第二十二十一讲电力拖动系统电动机的选择.ppt

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1、2019/4/7,1,第二十、二十一讲 电力拖动系统电动机的选择,杜少武,2019/4/7,2,电力拖动系统电动机的选择,几个基本概念,温升：电动机温度与周围环境温度之差。 额定温升：电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允许温度与40之差。 不同绝缘材料的最高允许温度： 1）A级绝缘：最高允许温度为105C； 2）E级绝缘：最高允许温度为120C； 3）B级绝缘：最高允许温度为130C； 4）F级绝缘：最高允许温度为155C； 5）H级绝缘：最高允许温度为180C,2019/4/7,3,电力拖动系统电动机的选择,选择电动机功率时，除考虑发热外，有时还要考虑电动机的过载能力是否足够，因为

2、各种电动机的短时过载能力都是有限的。 校验电动机的过载可按下列条件,对于异步电动机,对于直流电动机，过载能力受换向所允许的最大电流值的限制，对Z2型与Z型直流电动机，在额定磁通下，一般,对于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的ZZ型和ZZY型电动机，以及同步电动机，一般,2019/4/7,4,电力拖动系统电动机的选择,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类 2、连续工作制电动机的选择 3、短时工作制电动机的选择 4、断续周期工作制电动机的选择 5、笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定 6、带冲击负载时电动机的选择 7、电力拖动调速电动机功率的选择 8、选择电动机功率的统计法 9、电动机

3、电流种类、形式、额定电压与额定转速的选择,2019/4/7,5,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程 电动机的发热是由于工作时，在其内部产生损耗DP造成的，其值为,假设功率损耗全部转换成热量，则电动机单位时间内发出的热量，即热流量为,2019/4/7,6,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,设电动机的热容为C（电动机温度升高1C所需的热量），A=aS为电动机的散热系数（其中S为散热表面积，a为传热系数，即温度升高1C时，每秒钟向单位面积上散发的热量） 则电动机的热平衡方程式为,令,tQ 为发热过程的起始温升,2019/4/7,7,1、电动机的发

4、热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,若发热过程从周围介质温度开始，即tQ0，则,t,t,0,tW,tQ,发热终了时，温升不再增加，表明电动机发出的热量将全部向周围介质散发掉。,2019/4/7,8,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,电动机的最高稳定温升可达,对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可以: 提高额定效率h ； 提高散热系数A； 提高绝缘材料的允许温升。,2019/4/7,9,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的冷却过程,电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小，电动机损耗功率P 下降时；其二是电动机自电网断开，不再工作，电

5、动机的P 变为零。,若电网断开后，DP =F = 0，即tW = 0，则,冷却过程温升变化规律方程式为：,t,t,0,tW,tQ,2019/4/7,10,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机工作制的分类,连续工作制 电动机连续工作时间很长，其温升可达稳定值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等。,短时工作制 电动机的工作时间较短，在此时间内温升达不到稳定值，而停车时间又相当长，电动机的温度可以降到周围介质的温度，属此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等。,2019/4/7,11,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机工作

6、制的分类,断续周期工作制 在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率ZC,一般规定tg+t010min。,2019/4/7,12,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机工作制的分类,连续周期工作制 负载持续率ZC与断续周期工作制相似，亦为,同样规定tg+t010min。 本质上属于连续工作制，只不过为负载周期变化的连续工作制。,2019/4/7,13,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,在计算出负载功率PZ 后，选择额定功率PN。,一般，按常值连续负载，环境温度为40C时设计的，当环境温度与40C相差较大时，其输出功率可与额定功率不同。 设环境

7、温度为40C时，电动机稳定温升为tWN，热流量为FN，额定功率为PN。实际环境温度为q0，稳定温升为tW，热流量为F，允许输出功率为P。绝缘材料最高允许温度为qm，则,2019/4/7,14,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,2019/4/7,15,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,若电动机磁通保持不变（cosj2也近似不变），则,若电动机转速亦保持不变,代入,再代入,2019/4/7,16,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温升有影响，这是由于海拔高度越高，虽然气温降低越多，但由于空气稀薄，

