8.2電動機(jī)的工作制分類8.3電動機(jī)容量的選擇方法8.4電動機(jī)種類、形式、電壓、轉(zhuǎn)速的選擇

本章介紹了電力拖動系統(tǒng)中選擇電動機(jī)的基本原理和方法。電動機(jī)的選擇主要是指電動機(jī)的額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、種類及形式的選擇。8.1電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻教學(xué)內(nèi)容：8.2電動機(jī)的工作制分類8.3電動機(jī)容量的選擇方法8.41.了解電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻情況；2.掌握電動機(jī)的工作制類型；3.掌握電動機(jī)容量的選擇方法；4.掌握電動機(jī)種類、形式、電壓、轉(zhuǎn)速的選擇。教學(xué)目的與要求：1.了解電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻情況；教學(xué)目的與要求：8.0電動機(jī)的選擇概述1.電動機(jī)的選擇：主要是指電動機(jī)的額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、種類、型式等的選擇。2.選擇電動機(jī)的原則：3.額定功率選擇的重要性：①功率選得太大，電動機(jī)容量得不到充分利用，電機(jī)處于輕載工作，效率低，運(yùn)行費(fèi)用高；②功率選得太小，電機(jī)處于過載，電機(jī)壽命會縮短。所以，額定功率選得太大或太小都不經(jīng)濟(jì)。4.電動機(jī)功率選擇考慮的因素：發(fā)熱、過載能力、起動能力。一是滿足生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的要求；二是經(jīng)濟(jì)上應(yīng)該是最合理的。說明：電力拖動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，電動機(jī)的選擇是非常重要的。8.0電動機(jī)的選擇概述1.電動機(jī)的選擇：主要是指電動機(jī)的額8.1電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻1.發(fā)熱：電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時，因產(chǎn)生損耗而發(fā)熱。2.溫升：電動機(jī)溫度比環(huán)境溫度高出的數(shù)值。3.穩(wěn)定溫升：電動機(jī)的發(fā)熱與散熱相等，電動機(jī)溫度不再增加，保持一個穩(wěn)定不變的溫升值，此時電動機(jī)處于散熱與發(fā)熱的動平衡狀態(tài)。

4.電動機(jī)發(fā)熱的過度過程：從開始發(fā)熱到熱平衡狀態(tài)的過程。式中：τ0,τs分別為電動機(jī)發(fā)熱過程的起始溫升和穩(wěn)定溫升。T為電動機(jī)的發(fā)熱時間常數(shù)。8.1電動機(jī)的發(fā)熱和冷卻1.發(fā)熱：電動機(jī)負(fù)載運(yùn)行時，因產(chǎn)生若發(fā)熱開始時，電動機(jī)的溫度與周圍介質(zhì)的溫度相等即起始溫升τ0=0，則溫升表達(dá)式為：。5.電動機(jī)的發(fā)熱曲線：溫升變化解釋：發(fā)熱開始，由于溫升小，散發(fā)出的熱量較少，大部分熱量被電動機(jī)吸收，因而溫升增長得較快；其后，隨著溫升的增高，散發(fā)的熱量不斷增多，而電動機(jī)產(chǎn)生的熱量因負(fù)載不變而不變，則電動機(jī)吸收的熱量不斷減少，溫升曲線趨于平緩，當(dāng)發(fā)熱量與散熱量相等時，電動機(jī)的溫升不再升高而達(dá)到穩(wěn)定值。溫度變化，理論上t→∞時才能達(dá)到穩(wěn)定溫升τs，實(shí)際上當(dāng)t=(3-4)T時接近τs。小容量電動機(jī)T=20-30min；大容量電動機(jī)T=2-3h。若發(fā)熱開始時，電動機(jī)的溫度與周圍介質(zhì)的溫度相等即起始溫升τ06.電動機(jī)的冷卻過程方程：負(fù)載減小或電動機(jī)斷電，電動機(jī)降溫式中：τo’>τs’且分別為電動機(jī)冷卻開始時的溫升和穩(wěn)定溫升。T’為電動機(jī)的冷卻時間常數(shù)，一般T’>T。7.電動機(jī)的冷卻曲線：顯然，發(fā)熱與冷卻曲線均按指數(shù)規(guī)律變化。注意：電動機(jī)斷電時，τs’=0。**電動機(jī)的溫升或者說最高溫度，由電動機(jī)使用的絕緣材料來決定。6.電動機(jī)的冷卻過程方程：負(fù)載減小或電動機(jī)斷電，電動機(jī)降溫式8.絕緣材料與絕緣等級說明：電動機(jī)的使用壽命主要由它的絕緣材料決定的，當(dāng)電動機(jī)工作溫度不超過其絕緣材料的最高允許溫度時，絕緣材料壽命可達(dá)20年。最高溫度每超過8°C，壽命減少一半。電動機(jī)的工作溫度不要超過絕緣材料的極限溫度。8.絕緣材料與絕緣等級說明：電動機(jī)的使用壽命主要由它的絕緣材8.2電動機(jī)的工作制分類

