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1、8.2 电动机的工作制分类,8.3 电动机容量的选择方法,8.4 电动机种类、形式、电压、转速的选择,本章介绍了电力拖动系统中选择电动机的基本原理和方法。电动机的选择主要是指电动机的额定功率、额定电压、额定转速、种类及形式的选择。,8.1 电动机的发热和冷却,教学内容：,1.了解电动机的发热和冷却情况；2.掌握电动机的工作制类型；3.掌握电动机容量的选择方法；4.掌握电动机种类、形式、电压、转速的选择。,教学目的与要求：,8.0 电动机的选择概述,1.电动机的选择：主要是指电动机的额定功率、额定电压、额定转速、种类、型式等的选择。,2.选择电动机的原则：,3.额定功率选择的重要性：功率选得太大
2、，电动机容量得不到充分利用，电机处于轻载工作，效率低，运行费用高；功率选得太小，电机处于过载，电机寿命会缩短。所以，额定功率选得太大或太小都不经济。,4.电动机功率选择考虑的因素：发热、过载能力、起动能力。,一是满足生产机械负载的要求；二是经济上应该是最合理的。,说明：电力拖动系统的设计中，电动机的选择是非常重要的。,8.1 电动机的发热和冷却,1.发热：电动机负载运行时，因产生损耗而发热。,2.温升：电动机温度比环境温度高出的数值。,3.稳定温升：电动机的发热与散热相等，电动机温度不再增加，保持一个稳定不变的温升值，此时电动机处于散热与发热的动平衡状态。,4.电动机发热的过度过程：从开始发热
3、到热平衡状态的过程。,式中：0 ,s 分别为电动机发热过程的起始温升和稳定温升。T为电动机的发热时间常数。,若发热开始时，电动机的温度与周围介质的温度相等即起始温升0=0，则温升表达式为： 。,5.电动机的发热曲线：,温升变化解释：发热开始，由于温升小，散发出的热量较少，大部分热量被电动机吸收，因而温升增长得较快；其后，随着温升的增高，散发的热量不断增多，而电动机产生的热量因负载不变而不变，则电动机吸收的热量不断减少，温升曲线趋于平缓，当发热量与散热量相等时，电动机的温升不再升高而达到稳定值。,温度变化，理论上t时才能达到稳定温升s，实际上当t=(3-4)T时接近s。小容量电动机T=20-30
4、min；大容量电动机T=2-3h。,6.电动机的冷却过程方程：负载减小或电动机断电，电动机降温,式中：os且分别为电动机冷却开始时的温升和稳定温升。T为电动机的冷却时间常数，一般TT。,7.电动机的冷却曲线：,显然，发热与冷却曲线均按指数规律变化。注意：电动机断电时， s=0。,*电动机的温升或者说最高温度，由电动机使用的绝缘材料来决定。,8.绝缘材料与绝缘等级,说明：电动机的使用寿命主要由它的绝缘材料决定的，当电动机工作温度不超过其绝缘材料的最高允许温度时，绝缘材料寿命可达20年。最高温度每超过8C，寿命减少一半。电动机的工作温度不要超过绝缘材料的极限温度。,8.2 电动机的工作制分类,为了
5、适应不同负载的需要，按负载持续时间的不同，国家标准把电动机分成三种工作方式或三种工作制，细分八类，用S1S8表示。,8.2.1 连续工作制(S1),1.连续工作制：工作时间 tw(34)T，可达几小时或几十小时，温升可达稳定值又称长期工作制。,2.功率负载图P=f(t)及温升曲线=f(t)。,3.典型例子：水泵、通风机、造纸机、纺 织机等。,8.2.2 短时工作制(S2),1.短时工作制：工作时间很短，tw(34)T,停机时电动机的温度足以降至周围环境温度，温升降至零。,2.功率负载图P=f(t)及温升曲线=f(t)。,3.典型例子：水闸闸门、吊车、车床的夹紧装置等。,4.我国短时工作制标准工
6、作时间有： 15min、30min、60min、90min四种。,8.2.3 断续周期工作制(S3),1.断续周期工作制：电动机按一系列相同的工作周期运行，在一个周期内，工作时间tw(34)T，停歇时间t0 (34)T，即工作时温升达不到稳定值，停歇时温升也降不到零。国家标准规定：每个工作周期tc=tw+t010min，称为重复短时工作制。,2.断续周期工作制可分为六类（见国家标准GB755-81）, 断续周期工作制(S3) 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(S5) 连续周期工作制（S6） 包括电制动的连续周期工作制(S7) 包括负载与转速相应变化的连续周期工作制(
7、S8),3.断续周期工作制（S3)功率负载图P=f(t)及温升曲线=f(t),4.典型例子：起重机、电梯、某些自动机床的工作机构等。,结论：温升经过若干周期后，会在某一范围波动。,5.负载持续率或暂载率：在断续周期工作制中，工作时间与工作周期之比，用FC%表示。,6.我国规定的标准负载持续率：15%、25%、40%、60%等四种。,7.注意：断续周期工作制电动机因起动频繁，要求过载能力强、飞轮矩小、机械强度好，需要专门设计。,8.3.1 连续工作制电动机容量的选择,连续工作制负载类型：常值负载和变化负载。,一、常值负载下电动机容量的选择,选择一台额定容量等于或略大于负载容量、转速又合适的电动机