8、散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿，因此规定，使用地点的海拨高度不超过1000m时，额定功率不必进行校正。当海拔高度在1000m以上时，平原地区设计的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原地带应用。,在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减，见下表。,2019/4/7,17,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,例题：一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为90m3/h，扬程20m，吸程5m，转速为2900rpm，泵的效率hB=0.78 ，试选择电动机。,解：水泵在电动机轴上的负载功率为,V泵每秒排出的水量（m3/s）； g水的比重，g = 9810N

9、/m3；H排水高度 （m）； hB泵的效率，活塞式泵为0.80.9，高压离心泵为0.50.8，低压离心泵为 0.30.6； h传动机构效率，直接联接为0.951，皮带传动为0.9,2019/4/7,18,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,例题：一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为90m3/h，扬程20m，吸程5m，转速为2900rpm，泵的效率hB=0.78 ，试选择电动机。,解：水泵在电动机轴上的负载功率为,选择JO-51-2型异步电动机即可，其数据为：PN=10KW，UN=380V，nN=2920rpm，对选用的电动机不必进行发热校验。,2019/4/7,19,2

10、、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,一般情况下，电动机是为常值负载工作而设计的。这种电动机用于变化负载下的发热情况，必须进行校验。 所谓发热校验，就是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升，因为只有这样，电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。,2019/4/7,20,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：,1）计算并绘制生产机械负载图PZ=f（t）或TZ=f（t）； 2）预选电动机的功率,在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，电动机额定功率按下式预选,2019/4/7,

11、21,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：,3）作出电动机的负载图 DP=f（t）、I=f（t）、T=f（t）或P=f（t）。作图时应考虑电动机的稳定运转及过渡过程等工作情况； 4）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。 如果校验通过，并且功率适当，电机容量即可确定； 如果校验不通过或电机容量选择过大，则重新选择电机，再作电机负载图进行校验，如此反复，直至电机容量合适。,2019/4/7,22,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,1）平均损耗法 周期变化负载下，若变化周期较短tztz时，稳态时温

12、升波动小，发热校验时可用平均温升td代替tmax。,稳态时，tQn=txn，则,2019/4/7,23,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,1）平均损耗法,若给出P=f（t），则,若DPd DPN ，表明预选电动机功率太小，发热校验不通过，重选功率较大的电机，再进行发热校验； 若DPd DPN，表明预选电动机功率太大，电机得不到充分利用，改选功率小一些的电机，再进行发热校验；,该方法适应电机大多数工作情况下的发热校验，但步骤太复杂。,2019/4/7,24,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2）等效法等效电流法,变化负载

13、下，第i级负载的损耗为,把平均损耗中的可变损耗DPd 所对应的电流称为等效电流 Idx；,2019/4/7,25,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2）等效法等效电流法,等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电流Idx来代替变化的负载电流I = f（t）（对于交流异步电动机，应为定子电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件：INIdx，则发热校验通过。,2019/4/7,26,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2）等效法等效电流法,等效电流法是由平均损耗法推导而来的，在推导过程中假设损耗p0及电动

14、机主电路电阻不变。 在某些情况下，如深槽及双笼电动机，在经常起动时不能用等效电流法进行发热校验，因为深槽及双笼电动机起动时损耗及电动机主电路电阻均发生变化。此时可改用平均损耗法进行发热校验。,2019/4/7,27,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2）等效法等效转矩法,有时已知的不是负载电流图，而是转矩图 ，可以写成转矩形式,如果预选电动机的额定转矩TNTdx，则发热校验通过。TN可由下式算出,等效转矩法由等效电流法推导而来的，前提是T与I成正比，若T与I不成正比，如直流电动机弱磁调速过程或交流异步电动机负载极小，接近空载，而空载电流又比较大时，可将T

