第九章电机的选择.ppt

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1、第 9 章 电 动 机 的 选 择,本章教学基本要求,1.了解电动机选择的主要内容； 2.了解电动机的发热、冷却与工作制； 3.掌握连续工作制、短时工作制、周期性断续工作制电动机容量(power)的选择； 4.通过实例了解具体应用中电动机容量的选择；,重点,(1)连续工作制 (2)短时工作制 (3)周期性断续工作制方式下电动 机容量的选择。,9.1电动机选择的主要内容,电力拖动系统中对电动机的选择主要根据生产机械的工艺要求及使用环境，并综合考虑电动机的种类、结构类型、额定电压、额定转速、额定功率、经济性等几个方面。,9.1电动机选择的主要内容,1.电动机种类的选择 电动机种类的选择首先应考虑生

2、产机械的工艺特点，综合考虑电动机的性能、电源、安装与维护、成本等因素，从而选择满足工艺要求的合适的电动机 1)电动机的性能 机械特性 调速性能 2)电源,9.1电动机选择的主要内容,2.电动机结构类型的选择 根据机械设备对电动机的安装及连接要求选择电动机的安装方式 根据机械设备及电机所处环境选择电机的防护方式,9.1电动机选择的主要内容,3.电动机额定参数的选择 1)额定电压的选择 电动机的额定电压的等级、相数、频率 2)额定转速的选择 满足生产机械的工艺要求(如安装类) 3)额定功率 完全满足生产机械对电动机的功率、转矩、转速以及起动、调速、制动和过载等要求，使电动机在运行中能够被充分利用，

3、而且其温升不致超过而是接近国家标准所规定的温升,9.1电动机选择的主要内容,4.经济性 在满足生产机械对电动机的功率、转矩、转速以及起动、调速、制动和过载等要求的前提下，应选用运行可靠、结构简单、便于维护、价格便宜、起动及调速控制设备简单的电动机。 综合考虑节能、货源、售后服务等方面,在电力拖动系统中，选择电动机一般包括确定电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率、工作方式等。而最重要的是选择电动机的额定功率。决定电动机功率时，要考虑电动机的发热、允许过载能力和起动能力等因素，以发热问题最重要。,1. 电动机种类的选择 选择电动机的原则是电动机性能满足生产机械要求的前提下，优先选用结构

4、简单、价格便宜、工作可靠、维护方便的电动机。在这方面交流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机，笼型异步电动机优于绕线式异步电动机。 负载平稳，对起，制动无特殊要求的连续运行的生产机械，宜优先选用普通笼型异步电动机，普通的笼型异步电动机广泛用于机械、水泵、风机等。深槽式和双鼠笼是异步电动机用于大中功率，要求起动转距较大的生产机械、如空压机、皮带运输机等。 起动、制动比较频繁，要求有较大的起动、制动转矩的生产机械，如桥式起重机、矿井提升机、空气压缩机、不可逆轧钢机等，应采用绕线式异步电动机。 无调速要求，需要转速恒定或要求改善功率因数的场合，应采用同步电动机，例如中、大容量的水泵

5、，空气压缩机等。 只要求几种转速的小功率机械，可采用变极多速(双速、三速、四速)鼠笼式异步电动机，例如电梯、锅炉引风机和机床等。,调速范围要求在13以上，且需连续稳定平滑调速的生产机械，宜采用他励直流电动机或用变频调速的鼠笼式异步电动机，例如大型精密机床、龙门刨床、轧钢机、造纸机等。 要求起动转距大，机械特性软的生产机械，使用串励或复励直流电动机，例如电车、电机车、重型起重机等。 2. 电动机型式的选择 (1) 安装型式的选择 电动机安装型式按其位置的不同，可分为卧式和立式两种。一般选卧式，立式电动机的价格贵，只有在为了简化传动装置，必须垂直运转时才采用。 (2) 防护型式的选择 为防止电动机