8、即可，不需要发热校验。-比较简单,8.3 电动机容量的选择方法-三种工作制,二、变化负载下电动机容量的选择,1.变化负载的功率图P=f(t)自动车床加工各道工序时，主轴电动机的负载功率图（一个周期）；负载周期性变化电动机的温升周期性变化，温升波动在最大负载P1和最小负载P2之间变化；按最大负载功率选择电动机容量，不能充分利用；按最小负载功率选择电动机容量，电动机必然过载。电动机容量选择在最大负载P1与最小负载P2之间，既保证电机充分利用，温升又不超过允许值。,变化负载的功率图,思想：用一个不变的电流Ieq来等效实际上变化的负载电流，要求在同一周期内，等效电流Ieq与实际变化的负载电流产生的损耗
9、相等。假设电机的铁耗与绕组电阻不变，则损耗与电流平方成正比。,等效电流为：,式中：tn为对应负载电流In的工作时间。,2.电动机容量的选取方法等效电流法、转矩法和功率法,说明：选用电动机的额定电流IN应大于或等于等效电流Ieq ； 必须先求出用电流表示的负载图。, 等效电流法,思想：电动机运行时，其转矩与电流成正比，如他励直流电动机励磁保持不变，异步电动机的功率因数和气隙磁通保持不变。,等效转矩为：, 等效转矩法,说明：选用电动机的额定转矩TN应大于或等于等效转矩Teq ； 必须先求出用转矩表示的负载图。,思想：电动机运行时，转速保持不变，功率与转矩成正比。,等效功率为：, 等效功率法,说明：
10、选用电动机的功率PN应大于或等于等效功率Peq即可。,注意：用等效法选择电动机的容量时，要根据最大负载来校 验电动机的过载能力是否符合要求，如果过载能力不能满足，应按过载能力来选择较大容量的电动机。,8.3.2 短时工作制电动机容量的选择,一、直接选用短时工作制的电动机,1.按生产机械的功率、工作时间及转速要求，由产品目录直接 选用。,2.短时负载是变动的，采用等效法选择电动机，等效电流法为：,式中：I1、t1分别为起动电流和起动时间； In、tn分别为制动电流和制动时间； t0为停转时间； 、为考虑自扇冷电动机在起动、制动和停转期间因散 热条件变坏而采用的系数。对于直流电动机： =0.75，
11、=0.5；对于异步电动机： =0.5，=0.25。采用等效法时：必须注意对选用电动机进行过载能力的校验。,二、选用断续周期工作制的电动机,1.没有合适的短时工作制的电动机时，可采用断续周期工作制的电动机来代替。,2.短时工作制电动机的工作时间tw与断续周期工作制电动机的负载持续率 FC% 之间的关系为：,8.3.3 断续周期工作制电动机容量的选择,1.根据生产机械的负载持续率、功率及转速，从产品目录中直接选取。,2.国家标准规定电动机的负载持续率 FC% 只有四种，而实际负载持续率与标准负载持续率相差较大时，应把实际负载功率Px换算成标准负载持续率FC%下的功率，即,说明： 根据标准负载持续率
12、FC%和功率P，选择合适的电动机； 实际负载持续率FCx%70%时，按连续工作制选择电动机。,8.3.4 统计法和类比法,1.前面方法的弊病：一是计算比较繁杂； 二是电动机和生产机械负载图难以精确绘制。,2.选用电动机容量的实用方法：统计法和类比法。,一、统计法：就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，用经验公式作为选择电动机容量的主要依据。,二、类比法：通过对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，然后对生产机械的主要参数和工作条件进行类比，可以确定新的生产机械拖动电动机的容量。,说明：电动机的选择，除正确选择功率外，还要根据生产
13、机械的要求和工作环境，正确选择电动机的种类、型式、电压和转速。,电动机分类：直流电动机和交流电动机。直流电动机：他励、并励、串励、复励电动机。交流电动机：笼型、绕线转子异步电动机及同步电动机。,8.4 电动机种类、形式、电压、转速的选择,8.4.1 电动机种类的选择,电动机种类选择：主要从生产机械对起动性能和调速性能 的要求来考虑。,1.不需要调速的拖动系统：总是考虑交流拖动，特别是笼型异步电动机，如空气压缩机、球磨机。2.调速范围不广，调速级数少，不需在低速下长期工作，可考虑交流绕线转子异步电动机或变极调速电动机。3.调速范围宽广、调速平滑性要求高的场合，通常采用直流电动机拖动，或交流变频调
14、速电动机拖动。,8.4.2 电动机形式的选择,根据具体生产机械类型、工作环境等特点，来确定电动机的结构形式，如直立式、卧式、开启式、封闭式、防滴式、防爆式。,8.4.3 电动机额定电压的选择,我国的一般标准是：交流电压三相为380V，直流电压为220V。大容量交流电动机通常设计成高压供电，如3kV、6kV或10kV。大容量直流电动机，通常考虑额定电压为440V。（可减小电枢电流）,8.4.4 电动机额定转速的选择,影响电动机额定转速的因素： 电力拖动系统的经济性和生产机械的效率。,转速选择的原则： 根据初期投资和维护费用的大小来决定。,注意：对于频繁起动、制动或反向的拖动系统中，还应 根据电动机瞬态过程时间最短、能量损耗最小来选择适当的额定转速。,教学重点：,1 掌握电动机容量的选择方法三种工作制角度,2 掌握电动机种类、型式、电压、转速的选择,教学难点：,电动机的功率负载图及温升曲线的理解,小 结,主编：,撰稿教师：（以姓氏为序）,制作：,责任编辑：,电子编辑：,谢谢观看，再见！,
