第8章电力拖动系统中电动机的选择第4版（终稿）ppt课件

第8章 电力拖动系统中电动机的选择8.2 8.2 电动机的工作制分类电动机的工作制分类8.3 8.3 电动机容量的选择方法电动机容量的选择方法8.4 8.4 电动机种类、形式、电压、转速的选择电动机种类、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、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。额定转速、种类及形式的选择。8.1 8.1 电动机的发热和冷却电动机的发热和冷却教学内容：教学内容：8.2 电动机的工作制分类电动机的工作制分类8.3 电动机容量的选择方法电动机容量的选择方法8.4第8章 电力拖动系统中电动机的选择1.1.了解电动机的发热和冷却情况；了解电动机的发热和冷却情况；2.2.掌握电动机的工作制类型；掌握电动机的工作制类型；3.3.掌握电动机容量的选择方法；掌握电动机容量的选择方法；4.4.掌握电动机种类、形式、电压、转速的选择。掌握电动机种类、形式、电压、转速的选择。教学目的与要求：教学目的与要求：1.了解电动机的发热和冷却情况；教学目的与要求：了解电动机的发热和冷却情况；教学目的与要求：第8章 电力拖动系统中电动机的选择8.0 8.0 电动机的选择概述电动机的选择概述1.1.电动机的选择：电动机的选择：主要是指主要是指电动机的电动机的额定功率额定功率、额定电压额定电压、额定额定转速转速、种类种类、型式型式等的选择。等的选择。2.2.选择电动机的原则：选择电动机的原则：3.3.额定功率选择的重要性额定功率选择的重要性：功率选得太大，电动机容量得不功率选得太大，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；到充分利用，电机处于轻载工作，效率低，运行费用高；功功率选得太小，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。率选得太大或太小都不经济。4.4.电动机功率选择考虑的因素电动机功率选择考虑的因素：发热、过载能力、起动能力。：发热、过载能力、起动能力。一是满足生产机械负载的要求；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。二是经济上应该是最合理的。说明：说明：电力拖动系统的设计中，电动机的选择是非常重要的。电力拖动系统的设计中，电动机的选择是非常重要的。8.0 电动机的选择概述电动机的选择概述1.电动机的选择：主要是指电动机的额电动机的选择：主要是指电动机的额第8章 电力拖动系统中电动机的选择8.1 8.1 电动机的发热和冷却电动机的发热和冷却1.1.发热发热：电动机负载运行时，因产生损耗而发热。电动机负载运行时，因产生损耗而发热。2.2.温升温升：电动机温度比环境温度高出的数值。：电动机温度比环境温度高出的数值。3.3.稳定温升稳定温升：电动机的发热与散热相等，电动机温度不再增加，：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。平衡状态。4.4.电动机发热的过度过程电动机发热的过度过程：从开始发热到热平衡状态的过程。从开始发热到热平衡状态的过程。式中：式中：0 0,s s 分别为电动机发热过程的分别为电动机发热过程的起始温升起始温升和和稳定温升稳定温升。T T为电动机的为电动机的发热时间常数发热时间常数。8.1 电动机的发热和冷却电动机的发热和冷却1.发热：电动机负载运行时，因产生发热：电动机负载运行时，因产生第8章 电力拖动系统中电动机的选择若发热开始时，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温升0 0=0=0，则温升表达式为：，则温升表达式为：。5.5.电动机的发热曲线：电动机的发热曲线：温升变化解释温升变化解释：发热开始，由于温升小，发热开始，由于温升小，散发出的热量较少，大部分热量被电散发出的热量较少，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，电动机的温升不量与散热量相等时，电动机的温升不再升高而达到稳定值。再升高而达到稳定值。温度变化，理论上温度变化，理论上tt时才能达到稳时才能达到稳定温升定温升s s，实际上当，实际上当t=(3-4)Tt=(3-4)T时接近时接近s s。小容量电动机。小容量电动机T=20-30minT=20-30min；大容；大容量电动机量电动机T=2-3hT=2-3h。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第8章 电力拖动系统中电动机的选择6.6.