第8章电动机选择

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大连理工大学电气工程系,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大连理工大学电气工程系,*,LFChun,制作,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,8.2,电机的发热和冷却,第,8,章 电动机的选择,8.1,电动机选择的基本内容,8.3,电机的工作制,8.4,电机的允许输出功率,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,电机与拖动,8.1,电动机选择的基本内容,一、类型的选择,1.,生产机械对电动机的要求,机械特性、起动性能、调速性能、,制动方法、过载能力,2.,经济效益,二、功率的选择,既不能过载，也不能长期轻载。,类比法、统计法、实验法、计算法。,第,8,章 电动机的选择,三、电压的选择,1.,三相异步电动机的额定电压,380 V,、,3 000 V,、,6 000 V,、,10 000 V,。,2.,根据功率选择电压,P,N,200 kW,时，选择,U,N,= 380 V,。,P,N,200 kW,时，选择高压电机。,一般大中型电动机选择,U,N,= 6 000 V,。,3.,中小型直流电动机的额定电压,110 V,、,220 V,、,160 V,、,440 V,。,由,220 V,单相桥式整流器供电,由,380 V,三相全控桥式整流器供电,三相同步电动机额定电压基本与三相异步电,动机相同。,8.1,电动机选择的基本内容,四、转速的选择,五、外形结构的选择,开启式、防护式、封闭式、密封式、,防爆式。,8.1,电动机选择的基本内容,开启式电动机,(,电机两侧和端盖上有通风口，散热条件好，但易进入杂质和异物。,),8.1,电动机选择的基本内容,防护式电动机,(,仅电机基座底部有通风口，散热条件好较差，但较易进入杂质和异物。,),Y,系列（,IP23,）电动机是防护型自扇冷式笼型三相异步电动机,8.1,电动机选择的基本内容,更多的图片,封闭式电动机,离心制冷机用封闭式电机,螺杆制冷机用封闭式电机,8.1,电动机选择的基本内容,密封式电动机（无通风口，靠基座表面散热，散热条件差，但杂质和异物不能进入。,),Y,系列（,IP44,）电动机是全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,8.1,电动机选择的基本内容,防爆式电动机（在密闭式的基础上制成隔爆式，机壳强度高。,YB,系列）,YB2-B,35,8.1,电动机选择的基本内容,六、安装型式的选择,卧式、立式。,8.1,电动机选择的基本内容,(1) B,3,，卧式,(2) B,5,，卧式,(3) B,35,，卧式,(4) V,1,，立式（用于地下罐）,B,3,型,8.1,电动机选择的基本内容,B,5,型,8.1,电动机选择的基本内容,B,35,型,8.1,电动机选择的基本内容,立式电动机（,V,1,型）,8.1,电动机选择的基本内容,七、工作制的选择,有九种工作制。,如连续工作制、短时工作制、断续周期工作制。,八、型号的选择,Y,系列,封闭式笼型三相异步电动机。,YR,系列,绕线型三相异步电动机。,YD,系列,三相多速异步电动机。,YB,系列,防爆型三相异步电动机。,T,系列,三相同步电动机。,Z,系列,直流电动机。,8.1,电动机选择的基本内容,8.2,电机的发热和冷却,电机的温升,=,电机的温度周围环境温度,当 发热量,=,散热量时，,=,稳定值。,电机的热平衡方程式,C,d,A,d,t,=,Q,d,t,Q,热量（单位时间内产生的热量）。,C,热容量（温度每升高,1 K,所需的热量）。,A,散热系数,（,为,1 K,时，每秒所散出的热量）。,第,18,章 电动机的选择,i,电机的初始温升。,s,=,Q,/,A,电机的稳定温升。,=,C,/,A,电机的发热和冷却时间常数。,d,d,t,C,A,=,Q,A,=,s,(,i,s,),e,t,O,t,s,i,O,t,i,s,8.2,电机的发热和冷却,8.3,电机的工作制,一、连续工作制（,S,1,工作制）,O,t,P,s,P,L,应用,通风机、水泵、,纺织机、造纸机等。,第,8,章 电动机的选择,二、短时工作制（,S,2,工作制）,标准运行时间：,15,、,30,、,60,、,90 min,。,O,t,P,s,M,P,L,t,W,应用,水闸启闭机、,冶金用的电动机、,起重机中的电动机。,8.3,电机的工作制,大连理工大学电气工程系,三、断续周期工作制（,S,3,工作制）,O,t,P,P,L,t,W,t,S,s,H,L,负载持续率,FC,= 100%,t,W,t,W,t,S,标准负载持续率,FC,= 15%,FC,= 25%,FC,= 40%,FC,= 60%,周期：,t,W,t,S,10 min,。,应用,起重机、电梯、轧钢辅助机械中的电动机。