15、= f（t）改绘成 I = f（t），再用等效电流法进行发热校验，也可用修正后能反映电动机发热的转矩进行发热校验。,2019/4/7,28,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2）等效法等效转矩法,直流电动机弱磁调速时，可对Ti进行修正，修正方法是使Ti按因磁通减弱而使电流增大的同样比例增加,如直流电动机弱磁调速时电枢电压保持不变，则,2019/4/7,29,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2）等效法等效转矩法,当异步电动机空载电流比较大，负载极小接近空载时，也必须对Ti进行修正，修正方法是： 如果有定子电流I1（一般

16、为I1/I1N）对转矩T（一般为T/TN）的关系曲线，则可以按此曲线查出对应于Ti/TN的I1i/I1N的数值，而后进行修正,如果没有I1/I1N=f（T/TN）曲线，则可以按下式进行修正，其中I0为空载电流,2019/4/7,30,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2）等效法等效功率法,等效功率法是当转速基本不变时由等效转矩法引出来的。,如 PNPdx，则电动机的发热校验通过。同样，必须进行功率过载能力的校验,2019/4/7,31,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2）等效法等效功率法,等效功率法是当转速基本不变时

17、由等效转矩法引出来的。当转速变化时，如起动、制动和直流电机降压调速时，在nnN的区段，必须进行功率修正。,直流电机弱磁调速，且电枢电压不变时，nnN，不须进行功率修正。,P与I成正比,2019/4/7,32,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,3）有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正,若一个周期内的负载变化包含起动、制动、间歇等过程，如下图所示。如果自扇冷式电机，则散热条件变坏，实际温升要提高，一般应对校验发热公式进行修正。,修正办法是：将发热公式分母对应的起动、制动、间歇时间前乘以一个小于1的系数。,2019/4/7,33,2、连续工作制电动机的选择

18、,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,3）有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正,如下图所示，修正后等效电流为。,对直流电动机，a=0.75，a0=0.5；对异步电动机， a=0.5，a0=0.25。,2019/4/7,34,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,4）等效法在非恒值变化负载下的应用,如果非恒值变化负载电流图如下图所示，电流随时间变化的函数是已知的，则,2019/4/7,35,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,4）等效法在非恒值变化负载下的应用,另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段，如图中

19、虚线，求出各段的等效值，然后求出等效电流值。,t1时间段,t5时间段,2019/4/7,36,2、连续工作制电动机的选择,例题：下图中绘出了具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直接与摩擦轮1相联结，摩擦轮旋转，靠摩擦力带动绳子及罐笼3（内有矿车及矿物G）提升或下放。尾绳系在两罐笼之下，以平衡提升机左右两边绳子的重量。提升机用双电动机拖动，试计算电动机功率。,2019/4/7,37,2、连续工作制电动机的选择,例题：已知下列数据,井深H=915m； 负载重G=58800N；每个罐笼重G3=77150N；主绳与尾绳每米重G4=106N/m； 摩擦轮直径d1=6.44m；摩擦轮飞轮惯量GD1

20、2=2730000Nm2； 导轮直径 d2=5m；导轮飞轮惯量GD22=584000Nm2； 额定提升速度vN=16m/s；提升加速度a1=0.89m/s2；提升减速度a3=1m/s2； 周期长tz=89.2s； 摩擦用增加负载重的20%考虑,2019/4/7,38,2、连续工作制电动机的选择,解：,预选电动机功率,式中k=1.21.25 考虑起动及制动过程中加速转矩的系数。,取k=1.25，则,每个电动机功率为700kW，转速为,2019/4/7,39,2、连续工作制电动机的选择,解：,对功率为700kW，转速为47.5rpm的电动机，查手册得其飞轮矩为,阻转矩为,加速时间为,加速阶段罐笼行