6、受周围环境影响而不能正常运行，或因电机本身故障引起灾害，必须根据不同的环境选择不同的防护型式。电动机常见的防护型式有开启式、防护式、封闭式和防爆式4种。 开启式 这种电机价格便宜，散热条件较好，但容易进入水气、水滴、灰尘、油垢等杂物，影响电机的寿命及正常运转，故只能用于干燥清洁的环境之中。 防护式 这种电机一般防止水滴，等杂物落入机内，但不能防止潮气及灰尘的侵入，故只能用于干燥和灰尘不多又无腐蚀和爆炸性气体的环境。 防闭式 这类电机又分为自冷式、强迫通风式和密封式3种，前两种电机，潮气和灰尘不易进入机内，能防止任何方向飞溅的水滴和杂物侵入，适用于潮湿、多尘土、易受风雨侵袭，有腐蚀性蒸汽或气体的

7、各种场合。密封式电机，一般使用于液体(水或油)中的生产机械，例如潜水泵等。, 防爆式 在封闭结构的基础上制成隔爆型，增安型和正压型3类，都适用于有易燃易爆气体的危险环境，例如油库、煤气站或矿井等场所。 对于湿热地带、高海拔地区及船用电机等，还得选用有特殊防护要求的电机。 3. 额定电压的选择 电动机的额定电压的选择，取决于电力系统对该企业的供电电压和电动机容量的大小。 交流电动机电压等级的选择主要依使用场所供电电压等级而定。一般低电压网为380V，故额定电压为380V(Y或接法)、220/380V(/Y接法)，380/660V(/Y接法)3种；矿山及煤厂或大型化工厂等联合企业，越来越要求使用6

8、60V(接法)或660/1140V(/Y接法)的电机。等电动机功率较大，供电电压为6000V或10000V时，电动机的额定电压应选与之适应的高电压。 直流电动机的额定电压也要与电源电压相配合。一般为110V、220V和440V。其中220V为常用电压等级，大功率电机可提高到6001000V。当交流电源为380V，用三相桥式可控硅整流电路供电时，其直流电动机的额定电压应选440V，当用三相半波可控硅整流电源供电时，直流电动机的额定电压应为220V，若用单相整流电源，其电动机的额定电压应为160V。,4. 额定转速的选择 额定功率相同的电动机，其额定转速越高，则电动机的体积越小，重量越轻，造价越低

9、，一般地说电动机的飞轮距GD2也越小。但生产机械的转速一定，电动机的额定转速越高，拖动系统传动机构的速比越大，传动机构越复杂。 电动机的GD2和额定转速 影响到电动机过渡程持续的时间和过渡过程中的能量损耗。电动机的GD2 越小，过渡过程越快，能量损耗越小。 因此，电动机额定转速的选择，应根据生产机械的具体情况，综合考虑上面所述的各个因素来确定。,1. 电动机的发热 电动机运行过程中，各种能量损耗最终变成热能，使得电动机的各个部分温度上升，因而会超过周围环境温度。温度升高的热过渡过程，称之为电动机的发热过程，电动机温度高出环境温度的值称为温升。一旦有了温升，电动机就要向周围散热。当电动机单位时间

10、发出的热量等于散出的热量时，温度不再增加，而保持一个稳定不变的温升，称为动态热平衡。,2. 电动机的冷却 负载运行的电动机，在温升稳定以后，如果减少或去掉负载，那么电动机内耗及单位时间发热量都会随之减少。这样，原来的热平衡状态被破坏，变为发热少于散热，电动机温度就要下降，温升降低。降温过程中，随着温升减小，单位时间散热量也减少。当重新达到平衡时，电动机不再继续降温，而稳定在一个新的温升上。这个温升下降的过程称为电动机的冷却过程。 3. 电动机的绝缘等级 从发热方面来看，决定电动机容量的一个主要因素就是它的绕组绝缘材料的耐热能力，也就是绕组绝缘材料所能容许的温度。电动机在运行中最高温度不能超过绕

