電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)主講教師:青小渠參考教材:李發(fā)海王巖編著，電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版，2005年第三版西南石油學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化教研室2006.9.第11章電動(dòng)機(jī)的選擇11.1電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容1.類型的選擇(1)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求機(jī)械特性、起動(dòng)性能、調(diào)速性能、制動(dòng)方法、過(guò)載能力……(2)經(jīng)濟(jì)效益2.功率的選擇既不能過(guò)載，也不能長(zhǎng)期輕載。類比法、統(tǒng)計(jì)法、實(shí)驗(yàn)法、計(jì)算法。第11章電動(dòng)機(jī)的選擇4.轉(zhuǎn)速的選擇5.外形結(jié)構(gòu)的選擇開啟式、防護(hù)式、封閉式、密封式、防爆式。電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容開啟式電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容防護(hù)式電動(dòng)機(jī)Y系列（IP23）電動(dòng)機(jī)是防護(hù)型自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容封閉式電動(dòng)機(jī)離心制冷機(jī)用封閉式電機(jī)螺桿制冷機(jī)用封閉式電機(jī)電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容密封式電動(dòng)機(jī)Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)是全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容防爆式電動(dòng)機(jī)（YB系列）YB2-B35電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容6.安裝型式的選擇臥式、立式。電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容(1)B3，臥式(2)B5，臥式

(3)B35，臥式(4)V1，立式

B3型電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容B5型電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容B35型電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容立式電動(dòng)機(jī)

（V1型）電動(dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容7.工作制的選擇有九種工作制。如連續(xù)工作制、短時(shí)工作制、斷續(xù)周期工作制。8.型號(hào)的選擇Y系列——封閉式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。YR系列——繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)。YD系列——三相多速異步電動(dòng)機(jī)。YB系列——防爆型三相異步電動(dòng)機(jī)。T系列——三相同步電動(dòng)機(jī)。Z系列——直流電動(dòng)機(jī)?！妱?dòng)機(jī)選擇的基本內(nèi)容11.2電機(jī)的發(fā)熱與溫升電機(jī)的溫升

=

電機(jī)的溫度－周圍環(huán)境溫度當(dāng)發(fā)熱量=散熱量時(shí)，

=穩(wěn)定值。

電機(jī)的熱平衡方程式

Cd

＋Adt=Qdt※

Q——熱量（單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量）。

C——熱容量（溫度每升高1K所需的熱量）。

A——散熱系數(shù)（

為

1K時(shí)，每秒所散出的熱量）。第11章電動(dòng)機(jī)的選擇※

i——電機(jī)的初始溫升。

s

=Q/A——電機(jī)的穩(wěn)定溫升。

=C/A——電機(jī)的發(fā)熱和冷卻時(shí)間常數(shù)。d

dtCA＋

=QA

=

s

＋(

i－

s

)

e－

t

Ot

s

iOt

i

s電機(jī)的發(fā)熱和冷卻11.3電機(jī)的工作制1.連續(xù)工作制（S1工作制）OtP

sPL

應(yīng)用通風(fēng)機(jī)、水泵、紡織機(jī)、造紙機(jī)等。第11章電動(dòng)機(jī)的選擇2.短時(shí)工作制（S2工作制）標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間：15、30、60、90min。OtP

s

MPLtW

應(yīng)用水閘啟閉機(jī)、冶金用的電動(dòng)機(jī)、起重機(jī)中的電動(dòng)機(jī)。電機(jī)的工作制3.斷續(xù)周期工作制（S3工作制）OtP

PLtWtS

s

H

L負(fù)載持續(xù)率FC=×100%tWtW＋tS

標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率

FC=15%

FC=25%FC=40%FC=60%

周期：tW＋tS≤10min。應(yīng)用起重機(jī)、電梯、軋鋼輔助機(jī)械中的電動(dòng)機(jī)。電機(jī)的工作制4.包括起動(dòng)的斷續(xù)周期工作制（S4工作制）5.包括電制動(dòng)的斷續(xù)周期工作制（S5工作制）6.連續(xù)周期工作制（S6工作制）7.包括電制動(dòng)的連續(xù)周期工作制（S7工作制）8.包括變速變負(fù)載的連續(xù)周期工作制（S8工作制）9.負(fù)載和轉(zhuǎn)速非周期變化工作制（S9工作制）電機(jī)的工作制實(shí)際環(huán)境溫度滿載時(shí)的PFe