為了適應(yīng)不同負(fù)載的需要，按負(fù)載持續(xù)時間的不同，國家標(biāo)準(zhǔn)把電動機(jī)分成三種工作方式或三種工作制，細(xì)分八類，用S1…S8表示。

8.2.1連續(xù)工作制(S1)1.連續(xù)工作制：工作時間tw>(3～4)T，可達(dá)幾小時或幾十小時，溫升可達(dá)穩(wěn)定值——又稱長期工作制。2.功率負(fù)載圖P=f(t)及溫升曲線τ=f(t)。3.典型例子：水泵、通風(fēng)機(jī)、造紙機(jī)、紡織機(jī)等。8.2電動機(jī)的工作制分類為了適應(yīng)不同負(fù)載的需要，按

8.2.2短時工作制(S2)1.短時工作制：工作時間很短，tw<(3～4)T，在工作時間內(nèi)，溫升達(dá)不到穩(wěn)定值。停機(jī)時間t0很長，t0>(3～4)T’,停機(jī)時電動機(jī)的溫度足以降至周圍環(huán)境溫度，溫升降至零。2.功率負(fù)載圖P=f(t)及溫升曲線τ=f(t)。3.典型例子：水閘閘門、吊車、車床的夾緊裝置等。4.我國短時工作制標(biāo)準(zhǔn)工作時間有：

15min、30min、60min、90min四種。8.2.2短時工作制(S2)1.短時工作制：工作時間很短8.2.3斷續(xù)周期工作制(S3)1.斷續(xù)周期工作制：電動機(jī)按一系列相同的工作周期運(yùn)行，在一個周期內(nèi)，工作時間tw<(3～4)T，停歇時間t0<(3～4)T’，即工作時溫升達(dá)不到穩(wěn)定值，停歇時溫升也降不到零。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：每個工作周期tc=tw+t0≤10min，稱為重復(fù)短時工作制。8.2.3斷續(xù)周期工作制(S3)1.斷續(xù)周期工作制：電動2.斷續(xù)周期工作制可分為六類（見國家標(biāo)準(zhǔn)GB755-81）⑴斷續(xù)周期工作制(S3)⑵包括起動的斷續(xù)周期工作制(S4)⑶包括電制動的斷續(xù)周期工作制(S5)⑷連續(xù)周期工作制（S6）⑸包括電制動的連續(xù)周期工作制(S7)⑹包括負(fù)載與轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化的連續(xù)周期工作制(S8)2.斷續(xù)周期工作制可分為六類（見國家標(biāo)準(zhǔn)GB755-81）⑴3.斷續(xù)周期工作制（S3)功率負(fù)載圖P=f(t)及溫升曲線τ=f(t)4.典型例子：起重機(jī)、電梯、某些自動機(jī)床的工作機(jī)構(gòu)等。結(jié)論：溫升經(jīng)過若干周期后，會在某一范圍波動。3.斷續(xù)周期工作制（S3)功率負(fù)載圖P=f(t)及溫升曲線τ5.負(fù)載持續(xù)率或暫載率：在斷續(xù)周期工作制中，工作時間與工作周期之比，用FC%表示。6.我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率：15%、25%、40%、60%等四種。7.注意：斷續(xù)周期工作制電動機(jī)因起動頻繁，要求過載能力強(qiáng)、飛輪矩小、機(jī)械強(qiáng)度好，需要專門設(shè)計(jì)。5.負(fù)載持續(xù)率或暫載率：在斷續(xù)周期工作制中，工作時間與工作周

