电机与拖动基础第四版第十一章课件.ppt

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1、第十一章 电动机的选择 11.1 电动机的发热与温升 11.1.1 电机的发热 电动机负载运行时，电机内的损耗变成热能，导致电机温度升高，超过环境温度。电机温度比环境温度高出的值称为温升。温升使电机温度向周围空间扩散，当电机单位时间发出的热量等于散出热量时，电机温度不再增加，温升保持稳定，即处于发热与散热的平衡状态。假设：（1）电动机长期运行，负载不变，总损耗不变；,（2）电动机各部分温度均匀；（3）周围环境温度不变。电动机单位时间内产生的热量为，时间内产生的热量为。电动机单位时间内散出的热量为，时间内散出的热量为。上式中 为温升；A为散热系数，表示温升 1 时，每秒散热量。在 时间内，电机的

2、发热等于本身吸热与向外发热之和，即（11-1）整理后得令 为发热时间常数，表征热惯性大小；为稳态升；,则上式可写成（11-2）这是个非齐次一阶微分方程，当初始条件为 时，其特解为（11-3）电机发热过程中的温升包括两个分量，一个是强制分量，它是过渡过程结束时的稳态值；另一个是按指数规律衰减的自由分量。式中 是时间常数，其大小取决于电机热容量的大小。为起始温升，较长时间不运行的电机，第一次启时，对温度未完全冷却的电机再启动，其 为某一具体值。图 11.1 为电机发热过程中的温升曲线。,对带负载运行温升已稳定的电机，减小其负载或切断其负载，则原有的热平衡被破坏，进入降温过程。冷却过程的微分方程式仍

3、符合式（11-1）、式（11-2）和式（11-3）。冷却时的初值 取决于减少负载前的温升；而冷却后重新稳定的温升取决于负载大小，当负载减小到某一定值时，若切断电源则。,电机冷却过程的温升曲线如图 11.2所示。11.1.2 电动机的允许温升 希望电动机输出功率越大越好，然而，输出功率越大，损耗越大，温升越高。电机耐温最薄弱的环节是绝缘材料，绝缘材料的耐温限度称绝缘材料的允许温度。电机的寿命取决于绝缘材料的寿命。设计电机时，以 作为我国标准环境温度。则绝缘材料的允许温度减去 即为允许温升，用 单位为 K。常用绝缘材料分为 A,E,B,F,H 五种，按标准环境温度计算，,这五种绝缘材料的允许温度和

4、允许温升如表 11.4 所示。,11.2 电动机的额定功率 11.2.1 电动机的工作方式（1）连续工作方式 连续工作方式是指电动机工作时间，温升可达到稳态值，也称长期工作制。(2)短时工作方式 短时工作方式是指工作时间，而停歇间，这样，工作时温升达不到，而停歇后温升降为零。我国短时工作方式的标准运行时间为：15 min、30 min、60 min 和 90 min。,（3）周期性断续工作方式 该方式指电机工作与停歇交替进行，工作时温升达不到稳值，停歇时，温升降不到零，通常，而。国标规定每个工作与停歇周期。每个周期内工作时间占的百分数叫负载持续率，用 表示为我国标准负载持续率有 四种。11.2

5、.2 连续工作方式下电动机的额定功率 连续工作方式下，电动机的温升达到一个与负载大小对应的稳,态值，如图 11.3。图中，P 为长期恒定不变的电机输出功率，是由 P 决定的温升稳态值，若 P 的大小不同，也随之改变。取稳态温升 等于（或接近）允许温升 时的输出功率为电动机的额定功率。下面推导额定功率与温升的关系。,额定负载时，电机温升的稳态值为（11-4）又知代入上式得,额定运行时，应有=，则上式整理后得（11-5）上式说明，当 A 与 均为常数时，电动机的额定功率 与允许温升 成正比，即绝缘材料等级越高，电动机的额定功率越大。11.2.3 短时工作方式下电动机的额定功率 此工作方式下，每次负

6、载运行时，温升都达不到稳态值，而停机时，温升都降不到零，温升与输出功率间的关系如图11.4 所示。在工作时间 内，电机的实际最高温升 低于稳态温升。短时工作方式下，电机额定功率的大小要根据实际达到的最高,温升 来确定，即在规定工作时间内，电机负载温升达到或接近允许温升时，电机的输出功率为额定功率。注意，短时工作方式电机的额定功率 是与规定的工作时间 相对应的，应区别于连续工作方式。,11.2.4 周期性断续工作方式下电动机的额定功率 该方式运行时的电动机，负载时温度升不到稳态温升，停歇时温度降不到环境温度。每经过一个周期，温升都升降一次，经过一定的周期后，达到热平衡，温升稳定在一个小范围内波动

7、，如,图 11.5 所示。电动机实际达到的最高温升为，当 等于或接近允许温升 时，相应的输出功率为电机的额定功率。周期性断续工作方式下，电机的额定功率对应于某一负载的持续率。同一台电动机，负载持续率不同，实际最高温升也不同，其额定功率大小也不一样，值大，其额定功率小；,值小的，额定功率大。11.3 电动机的一般选择 11.3.1 电动机种类的选择 1.电动机的主要种类（见表 11.2）,生产机械的工艺要求是选择电机的先决条件，除外，还要考虑各类电机的性能特点、所需电源、价格高低、维修方便与否等诸多因素。表 11.3 列出了各种电机的主要性能特点。,2.电动机种类选择时考虑的主要内容（1）电动机

