1、電驅(qū)動的基礎(chǔ)，第五章，電驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)的選擇，5.1電機(jī)選擇的原則和主要內(nèi)容5.1.1電機(jī)選擇的一般原則，(1)根據(jù)使用場合的環(huán)境條件，選擇結(jié)構(gòu)上與環(huán)境條件相適應(yīng)的電機(jī)，如具有適當(dāng)保護(hù)和冷卻方法的電機(jī)。(2)選用的電機(jī)應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械提出的各種機(jī)械特性的要求。如速度、速度穩(wěn)定性、速度調(diào)節(jié)、起動和制動時間等。(3)充分利用所選電機(jī)的功率，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象。通過計算確定合適的電機(jī)功率，以便設(shè)備所需的功率接近所選電機(jī)的功率。(4)選用的電機(jī)可靠性高，維護(hù)方便。(5)互換性較好，一般應(yīng)盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)產(chǎn)品。(6)綜合考慮電機(jī)的極數(shù)和電壓等級，電機(jī)運行可靠，效率高，損耗低。在研究電機(jī)加熱時，電機(jī)

2、溫度和環(huán)境溫度之間的差異通常稱為“溫升”。顯然，不同絕緣材料電機(jī)的最大允許溫升是不同的。電機(jī)銘牌上標(biāo)注的溫升是指所用絕緣材料的最大允許溫度與40之間的差值，或額定溫升。例如，國產(chǎn)Z272 DC電機(jī)采用E級絕緣，其最高允許溫度為120，所以銘牌上標(biāo)注的溫升為80。在選擇電機(jī)功率時，除了加熱外，有時還需要考慮電機(jī)的過載能力是否足夠，因為各種電機(jī)的短期過載能力都是有限的。根據(jù)以下條件檢查電機(jī)的過載情況：(額定功率、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)類型、工作系統(tǒng)和類型)、5.1.2電機(jī)選擇的主要內(nèi)容、4、5.2電機(jī)加熱和工作系統(tǒng)的分類。對于DC電機(jī)，過載能力受到換向允許的最大電流值的限制。在額定磁通下，z型D

3、C電動機(jī)可選擇作為籠型異步電動機(jī)，有時必須檢查起動能力。5.2.1電動機(jī)的加熱過程可選擇為，異步電動機(jī)為，5，同步電動機(jī)為，5。熱平衡方程是一個基本形式的微分方程，其解的形式如下，其中，它是加熱過程的初始溫升。電機(jī)可以達(dá)到的最大穩(wěn)定溫升，即電機(jī)在額定功率下運行時的損耗功率和熱流。對于相同尺寸的電機(jī)，要提高其額定功率，可以從以下三個方面入手：1)提高額定效率，2)提高散熱系數(shù)，3)提高絕緣材料的允許溫升，5.2.2電機(jī)的冷卻過程中，電機(jī)的冷卻可能有兩種情況。首先，當(dāng)負(fù)載減小并且電機(jī)功率損耗減小時；其次，電機(jī)與電網(wǎng)斷開，不再工作，因此電機(jī)的功率變?yōu)榱恪ｋ姍C(jī)工作系統(tǒng)分類(1)連續(xù)工作系統(tǒng)，電機(jī)長時間

4、連續(xù)工作，其溫升可達(dá)到穩(wěn)定值。屬于這一類的生產(chǎn)機(jī)械包括水泵、鼓風(fēng)機(jī)、造紙機(jī)、機(jī)床主軸等。間歇循環(huán)工作系統(tǒng)，其中負(fù)載工作時間與整個循環(huán)的比率稱為負(fù)載持續(xù)時間ZC，9，5.3連續(xù)工作系統(tǒng)下電機(jī)功率的選擇，5.3.1恒定負(fù)載下電機(jī)功率的選擇，在計算負(fù)載功率后，選擇額定功率，當(dāng)環(huán)境溫度不同時，電機(jī)功率可以相應(yīng)地大致增加或減少。當(dāng)環(huán)境溫度低于30時，一般電機(jī)功率僅增加8。必須指出的是，工作環(huán)境的海拔高度對電機(jī)的溫升有影響，因為海拔越高，空氣溫度下降越多，但是由于空氣稀薄，散熱條件大大惡化。這兩個因素是相互補償?shù)?，因此?guī)定當(dāng)使用地點的海平面高度不超過1000米時，不需要校正額定功率。當(dāng)海拔高度超過1000

