机即可，其数据为：,对选用的电动机不必进行发热校验。,5.3.2 变化负载下电动机功率的选择,12,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，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，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：,1）计算并绘制生产机械负载图 或 。,2）预选电动机的功率。,13,3）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。,4）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。,下面着重介绍校验发热的方法：,（一）平均损耗法,只要 ，发热校核通过 。,14,（二）等效法,把平均损耗中的可变损耗 所对应的电流称为等效电流,15,2等效转矩法,有时已知的不是负载电流图，而是转矩图 ，可以写成转矩形式,16,5.3.3 有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正,以右图所示的负载电流图为例,异步电动机可取：,直流电动机可取：,17,另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段，求出各段的等效值，然后求出等效电流值。,18,5.4 短时工作制电动机的选择,5.4.1 选用为连续工作制而设计的电动机,设短时功率为 ，时间为 。如果选择连续工作制电动机，由发热观点，电动机不能得到充分利用 。,19,按发热观点的功率过载倍数,例5-3 大型车床刀架快速移动机构，其拖动电机是短时工作制，刀架重5300N ，移动速度15m/min ，传动比100r/m ，动摩擦系数0.1，静摩擦系数0.2，传动效率0.1，试选择电动机的功率。,20,式中 0.9考虑交流电网波动10%； 交流电动机的过载倍数 。,必须校验起动能力： 由于静摩擦系数为动摩擦系数的两倍，故起动负载的功率为：,电动机能发出的起动功率为：,由于 ，故起动能力校验通不过。,起动转矩倍数 ，过载倍数,如果由产品目录，初选Y2系列某型笼型异步电动机，其数据为：,21,改选另一型号的电动机，,5.4.2 选用专为短时工作制而设计的电动机,我国专为短时工作制设计的电动机，其工作时间为15min、30min、60min、90min四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功率是不同的，其关系为 ，显然其过载倍数也是不同的，其关系为 。,为了提高可靠性，可选用Y2系列另一型电机，,22,当电动机实际工作时间tgx与标准值tg不同时，应把tgx下的功率Px换算到tg下的功率Pg ，再按Pg来进行电动机功率的选择或发热校验。,5.5 断续周期工作制电动机的选择,这类电动机的共同特点是起动能力强、过载能力大、惯性小（飞轮惯量小）、机械强度大、绝缘材料的等级高、较多采用封闭式结构、临界转差率（对于笼型异步电动机）设计得较高。,对一台具体的电动机而言，不同负载持续率ZC时，其额定输出功率不同。以国产的一台起重机用绕线转子异步电动机为例，其型号及数据见下表。,23,如果负载持续率 ，可按短时工作制选择电动机；另外，如 ，可按连续工作制选择电动机。,24,例5-4 电动机的负载图如右图，试校验YZR200L型绕线转子异步电动机能否适用，该电动机在负载持续率 时，额定功率为 ，额定转速 ，过载倍数 。假定电动机为他扇冷式，而且在不同输出功率时，其功率因数不变。,折算到标准持续率,25,则,因 ，（ 预选电动机的功率PN大于等效功率Pdx），电动机的发热校验通过。,26,5.6 选择电动机功率的统计法或类比法,经过不断总结经验，目前已陆续得出一些生产机械选用电动机功率的实用方法。这些方法比较简便，但有一定的局限性。,以机床制造业为例，目前我国对不同类型机床的主拖动电动机的功率采用统计分析法估算。,27,28,第5章 结 束,