【文档说明】11第11章电力拖动系统电动机的选择.pptx，共(40)页，844.099 KB，由精品优选上传

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第11章电力拖动系统电动机的选择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Z2－72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℃。对于异步电动机，其关系为mTKK)85.0~8.0(=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NTKTmaxT≤第一节电动机的发热和冷却及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2~5.1=TK对

于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的ZZ型和ZZY型电动机，以及同步电动机，3~5.2=TK对于笼型异步电动机，有时还须进行起动能力的校验。一、电动机的发热过程()+==−==−=−==Cu01221Δ)1

(Δ1)/1(ΔppPPPPPPP电动机的发热是由于工作时，在其内部产生损耗造成的，其值为P式中，为热流量（电动机单位时间内发出的热量）热平衡方程式为tACtddd+=AtAC=+dd整理得令，，得基本形式的微分方程TAC=/WA=/WtT=+dd其解为下列

形式TtQTtW//e)e1(−−+−=式中，为发热过程的起始温升。Q电动机的最高稳定温升可达APAmNNΔ==式中，电动机在额定功率下运行时的损耗功率及热流量。NNΔ及P电动机发热过程的温升曲线NNN1−=APm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A3）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。电动机冷却过程的曲

线电动机在运行中只要电动机发出的热流量或，电动机温度就不会超过允许值。N≤NPΔPΔ≤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，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。（二

）短时工作制电动机的工作时间较短，在此时间内温升达不到稳定值，而停车时间又相当长，电动机的温度可以降到周围介质的温度，属此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等。连续工作制

的曲线短时工作制的曲线（三）断续周期工作制断续周期工作制的曲线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％%100%0+=tttZCgg连续周期工作制的功率负载图第二节连续工作制电动机的选择一、常值负载下电动机功率的选择ZP在计算出负载功率后，选择额定功率NP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％。kkPPmm−+−−=)1(C400N环境温度30℃35℃40℃45℃50℃55℃电动机功率增减的百分数＋8％＋5％0－5％－12.5％－25％ZPNP≥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11-1]一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为扬程20m，吸程5m，转速为，泵的效率，试选择电动机。/hourm903r/min290078.0=B解水泵在电动机轴上的负

载功率为：310−=BzHVP式中，V——泵每秒排出的水量（）/sm3——水的比重3N/m9810=H——排水高度（m）——泵的效率，活塞式泵为0.8～0.9，高压离心泵为0.5～0.8，低压离心泵为0.3

～0.6；B——传动机构效率，直接联接为0.95～1，皮带传动为0.9kW3.8kW1095.078.0)520(98103600903=+=−ZP选择JO-51-2型异步电动机即可，其数据为：kW10N=PV380N=Ur/min29

20N=n对选用的电动机不必进行发热校验。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，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：)(tfTZ=1）计算并绘制生产机械负载图或。)(tfPZ=2）预选电动机的功率。

=++++=niniZiZZZdttPtttPtPP11212211=++++=niniZiZZZdttTtttTtTT11212211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ZdP)6.1~1.1(NP≥NP≥

9550)6.1~1.1(NnTZd3）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+==ZZZZttttACtPt0000dddΔdAAPAt

ztPttddtztdzz====Δ/dΔd00=niniidttPP11ΔΔ（二）等效法1．等效电流法Cui0ΔppPi+=20iCIp+=（式中C为常数）把平均损耗中的可变损耗所对应的电流称为等效电流dPdxI+=+=+niniininiidxttICp

ttCIpCIp1120112020)(=niniidxttII112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流来代替变化的负载电流（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：则发热校验通过。dxI)(tfI=dxINI≥2．等效转矩法=niniidxttTT112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NNN9550nPT=3．等效功率法等效功

率法是当转速基本不变时由等效转矩法引出来的。iniindxttPP=11NT如果预选电动机的额定转矩，则发热校验通过。可由预选电动机的额定功率及额定转速算出，即dxTNT≥如，则电动机的发热校验即告通过。同样，必须进行功率过载能力的校验。dxPNP≥有起

、制动，停歇时间的变化负载电流图（三）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00321323222121taattattItItIIdx+++++=（四）等效法在非恒值变化负载下的

应用如果非恒值变化负载如左图的电流图所示ttittiItttdx==02002ddd用直线段代替曲线变化负载电流图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。3d11221210111ItttItItdx==3

2554245IIIIIdx++=[例11-2]右图中绘出了具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直接与摩擦轮1相联结，摩擦轮旋转，靠摩擦力带动绳子及罐笼3（内有矿车及矿物G）提升或下放。尾绳系在两罐笼之下，以平衡提升机左右两边绳子的

重量。提升机用双电动机拖动，试计算电动机功率。已知下列数据：1、井深m915=H2、负载重N58800=G具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机示意图3、每个罐笼（内有一空矿车）重N771503=G4、主绳与尾绳每米重N/m1064=G5、摩擦轮直径m44.61=d6、摩擦轮飞轮惯量221

mN2730000=GD7、导轮直径m52=d8、导轮飞轮惯量222mN584000=GD9、额定提升速度m/s16=Nv10、提升加速度21m/s89.0=a11、提升减速度23m/s1=a12、周期长s2.89=zt

13、摩擦用增加负载重的20%考虑解预选电动机功率10002.1NGvkP=式中——考虑起动及制动过程中加速转矩的系数，取，则25.1~2.1=k25.1=kkW1400kW100016588002.125.1=P每个电动机的功率为700kWr/min5.