5、米時，在平原地區(qū)設(shè)計的電機(jī)在工廠試驗期間允許的溫升必須降低，才能在高原地區(qū)使用。補充示例5-1一個離心水泵，直接與一個20米水頭流量的電機(jī)相連，11，傳動機(jī)構(gòu)效率，直接連接為0.951，皮帶傳動為0.9，選擇一臺Y2系列異步電機(jī)，其數(shù)據(jù)為：且所選電機(jī)無需進(jìn)行加熱檢查。5.3.2可變負(fù)載下電機(jī)功率的選擇，12，可變負(fù)載下使用的電機(jī)通常設(shè)計為恒定負(fù)載運行。因此，這種電機(jī)用于變負(fù)荷加熱，必須進(jìn)行檢查。所謂加熱檢查是看電機(jī)在整個運行過程中的最高溫升是否接近和低于允許的溫升，因為只有這樣才能充分利用電機(jī)的絕緣材料而不至于過熱?？勺冐?fù)載下電機(jī)功率選擇的一般步驟如下：1)計算并繪制生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備的負(fù)載圖。2

6、)預(yù)選電機(jī)的功率。13，3)繪制電機(jī)負(fù)載圖，該圖考慮了電機(jī)的穩(wěn)定運行和過渡過程。4)必要時檢查制熱能力、過載能力和啟動能力。下面重點介紹檢查發(fā)熱的方法：(1)平均損耗法，只要發(fā)熱檢查通過。14，(2)等效方法，在平均損耗中對應(yīng)于可變損耗的電流稱為等效電流，15，2等效轉(zhuǎn)矩法，有時已知的不是負(fù)載電流圖，而是轉(zhuǎn)矩圖，它可以用轉(zhuǎn)矩的形式寫成，16，5.3.3在起動，制動和停止過程中有一個校準(zhǔn)加熱公式的修正。以右圖所示的負(fù)載電流圖為例。18，5.4短時工作電機(jī)的選擇，5.4.1為連續(xù)工作系統(tǒng)設(shè)計的電機(jī)的選擇，短時功率為0，時間為0。如果你選擇連續(xù)工作，從加熱的角度來看，電機(jī)不能被充分利用。例5-3大型

7、車床刀架快速移動機(jī)構(gòu)中，驅(qū)動電機(jī)為短時工作系統(tǒng)，刀架重5300牛頓，移動速度15米/分鐘，傳動比100轉(zhuǎn)/分鐘，動摩擦系數(shù)0.1，靜摩擦系數(shù)0.2，傳動效率0.1。20，其中0.9考慮了交流電網(wǎng)10%的波動；交流電機(jī)過載倍數(shù)。有必要檢查起動能力：由于靜摩擦系數(shù)是動摩擦系數(shù)的兩倍，起動負(fù)載的功率為：電機(jī)能發(fā)出的起動功率為：因此，不能檢查起動能力。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，過載倍數(shù)，如果從產(chǎn)品目錄中選擇Y2系列籠型異步電動機(jī)，其數(shù)據(jù)為：21，并選擇另一種類型的電動機(jī)。5.4.2選用專為短時工作系統(tǒng)設(shè)計的電機(jī)，我國專為短時工作系統(tǒng)設(shè)計的電機(jī)有4個工作小時：15分鐘、30分鐘、60分鐘和90分鐘，對于某一臺電機(jī)，