/PCu11.4電動(dòng)機(jī)的額定功率1.額定功率的確定表10.4.1電機(jī)的絕緣等級(jí)絕緣等級(jí)允許最高溫度

/℃AEBFHC105120130155180＞1802.工作制的影響3.環(huán)境溫度的影響√P2

=PN1＋(1＋

)40℃－

N一般：

=0.4~1.1第11章電動(dòng)機(jī)的選擇表10.4.2電機(jī)允許輸出的功率實(shí)際環(huán)境溫度

/℃允許輸出功率增減的百分?jǐn)?shù)303540455055＋8%

＋5%

0

－5%

－12.5%－20%

工程上也可以按下表對(duì)P2估算。4.海拔高度的影響海拔高度越高，空氣越稀薄，散熱越困難，使得P2＜PN。海拔1000m≤h≤4000m

h=

100m，

N降低1%，P2降低0.5%。電機(jī)的允許輸出功率11.5恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇1.連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)①選擇工作制為S1的電動(dòng)機(jī)。②求出電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率PLPL

=Pm

m

t※Pm——生產(chǎn)機(jī)械的輸出功率；

m

——生產(chǎn)機(jī)械的效率；

t——電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率。③選擇PN=PL或略大于PL的電動(dòng)機(jī)。④校驗(yàn)起動(dòng)能力。第11章電動(dòng)機(jī)的選擇【例11.1】有一臺(tái)由電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)的離心水泵，流量Q=0.04m3/s，揚(yáng)程h=8m，效率

m=0.58，轉(zhuǎn)速n=1440r/min。試選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。解：(1)該電機(jī)屬于恒定負(fù)載連續(xù)運(yùn)行工作方式，故選擇工作制為S1的電動(dòng)機(jī)。(2)由水泵設(shè)計(jì)手冊(cè)查得Pm

=Q

r

h102※

水的比重r=1000kg/m3。Pm

=kW=3.14kW0.04×1000×8102恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇對(duì)于直接傳動(dòng)

t=1，故PL

=Pm

m

t=kW=5.41kW3.140.58×1(3)選擇PN≥PL的電動(dòng)機(jī)。例如選擇PN=5.5kW，nN=1440r/min的Y系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。

(4)起動(dòng)能力校驗(yàn)水泵為通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性類的生產(chǎn)機(jī)械，起動(dòng)能力不會(huì)有問(wèn)題。恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇滿載時(shí)的PFe

/PCu實(shí)際運(yùn)行時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間2.短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)(1)選擇工作制為S2的電動(dòng)機(jī)①選擇標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間與實(shí)際運(yùn)行時(shí)間相同或相近的電動(dòng)機(jī)。②求出電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率

PL。③將PL折算成標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行時(shí)間的負(fù)載功率

PLN。PLPLN

=－1tWNtW－

tWNtW()恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇當(dāng)tW≈tWN時(shí)，則上式可簡(jiǎn)化為④選擇額定功率PN≥PLN的電動(dòng)機(jī)

。⑤校驗(yàn)起動(dòng)能力（對(duì)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)而言）。PLN

=PLtWtWN恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇(2)選擇工作制為S3的電動(dòng)機(jī)①將S3工作制的FCN換算成S2工作制的tWN，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為FCN=15%

tWN=30minFCN=25%

tWN=60minFCN=40%

tWN=90min②再按(1)中步驟進(jìn)行計(jì)算。恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇③選擇PN≥PLN的電動(dòng)機(jī)

。④校驗(yàn)起動(dòng)能力?！绻鹴W＜(0.3~0.4)

