电机与电力拖动控制系统 教学课件 ppt 作者 张红莲 7 电动机选择

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 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 环境温度（40ºC）的差值称为温升，用τ表示。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，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 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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PN≥PL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<(3～4)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λm。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1.8～3；对于同步电动机为2～2.5。在选择异步电动机时，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)λmTN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。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选电动机，然后进行发热校验。具体步骤如下：①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，N·m；ti——各工作段的工作时间，s。②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)PLPjPN≥(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。③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。Ⅰ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……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pLpj≤pN，则电动机运行时实际达到的稳态温升τw不会超过其额定温升τN，即τW≤τN，电动机的发热条件得到充分利用。Ⅱ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Idx≤IN，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。Ⅲ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、T2……TN成正比，由式得等效转矩只要Tdx≤TN，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、制动的异步电动机也不能用等效转矩法进行发热校验，因为其起、制动时的功率因数不为常数。Ⅳ等效功率法假定不变损耗、电阻、主磁通、异步电动机的功率因数、转速为常数时，则电动机带各段负载时的转矩与其对应的输出功率P1、P2……Pn成正比，得等效功率只要Pdx≤PN，则电动机的发热校验通过。注意：需要频繁起动、制动时，一般不用等效功率法进行发热校验；只有次数很少的起、制动时，应先把起、制动各段对应的功率修正，再进行发热校验，其中，n为各启、制动阶段平均转速，且n<nN。对自冷式连续工作制电动机，因为起动、制动及停车时的速度变化而使散热条件变差，以致电动机的发热量增加。应将上式分母中的起动、制动时间乘以起动、制动冷却恶化系数，停车时间乘以停车冷却恶化系数，然后再进行发热校验。对直流电动机，取=0.75、=0.5，对交流电动机，取=0.5、=0.25。（2）周期性断续工作方式电动机额定功率的选择周期性断续工作的电动机，若负载持续率为国家规定的标准值，则按照上述负载变化时的方法选择电动机额定功率即可，若负载持续率为非标准值，则需要向最近的标准负载持续率折算。以式为例，折算后的公式为对于周期性断续工作方式，以上方法适用于10%≤FC%≤70%的范围，若持续率FC%≤10%，可按照短时工作方式处理；若FC%≥70%，则按照连续工作方式处理，选择连续工作方式电动机。