8、的机械特性 电动机的机械特性必须与生产机械的转矩、转速要求相适应。（2）电动机的调速性能 调速性能包括调速范围，调速平滑性、调速系统的经济性和效 率等，都应符合生产机械的要求。（3）电动机的启动性能 启动转矩要求不高生产机械可用鼠笼式三相异步电动机。对启、制动频繁，且启、制动转矩较大的生产机械，可选用绕线式 三相异步电动机。（4）电源 交流电源来源方便，但应注意，异步电动机将导致电网功率因,数降低；而同步电机可改善功率因数。直流电源则一般需要整流设备。（5）经济性 满足了生产机械对电动机的启动、调速、各种运行状态等方面的要求后，应优先考虑选用结构简单、价格便宜、运行可靠、便于维修的电动机。除外

9、还应考虑启动设备、调速设备的经济性。并综合货源、节能等各种因素后加以确定。11.3.2 电动机类型的选择 1.安装方式 分为卧式和立式。卧式电机安装后转轴为水平位置，立式电机安装后转轴为垂直位置。两种电机轴承不同，立式稍贵。,2.轴伸个数 电机有单轴伸与双轴伸两种，一般采用单轴伸。3.防护方式 电机的防护方式有开启式、防护式、封闭式和防暴式几种。开启式电机的定子两侧和端盖两侧都有很大的通风口。散热好，价格便宜，但易进灰尘、水滴和杂物。防护式电机机座下面有通风口。散热好，能防止水滴、杂物落入电机内，不能防潮气和灰尘。封闭式电机的机座和端盖均无通风孔，完全封闭。它又分自冷式、自扇式、它扇式、管道通

10、风式和密封式。前四种可在多土、潮湿、有腐蚀气体、易火灾的环境中使用；密封式可浸泡在液体中，如潜水泵。,在封闭式基础上加隔爆结构制成防暴式电机。适用于有易燃易爆气体的场所。11.3.3 电动机额定电压和额定功率的选择 1.额定电压的选择 电动机的电压等级、相数、频率要求与供电电压相一致。我国生产的电动机额定电压与额定功率如表11.4所示。2.额定转速的选择 额定功率相同的电机，额定转速越高，其体积越小，造价越低。电机转子越细长，转动惯量越小，启、制动时间越短。因此，额定转速的选择，既要考虑电机及传动机构的经济性，又要考虑机械负载的启、制动要求。,11.4 电动机额定功率的选择 电动机额定功率的选

11、择是一个满足电动机发热温升限定的重要问题。电机功率过大，经常轻载运行，运行效率降低，功率因数变差；电机功率过小，电流过大，损耗大，效率低，电机,寿命缩短，甚至毁坏电机。（1）标准工作时间 所谓标准工作时间是指电机三种工作方式中所规定的相关时间。环境温度为、电机不调速的前提下，按工作方式及工作时间选择电机时，电机功率应满足。按此方式选择电机时，不必再校温升，只需校核过载倍数和启动能力。（2）非标准工作时间 对非标准工作时间运行的电机，在选择功率时，应将非标准工作时间变成与其最接近的标准工作时间，再按下面折算公式进行选择（推导从略）。设短时工作方式负载工作时间为，最接近的标准工作时间为，则预选功率

12、为。,式中 为折算系数。时，该系数大于 1，时，该系数小于 1。折算后不必再校核温升。（3）短时工作方式负载选择连续工作方式电动机 此类情况，要把短时工作方式的负载功率折合到连续工作方式上去。设电机的不变损耗（空载损耗）为，额定负载运行时可变损耗为，前者与后者之比为 a，则预选电机额定功率应满足。式中，为发热时间常数，为短时工作时间，a 的数值因电机而异，如普通直流电机，普通鼠笼三相地步电动机。其余祥见参考书。,该种折合方法也无需进行温升校验。（4）温度修正 额定功率的选择是在国家标准环境温度为 时进行的，当常年环境温度偏离 时，应将电机额定功率修正为：式中 为常年实际环境温度；为环境温度为

13、时的允许升。11.5 电动机额定转矩的选择 并非所有机械负载在选择电机时，都把温升的选择放在首位，有些需优先考虑电动机的转矩。如电动汽车上坡行驶时，不仅要,克服摩擦阻转矩，更要克服位能性阻转矩，后者比前者大许多。为了在不同路况上都能安全正常行驶，应以上坡行驶的大转矩为准，来选择电机额定功率，即。11.6 电动机的过载倍数与启动能力 根据负载功率和负载转矩选择的电机，都属预选电机。选后，必须对过载倍数和启动能力进行校核，若通不过必须重选电机。过载倍数指电动机负载运行时，短时间内出现电流或转矩的过载的允许倍数。对不同类型的电机有不同考虑。直流电动机要考虑换向，其过载倍数就是电枢允许的电流倍数,，为

14、允许电流，应略大于过载电流。异步电动机和同步电动机的过载倍数指最大转矩倍数。校核时应考虑交流电网电压向下波动，因此最大转矩要按 来计算。应略大于可能出现的最大转矩。对启动的校核也因负载机械而异。风机、水泵类负载启动转矩很小，不必校核。而具有反抗性或位能性恒转矩负载机械，满负荷能否启动，需要校核。鼠笼式三相异步电动机的启动能力差，也需要校核。被选电机的启动能力应满足。式中 是被选电机的启动转矩，是负载启动时所需的转矩。,综上所述，负载机械的功率、转矩，负载机械的过载要求及负载启动时所需的转矩，是选择电机的依据。如何求得这些依据，不属本课范围。第十一章完,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,