，此時(shí)可以直接由過(guò)載能力和起動(dòng)能力選擇電動(dòng)機(jī)的PN。(3)選擇工作制為S1的電動(dòng)機(jī)①求出電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率

PL。②將PL折算成S1

工作制時(shí)的負(fù)載功率

PLN。滿載時(shí)的PFe

/PCu短時(shí)運(yùn)行時(shí)間電機(jī)的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)PLN

=PL1－e－1＋

e－tW

tW

恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇⑤校驗(yàn)過(guò)載能力。則PLN＜＜PL，（對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)而言）【例11.2】某生產(chǎn)機(jī)械為短時(shí)運(yùn)行，每次工作時(shí)間12min，停機(jī)時(shí)間足夠長(zhǎng)，輸出功率Pm=20kW，效率

m=0.833，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率

t=0.8，采用S2工作制的直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。試問(wèn)電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)為多少？解：(1)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率為(2)選擇tW

=15min的S2工作制電動(dòng)機(jī)，

其等效負(fù)載功率為

(3)選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率PN＞26.83kW。PL

=Pm

m

t=kW=30kW200.833×0.8PLN

=PLtWtWN=30×kW=26.83kW1215恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇3.斷續(xù)周期運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)①選擇標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率FCN與實(shí)際負(fù)載持續(xù)率FC相同或相近的S3

工作制電動(dòng)機(jī)。②求出電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率

PL。③將PL換算成標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率時(shí)的負(fù)載功率

PLN。()PLPLN

=FCNFC＋

－1FCNFC當(dāng)FC≈FCN時(shí)，則PLN

=PLFCFCN④選擇PN≥PLN的電動(dòng)機(jī)

。⑤校驗(yàn)起動(dòng)能力（對(duì)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)而言）。恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇※如果

FC＜10%，可按短時(shí)運(yùn)行選擇電動(dòng)機(jī)?！绻鸉C＞70%，可按連續(xù)運(yùn)行選擇電動(dòng)機(jī)?！纠?1.3】有一斷續(xù)周期工作的生產(chǎn)機(jī)械，運(yùn)行時(shí)間tW=90s，停機(jī)時(shí)間tS=240s，需要轉(zhuǎn)速n=700r/min左右的三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=275N·m。試選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。解：(1)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際負(fù)載持續(xù)率(2)選擇FCN

=25%的S3工作制繞線型異步電動(dòng)機(jī)。(3)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率FC=×100%tWtW＋tS

=×100%=27.27%9090＋240

PL

=TL

n260

=×275×700W=20.15kW2×3.1460恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇PLN

=PLFCFCN=20.15×kW=21kW0.27270.25換算到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù)率時(shí)的負(fù)載功率(3)選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率PN≥21kW。10.5恒定負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇11.6變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇1.周期性變動(dòng)負(fù)載的電動(dòng)機(jī)(1)求出各段時(shí)間電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率OtPPL1t1t2t3t4PL2PL3PL4PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···PL

=(2)求出平均負(fù)載功率(3)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的PNPN

=(1.1~1.6)PL(4)發(fā)熱校驗(yàn)第11章電動(dòng)機(jī)的選擇(4)發(fā)熱校驗(yàn)①平均損耗法電動(dòng)機(jī)的平均功率損耗為PalL1t1＋PalL2t2＋···t1＋t2＋···PalL

=※

PalL1、PalL2——每段時(shí)間的功率損耗。由電動(dòng)機(jī)的效率曲線

=f(P2)

可得PalLi

=－PLiPLi

i電動(dòng)機(jī)的額定功率損耗PalN

=－PNPN

N變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇如果PalL≤PalN，發(fā)熱校驗(yàn)合格。否則需加大電動(dòng)機(jī)的PN，再做發(fā)熱校驗(yàn)。②等效電流法適用于電動(dòng)機(jī)的P0和電阻不變的情況。電動(dòng)機(jī)的平均銅損耗為RIL1t1＋RIL2t2＋···t1＋t2＋···PCuL