,8.3,电机的工作制,四、包括起动的断续周期工作制（,S,4,工作制）,五、包括电制动的断续周期工作制（,S,5,工作制）,六、连续周期工作制（,S,6,工作制）,七、包括电制动的连续周期工作制（,S,7,工作制）,八、包括变速变负载的连续周期工作制（,S,8,工作制）,九、负载和转速非周期变化工作制（,S,9,工作制）,8.3,电机的工作制,实际环境温度,满载时的,P,Fe,/,P,Cu,8.4,电机的允许输出功率,一、额定功率的确定,表,10.4.1,电机的绝缘等级,绝缘等级,允许最高温度,/,A E B F H C,105 120 130 155 180,180,二、工作制的影响,三、环境温度的影响,P,2,=,P,N,1,(1,),40,N,第,8,章 电动机的选择,=,P,F,P,V,表,10.4.2,电机允许输出的功率,实际环境温度,/,允许输出功率,增减的百分数,30 35 40 45 50 55,8,%,5,%,0,5,%,12.5,%,20,%,工程上也可以按下表对,P,2,估算。,四、海拔高度的影响,海拔高度越高，空气越稀薄，散热越困难，,使得,P,2,P,N,。,海拔,1 000 m ,h, 4 000 m,h,=,100 m,，,N,降低,1%,，,P,2,降低,0.5%,。,8.4,电机的允许输出功率,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,一、连续运行的电动机,(1),选择工作制为,S,1,的电动机。,(2),求出电动机的负载功率,P,L,P,L,=,P,m,m,t,P,m,生产机械的输出功率；,m,生产机械的效率；,t,电动机与生产机械之间传动机构的效率。,(3),选择,P,N,=,P,L,或略大于,P,L,的电动机。,(4),校验起动能力。,第,8,章 电动机的选择,【,例,8.1,】,有一台由电动机直接拖动的离心水泵，流量,Q,= 0.04 m,3,/s,，扬程,h,= 8 m,，效率,m,= 0.58,，,转速,n,= 1 440 r/min,。试选择电动机的额定功率。,解：,(1),该电机属于恒定负载连续运行工作方,式，故选择工作制为,S,1,的电动机。,(2),由水泵设计手册查得,P,m,=,Q,h,102,水的密度,= 1 000 kg /m,3,。,P,m,= kW = 3.14 kW,0.041 0008,102,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,对于直接传动,t,= 1,，故,P,L,=,P,m,m,t,= kW = 5.41 kW,3.14,0.581,(3),选择,P,N,P,L,的电动机。,例如选择,P,N,= 5.5,kW,，,n,N,= 1 440 r/min,的,Y,系列三相笼型异步电动机。,(4),起动能力校验,水泵为通风机负载特性类的生产机械，,起动能力不会有问题。,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,满载时的,P,Fe,/,P,Cu,实际运行时间,标准运行时间,二、短时运行的电动机,1.,选择工作制为,S,2,的电动机,(1),选择标准运行时间与实际运行时间相同或相,近的电动机。,(2),求出电动机的负载功率,P,L,。,(3),将,P,L,折算成标准运行时间的负载功率,P,LN,。,P,L,P,LN,=,1,t,WN,t,W,t,WN,t,W,( ),8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,当,t,W,t,WN,时，则上式可简化为,(4),选择额定功率,P,N,P,LN,的电动机,。,(5),校验起动能力（对三相笼型异步电动机而言）。,P,LN,=,P,L,t,W,t,WN,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,2.,选择工作制为,S,3,的电动机,(1),将,S,3,工作制的,FC,N,换算成,S,2,工作制的,t,WN,，,其对应关系为,FC,N,= 15%,t,WN,= 30 min,FC,N,= 25%,t,WN,= 60 min,FC,N,= 40%,t,WN,= 90 min,(2),再按,(1),中步骤进行计算。,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,(3),选择,P,N,P,LN,的电动机,。,(4),校验起动能力。,如果,t,W,(0.3 0.4),，,此时可以直接由过载能力和起动能力选择电,动机的,P,N,。,3.,选择工作制为,S,1,的电动机,(1),求出电动机的负载功率,P,L,。,(2),将,P,L,折算成,S,1,工作制时的负载功率,P,LN,。,满载时的,P,Fe,/,P,Cu,短时运行时间,电机的发热,时间常数,P,LN,=,P,L,1,e,1,e,t,W,t,W,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,校验过载能力。,则,P,LN,P,L,，,（对笼型异步电动机而言）,【,例,8.2,】,某生产机械为短时运行，每次工作时间,12 min,，停机时间足够长，输出功率,P,m,= 20 kW,，效率,m,= 0.833,，传动机构效率,t,= 0.8,，采用,S,2,工作制的直流电动机拖动。