11、组绝缘的最高温度，超过这一极限时，电动机使用年限就大大缩短，甚至因绝缘很快烧坏而不能使用。根据国际电工委员会规定，电工用的绝缘材料可分为7个等级，而电动机中常用的有A、E、B、F、H5个等级，而各等级的最高容许温升分别为105、120、130、155、180。我国规定40为标准环境温度，绝缘材料或电动机的温度减去40即为允许温升，用max 表示。,9.2电动机的发热、冷却与工作制,11.2.1电动机的发热与冷却 电动机的发热与冷却是选择电动机容量时最基本的因素 电动机温度与周围环境之间的温度之差，称为“温升”。采用绝缘材料不同的电机的最高允许温升也不同,9.2电动机的发热、冷却与工作制,1.电

12、动机的发热过程 电动机的热源主要来自电机内部的损耗,图11-1电动机热量产生与传导框图,9.2电动机的发热、冷却与工作制,电动机单位时间产生的热量（卡/秒） 散热系数，表示温升为1时，每秒钟的散热量（卡/秒） 电机的温升（） 电动机的热容量，表示电机温度升高1时所需的热量（卡/）,（11-1）,9.2电动机的发热、冷却与工作制,当初始条件时t=0，=0，微分方程的解为,（11-4）,图11-2电动机发热过程温升曲线,稳态温升,9.2电动机的发热、冷却与工作制,2.电动机的冷却过程,图11-3电动机冷却过程温升曲线,温升达到稳定的电动机减轻负载或停止运行，则电动机内的功率损耗将减少或为零,9.2

13、电动机的发热、冷却与工作制,9.2.2 电动机的工作制 电动机工作时，电动机的温升不仅与负载的大小有关，也与电动机带负载的持续时间有关 连续工作制(continuous running duty-type) 短时工作制(short-time duty-type) 周期性断续工作制（intermittent periodic-type）,9.2电动机的发热、冷却与工作制,1.连续工作制 电动机连续工作时间长tw(34)T 2.短时工作制 电动机工作时间短tw(34)T 标准工作时间有15min、30min 、60min 、90min 四种 3.周期性断续工作制 电动机工作时间短tw(34)T停车

14、时间短ts(34)T且工作周期tp= tw+ ts10min,tw工作时间ts停歇时间,9.3电动机容量的选择,电动机容量选择原则 完全满足生产机械对电动机的功率、转矩、转速以及起动、调速、制动和过载等要求，使电动机在运行中能够被充分利用，而且其温升不致超过而是接近国家标准所规定的温升。 电动机的容量选择与负载类型和电动机的工作制有关 电动机的负载包括两类，常值负载和变化负载（多为周期性变化）,9.3电动机容量的选择,9.3.1连续工作制电动机容量的选择 1.常值负载下电动机容量的选择 计算出生产机械的常值负载功率，查阅电动机相关产品目录，选择电机额定功率 等于或略大于生产机械的常值负载功率

15、、转速合适的电动机即可。一般不需进行发热校验。 当环境温度与标准环境温度(40oC)相差较大时，为充分利用电动机，进行电动机容量修正。,9.3电动机容量的选择,2.变化负载下电动机容量的选择 由于电动机一个周期内的温升不仅与负载的大小有关还与负载的持续时间有关，生产机械平均功率PL只能反映电动机的平均温升，因此按PN=(1.11.6) PLd预选电动机额定功率，大负载的运行时间长则应选择较大系数，再计算出电动机的温升变化曲线得到最高温升max，并对电动机进行校验。 由于电动机的最高温升max计算困难，因此常常采用平均损耗法、等效法（等效电流法 、等效转矩法 、等效功率法 ）间接计算法。等效法选