8、其功率因工作時間的不同而不同，其關(guān)系顯然是其過載倍數(shù)也不同，其關(guān)系是。為了提高可靠性，可以選擇Y2系列的另一種電機(jī)、22。當(dāng)電機(jī)的實際工作時間tgx與標(biāo)準(zhǔn)值tg不同時，應(yīng)將tgx下的功率Px轉(zhuǎn)換為tg下的功率Pg，然后根據(jù)Pg進(jìn)行電機(jī)功率選擇或加熱驗證。5.5間歇周期工作系統(tǒng)電機(jī)的選擇。這些電機(jī)的共同特點是起動能力強、過載能力大、慣性小(飛輪慣性小)、機(jī)械強度高、絕緣材料等級高、結(jié)構(gòu)封閉和臨界轉(zhuǎn)差率高(對于籠型異步電機(jī))。對于特定的電機(jī)，當(dāng)負(fù)載持續(xù)率ZC不同時，額定輸出功率也不同。以國產(chǎn)起重機(jī)用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)為例，其型號和數(shù)據(jù)見下表。23，如果負(fù)載持續(xù)，可根據(jù)短時工作系統(tǒng)選擇電機(jī)；此外，例

9、如，可以根據(jù)連續(xù)工作系統(tǒng)選擇電機(jī)。例5-4電動機(jī)的負(fù)載圖如圖所示。嘗試檢查YZR200L繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)是否適用。當(dāng)負(fù)載持續(xù)時，電機(jī)的額定功率是額定速度和過載的倍數(shù)。假設(shè)電機(jī)是風(fēng)扇冷卻的，在不同的輸出功率下，其功率因數(shù)是恒定的。，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)時間率，25，那么，因為，YZR200L電機(jī)不適用，并且必須更換功率較高的電機(jī)。相關(guān)環(huán)節(jié)1籠型異步電動機(jī)每小時允許合閘時間的確定(略)。籠型異步電動機(jī)在驅(qū)動某些生產(chǎn)機(jī)械時，啟動和制動頻繁，每小時的關(guān)閉次數(shù)達(dá)600次以上。此時，由于電動機(jī)在起動和制動過程中能量損失較大，經(jīng)常會產(chǎn)生嚴(yán)重的熱量，因此籠型異步電動機(jī)每小時允許的合閘次數(shù)根據(jù)加熱情況而有所限制。

10、在這種情況下選擇電機(jī)工作時，必須檢查每小時的關(guān)閉時間，每小時的實際關(guān)閉時間必須低于允許的關(guān)閉時間，這樣才能通過檢查，如果電機(jī)連續(xù)工作，也不會過熱。如果電機(jī)以穩(wěn)定的速度運行，其負(fù)載為額定負(fù)載、26、相關(guān)連接2中沖擊負(fù)載電機(jī)的選擇(略)、沖擊負(fù)載生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載圖，其特征是負(fù)載在工作時間內(nèi)急劇變化，并周期性交替。屬于這種類型的生產(chǎn)機(jī)械包括沖床、壓力機(jī)、軋機(jī)、鍛錘等。帶飛輪的電驅(qū)動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于帶沖擊載荷的生產(chǎn)機(jī)械中，以幫助電機(jī)克服沖擊載荷。飛輪起到平衡負(fù)載的作用，減少電機(jī)的損耗，從而降低電機(jī)的功率。27，介紹帶有附加飛輪的驅(qū)動系統(tǒng)中電機(jī)功率的選擇。選擇步驟如下：(2)預(yù)選附加飛輪的飛輪慣量，(3)繪制電機(jī)負(fù)載圖，(4)檢查電機(jī)發(fā)熱，(5)檢查過載能力，(28)相關(guān)連接，(3)電動調(diào)速電機(jī)功率選擇(略)，(1)DC調(diào)速電機(jī)功率選擇，(1)降壓調(diào)速，如果降壓調(diào)速用于恒功率負(fù)載，則電機(jī)可以安全運行。它的值將是負(fù)載功率的D倍，即29。刨床所需的實際切削功率是，由于降速調(diào)節(jié)是從額定速度向下調(diào)節(jié)的，電機(jī)不能低于負(fù)載所需的最大速度。通常、30、(2)弱磁調(diào)速，籠型異步電動機(jī)的功率選擇用4個變頻調(diào)速(略)、(1)調(diào)速段，當(dāng)變頻調(diào)速時，如果忽略定子損耗而轉(zhuǎn)矩為、31，當(dāng)它為定值時，允許的轉(zhuǎn)矩輸出近似恒定，而允許的輸出功率為。在速度調(diào)節(jié)部分，速度調(diào)節(jié)模式是近似恒定的扭矩。32，(2)(調(diào)速