试问电动机的额定功率应为多少？,解：,(1),电动机的负载功率为,(2),选择,t,W,= 15 min,的,S,2,工作制电动机，,其等效负载功率为,(3),选择电动机的额定功率,P,N,26.83 kW,。,P,L,=,P,m,m,t,= kW = 30 kW,20,0.8330.8,P,LN,=,P,L,t,W,t,WN,= 30 kW = 26.83 kW,12,15,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,三、断续周期运行的电动机,(1),选择标准负载持续率,FC,N,与实际负载持续率,FC,相同或相近的,S,3,工作制电动机。,(2),求出电动机的负载功率,P,L,。,(3),将,P,L,换算成标准负载持续率时的负载功率,P,LN,。,( ),P,L,P,LN,=,FC,N,FC,1,FC,N,FC,当,FC,FC,N,时，则,P,LN,=,P,L,FC,FC,N,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,如果,FC,10%,，可按短时运行选择电动机。,如果,FC,70%,，可按连续运行选择电动机。,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,(4),选择,P,N,P,LN,的电动机,。,(5),校验起动能力（对三相笼型异步电动机而言）。,【,例,8.3,】,有一断续周期工作的生产机械，运行时间,t,W,= 90 s,，停机时间,t,S,= 240 s,，需要转速,n,= 700 r/min,左右的三相绕线型异步电动机拖动，电动机的负载转矩,T,L,= 275 Nm,。试选择电动机的额定功率。,解：,(1),电动机的实际负载持续率,(2),选择,FC,N,= 25%,的,S,3,工作制绕线型异步电动机。,(3),电动机的负载功率,FC,= 100%,t,W,t,W,t,S,= 100% = 27.27%,90,90,240,P,L,=,T,L,n,2,60,= 275700 W = 20.15 kW,23.14,60,8,5,恒定负载电动机额定功率的选择,P,LN,=,P,L,FC,FC,N,= 20.15 kW = 21 kW,0.2727,0.25,换算到标准负载持续率时的负载功率,(3),选择电动机的额定功率,P,N,21 kW,。,8.5,恒定负载电动机额定功率的选择,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,一、周期性变动负载的电动机,1.,求出各段时间电动机的负载功率,O,t,P,P,L1,t,1,t,2,t,3,t,4,P,L2,P,L3,P,L4,P,L1,t,1,P,L2,t,2,t,1,t,2,P,L,=,2.,求出平均负载功率,3.,预选电动机的,P,N,P,N,= ( 1.1 1.6 ),P,L,第,8,章 电动机的选择,4.,发热校验,(1),平均损耗法,电动机的平均功率损耗为,P,a,l,L1,t,1,P,a,l,L2,t,2,t,1,t,2,P,a,l,L,=,P,a,l,L1,、,P,a,l,L2,每段时间的功率损耗。,由电动机的效率曲线,=,f,(,P,2,),可得,P,a,l,L,i,=,P,L,i,P,L,i,i,电动机的额定功率损耗,P,a,l,N,=,P,N,P,N,N,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,如果,P,a,l,L,P,a,l,N,，发热校验合格。,否则需加大电动机的,P,N,，再做发热校验。,(2),等效电流法,适用于电动机的,P,0,和电阻不变的情况。,电动机的平均铜损耗为,RI,L1,t,1,RI,L2,t,2,t,1,t,2,P,CuL,=,2 2,=,RI,L,2,I,L,产生该平均铜损耗,相当的等效电流。,I,L,=,I,L1,t,1,I,L2,t,2,t,1,t,2,2 2,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,当,I,L,I,N,，发热校验合格。,否则需加大电动机的,P,N,，再做发热校验。,(3),等效转矩法,适用于电动机的,P,0,和,R,不变且,T,I,的情况。,与等效电流对应的等效转矩,电动机的额定铜损耗为,P,CuN,=,RI,N,2,T,L,=,T,L1,t,1,T,L2,t,2,t,1,t,2,2 2,只要,T,L,T,N,，发热校验合格。,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,(4),等效功率法,适用于电动机的,P,0,和,R,不变，,T,I,，,且,n,基本不变的情况。,由于,n,不变，有,P,T,，则等效负载功率为,P,L,=,P,L1,t,1,P,L2,t,2,t,1,t,2,2 2,只要,P,L,P,N,，发热校验合格。