16、择电动机容量后，再对起动能力和过载能力进行校验。,9.3电动机容量的选择,实际工程应用中，常常采用统计法和类比法 1、统计法是将同类型设备所选用电动机的容量进行统计分析，找出电动机容量与该类生产机械主要参数之间的关系，根据实际情况，定出相应的指数，得到电动机容量的相应计算公式。 2、类比法是指对经过长期运行考验的同类生产机械所采用电动机的容量进行调查，并对生产机械及电动机的主要参数和工作条件进行类比，确定新生产机械所选电动机容量的方法。 原因：一：电机负载图难以精确汇出 二：工程计算相当繁琐，工作量很大,9.3电动机容量的选择,9.3.2 短时工作制电动机容量的选择 1.采用短时工作制电动机时

17、的容量选择 同一台短时工作制电动机对应不同工作时间的标称额定功率和过载倍数不同,9.3电动机容量的选择,当电动机实际工作时间tw标准工作时间tws有差别时，需要进行折算，即按发热和温升等效的原则将实际非标准工作时间下的负载功率变成相近的标准工作时间下的负载功率。 （11-5） 为折算系数，折算后，预选电动机不须再进行校验。,9.3电动机容量的选择,2. 采用连续工作制电动机的容量选择 预选电动机时，应将短时工作的负载功率折算成连续工作制的负载功率 。 预选电动机额定功率应满足 （11-6） T为发热时间常数（s） tw为短时工作时间(s),9.3电动机容量的选择,普通连续工作制电动机带短时负载

18、时按发热观点的功率过载倍数 （11-7） qm ，按短时过载能力m选择电动机预选容量。,9.3电动机容量的选择,11.3.3 周期性断续工作制电动机容量的选择 周期性断续工作制电动机标准负载持续率为15%、25%、40%、60%四种。此类电机具有起动、制动、过载能力强，机械强度大，转动惯量小，绝缘等级高的特点。 当周期性断续工作制生产机械的负载持续率与标准负载持续率相差较大时，需将生产机械实际暂载率下的负载功率转换成相近的标准暂载率下的负载功率。,（11-8）,FSb%-标准负载持续率,9.3电动机容量的选择,进行发热温升校核时，应考虑对于自扇冷式电动机起、制动过程的散热恶化系数以及停止时电动

19、机散热恶化系数，其中=(1+ )/2 。 选择周期断续工作制电动机时 (11-9),9.3电动机容量的选择,选择连续工作制电动机时 (11-10) 为一个周期中起动时间的总和 为一个周期中稳态运行时间的总和 为一个周期中制动时间的总和 为第i段起动转矩 为第i段稳态运行转矩 为第i段制动转矩,电动机的维护处理及故障,对新安装或久未运行的电动机，在通电使用之前必须先进行下列4项检查，以验证电动机能否通电运行。 1. 安装检查 要求电动机装配灵活、螺钉拧紧、轴承运行无阻、联轴器中心无偏移等。 2. 绝缘电阻检查 要求用兆欧表检查电动机的绝缘电阻，包括三相相间绝缘电阻和三相绕组对地绝缘电阻，测得的数

20、值一般不小于10M。 3. 电源检查 一般当电源电压波动超出额定值+10%或-5%时，应改善电源条件后投运。 4. 起动、保护措施检查 要求起动设备接线正确(直接起动的中小型异步电动机除外)；电动机所配熔丝的型号合适；外壳接地良好。 在以上各项检查无误后，方可合闸起动。,电动机的维护处理及故障,(1) 合闸后，若电动机不转，应迅速、果断地拉闸，以免烧毁电动机。 (2) 电动机起动后，应注意观察电动机，若有异常情况，应立即停机。待查明故障并排除后，才能重新合闸起动。 (3) 笼型电动机采用全压起动时，次数不宜过于频繁，一般不超过35次。对功率较大的电动机要随时注意电动机的温升。 (4) 绕线转子