需要说明的是，若电动机采用自扇冷式散热，而每个工作周期内有起动、制动、停机运行状态，则电动机的散热条件变坏，在相同负载下，电动机的温升要比强迫通风时高一些。必须考虑起动、制动和停机状态下冷却条件恶化对电动机温升的影响，常用的方法是增加小于1的冷却恶化系数，具体数值请参考相关手册。三、统计法和类比法等效法计算量较大，电动机的负载图也难以精确绘出，实际中选择电动机功率往往采用统计法和类比法。（一）统计法统计法是对各种生产机械的拖动电动机进行统计分析，找出电动机容量与生产机械主要参数之间的关系，用数学式表示，作为类似生产机械在选择拖动电动机容量时的主要依据。以机床为例，主拖动电动机容量与机床主要参数之间的关系：（1）卧式车床P=36.5D1.54（P—电动机功率，单位KW；D—加工工件的最大直径，单位m）（2）立式车床P=20D0.83（D—加工工件的最大直径，单位m）（3）摇臂钻床P=0.0646D1.19（D—最大钻孔直径，单位mm）（4）外圆磨床P=0.1KB（B—砂轮宽度，单位mm，K—考虑砂轮主轴采用不同轴承时的系数，对滚动轴承K=0.8--1.1，对滑动轴承K=1.0--1.3。）（5）卧式铣镗床P=0.004D1.7（D—镗杆直径，单位mm）（6）龙门刨床（B—工作台宽度，单位mm）根据计算所得功率后，应使所选择的电动机的额定容量PN>P。（二）类比法类比法是通过对经过长期运行考验的同类生产机械所采用的电动机容量进行调查，然后对主要参数和工作条件进行类比，从而确定新的生产机械拖动电动机的容量。例如设计一台3吨转炉的倾炉设备，用类比法选择该设备电动机的功率。为此，查阅同类设备的资料，得知1.5吨转炉的倾炉设备采用11KW的电动机，6吨转炉的倾炉设备采用22--30KW的电动机。通过比较，3吨转炉的倾炉设备可以采用16KW的电动机。7.5电动机种类、结构、电压和转速的选择7.5.1电动机种类的选择选择电动机种类应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、价格便宜的电动机。电动机种类选择时应考虑的主要内容有：（1）电动机的机械特性应与所拖动生产机械的机械特性相匹配；（2）电动机的调速性能（调速范围、调速的平滑性、经济性）应该满足生产机械的要求。对调速性能的要求在很大程度上决定了电动机的种类、调速方法以及相应的控制方法；（3）电动机的启动性能应满足生产机械对电动机起动性能的要求，电动机的启动性能主要是启动转矩的大小，同时还应注意电网容量对电动机起动电流的限制；（4）电源种类在满足性能的前提下应优先采用交流电动机；（5）经济性一是电动机及其相关设备（如：起动设备、调速设备等）的经济性；二是电动机拖动系统运行的经济性，主要是要效率高，节省电能。目前，各种形式异步电动机在我国应用非常广泛，用电量约占总发电量的60%，因此提高异步电动机运行效率所产生的经济效益和社会效益是巨大的。在选用电动机时，以上几个方面都应考虑到并进行综合分析以确定出最终 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。表中给出了电动机的主要种类、性能特点及典型生产机械应用实例。需要指出的是，下表中的电动机主要性能及相应的典型应用基本上是指电动机本身而言的。随着电动机的控制技术的发展，交流电动机拖动系统的运行性能越来越高，使得电动机的一些传统应用领域发生了很大变化，例如原来使用直流电动机调速的一些生产机械，现在则改用可调速的交流电动机系统并具有同样的调速性能。电动机的主要种类、性能特点及典型应用实例7.5.2电动机结构形式的选择电动机的安装方式有卧式和立式两种。卧式安装时电动机的转轴处于水平位置，立式安装时转轴则为垂直地面的位置。两种安装方式的电动机使用的轴承不同，一般情况下采用卧式安装。电动机的工作环境是由生产机械的工作环境决定的。在很多情况下，电动机工作场所的空气中含有不同分量的灰尘和水分，有的还含有腐蚀性气体甚至含有易燃易爆气体；有的电动机则要在水中或其他液体中工作。灰尘会使电动机绕组黏结上污垢而妨碍散热；水分、瓦斯、腐蚀性气体等会使电动机的绝缘材料性能退化，甚至会完全丧失绝缘能力；易燃、易爆气体与电动机内产生的电火花接触时将有发生燃烧、爆炸的危险。因此，为了保证电动机能够在其工作环境中长期安全运行，必须根据实际环境条件合理地选择电动机的防护方式。电动机的外壳防护方式有开启式、防护式、封闭式和防爆式几种。（1）开启式开启式电动机的定子两侧与端盖上都有很大的通风口，其散热条件好，价格便宜，但灰尘、水滴、铁屑等杂物容易从通风口进入电动机内部，因此只适用于清洁、干燥的工作环境。