21、经高度,2019/4/7,40,2、连续工作制电动机的选择,解：,减速时间,减速阶段罐笼行经高度,稳定速度罐笼行经高度,稳定速度运行时间,间歇时间,2019/4/7,41,2、连续工作制电动机的选择,解：,折算到电动机轴上系统总的飞轮矩,导轮转速,两导轮折算到电动机轴上的飞轮矩为,式中GDa2为系统中转动部分的飞轮矩； GDb2为系统中直线运动部分的飞轮矩 。,2019/4/7,42,2、连续工作制电动机的选择,解：,系统直线部分重量折算到电动机轴上总的飞轮矩,系统直线部分总重量,直线部分重量折算到电动机轴上的飞轮矩,式中,2019/4/7,43,2、连续工作制电动机的选择,解：,系统总的飞轮

22、矩,加速阶段的加速转矩,减速阶段的动态转矩,2019/4/7,44,2、连续工作制电动机的选择,解：,电动机转矩,加速阶段（t1=18s）,稳定运行阶段（t2=40.2s）,减速阶段（t1=16s）,间歇阶段（t1=15s）,2019/4/7,45,2、连续工作制电动机的选择,解：,根据上列数据绘制电动机负载转矩图如下图所示。,等效转矩Tdx为,式中散热恶化系数 a=0.75，a0=0.5，则,2019/4/7,46,2、连续工作制电动机的选择,解：,过载能力校验,两电机的等效功率,2019/4/7,47,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,设短时功率为Pg ，时间

23、为tg 。若选择连续工作制电动机，使PNPg，显然，在t=tg时，温升只能达到tg，而达不到tm，如下图所示。由发热观点，电动机不能得到充分利用。,若选用连续工作制电动机，使PNPg，在工作时间tg内电动机过载运行，但温升在t=tg时达到tw，这样电机在发热上得到充分利用了。,短时工作制，可选用为连续工作制而设计的电动机，也可选用为短时工作制而设计的电动机。,2019/4/7,48,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,选择PN的依据是tg-tw=tm，即,功率过载倍数,k=1,2019/4/7,49,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,根

24、据tg/T，查出lQ值，按发热观点选择连续工作制电动机的额定功率为,k=1,当tg/T0.3时，lQ2.5，已超过了一般电动机允许的过载倍数，即lQKT此时应按下式选择连续工作制电动机的额定功率。,2019/4/7,50,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,按过载能力选择连续工作制电动机，一般不需进行发热校验。 当短时工作期间负载功率发生变化，应求出其等效功率，按等效功率选择电动机。这时必须用最大负载功率来对其进行过载能力校验。 当短时工作期间负载功率发生变化，若按电动机允许过载倍数选择电动机功率，即PN Pmax/KT，这时不必进行过载能力校验。 对异步电动机，在

25、短时过载运行时，必须进行起动能力校验。,2019/4/7,51,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,【例题】大型车床刀架快速移动机构，其拖动电机是短时工作制，刀架重5300N ，移动速度15m/min ，传动比100r/m ，动摩擦系数0.1，静摩擦系数0.2，传动效率0.1，试选择电动机的功率。,【解】刀架移动时，电动机的负载功率为,按允许过载能力选择电动机，且考虑交流电网电压波动10%，则,2019/4/7,52,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,由产品目录，初选JO2214型笼型异步电动机，其数据为：PN=1.1kW，UN=380

26、V，I1N=2.68A，nN=1410rpm，起动转矩倍数为Kst=1.8，过载倍数KT2。,起动能力校验 由于静摩擦系数为动摩擦系数的两倍，故起动时负载功率为,电动机能发出的起动功率为,起动能力校验通不过,2019/4/7,53,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,改选JO2224型异步电动机，其数据为：PN=1.5kW，UN=380V，I1N=2.68A，nN=1410rpm，起动转矩倍数为Kst=1.8，过载倍数KT2。,此时，电动机发出的起动功率为,电动机起动能力校验通过，但Pst比Pzst几乎相等，如果电网电压稍有波动电机就可能起动不起来。为了提高可靠性，