21、电动机起动前，应注意检查起动电阻是否接入。接通电源后，随着电动机转速的提高而逐渐切除起动电阻。 (5) 几台电动机由同一台变压器供电时，不能同时起动，应由大到小逐台起动。 对运行中的电动机应经常检查它的外壳有无裂纹，螺钉是否有脱落或松动，电动机有无异响或振动等。监视时，要特别注意电动机有无冒烟和异味出现，若嗅到焦糊味或看到冒烟，必须立即停机检查处理。,电动机的维护处理及故障,对轴承部位，要注意它的温度和响度。温度升高，响声异常则可能是轴承缺油或磨损。 用联轴器传动的电动机，若中心校正不好，会在运行中发出响声，并伴随着发生电动机振动和联轴节螺栓胶垫的迅速磨损。这时应重新校正中心线。用带传动的电动

22、机，应注意传动带不应过松而导致打滑，但也不能过紧而使电动机轴承过热。 在发生以下严重故障情况时，应立即断电停机处理： (1) 人身触电事故； (2) 电动机冒烟； (3) 电动机剧烈振动； (4) 电动机轴承剧烈发热； (5) 电动机转速迅速下降，温度迅速升高。 异步电动机定期维修是消除故障隐患、防止故障发生的重要措施。电动机维修分月维修和年维修，俗称小修和大修。前者不拆开电动机，后者需把电动机全部拆开进行维修。,电动机的维护处理及故障,1. 定期小修主要内容 定期小修是对电动机的一般清理和检查，应经常进行。小修内容包括： (1) 清擦电动机外壳，除掉运行中积累的污垢； (2) 测量电动机绝缘

23、电阻，测后注意重新接好线，拧紧接线头螺钉； (3) 检查电动机端盖、地脚螺钉是否紧固； (4) 检查电动机接地线是否可靠； (5) 检查电动机与负载机械间的传动装置是否良好； (6) 拆下轴承盖，检查润滑介质是否变脏、干润，及时加油或换油。处理完毕后，注意上好端盖及紧固螺钉； (7) 检查电动机附属起动和保护设备是否完好。 2. 定期大修主要内容 异步电动机的定期大修应结合负载机械的大修进行。大修时，拆开电动机进行以下项目的检查修理。 (1) 检查电动机各部件有无机械损伤，若有则应进行相应修复； (2) 对拆开的电动机和起动设备，进行清理，清除所有油泥、污垢。清理中注意观察绕组绝缘状况。若绝缘

24、为暗褐色，说明绝缘已经老化，对这种绝缘要特别注意不要碰撞使它脱落。若发现有脱落就进行局部绝缘修复和刷漆； (3) 拆下轴承，浸在柴油或汽油中彻底清洗。把轴承架与钢珠间残留的油脂及脏物洗掉后，用干净柴(汽)油清洗一遍。清洗后的轴承应转动灵活，不松动。若轴承表面粗糙，说明油脂不合格；若轴承表面变色(发蓝)，则它已经退火。根据检查结果，对油脂或轴承,电动机的维护处理及故障,进行更换，并消除故障原因(如清除油中砂、铁屑等杂物；正确安装电动机等)； 轴承新安装时，加油应从一侧加入。油脂占轴承内容积1/32/3即可。油加得太满会发热流出。润滑油可采用钙基润滑脂或钠基润滑脂。 (4) 检查定子绕组是否存在故

25、障。使用兆欧表测绕组电阻可判断绕组绝缘性能是否因受潮而下降，是否有短路。若有，应进行相应处理； (5) 检查定、转子铁心有无磨损和变形，若观察到有磨损处或发亮点，说明可能存在定、转子铁心相擦，应使用锉刀或刮刀把亮点刮低，若有变形应做相应修复； (6) 在进行以上各项修理、检查后，对电动机进行装配、安装； (7) 安装完毕的电动机，应进行修理后检查，符合要求后，方可带负载运行。,1. 电源接通后电动机不起动的可能原因 (1) 定子绕组接线错误。检查接线，纠正错误。 (2) 定子绕组断路、短路或接地，绕线转子异步电动机转子绕组断路。找出故障点，排除故障。 (3) 负载过重或传动机构被卡住。检查传动