47r/min44.6π1660π601NN===dvn对于功率为700kW，转速为47.5r/min的电动机，飞轮矩22mN1065000=DGDmN227203mN244.6588002.122.11===dGTz阻转

矩s18s89.0161N1===avt加速时间m2.144m1889.0212122111===tah加速阶段罐笼行经高度减速时间s16s1163N3===avt减速阶段罐笼行经高度m128m161212122333===tah稳定速度罐笼行经高度=−−=312hhHhm7

.642m128m3.144m915=−−稳定速度运行时间s2.40s167.642N22===vht停歇时间sstttttz15)162.40182.89(3210=−−−=−−−=折算到电动机轴上系统

总的飞轮矩222baGDGDGD+=式中——系统中转动部分的飞轮矩；——系统中直线运动部分的飞轮矩2aGD2bGD导轮转速r/min61r/min5π1660π602N2===dvn二导轮折算到电动机轴上的飞轮惯量()2222N22222m

N1926262mN5.4761584000222===nnGDGD=++=)(22222122GDGDGDGDDa22mN6780000mN)192000027300002130000(=++系统直线运动部分总重LGGGG432++=

式中m1920m)909152(902=+=+HLN416700N)192010677150258800(G=++=系统直线运动部分重量折算到电动机轴上的飞轮矩22222N2N2mN17253838mN5.4716416700365365

===nvGGDb系统总飞轮矩22222mN24040100mN)172538386786262(=+=+=baGDGDGD加速阶段的加速转矩mN169171mN185.4737524040100375dd3751N2121====tnGDtnGDTa减速阶

段的动态转矩mN190317mN165.4737524040100375dd3753N2323−=−=−==tnGDtnGDTa电动机转矩azTTT+=加速阶段：s181=tmN396374mN)169171227203(1=+=T稳定运行阶段：

s2.402=tmN2272032=T减速阶段：s163=tmN36886mN)190317227203(3=−=T停歇阶段：s150=t00=T按负载图，求出等效转矩00321323222121taattattT

tTtTTdx+++++=75.0=a式中，散热恶化系数5.00=amN259386mN155.01675.02.401875.016368862.4022720318396374222=++

+++=dxT过载能力校验：253.12593863963741==dxTT两电机的等效功率kW12909550N==nTPdxdxkW1400=NdxPP电动机发热及过载能力的校验均可通过。矿井提升的负载

图第三节短时工作制电动机的选择一、选用为连续工作制而设计的电动机gt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。gPAPAPWTtgggN/Δ)e1(Δ==−=−短时工

作时的功率和温度曲线图当k=1时的关系曲线TtTtgQggkPP//Ne1e1−−−+==按发热观点的功率过载倍数[例11-3]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。解刀架移动时，电动机的负载功率=100060vGPz式中，G—刀架重；μ—摩擦系数（起动时0.2，移动时0.1）；v—移动的速度（r/m

in）；η——传动效率。kW33.1kW1.0100060151.05300==zP按发热观点可选额定功率为的连续工作制电动机，此时QgPNP≥式中0.9——考虑交流电网波动10%；KT——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：kW66.2kW33.122===zzstPP电动机能发出的起动功率为：kW98.1kW1.18.1N===PKPstst由于，故起动能力校验通不过。zststPP起动转矩倍数，过载

倍数8.1=stK2=TKr/min1410N=nA68.21N=IV380N=UkW1.1N=P如果由产品目录，初选型笼型异步电动机，其数据为：421JO2−−kW82.0kW29.033.19.033.122===TTgKKPNP≥2=TK改选型，4

22JO2−−kW5.1N=Pr/min1410N=n8.1=stKkW7.2kW5.18.1N===PKPstst二、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。90603015PPPP906030152=TK8.1=stKr/min1430N=nkW2.2N=P

为了提高可靠性，可选用型，431JO2−−此时，起动能力校验可通过。zstPstP≥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。−+=1gxggxgxgttkttPPggxxgttPP第四节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。−+=1%%%%xxxZCZCkZCZCPP%%ZCZCPPxx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。%10%xZC%70%xZC[例11-4]电动机的负载图如右图，试校验JZR42-8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。%25%=ZCkW16N=Pr/min720N=n3=解：由于负载图第一阶段，转速是变化的，故不能直接用等效功率法进行发热校验。在电动机工作期间的等效功率kW5.15kW205201252522=+