27、电机应选的更大一些，如JO2314型电动机，其数据为：PN=1.5kW，UN=380V，I1N=2.68A，nN=1430rpm，起动转矩倍数为Kst=1.8，过载倍数KT2。,2019/4/7,54,3、短时工作制电动机的选择,二、选用专为短时工作制而设计的电动机,我国专为短时工作制设计的电动机，其工作时间为15min、30min、60min、90min四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功率是不同的，其关系为 P15P30P60P90，显然其过载倍数也是不同的，其关系为l15 l30 l60 l90。 当实际工作时间与标准时间接近时，且工作期间负载不变，由产品目录可直接选用。 当实

28、际工作时间与标准时间接近时，但工作期间负载变化，先计算出其等效负载，在由产品目录可直接选用，但必须进行过载和起动能力校验。,2019/4/7,55,3、短时工作制电动机的选择,二、选用专为短时工作制而设计的电动机,当电动机实际工作时间tgx与标准值tg不同时，应把tgx下的功率Px换算到tg下的功率Pg ，再按Pg来进行电动机功率的选择或发热校验。,当电动机实际工作时间tgx与标准值tg相差不大时,2019/4/7,56,4、断续周期工作制电动机的选择,专为断续周期工作制设计的电动机的共同特点是起动能力强、过载能力大、惯性小（飞轮惯量小）、机械强度大、绝缘材料的等级高、较多采用封闭式结构、临界

29、转差率（对于笼型异步电动机）设计得较高。 对一台具体的电动机而言，不同负载持续率ZC时，其额定输出功率不同。以国产JZR116型电动机为例，其相关数据见下表所示。,2019/4/7,57,4、断续周期工作制电动机的选择,电动机功率选择步骤与连续工作制变化负载下的功率选择步骤类似。 计算负载功率，作出生产机械负载图； 初步确定负载持续率ZC； 根据负载功率平均值Pzd及ZC预选电动机功率； 作出电动机负载图进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。 如果工作期间内负载是变化的，可用等效法来进行发热校验，但公式中不要将间歇时间t0计入，因为在ZC中已经考虑进去了。 验算负载持续率与初步选定的是否相

30、同。,2019/4/7,58,4、断续周期工作制电动机的选择,对自扇冷式电动机，在起动、制动过程散热条件变差的影响，可在等效负载公式中考虑，也可在计算ZC时考虑。,如果不同的工作循环中tg与t0为变数，计算ZC时应取平均值,2019/4/7,59,4、断续周期工作制电动机的选择,若电动机实际ZC与标准ZC不同时，应进行折算，折算公式为,若ZC与ZCx相差不多时,如果负载持续率ZC70，可按连续工作制选择电动机。,2019/4/7,60,4、断续周期工作制电动机的选择,【例题】电动机的负载图如下图，试校验JZR42-8型绕线转子异步电动机能否适用，该电动机在负载持续率ZC=25时，额定功率为16

31、kW，额定转速nN=720rpm，过载倍数l=3。假定电动机为他扇冷式，而且在不同输出功率时，其功率因数不变。,【解】由于负载图第一阶段，转速是变化的，故不能直接用等效功率法进行发热校验。必须进行修正，修正后的功率为常值，等于25kW。,2019/4/7,61,4、断续周期工作制电动机的选择,【解】在电动机工作期间的等效功率为,电动机负载持续率为,可见，JZR428型电机不能适用。,2019/4/7,62,5、笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定,笼型异步电动机在带动某些生产机械时，起动制动很频繁，每小时合闸次数达600次以上。此时由于起动与制动过程的能量损耗较大，往往会造成电动机的严重发热，