电动机的冷却过程方程：电动机的冷却过程方程：负载减小或电动机断电，电动机降温负载减小或电动机断电，电动机降温式中：式中：o os s且分别为电动机冷却开始时的温升和稳定温且分别为电动机冷却开始时的温升和稳定温升。升。TT为电动机的冷却时间常数，一般为电动机的冷却时间常数，一般TTTT。7.7.电动机的冷却曲线：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。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，注意：电动机断电时，s s=0=0。*电动机的温升或者说最高温度，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。由电动机使用的绝缘材料来决定。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，电动机降温式第8章 电力拖动系统中电动机的选择8.8.绝缘材料与绝缘等级绝缘材料与绝缘等级说明说明：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：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，过其绝缘材料的最高允许温度时，绝缘材料寿命可达绝缘材料寿命可达2020年年。最高温度每超过。最高温度每超过8C8C，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。，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.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第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.2 8.2 电动机的工作制分机的工作制分类 为了适应不同负载的需要，按负载持续时间的不同，国家标准把为了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电动机分成三种工作方式或三种工作制三种工作制，细分八类，用，细分八类，用S1S8S1S8表示。表示。8.2.1 8.2.1 连续工作制工作制(S1)(S1)1.1.连续工作制连续工作制：工作时间工作时间 t tw w(3(34)T4)T，可达几小时或几十小时，可达几小时或几十小时，温升可达稳定值温升可达稳定值又称又称长期工作制长期工作制。2.2.功率负载图功率负载图P=f(t)P=f(t)及温升曲线及温升曲线=f(t)=f(t)。3.3.典型例子：典型例子：水泵、通风机、造纸机、纺水泵、通风机、造纸机、纺 织机等。织机等。8.2 电动机的工作制分类电动机的工作制分类 为了适应不同负载的需要，按为了适应不同负载的需要，按第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.2.2 8.2.2 短时工作制短时工作制(S2)(S2)1.1.短时工作制：短时工作制：工作时间很短，工作时间很短，t tw w(3(3(34)T,4)T,停机时电动机停机时电动机的温度足以降至周围环境温度，温升降至零。的温度足以降至周围环境温度，温升降至零。2.2.功率负载图功率负载图P=f(t)P=f(t)及温升曲线及温升曲线=f(t)=f(t)。3.3.典型例子：典型例子：水闸闸门、吊车、车床的夹水闸闸门、吊车、车床的夹紧装置等。紧装置等。4.4.我国短时工作制标准工作时间有：我国短时工作制标准工作时间有：15min15min、30min30min、60min60min、90min90min四种。四种。8.2.2 短时工作制短时工作制(S2)1.短时工作制：工作时间很短短时工作制：工作时间很短第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.2.3 8.2.3 断断续周期工作制周期工作制(S3)(S3)1.1.断续周期工作制：断续周期工作制：电动机按一系列相同的工作周期运行，在电动机按一系列相同的工作周期运行，在一个周期内，工作时间一个周期内，工作时间t tw w(3(34)T4)T，停歇时间，停歇时间t t0 0(3(34)T4)T，即工作时温升达不到稳定值，停歇时温升也降不到零。即工作时温升达不到稳定值，停歇时温升也降不到零。国家国家标准准规定：定：每个工作周期每个工作周期t tc c=t=tw w+t+t0 010min10min，称，称为重复短重复短时工作制工作制。8.2.3 断续周期工作制断续周期工作制(S3)1.断续周期工作制：电动断续周期工作制：电动第8章 电力拖动系统中电动机的选择2.2.