电机拖动与控制第8章.doc

电机拖动与控制第电机拖动与控制第 8 8 章章第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择8.1 电动机的工作制分类 8.2 电动机容量的选择方法 8.3 电动机种类、 形式、 电压、 转速的选择 电动机种类、 形式、 电压、 思考题与习题第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择8.1 电动机的工作制分类8.1.1 连续工作制(S1) 连续工作制 连续工作制是在恒定负载下电动机连续长期运行的工作方 式其工作时间 tw＞(3～4)T（T为电机发热时间常数） ，可达 几小时或几十小时 电动机可以按铭牌规定的数据长期运行， 其温升可以达到稳定值，因此连续工作制也称为长期工作制， 它的功率负荷图 P＝f(t)及温升曲线 τ＝f(t)如图 8.1.1 所示属于 此类工作制的生产机械有水泵、通风机、造纸机和纺织机等第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择图 8.1.1 连续工作制的功率负载图及温升曲线第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 短时工作制(S 8.1.2 短时工作制(S2) 短时工作制的电动机，其工作时间 tw ＜(3～4)T 在工作 时间内温升达不到稳定值，但它的停机时间 t0 却很长， t0 ＞ (3～4)T，停机时电动机的温度足以降至周围环境的温度，即 温升降至零。

短时工作制的功率负载图及温升曲线如图 8.1.2 所示属于此类工作制的生产机械有水闸闸门，吊车、车床的 夹紧装置等我国短时工作制电动机的标准工作时间有 15、 30、60、90min 四种第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择图 8.1.2 短时工作制的功率负载图及温升曲线第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 断续周期工作制 8.1.3 断续周期工作制 断续周期工作制是在恒定负载下电动机按一系列相同的工 作周期运行的工作方式断续周期工作制的特点是重复性和短 时性在一个周期内，工作时间 tw ＜(3～4)T ，停歇时间 t0 ＜ (3～4)T 因此，工作时温升达不到稳定值，停歇时温升也降 不到零， 整个工作过程中温升不断地上下波动，但平均温升 值越来越高经过足够的周期后，温升将在一个稳定的小范围 内上下波动，而温升的最高值小于长期运行的稳定温升按国 家标准规定，每个工作周期 tc＝tw＋t0≤10 min，因此这种工作 制也称为重复短时工作制第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择图 8.1.3 断续周期工作制的功率负载图及温升曲线第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 在断续周期工作制中，工作时间与工作周期之比称为负载 持续率，也称暂载率，用 FC％表示。

我国规定的标准负载持续 率有 15％、 25％、 40％、 60％等四种第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择8.2 电动机容量的选择方法连续工作制电动机容量的选择 8.2.1 连续工作制电动机容量的选择 1. 恒定负载下电动机容量的选择 这时电动机容量的选择非常简单，只要选择一台额定容 量等于或略大于负载容量、转速适合的电动机即可，不需要 进行发热校验第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 变化负载下电动机容量的选择 2. 变化负载下电动机容量的选择 图 8.2.1 所示为变化负载的功率图，图中只画出了生产过 程的一个周期 当电动机拖动这类生产机械工作时，因为负 载周期性变化， 所以电动机的温升也必然呈周期性波动温 升波动的最大值将低于对应于最大负载时的稳定温升， 而高 于对应于最小负载时的稳定温升这样，如按最大负载功率选 择电动机的容量， 则电动机就不能得到充分利用；而按最小 负载功率选择电动机容量， 则电动机必将过载，其温升将超 过允许值因此，电动机的容量应选在最大负载与最小负载之 间 如果选择得合适，既可使电动机得到充分利用，又可使 电动机的温升不超过允许值通常可采用以下方法选择电动机 的容量。

第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择图 8.2.1 变化负载的功率图第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 1） 等效电流法 等效电流法的基本思想是用一个不变的电流 Ieq 来等效实 际上变化的负载电流，要求在同一个周期内，等效电流 Ieq 与 实际变化的负载电流所产生的损耗相等假定电动机的铁损 耗与绕组电阻不变，则损耗只与电流的平方成正比，由此可 得等效电流为I eq =I1 t1 + I 2 t 2 + + I n t n t1 + t 2 + + t n2 2 2(8.2.1)第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 式中，tn 为对应负载电流 In 时的工作时间 求出 Ieq 后，则选用电动机的额定电流 IN 应大于或等于 Ieq 采用等效电流法时，必须先求出用电流表示的负载图第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 2）等效转矩法 如果电动机在运行时，其转矩与电流成正比(如他励直流 电动机的励磁保持不变、异步电动机的功率因数和气隙磁通保 持不变时)，则将式8.2.1 可改写成等效转矩公式T1 t1 + T2 t 2 + + Tn t n Teq = t1 + t 2 + + t n2 2 2(8.2.2)此时，选用电动机的额定转矩 TN 应大于或等于 Teq，当然， 这时应先求出用转矩表示的负载图。