32、因此笼型异步电动机每小时允许合闸次数根据发热条件是有限制的。 选择在这种情况下工作的电动机，必须进行小时合闸次数的校验，每小时实际的合闸次数必须低于允许的合闸次数，检验才算通过，电动机连续工作才不致过热。 通常用平均损耗法来分析笼型异步电动机每小时允许合闸次数N。 用平均损耗法求得的次数N，指电机经过N次合闸后，电动机的平均温升将等于电动机最大允许温升，电机既不过热又能充分利用。,2019/4/7,63,5、笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定,在发热达到稳态循环时，电动机的平均损耗功率等于其额定损耗功率DPN，即,式中：DAQ，DAT为电动机一个工作周期内起、制动过程的能量损耗； DPW为电

33、动机一个工作周期内稳定运行的功率损耗；,当每小时允许合闸次数N时，一个工作周期的允许时间为,一个工作周期内允许的工作时间为,2019/4/7,64,5、笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定,代入下式,2019/4/7,65,5、笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定,一般情况下，笼型异步电动机的DAQ+DAT相当大,取3，得,稳定运行时，若负载为额定负载，则DPWDPN，则,2019/4/7,66,5、笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定,提高每小时允许合闸次数的方法,采用它扇冷电动机； 采用等级较高的绝缘材料； 减少DAQ+DAT。,若生产机械要求每小时的合闸次数低于预选电动机每小时允许的合闸

34、次数N，则预选的电动机的功率是合适的； 若生产机械要求每小时的合闸次数高于预选电动机每小时允许的合闸次数N，则预选的电动机的功率不合适，必须采取措施提高N，或改选电动机形式或提高电动机功率；,2019/4/7,67,6、带冲击负载时电动机的选择,具有冲击负载的生产机械的负载图，其特点是负载在工作时间中作剧增及剧减地变化，并作周期性地交替，如下图所示。属于这种类型的生产机械有冲床、压力机、轧钢机、锻锤等。,2019/4/7,68,6、带冲击负载时电动机的选择,具有冲击负载的生产机械广泛采用带飞轮的电力拖动系统，以帮助电动机克服冲击负载。飞轮起到了平衡负载的作用，使电动机的损耗降低，从而降低电动机

35、的功率。,具有冲击负载的能量损耗计算 以右图为例，可变能量损耗为,若将冲击负载平衡到某一平均值，以右图为例，平衡后的平均功率为2P0，则一个循环的可变能量损耗为,2019/4/7,69,6、带冲击负载时电动机的选择,以某一轧钢机负载图为例，分析冲击负载下带飞轮拖动时的相关问题,如下图所示，第一个冲击负载到来时，负载转矩由T0突增到Tz，即Tst=T0，稳定转矩为Tz，当机械特性为直线时，转矩变化规律为,当第一个冲击负载过去后，负载转矩由Tz突减到T0，这段期间，Tst=Tz，稳定转矩为T0 ，转矩变化规律为,同样办法，求得其它冲击负载到来和过去后的转矩变化规律，绘制转矩图如右图波浪线所示。,2

36、019/4/7,70,6、带冲击负载时电动机的选择,很明显，转矩曲线的平缓程度与时间常数TtM有关，TtM越大，曲线越平缓，平衡程度越好。,对直流电动机，机电时间常数,对异步电动机，若机械特性视为直线，即,则机电时间常数具有与直流电动机同样的形式，即,可见，为了增大机电时间常数TtM，可通过增大GD2或增大SN。,2019/4/7,71,6、带冲击负载时电动机的选择,附加飞轮矩的计算,拖动系统飞轮矩GD2一般按最严重的冲击负载进行计算； 负载转矩和持续时间的乘积最大，视为最严重的冲击负载，如下图所示的tg阶段；,在tg阶段内，起始转矩Tst=T0，转矩稳定值为TzM，终了值为Tx=TzM=KT