断续周期工作制可分为六类断续周期工作制可分为六类（见国家标准（见国家标准GB755-81GB755-81）断续周期工作制断续周期工作制(S3)(S3)包括起包括起动的的断续周期工作制断续周期工作制(S4)(S4)包括包括电制制动的的断续周期工作制断续周期工作制(S5)(S5)连续周期工作制（周期工作制（S6S6）包括包括电制制动的的连续周期工作制周期工作制(S7)(S7)包括包括负载与与转速相速相应变化的化的连续周期工作制周期工作制(S8)(S8)2.断续周期工作制可分为六类（见国家标准断续周期工作制可分为六类（见国家标准GB755-81）第8章 电力拖动系统中电动机的选择3.3.断续周期工作制（断续周期工作制（S3)S3)功率负载图功率负载图P=f(t)P=f(t)及温升曲线及温升曲线=f(t)=f(t)4.4.典型例子：典型例子：起重机、电梯、某些自动机床的工作机构等。起重机、电梯、某些自动机床的工作机构等。结论：结论：温升经过若干周期后，会在某一范围波动。温升经过若干周期后，会在某一范围波动。3.断续周期工作制（断续周期工作制（S3)功率负载图功率负载图P=f(t)及温升曲线及温升曲线第8章 电力拖动系统中电动机的选择5.5.负载持续率或暂载率：负载持续率或暂载率：在断续周期工作制中，工作时间与在断续周期工作制中，工作时间与工作周期之比，用工作周期之比，用FC%FC%表示。表示。6.6.我国规定的标准负载持续率：我国规定的标准负载持续率：15%15%、25%25%、40%40%、60%60%等四种。等四种。7.7.注意：注意：断续周期工作制电动机因起动频繁，要求断续周期工作制电动机因起动频繁，要求过载能力强过载能力强、飞飞轮矩小轮矩小、机械强度好机械强度好，需要专门设计。，需要专门设计。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，工作时间与工作周第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.3.1 8.3.1 连续工作制工作制电动机容量的机容量的选择连续工作制负载类型：连续工作制负载类型：常值负载常值负载和和变化负载变化负载。一、常值负载下电动机容量的选择一、常值负载下电动机容量的选择选择一台一台额定容量定容量等于或略大于等于或略大于负载容量容量、转速又合适速又合适的的电动机即可，不需要机即可，不需要发热校校验。-比比较简单8.3 8.3 电动机容量的选择方法电动机容量的选择方法-三种工作制三种工作制 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：连续工作制电动机容量的选择连续工作制负载类型：第8章 电力拖动系统中电动机的选择二、变化负载下电动机容量的选择二、变化负载下电动机容量的选择1.1.变化化负载的功率的功率图P=f(t)P=f(t)自自动车床加工各道工序床加工各道工序时，主，主轴电动机的机的负载功率功率图（一个周期）；（一个周期）；负载周期性周期性变化化电动机的温升周期性机的温升周期性变化，温升波化，温升波动在最大在最大负载P1P1和最小和最小负载P2P2之之间变化；化；按最大按最大负载功率功率选择电动机容量，不能充机容量，不能充分利用；按最小分利用；按最小负载功率功率选择电动机容量，机容量，电动机必然机必然过载。电动机容量机容量选择在最大在最大负载P1P1与最小与最小负载P2P2之之间，既保，既保证电机充机充分利用，温升又不超分利用，温升又不超过允允许值。变化负载的功率图变化负载的功率图二、变化负载下电动机容量的选择二、变化负载下电动机容量的选择1.变化负载的功率图变化负载的功率图P=f(t第8章 电力拖动系统中电动机的选择思想思想：用一个不：用一个不变的的电流流I Ieqeq来等效来等效实际上上变化的化的负载电流，要求在流，要求在同一周期内，等效同一周期内，等效电流流I Ieqeq与与实际变化的化的负载电流流产生的生的损耗相等。耗相等。假假设电机的机的铁耗与耗与绕组电阻不阻不变，则损耗与耗与电流平方成正比。流平方成正比。等效等效电流流为：式中：式中：t tn n为对应负载电流流I In n的工作的工作时间。2.2.电动机容量的选取方法电动机容量的选取方法等效电流法、转矩法和功率法等效电流法、转矩法和功率法说明：明：选用用电动机的机的额定定电流流I IN N应大于或等于等效大于或等于等效电流流I Ieq eq；必须先求出用电流表示的负载图必须先求出用电流表示的负载图。等效电流法等效电流法思想：用一个不变的电流思想：用一个不变的电流Ieq来等效实际上变化的负载电流，要求来等效实际上变化的负载电流，要求第8章 电力拖动系统中电动机的选择思想思想：电动机运行时，其转矩与电流成正比，如他励直流电动电动机运行时，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。