第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 3） 等效功率法 如果电动机运行时，其转速保持不变，则功率与转矩成正 比， 于是由式(8.2.2)可得等效功率为Peq =P t1 + P2 t 2 + + Pn t n 1 t1 + t 2 + + t n2 2 2(8.2.3)此时，选用电动机的功率 PN 大于或等于 Peq 即可 必须注意的是用等效法选择电动机的容量时，要根据最 大负载来校验电动机的过载能力是否符合要求，如果过载能 力不能满足，应当按过载能力来选择较大容量的电动机第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 短时工作制电动机容量的选择 8.2.2 短时工作制电动机容量的选择 直接选用短时工作制的电动机 1. 直接选用短时工作制的电动机 我国电机制造行业专门设计制造一种专供短时工作制使用 的电动机， 其工作时间分为15、30、60、90min 四种，每一种 又有不同的功率和转速因此，可以按生产机械的功率、工作 时间及转速的要求，从产品目录中直接选用不同规格的电动机 如果短时负载是变动的，则也可采用等效法选择电动机， 此时等效电流为I t + I t + + I t I eq = αt1 + αt 2 + + αt n + βt02 1 1 2 2 2 2 n n(8.2.4)第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 式中，I1、t1 为起动电流和起动时间；In、tn 为制动电流和 制动时间；t0 为停转时间；α、β 为考虑对自扇冷电动机在起动、 制动和停转期间因散热条件变坏而采用的系数，对于直流电动 机，α＝0.75，β＝0.5；对于异步电动机，α＝0.5，β＝0.25。

采用等效法时，也必须注意对选用的电动机进行过载能力 的校核第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 选用断续周期工作制的电动机 2. 选用断续周期工作制的电动机 当没有合适的短时工作制电动机时，也可采用断续周期工 作制的电动机来代替 短时工作制电动机的工作时间 tw 与断 续周期工作制电动机的负载持续率FC％之间的对应关系如表 8.2.1 所示第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择表 8.2.1 tw 与 FC％的对应关系 ％tw/min FC％ 30 15％ 60 25％ 90 40％第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 8.2.3 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 可以根据生产机械的负载持续率、功率及转速，从产品 目录中直接选择合适的断续周期工作制电动机但是，国家 标准规定该种电动机的负载持续率 FC％只有四种，因此常常 会出现生产机械的负载持续率 FCx ％与标准负载持续率 FC％ 相差较大的情况在这种情况下，应当把实际负载功率 Px 按 下式换算成相邻的标准负载持续率 FC％下的功率 P：P = PXFC x % FC %(8.2.5)第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 根据上式中的标准负载持续率 FC％和功率 P 即可选择合 适的电动机。

当 FCｘ％70％时，可按连续工作制选择电动机第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 统计法和类比法 8.2.4 统计法和类比法 统计法 1. 统计法 统计法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 作为选择电动机容量的主要依据以机床为例，主拖动电动机 容量与机床主要参数之间的关系如下： （1） 卧式车床P＝36.5D1.54式中: P 为电动机的功率（kW)；D 为加工工件的最大直径(m)第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 （2） 立式车床P＝20D0.88式中： D 为加工工件的最大直径(m) （3） 摇臂钻床P＝0.0646D1.19式中：D——为最大钻孔直径(mm)第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 （4）外圆磨床P＝0.1KB式中：B 为砂轮宽度(mm)；K 为考虑砂轮主轴采用不同轴 承时的系数，对于滚动轴承 K＝0.8～1.1，对于滑动轴承 K＝ 1.0～1.3 （5）卧式镗床P＝0.004D1.7式中 D 为镗杆直径(mm)第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 （6）龙门刨床B P= 166式中：B 为工作台宽度(mm)1.15选取电动机的额定容量大于以上各式计算出的功率便可。

第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 2. 类比法 通过对长期运行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行类比， 从而可确定新的生产机械拖动电动机的容量，这就是所谓的 类比法第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择8.3 电动机种类、形式、电压、转速的选择 电动机种类、形式、电压、电动机种类的选择 8.3.1 电动机种类的选择不需调速的负载机械电动机种类的选择 1. 不需调速的负载机械电动机种类的选择 对于不需要进行调速的负载机械设备，包括连续、短时、 周期等工作制的机械设备， 应尽可能采用交流感应电动机； 对于负载平稳且对起动与制动无特殊要求的连续运行的机械，宜优先选用普通笼形感应电动机第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 如果电动机的功率较大且为了提高电源的功率因数，则可 采用三相同步电动机对于单纯起动困难的负载机械，在经起 动能力检验证实后，可采用高堵转转矩的双笼形和深槽笼形感 应电动机如果起动能力检验不能通过或起动时电源线路电压 降过大，则可采用绕线转子感应电动机；当带周期性变化负载 的机械要求有较大的起动和制动转矩时，对大中功率负载应选 用绕线转子感应电动机， 对于小功率负载可采用高转差率感应 电动机。

某些周期性工作制机械采用交流电动机后，在温升、起动、 制动特性等方面不能满足需要，或其拖动系统的过渡过程有特 殊要求，此时适宜采用直流电动机第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 需要调速的机械电动机种类的选择 2. 需要调速的机械电动机种类的选择 需要调速的这类机械应视调速范围和要求速度调节的连续、 平滑程度来选择电动机对于只要求几种转速的小功率负载机械，可采用变极调速 的多速(双速、 三速、 四速)笼形感应电动机 对调速平滑程度要求不高并且调速比不大的负载机械， 宜采用绕线转子电动机或电磁调速电动机 对调速范围在 1︰3 以上且需连续稳定平滑调速的负载机械，宜采用直流电动机或变频调速电动机第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择 对需要起动转矩大和机械特性硬度低的生产机械， 宜选 用直流串励电动机 某些要求调速比不大(1︰2 左右)的大功率负载机械， 也 可采用带有串极调速装置的绕线转子感应电动机， 这样还可 使部分电能回馈电网， 得以提高其运行的经济指标第 8 章 电力拖动系统中电动机的选择电动。