（2）防护式防护式电动机在机座下面有通风口，散热较好，可防止水滴、铁屑等杂物从与垂直方向成小于45°角的方向落入电动机内部，但不能防止潮气和灰尘的侵入，因此适用于比较干燥、少尘、无腐蚀性和爆炸性气体的工作环境。（3）封闭式封闭式电动机的机座和端盖上均无通风孔，是完全封闭的。这种电动机仅靠机座表面散热，散热条件不好。封闭式电动机又可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式、管道通风式以及密封式等。对前四种，电动机外的潮气、灰尘等不易进入其内部，因此多用于灰尘多、潮湿、易受风雨、有腐蚀性气体、易引起火灾等各种较恶劣的工作环境。密封式电动机能防止外部的气体或液体进入其内部，因此适用于在液体中工作的生产机械，如潜水泵。（4）防爆式防爆式电动机是在封闭式结构的基础上制成隔爆形式，机壳有足够的强度，适用于有易燃、易爆气体工作环境，如有瓦斯的煤矿井下、油库、煤气站等。7.5.3电动机额定电压的选择电动机的电压等级、相数、频率都要与供电电源一致。因此，电动机的额定电压应根据其运行场所的供电电网的电压等级来确定。我国的交流供电电源，低压通常为380V，高压通常为3kV，6kV或10kV。中等功率（约200kW）以下的交流电动机，额定电压一般为380V；大功率的交流电动机，额定电压一般为3kV或6kV；额定功率为1000kW以上的电动机，额定电压可以是10kV。需要说明的是，笼式异步电动机在采用Y-D降压启动时，应该选用额定电压为380V、D接法的电动机。直流电动机的额定电压一般为110V、220V、440V，最常用的电压等级为220V。直流电动机一般由单独的电源供电，选择额定电压时通常只要考虑与供电电源配合即可。7.5.4电动机额定转速的选择对电动机本身来说，额定功率相同的电动机，额定转速越高，体积就越小，造价就越低，效率也越高，转速较高的异步电动机的功率因数也较高，所以选用额定转速较高的电动机，从电动机角度看是合理的。但是，如果生产机械要求的转速较低，那么选用较高转速的电动机时，就需要增加一套传动比较高、体积较大的减速传动装置。因此，在选择电动机的额定转速时，应综合考虑电动机和生产机械两方面的因素来确定。（1）对不需要调速的高、中速生产机械（如泵、鼓风机），可选择相应额定转速的电动机，从而省去减速传动机构。（2）对不需要调速的低速生产机械（如球磨机、粉碎机），可选用相应的低速电动机或者传动比较小的减速机构。（3）对经常启动、制动和反转的生产机械，选择额定转速时则应主要考虑缩短启、制动时间以提高生产率。启、制动时间的长、短主要取决于电动机的飞轮矩和额定转速，应选择较小的飞轮矩和额定转速。（4）对调速性能要求不高的生产机械，可选用多速电动机或者选择额定转速稍高于生产机械的电动机配以减速机构，也可以采用电气调速的电动机拖动系统。在可能的情况下，应优先选用电气调速方案。（5）对调速性能要求较高的生产机械，应使电动机的最高转速与生产机械的最高转速相适应，直接采用电气调速。例7-1一台与电动机直接连接的离心式水泵，流量为0.018m3/s，扬程为15m，吸程为3m，转速为1440r/min，泵的效率为0.48，试为其选择一台合适的电动机。解：将题中的条件代人式，可得其中，水的密度为1000kg/m3，负载与电动机直接连接，传动机构效率取0.95。对于水泵，应选用封闭扇冷式Y系列三相异步电动机。按照PN>PL原则，选取Y123M-4型三相异步电动机，其PN=7.5KW，nN=1440r/min，泵的起动与过载均不会有问题，不必校验。例7-2一台额定功率是200KW的连续工作制冶金工业用的绕线型异步电动机，若常年在80℃环境下运行，电机绝缘等级是B级，额定负载时不变损耗与可变损耗之比为0.6，计算电动机在高温环境下的实际额定功率应为多少？解：电动机的实际额定功率为例7-3一台直流电动机，额定功率PN=20KW，过载能力λm=2.4，发热时间常数T=30min，额定负载时不变损耗与可变损耗之比k=1。请校验下列两种情况下是否能使用此台电动机。（1）短期负载，PL=40KW，tL=20min；（2）短期负载，PL=44KW，tL=10min。解：（1）将负载PL=40KW，tL=20min折算成连续工作方式下的负载功率为（2）将负载PL=44KW，tL=10min折算成连续工作方式下的负载功率为因为PN=20KW>PL′，所以发热校验通过，实际的过载倍数为λm′=PL/PN=44/20=2.2。过载能力校验通过，可以使用此台电动机。因为PN=20KW<PL′，所以发热校验通不过，不能使用此台电动机。例7-4我国C660车床的工件最大直径为1250mm，由式计算主拖动电动机的功率为P=36.5D1.54=36.5×（1250/1000）1.15=52KW实际选用的电动机的额定功率为PN=60KW。实际证明，所选电动机是合时的。