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。等效等效转矩矩为：等效转矩法等效转矩法说明：明：选用用电动机的机的额定定转矩矩T TN N应大于或等于等效大于或等于等效转矩矩T Teq eq；必必须先求出用先求出用转矩表示的矩表示的负载图。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第8章 电力拖动系统中电动机的选择思想思想：电动机运行机运行时，转速保持不速保持不变，功率与，功率与转矩成正比。矩成正比。等效功率等效功率为：等效功率法等效功率法说明明：选用用电动机的功率机的功率P PN N应大于或等于等效功率大于或等于等效功率P Peqeq即可。即可。注意注意：用等效法：用等效法选择电动机的容量机的容量时，要根据最大，要根据最大负载来校来校 验电动机的机的过载能力能力是否符合要求，如果是否符合要求，如果过载能力不能力不能能满足，足，应按按过载能力来能力来选择较大容量的大容量的电动机。机。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。等效功率第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.3.2 8.3.2 短短时工作制工作制电动机容量的机容量的选择一、直接选用短时工作制的电动机一、直接选用短时工作制的电动机1.1.按生按生产机械的功率、工作机械的功率、工作时间及及转速要求，由速要求，由产品目品目录直接直接 选用。用。2.2.短短时负载是是变动的，采用等效法的，采用等效法选择电动机，机，等效等效电流法流法为：8.3.2 短时工作制电动机容量的选择一、直接选用短时工作短时工作制电动机容量的选择一、直接选用短时工作第8章 电力拖动系统中电动机的选择式中式中：I I1 1、t t1 1分分别为起起动电流和起流和起动时间；I In n、t tn n分分别为制制动电流和制流和制动时间；t t0 0为停停转时间；、为考考虑自扇冷自扇冷电动机在起机在起动、制、制动和停和停转期期间因散因散 热条件条件变坏而采用的系数。坏而采用的系数。对于直流于直流电动机：机：=0.75=0.75，=0.5=0.5；对于异步于异步电动机：机：=0.5=0.5，=0.25=0.25。采用等效法时：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。必须注意对选用电动机进行过载能力的校验。式中：式中：I1、t1分别为起动电流和起动时间；分别为起动电流和起动时间；第8章 电力拖动系统中电动机的选择二、选用断续周期工作制的电动机二、选用断续周期工作制的电动机1.1.没有合适的短没有合适的短时工作制的工作制的电动机机时，可采用，可采用断断续周期工周期工作制作制的的电动机来代替。机来代替。2.2.短短时工作制工作制电动机的工作机的工作时间t tw w与断与断续周期工作制周期工作制电动机的机的负载持持续率率 FC%FC%之之间的关系的关系为：t tw w/min/min306090FC%15%25%40%二、选用断续周期工作制的电动机二、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没有合适的短时工作制的电动第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.3.3 8.3.3 断续周期工作制电动机容量的选择断续周期工作制电动机容量的选择1.1.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。接选取。2.2.国家标准规定电动机的负载持续率国家标准规定电动机的负载持续率 FC%FC%只有四种，而实际负只有四种，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P Px x换算成标准负载持续率换算成标准负载持续率FC%FC%下的功率，即下的功率，即说明：明：根据根据标准准负载持持续率率FC%FC%和功率和功率P P，选择合适的合适的电动机；机；实际负载持持续率率FCFCx x%10%70%70%时，按，按连续工作制工作制选择电动机。机。8.3.3 断续周期工作制电动机容量的选择断续周期工作制电动机容量的选择1.根据生产机械根据生产机械第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.3.4 8.3.4 统计法和类比法统计法和类比法1.1.前面方法的弊病：前面方法的弊病：一是计算比较繁杂；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。二是电动机和生产机械负载图难以精确绘制。2.2.