8.3.1連續(xù)工作制電動機(jī)容量的選擇連續(xù)工作制負(fù)載類型：常值負(fù)載和變化負(fù)載。一、常值負(fù)載下電動機(jī)容量的選擇選擇一臺額定容量等于或略大于負(fù)載容量、轉(zhuǎn)速又合適的電動機(jī)即可，不需要發(fā)熱校驗(yàn)。----比較簡單8.3電動機(jī)容量的選擇方法--三種工作制8.3.1連續(xù)工作制電動機(jī)容量的選擇連續(xù)工作制負(fù)載類型：二、變化負(fù)載下電動機(jī)容量的選擇1.變化負(fù)載的功率圖P=f(t)自動車床加工各道工序時，主軸電動機(jī)的負(fù)載功率圖（一個周期）；負(fù)載周期性變化→電動機(jī)的溫升周期性變化，溫升波動在最大負(fù)載P1和最小負(fù)載P2之間變化；按最大負(fù)載功率選擇電動機(jī)容量，不能充分利用；按最小負(fù)載功率選擇電動機(jī)容量，電動機(jī)必然過載。電動機(jī)容量選擇在最大負(fù)載P1與最小負(fù)載P2之間，既保證電機(jī)充分利用，溫升又不超過允許值。變化負(fù)載的功率圖二、變化負(fù)載下電動機(jī)容量的選擇1.變化負(fù)載的功率圖P=f(t思想：用一個不變的電流Ieq來等效實(shí)際上變化的負(fù)載電流，要求在同一周期內(nèi)，等效電流Ieq與實(shí)際變化的負(fù)載電流產(chǎn)生的損耗相等。假設(shè)電機(jī)的鐵耗與繞組電阻不變，則損耗與電流平方成正比。等效電流為：式中：tn為對應(yīng)負(fù)載電流In的工作時間。2.電動機(jī)容量的選取方法—等效電流法、轉(zhuǎn)矩法和功率法說明：⑴選用電動機(jī)的額定電流IN應(yīng)大于或等于等效電流Ieq；

⑵必須先求出用電流表示的負(fù)載圖。⑴等效電流法思想：用一個不變的電流Ieq來等效實(shí)際上變化的負(fù)載電流，要求思想：電動機(jī)運(yùn)行時，其轉(zhuǎn)矩與電流成正比，如他勵直流電動機(jī)勵磁保持不變，異步電動機(jī)的功率因數(shù)和氣隙磁通保持不變。等效轉(zhuǎn)矩為：⑵等效轉(zhuǎn)矩法說明：⑴選用電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TN應(yīng)大于或等于等效轉(zhuǎn)矩Teq；

⑵必須先求出用轉(zhuǎn)矩表示的負(fù)載圖。思想：電動機(jī)運(yùn)行時，其轉(zhuǎn)矩與電流成正比，如他勵直流電動機(jī)勵磁思想：電動機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速保持不變，功率與轉(zhuǎn)矩成正比。等效功率為：⑶等效功率法說明：選用電動機(jī)的功率PN應(yīng)大于或等于等效功率Peq即可。注意：用等效法選擇電動機(jī)的容量時，要根據(jù)最大負(fù)載來校 驗(yàn)電動機(jī)的過載能力是否符合要求，如果過載能力不 能滿足，應(yīng)按過載能力來選擇較大容量的電動機(jī)。思想：電動機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速保持不變，功率與轉(zhuǎn)矩成正比。等效功率8.3.2短時工作制電動機(jī)容量的選擇一、直接選用短時工作制的電動機(jī)1.按生產(chǎn)機(jī)械的功率、工作時間及轉(zhuǎn)速要求，由產(chǎn)品目錄直接

選用。2.短時負(fù)載是變動的，采用等效法選擇電動機(jī)，等效電流法為：8.3.2短時工作制電動機(jī)容量的選擇一、直接選用短時工作式中：I1、t1分別為起動電流和起動時間；In、tn分別為制動電流和制動時間；t0為停轉(zhuǎn)時間；α、β為考慮自扇冷電動機(jī)在起動、制動和停轉(zhuǎn)期間因散