,5.,校验过载能力,交流电动机：,T,Lmax,T,M,=,MT,T,N,直流电动机：,I,Lmax,I,amax,= (1.5 2),I,aN,6.,校验起动能力,满足对,T,ST,和,I,ST,的要求。,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,【,例,8.6.1,】,某生产机械拟用一台转速为,1 000 r/min,左右的笼型三相异步电动机拖动。负载曲线如图所示。其中,P,L1,= 18 kW,，,t,1,= 40 s,，,P,L2,= 24 kW,，,t,2,= 80 s,，,P,L3,= 14 kW,，,t,3,= 60 s,，,P,L4,= 16 kW,，,t,4,= 70 s,。起动时的负载转矩,T,Lst,= 300 Nm,，采用直接起动，起动电流的影响可不考虑。试选择电动机的额定功率。,解：,(1),平均负载功率,O,t,P,P,L1,t,1,t,2,t,3,t,4,P,L2,P,L3,P,L4,P,L1,t,1,P,L2,t,2,P,L3,t,3,P,L4,t,4,t,1,t,2,t,3,t,4,P,L,=,1840,2480,1460,1670,40,80,60,70,=,kW,= 18.4 kW,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,(2),预选,Y200L,2,6,型三相异步电动机，该电动,机的,P,N,= 22 kW,，,n,N,= 970 r/min,，,ST,= 1.8,，,MT,= 2.0,。,(3),进行发热校验（用等效功率法）,P,L,=,P,L1,t,1,P,L2,t,2,P,L3,t,3,P,L4,t,4,t,1,t,2,t,3,t,4,2 2 2 2,=,18 40,24 80,14 60,16 70,40,80,60,70,2 2 2 2,kW,= 18.84 kW,由于,P,L,P,N,，,发热校验,合格。,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,(4),校验过载能力,由于,n,基本不变，,P,T,，,因此直接用,P,M,校验。,因为,P,M,=,MT,P,N,=,222 kW,=,44 kW,P,Lmax,=,24 kW,所以,P,M,P,Lmax,，,过载能力,合格。,(5),校验起动能力,T,N,=,2,60,P,N,n,N,=, Nm = 216.7 Nm,60,23.14,2210,3,970,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,T,ST,=,ST,T,N,=,1.8216.7 Nm,= 390 Nm,因为,要求,T,ST,(1.1 1.2),T,LST,= (1.1 1.2),300 Nm,=,330 360 Nm,所以,起动能力校验,合格。,二、需考虑起动、制动和停机过程时发热公式,的修正,O,t,P,n,P,L2,P,L1,t,1,t,2,t,3,t,4,P,L3,P,L1,n,考虑起动、制动、,停机的负载曲线,P,a,l,L1,t,1,P,a,l,L2,t,2,P,a,l,L3,t,3, t,1,t,2,t,2,t,4,P,a,l,L,=,I,L,=,I,L1,t,1,I,L2,t,2,I,L3,t,3, t,1,t,2,t,2,t,4,2 2 2,T,L,=,T,L1,t,1,T,L2,t,2,T,L3,t,3, t,1,t,2,t,2,t,4,2 2 2,P,L,=,P,L1,t,1,P,L2,t,2,P,L3,t,3, t,1,t,2,t,2,t,4,2 2 2,修正系数,交流电动机：,= 0.5,，,= 0.25,直流电动机：,= 0.75,，,= 0.5,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,运行,起动 制动,停机,大连理工大学电气工程系,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,【,例,8.6.2,】,一生产机械,拟采用他励直流电动机拖动。,用转矩表示的负载曲线如图所示。,图中,T,L1,= 60 Nm,，,t,1,= 5 s,，,T,L2,= 40 Nm,，,t,2,= 40 s,，,T,L3,=,30,Nm,，,t,3,= 2 s,，,t,4,= 10 s,。现初步,选择电动机的,P,N,= 7.5 kW,，,n,N,= 1 500 r/min,。试对该电动机进,行发热校验。,解,：,(1),求出等效转矩,O,t,T,T,L1,t,1,t,2,t,3,t,4,T,L2,T,L3,起动 运行 停机,制动,T,L,=,T,L1,t,1,T,L2,t,2,T,L3,t,3, t,1,t,2,t,2,t,4,2 2 2,大连理工大学电气工程系,8.6,变动负载电动机额定功率的选择,= 40.84 kW,(2),求出额定转矩,= 47.77,Nm,(3),由于,T,L,T,N,，,发热校验,合格。,T,N,=,60,2,P,N,n,N,=,Nm,60,23.14,7.510,3,1 500,kW,=,60 5,40 40,30 2,0.755,40,0.752,0.510,2 2 2,