37、TN(KT一般比电动机最大允许过载倍数小，选 KT =1.31.6)，则tg段终了时,2019/4/7,72,6、带冲击负载时电动机的选择,附加飞轮矩的计算,求出的GD2包括了电动机转子、传动装置、工作机构及附加飞轮的飞轮矩。,2019/4/7,73,6、带冲击负载时电动机的选择,带附加飞轮拖动系统中电动机功率的选择的步骤,预选电动机 预选电动机的额定负载取为,预选附加飞轮的飞轮矩,绘制电动机的负载图 校验电动机的发热 校验过载能力 若KTTNTzM，则过载能力校验通过。,2019/4/7,74,7、电力拖动调速电动机功率的选择,直流调速电动机功率的选择,降压调速,对于恒转矩负载应用降压调速，

38、电动机功率为,可以选择电动机额定功率为,若把降压调速用于恒功率负载，则为了使电动机能安全运行，必须加大电动机的功率，其值将为负载功率的D倍（D为调速范围），即,2019/4/7,75,7、电力拖动调速电动机功率的选择,直流调速电动机功率的选择,降压调速,由于降压调速由额定转速向下调节，因此电动机的nN不能小于负载要求的最高转速，通常取nN=nmax，这时电动机的功率为,若将恒转矩调速用于恒功率负载，电动机的额定功率将是负载实际功率的D倍，电动机在所有转速下都欠载运行。 配合不好，造成浪费。参见教材P200关于龙门刨主拖动的计算。,2019/4/7,76,7、电力拖动调速电动机功率的选择,直流调

39、速电动机功率的选择,弱磁调速,若应用弱磁调速于恒功率负载，电动机的额定功率选得等于或略大于负载功率，不必扩大功率，即,如果弱磁调速用于恒转矩负载，为了在最高转速时也能满足Tz的需要，必须按nmax及Tz来选择电动机的功率，即,弱磁调速用于恒转矩负载，在n=nmax时，电动机的转矩和功率都比实际需要的Tz及Pz大的多，扩大到DFTz和DFPz，造成浪费。,2019/4/7,77,7、电力拖动调速电动机功率的选择,变频调速笼型异步电动机功率的选择,f1fN（nnN）变频调速,变频调速时，电动机的输出功率为,假定在不同频率下，h与cosj保持不变，则,若忽略定子损耗，则,2019/4/7,78,7、

40、电力拖动调速电动机功率的选择,变频调速笼型异步电动机功率的选择,f1fN（nnN）变频调速,当f1 fN且Ux / f1为定值，则,为使调速时电动机得到充分利用，在不同频率下，电动机绕组内流过额定电流IN，则,可见，在f1 fN调速段，调速方式为近似恒转矩的，频率变化时的机械特性如右图所示。,2019/4/7,79,7、电力拖动调速电动机功率的选择,变频调速笼型异步电动机功率的选择,f1fN（nnN）变频调速,在f1 fN调速段，容许输出功率为,容许输出转矩和功率特性如右图所示。,图中1为他扇冷时的电动机容许输出转矩特性，2为自扇冷式电动机容许输出转矩特性。,2019/4/7,80,7、电力拖

41、动调速电动机功率的选择,变频调速笼型异步电动机功率的选择,f1fN（nnN）变频调速,在f1fN变频调速时，变频器的输出电压（即电动机定子电压）Ux不允许超过电动机的额定电压，即Ux=UN,这时的人为机械特性如右图所示。,这时，输出最大转矩反比于频率的平方,2019/4/7,81,7、电力拖动调速电动机功率的选择,变频调速笼型异步电动机功率的选择,f1fN（nnN）变频调速,f1fN变频调速时，Ux=UN，为使电动机得到充分利用（即调速过程均保证I1=IN），假设调速过程cosj1和h保持不变，则,若忽略定子损耗，则PT=P1，则电动机容许输出转矩为,2019/4/7,82,8、选择电动机功率