=22=RIL2※

IL——產(chǎn)生該平均銅損耗

相當(dāng)?shù)牡刃щ娏?。IL

=IL1t1＋I(xiàn)L2t2＋···t1＋t2＋···22變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇當(dāng)IL≤IN，發(fā)熱校驗(yàn)合格。否則需加大電動(dòng)機(jī)的PN，再做發(fā)熱校驗(yàn)。③等效轉(zhuǎn)矩法

適用于電動(dòng)機(jī)的P0和R不變且

T∝I的情況。與等效電流對(duì)應(yīng)的等效轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)的額定銅損耗為PCuN=RIN2TL

=TL1t1＋TL2t2＋···t1＋t2＋···22只要TL≤TN，發(fā)熱校驗(yàn)合格。變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇④等效功率法適用于電動(dòng)機(jī)的P0和R不變，T∝I，

且n基本不變的情況。由于n不變，有P∝T，則等效負(fù)載功率為PL

=PL1t1＋PL2t2＋···t1＋t2＋···22只要PL≤PN，發(fā)熱校驗(yàn)合格。(5)校驗(yàn)過(guò)載能力交流電動(dòng)機(jī)：TLmax≤TM

=

MTTN

直流電動(dòng)機(jī)：ILmax≤Iamax=(1.5~2)IaN(6)校驗(yàn)起動(dòng)能力滿足對(duì)Tst

和Ist的要求。變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇【例11.4】某生產(chǎn)機(jī)械擬用一臺(tái)轉(zhuǎn)速為1000r/min左右的籠型三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。負(fù)載曲線如圖所示。其中PL1=18kW，t1=40s，PL2=24kW，t2=80s，PL3=14kW，t3=60s，PL4=16kW，t4=70s。起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLst=300N·m，采用直接起動(dòng)，起動(dòng)電流的影響可不考慮。試選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。解：(1)平均負(fù)載功率OtPPL1t1t2t3t4PL2PL3PL4PL1t1＋PL2t2＋PL3t3＋PL4t4t1＋t2＋t3＋t4

PL

=

18×40＋24×80＋14×60＋16×7040＋80＋60＋70=KW

=18.4kW變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇(2)預(yù)選Y200L2－6型三相異步電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的PN=22kW，nN=970r/min，

st

=1.8，

MT

=2.0。(3)進(jìn)行發(fā)熱校驗(yàn)（用等效功率法）PL

=PL1t1＋PL2t2＋PL3t3＋PL4t4

t1＋t2＋t3＋t4

2222=

18×40＋24×80＋14×60＋16×7040＋80＋60＋702222kW=18.84kW由于PL＜PN，發(fā)熱校驗(yàn)合格。

變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇(4)校驗(yàn)過(guò)載能力由于n基本不變，P∝T，因此直接用PM校驗(yàn)。因?yàn)?/p>

PM=

MTPN=2×22kW=44kW

PLmax=24kW所以PM＞PLmax，過(guò)載能力合格。(5)校驗(yàn)起動(dòng)能力TN

=260PNnN

=

×N·m=216.7N·m602×3.1422×103

970變動(dòng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)額定功率的選擇Tst=

stTN

=1.8×216.7N·m=390N·m因?yàn)橐骉st＞(1.1~1.2)TLst

=(1.1~1.2)×300N·m

=330~360N·m所以起動(dòng)能力校驗(yàn)合格。2.需要考慮起動(dòng)、制動(dòng)和停機(jī)過(guò)程時(shí)發(fā)熱公式的修正OtPnPL2PL1t1t2

t3t4PL3PL1n考慮起動(dòng)、制動(dòng)、停機(jī)的負(fù)載曲線PalL1t1＋PalL2t2＋PalL3t3t1＋t2＋

t2＋

t4PalL

=IL

=IL1t1＋I(xiàn)L2t2＋I(xiàn)L3t3t1＋t2＋

t2＋

t4222TL

=TL1t1＋TL2t2＋TL3t3t1＋t2＋

t2＋

t422