26、机构及负载。 (4) 绕线转子异步电动机转子回路断线(电刷与滑环接触不良，变阻器断路，引线接触不良等)。找出断路点，并加以修复。 (5) 电源电压过低。检查原因并排除。,电动机的维护处理及故障,2. 电动机温升过高或冒烟的可能原因 (1) 负载过重或起动过于频繁。减轻负载、减少起动次数。 (2) 三相异步电动机断相运行。检查原因，排除故障。 (3) 定于绕组接线错误。检查定子绕组接线，加以纠正。 (4) 定子绕组接地或匝间、相间短路。查出接地或短路部位，加以修复。 (5) 笼型异步电动机转子断条。铸铝转子必须更换，铜条转子可修理或更换。 (6) 绕线转子异步电动机转子绕组断相运行。找出故障点，

27、加以修复。 (7) 定子、转子相擦。检查轴承、转子是否变形，进行修理或更换。 (8) 通风不良。检查通风道是否畅通，对不可反转的电动机检查其转向。 (9) 源电型过高或过低。检查原因并排除。 3. 电动机振动的可能原因 (1) 转子不平衡。校正平衡。 (2) 带轮不平稳、或轴弯曲。检查并校正。 (3) 电动机与负载轴线不对。检查、调整机组的轴线。 (4) 电动机安装不良。检查安装，情况及地脚螺栓。 (5) 负载突然过重。减轻负载。,电动机的维护处理及故障,4. 运行时有异声的可能原因 (1) 定于转子相擦。检查轴承、转子是否变形，进行修理或更换。 (2) 轴承损坏或润滑不良。更换轴承，清洗轴承

28、。 (3) 电动机两相运行。查出故障点并加以修复。 (4) 风扇叶碰机壳等。检查消除故障。 5. 电动机带负载时转速过低的可能原因 (1) 电源电压过低。检查电源电压。 (2) 负载过大。核对负载。 (3) 笼型异步电动机转子断条。铸铝转子必须更换，铜条转子可修理或更换。 (4) 绕线转子异步电动机转子绕组一相接触不良或断开。检查电刷压力，电刷与滑环接触情况及转子绕组。 6. 电动机外壳带电的可能原因 (1) 接地不良或接地电阻太大。按规定接好地线，消除接地不良处。 (2) 绕组受潮。进行烘干处理。 (3) 绝缘有损坏，有脏物或引出线碰壳。修理，并进行浸漆处理，消除脏物，重接引出线。,本 章

29、小 结,衡量异步电动机起动性能，最主要的指标是起动电流和起动转矩。异步电动机直接起动时，起动电流大，一般为额定电流的47倍。因起动时功率因数低，起动电流虽然很大，但起动转矩却不大。三角形接线的异步电动机，在空载或轻载起动时，可以采取Y起动，起动电流和起动转矩都减小3倍。负载比较重的，可采用自耦变压器起动，自耦变压器有抽头可供选择。绕线转子异步电动机转子串电阻起动，起动电流比较小，而起动转矩比较大，起动性能好。若把异步电动机的机械特性线性化，起动电阻的计算方法与并励直流电动机相同。 异步电动机的调速有3种方法，即变极、变频和改变转差率。变极调速是改变三相绕组中的电流方向，使极对数成倍地变化，可制成多速电动机。变频调速是改变频率从而改变同步转速进行调速，调频的同时电压要相应地变化。改变转差率调速，主要有转子串电阻调速和串级调速。 制动即电磁转矩方向与转子转向相反，电磁制动分为能耗制动、反接制动、回馈制动。,