42、的统计法,生产机械选用电动机功率的实用方法,以机床制造业为例，目前我国对不同类型机床的主拖动电动机的功率采用统计分析法估算,车床,式中 D工件的最大直径（m）,立式车床,式中 D工件的最大直径（m）,摇臂钻床,式中 D最大钻孔直径（mm）,2019/4/7,83,8、选择电动机功率的统计法,生产机械选用电动机功率的实用方法,外圆磨床,式中 B砂轮宽度（mm）；K考虑砂轮采用不同轴承时的系数，滚动轴承K=0.81.1，滑动轴承K=1.01.3。,卧式镗床,式中 D镗杆直径（mm）,龙门铣床,式中 B工作台宽度（mm）,2019/4/7,84,9、电动机电流种类、结构形式、额定电压 与额定转速的选

43、择,电动机电流种类的选择,尽量优先选用交流笼型异步电动机，笼型异步电动机价格便宜、结构简单、维护方便，水泵、机床、通风机等； 绕线式异步电动机能限制起动电流和提高起动转矩，主要用于起重机、矿井提升机等； 滑差电动机和交流换向器电动机，主要用于平滑调速，但调速范围不大的场合，如纺织、造纸等； 当电动机功率较大且无调速要求时，可选用交流同步电动机，以提高功率因数； 交流电动机功率可达几万千瓦、额定电压高达6000V甚至150000V，转速可高达几万几十万转/分钟； 直流电动机调速性能优异，主要用于调速范围要求很大的场合。,2019/4/7,85,9、电动机电流种类、结构形式、额定电压 与额定转速的

44、选择,电动机结构形式的选择,电动机的结构形式可分为：卧式与立式两种。 一般情况下选择卧式，只有在为了简化传动装置，又必须垂直运行时才选用立式。 电动机的防护形式可分为： 开启式 价格便宜、散热好，只能适用于干燥和清洁环境中； 防护式 防滴、防雨、防溅、防止外界物体从上面落入电机内部，不能潮气与灰尘的进入，适用于干燥灰尘不多且无腐蚀与爆炸性气体的环境中； 封闭式 分为自扇冷、他扇冷和密闭式三种，前两类可用于潮湿、多腐蚀性灰尘和易受风雨的场合，密闭式可浸如水中工作，如潜水泵； 防爆式 一般用于有爆炸危险的场合，如瓦斯矿井下、油池附近等,2019/4/7,86,9、电动机电流种类、结构形式、额定电压

45、 与额定转速的选择,电动机额定电压的选择,交流电动机的额定电压应选的与电网电压相一致。 一般车间低压电网为380V，中小型电机都是低压的，额定电压为220V/380V(D/Y联结)，或380V/660V (D/Y联结)，后者可用Y/D起动； 电动机功率较大时，可选用高压电机以节约铜材，额定电压可选择3000V、6000V甚至10000V； 直流电动机的额定电压也应与电源电压相匹配。 当直流电动机由直流发电机供电时，直流电动机额定电压可选择110V、220V，功率较大时可选择600800V甚至1000V； 当直流电动机由晶闸管整流装置供电时，直流电动机额定电压可选择160V（与单相整流配合）、4

46、40V（与三相桥式整流配合），功率较大时可选择1200V；,2019/4/7,87,9、电动机电流种类、结构形式、额定电压 与额定转速的选择,电动机额定转速的选择,选用高速电动机比较经济，但当生产机械转速较低时，传动机构将比较复杂，综合考虑： 电动机连续工作很少起、制动及反转 综合初期投资、占地面积与维护费用等全面考虑，最后确定合适的传速比和电动机额定转速； 电动机连续工作很少起、制动及反转，但过渡过程持续时间对生产率影响不大 除考虑初期投资外，主要根据过渡过程能量损耗最小的条件，确定合适的传速比和电动机额定转速； 电动机连续工作很少起、制动及反转，过渡过程持续时间对生产率影响较大 主要根据过渡过程持续时间最短的条件，确定合适的传速比和电动机额定转速；,再见,