熱條件變壞而采用的系數(shù)。對于直流電動機(jī)：α=0.75，β=0.5；對于異步電動機(jī)：α=0.5，β=0.25。采用等效法時：必須注意對選用電動機(jī)進(jìn)行過載能力的校驗(yàn)。式中：I1、t1分別為起動電流和起動時間；二、選用斷續(xù)周期工作制的電動機(jī)1.沒有合適的短時工作制的電動機(jī)時，可采用斷續(xù)周期工

作制的電動機(jī)來代替。2.短時工作制電動機(jī)的工作時間tw與斷續(xù)周期工作制電動機(jī)的負(fù)載持續(xù)率FC%之間的關(guān)系為：tw/min306090FC%15%25%40%二、選用斷續(xù)周期工作制的電動機(jī)1.沒有合適的短時工作制的電動8.3.3斷續(xù)周期工作制電動機(jī)容量的選擇1.根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載持續(xù)率、功率及轉(zhuǎn)速，從產(chǎn)品目錄中直接選取。2.國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電動機(jī)的負(fù)載持續(xù)率FC%只有四種，而實(shí)際負(fù)載持續(xù)率與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率相差較大時，應(yīng)把實(shí)際負(fù)載功率Px換算成標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率FC%下的功率，即說明：⑴根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率FC%和功率P，選擇合適的電動機(jī)；

⑵實(shí)際負(fù)載持續(xù)率FCx%<10%時，按短時工作制選擇電動機(jī)；

⑶實(shí)際負(fù)載持續(xù)率FCx%>70%時，按連續(xù)工作制選擇電動機(jī)。8.3.3斷續(xù)周期工作制電動機(jī)容量的選擇1.根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械8.3.4統(tǒng)計(jì)法和類比法1.前面方法的弊?。阂皇怯?jì)算比較繁雜；

二是電動機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載圖難以精確繪制。2.選用電動機(jī)容量的實(shí)用方法：統(tǒng)計(jì)法和類比法。一、統(tǒng)計(jì)法：就是對各種生產(chǎn)機(jī)械的拖動電動機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出電動機(jī)容量與生產(chǎn)機(jī)械主要參數(shù)之間的關(guān)系，用經(jīng)驗(yàn)公式作為選擇電動機(jī)容量的主要依據(jù)。二、類比法：通過對長期運(yùn)行考驗(yàn)的同類生產(chǎn)機(jī)械所采用的電動機(jī)容量進(jìn)行調(diào)查，然后對生產(chǎn)機(jī)械的主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，可以確定新的生產(chǎn)機(jī)械拖動電動機(jī)的容量。8.3.4統(tǒng)計(jì)法和類比法1.前面方法的弊病：一是計(jì)算比較說明：電動機(jī)的選擇，除正確選擇功率外，還要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械

的要求和工作環(huán)境，正確選擇電動機(jī)的種類、型式、電

壓和轉(zhuǎn)速。電動機(jī)分類：直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。直流電動機(jī)：他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機(jī)。交流電動機(jī)：籠型、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)及同步電動機(jī)。8.4電動機(jī)種類、形式、電壓、轉(zhuǎn)速的選擇8.4.1電動機(jī)種類的選擇說明：電動機(jī)的選擇，除正確選擇功率外，還要根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械 的要電動機(jī)種類選擇：主要從生產(chǎn)機(jī)械對起動性能和調(diào)速性能

的要求來考慮。1.不需要調(diào)速的拖動系統(tǒng)：總是考慮交流拖動，特別是籠型異

步電動機(jī)，如空氣壓縮機(jī)、球磨機(jī)。2.調(diào)速范圍不廣，調(diào)速級數(shù)少，不需在低速下長期工作，可考

慮交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)或變極調(diào)速電動機(jī)。3.調(diào)速范圍寬廣、調(diào)速平滑性要求高的場合，通常采用直流電

動機(jī)拖動，或交流變頻調(diào)速電動機(jī)拖動。電動機(jī)種類選擇：主要從生產(chǎn)機(jī)械對起動性能和調(diào)速性能 8.4.2電動機(jī)形式的選擇根據(jù)具體生產(chǎn)機(jī)械類型、工作環(huán)境等特點(diǎn)，來確定電動