选用电动机容量的实用方法：选用电动机容量的实用方法：统计法和类比法。统计法和类比法。一、统计法：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，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。作为选择电动机容量的主要依据。二、类比法：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。行类比，可以确定新的生产机械拖动电动机的容量。8.3.4 统计法和类比法统计法和类比法1.前面方法的弊病：一是计算比较前面方法的弊病：一是计算比较第8章 电力拖动系统中电动机的选择说明：明：电动机的机的选择，除正确，除正确选择功率外，功率外，还要根据生要根据生产机械机械的要求和工作的要求和工作环境，正确境，正确选择电动机的种机的种类、型式、型式、电压和和转速。速。电动机分类：电动机分类：直流电动机和交流电动机。直流电动机和交流电动机。直流直流电动机：机：他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机。机。交流交流电动机：机：笼型、型、绕线转子异步子异步电动机及同步机及同步电动机。机。8.4 8.4 电动机种类、形式、电压、转速的选择电动机种类、形式、电压、转速的选择 8.4.1 8.4.1 电动机种机种类的的选择说明：电动机的选择，除正确选择功率外，还要根据生产机械说明：电动机的选择，除正确选择功率外，还要根据生产机械的要的要第8章 电力拖动系统中电动机的选择电动机种机种类选择：主要从生主要从生产机械机械对起起动性能性能和和调速性能速性能 的要求来考的要求来考虑。1.1.不需要调速的拖动系统：不需要调速的拖动系统：总是考虑交流拖动，特别是笼型异总是考虑交流拖动，特别是笼型异步电动机，如空气压缩机、球磨机。步电动机，如空气压缩机、球磨机。2.2.调速范速范围不广，不广，调速速级数少，不需在低速下数少，不需在低速下长期工作，可考期工作，可考虑交流交流绕线转子子异步异步电动机机或或变极极调速速电动机机。3.3.调速范速范围宽广、广、调速平滑性要求高的速平滑性要求高的场合，通常采用合，通常采用直流直流电动机拖机拖动，或，或交流交流变频调速速电动机机拖拖动。电动机种类选择：主要从生产机械对起动性能和调速性能电动机种类选择：主要从生产机械对起动性能和调速性能 第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.4.2 8.4.2 电动机形式的机形式的选择 根据具体生根据具体生产机械机械类型、工作型、工作环境等特点，来确定境等特点，来确定电动机机的的结构形式，如构形式，如直立式直立式、卧式卧式、开启式开启式、封封闭式式、防滴式防滴式、防防爆式。爆式。8.4.3 8.4.3 电动机机额定定电压的的选择我国的一般我国的一般标准是：准是：交流交流电压三相三相为380V380V，直流，直流电压为220V220V。大容量交流大容量交流电动机通常机通常设计成高成高压供供电，如，如3kV3kV、6kV6kV或或10kV10kV。大容量直流大容量直流电动机，通常考机，通常考虑额定定电压为440V440V。（可减小。（可减小电枢枢电流）流）8.4.2 电动机形式的选择电动机形式的选择 根据具体生产机械类型、根据具体生产机械类型、第8章 电力拖动系统中电动机的选择 8.4.4 8.4.4 电动机机额定定转速的速的选择影响影响电动机机额定定转速的因素：速的因素：电力拖力拖动系系统的的经济性性和和生生产机械的效率机械的效率。转速速选择的原的原则：根据初期投根据初期投资和和维护费用的大小来决定。用的大小来决定。注意：注意：对于于频繁起繁起动、制、制动或反向的拖或反向的拖动系系统中，中，还应 根据根据电动机瞬机瞬态过程程时间最短、能量最短、能量损耗最小来耗最小来选择适当的适当的额定定转速。速。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：电动机额定转速的选择影响电动机额定转速的因素：第8章 电力拖动系统中电动机的选择教学重点：教学重点：1 1 掌握电动机容量的选择方法掌握电动机容量的选择方法三种工作制角度三种工作制角度2 2 掌握电动机种类、型式、电压、转速的选择掌握电动机种类、型式、电压、转速的选择教学难点：教学难点：电动机的功率负载图及温升曲线的理解电动机的功率负载图及温升曲线的理解小小 结结教学重点：教学重点：1 掌握电动机容量的选择方法掌握电动机容量的选择方法三种工作制角度三种工作制角度2 掌掌第8章 电力拖动系统中电动机的选择主编：撰稿教师：（以姓氏为序）制作：责任编辑：电子编辑：主编：主编：撰稿教师：撰稿教师：（以姓氏为序）制作：（以姓氏为序）制作：责任编辑：责任编辑：