+=dxP%275.92205%=+=xZCkW5.15==dxxPP%25%=ZCkW1.16kW%25%275.15==P断续周期性工作制电动机的负载图kW16P则由于，故JZR42-8型电机不能适用，必须改选功率较大的电动机。PPN

第五节笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定笼型异步电动机在带动某些生产机械时，起动制动很频繁，每小时合闸次数达600次以上。此时由于起动与制动过程的能量损耗较大，往往会造成电动机的严重发热，因此笼型异步电动机每小时允许合闸次数根据发热条件是有限制的。选择在这种情况下工作的电动

机，必须进行小时合闸次数的校验，每小时实际的合闸次数必须低于允许的合闸次数，检验才算通过，电动机连续工作才不致过热。)ΔΔ(97.0)1(Δ)ΔΔ(36000NNTQWAAZCaPZCPPN+−+−=TQWAAZCaPZCPPΔΔ)1(Δ)ΔΔ(37

000NN+−+−=如果电动机稳速运转时，其负载为额定负载，NΔΔPPW=TQAAZCaPNΔΔ)1(Δ37000N+−=第六节带冲击负载时电动机的选择具有冲击负载的生产机械的负载图，其特点是负载在工作时间中作剧增及剧减地

变化，并作周期性地交替。属于这种类型的生产机械有冲床、压力机、轧钢机、锻锤等。具有冲击负载的生产机械广泛采用带飞轮的电力拖动系统，以帮助电动机克服冲击负载。飞轮起到了平衡负载的作用，使电动机的损耗降低，从而降低电动机的功率。带冲击负载机构的生产机械负载图某一台轧机的负载图介绍一下

带附加飞轮拖动系统中电动机功率的选择问题。选择的步骤如下：1）预选电动机。预选电动机的额定负载取为dTT)3.1~1.1(N=式中,———个工作循环的平均转矩，iiidttTT=2）预选附加飞轮的飞轮矩3）绘制电动机的负载图4）校验电动机的发热5）校验过载能力第七节电力拖动调速电动

机功率的选择一、直流调速电动机功率的选择（一）降压调速若把降压调速用于恒功率负载，则为了使电动机能安全运行，必须加大电动机的功率，其值将为负载功率的D倍，即zDPP=N若对于恒转矩负载应用降压调速，此时电动机功率为95509550NNNNnTnTPz=

=可以选择电动机额定功率为：9550maxnTzNP≥龙门刨的切削功率、切削力与切削速度的关系龙门刨实际需要的切削功率为601000max=xzvFP由于降压调速由额定转速向下调节，因此电动机的不能

小于负载要求的最高转速，通常取maxNnn=DPnnnTnTnTPzzbzb====)(955095509550minmaxminmaxNNN恒转矩调速与恒功率负载的配合（二）弱磁调速zTmaxn二、变频调速笼型

异步电动机功率的选择Nnn（一）（）调速段N1ff在变频调速时，电动机的输出功率为==1112cos3IUPPx假定在不同频率下12IUPx如果忽略定子损耗，转矩为09550nPTT=11fIUx若应用弱磁调速于恒功率负载，电动机的额定功率选得等于或略大于负载功率，不必

扩大功率，即zPNP≥如果弱磁调速用于恒转矩负载，为了在最高转速时也能满足的需要，必须按及来选择电动机的功率，即zT9550maxnTzNP≥1IT1/fUX当，而且为定值，则N1ff容许转矩输出近似恒定，而容许输出功率为nnTP=9550N在调速段，调速方式是近似恒转矩的。N1ffN

ff1异步电动机在变频调速时机械特性与容许输出转矩容许输出转矩与功率Nnn（二）（）调速段N1ff由于时，保持不变，此时磁通Φ将随之上升而下降。N1ffNNEUUx=1f2121N21fCfUCfUCTxm

==此时，电动机的容许输出功率近似恒功率性质1109550fIUnPTxT=11NN1ffIUT机械特性容许输出转矩与功率异步电动机在变频调速时Nf1f≥第八节选择电动

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。式中D——工件的最大直径（m）1、车床54.15.36DP=(k

W)式中D——工件的最大直径（m）2、立式车床88.020DP=(kW)3、摇臂钻床19.10646.0DP=(kW)式中D——最大的钻孔直径（mm）4、外圆磨床KBP1.0=(kW)式中B——砂轮宽度（mm）；K——考虑

砂轮主轴采用不同轴承时的系数，5、卧式镗床7.1004.0DP=(kW)式中D——镗杆直径（mm）6、龙门铣床16615.1BP=(kW)式中B——工作台宽度（mm）而实际应用例如：我国C660车床的工件最大直径为1250mm，按上列统计分析公式计算，电动机功率

应为kW51kW100012505.3654.1==PkW60N=P第九节电动机电流种类、形式、额定电压与额定转速的选择一、电动机电流种类的选择二、电动机结构形式的选择三、电动机额定电压的选择四、电动机额定转速的选择第11章结束