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1、http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,第九章 电力拖动系统中 电动机的选择 Choice of Motor in Electric Drive Systems,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,本章教学基本要求,1.了解电动机容量选择的基本理论和电机工 作制。 2.掌握电动机容量选择方法。 重点： 电动机容量选择方法。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,9.1电动机选择的一般概念,9.1.1正确选择电动机容量的意义 如果电机容量过大，则电机效率低，容量浪 费，如果电机容量不能充分利用；如果容量过小， 则电机过热，电机寿命要降低。 每台电机
2、绝缘材料限制了它的最高允许温度， 若工作温度超过允许温度，则每升高8，绝缘寿命 缩短一半。 所以必须选择合适的容量，选电机时，除选容 量外，还要选电机的型式，电流种类，转速等。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,9.1.2容量选择的主要方法,在确定电流种类( 交，直，励磁方式) 后，按负载功率大小来预选电动机容量。然 后进行各种校验。 1.发热效验 按发热条件检验应满足： P、T为电动机输出功率和输出转矩。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,校验,2. 过载能力校验 对于异步机应满足：,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,校验,3. 起
3、动能力校验 对鼠笼异步电动机要校验起动能力。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,9.2 电动机的发热和冷却,电机在工作时，1，即存在损耗，其功率损 耗为p, p变成热能，一方面使电机本身温度升 高，同时，在电机温度高出周围环境温度时要散出 热量。 电机温度超出环境温度的数值称为温升，用 表示，有温升就要散热，温升越高，散热越快。 当电动机单位时间发出的热量等于散出的热量 时，电动机的温度不再增加，电动机达到稳定温升 电机处于发热和散热平衡状态。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,9.2.1发热过渡过程,假设 ： （1）电机长期运行，负载不变时， p不变。
4、 （2）电机本身各部分发热均匀 （3）周围环境温度不变。 电机单位时间内产生的热量： 其中0.24为电功率换算到热功率的热功当量。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,发热过渡过程,根据能量守恒定律，在dt时间内电机产 生的热量，应与电机本身温度升高所需要的 热量和散到周围介质中去的热量之和相等。 即有热平衡方程式：,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,发热过渡过程,上式如果d=0 时，即电机的温度不再升 高，则=s ，s为稳定温升。 设 T=C/A，T为发热时间常数。对小容量 电机，T为1020分钟，对大容量电机，可达 数小时。 解方程 ，得： i为初始温
5、度,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,电机的温升曲线,开始时，很小， 电机产生的热量主要用 于提高电机本身的温度， 即大部分被吸收，使 ， 较高时，电 机产生的热量与散到环 境介质中的热量相等时， 电机温度不再升高。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,时间常数T的物理意义,电机发出的热量全部用来提高电机 温度，使电机温升从零升到s所需要的 时间。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,电机绝缘材料的最高允许工作温度,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,9.2.2 电机的冷却过程,电机的冷却过程同样按指数规律变化，冷 却即
6、为散热过程，即的过程，与发热不同 的是：i、s 及T不同。现分二种情况讨论。 1.负载减小时 则：,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,电机冷却曲线,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,9.3电机工作方式,电机工作方式分三种： 连续工作制，短时工作制， 断续周期工作制。 1.连续工作 电机工作时间很长， tw34T，tw为工作时间。 例如水泵，风机等。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,2.短时工作制,电机工作时间很短，电机停歇时间长。 一般根据短时工作制特点，将工作时间 ts结束时的温升设计在接近绝缘材料允许最高 温升，则该电机在拖动同
7、样负载而连续工作 时，稳定温升将大大超过该电机的最高允许 温升，而将电机烧坏，所以，短时工作制电 机拖动对应的额定负载时，不允许连续运行,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,短时工作制,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,短时工作制,短时工作制电机的标准工作时间为： 15，30，60，90分钟四种。 属于短时工作制的电机有：水闸闸门， 车床等夹紧装置等。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,3.断续周期工作制,电机的工作时间tw与停歇时间ts相互交替， 两段时间都较短。在工作时间内，电机温升达 不到稳定值，停歇时间内电机温升也降不到零 经过
8、一个周期，温升有所上升，经过若干个周 期后，温升在最高温升max和最低温升min 之 间波动。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,断续周期工作制,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,断续周期工作制,设计这种工作制的电机时，应使最高允 许温升大于最高温升，即almax显然改变 工作时间和停歇时间的比率，会影响max 值 的大小，为此提出负载持续率(暂载率)的概 念。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,负载持续率,定义： 暂载率表明工作时间占工作周期时间的 百分数。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,断续周期工作制,标准
9、负载持续率为： 15%，25%，40%，60%四种。 属于断续周期工作制的设备如：起重 机械，电梯等。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,9.4连续工作制电机的容量选择,连续工作制电机的容量选择其负载分二 种：恒定负载（重点介绍），变化负载。 其中变化负载是指：负载长期施加，但 大小变化，变化通常具有周期性，或者在统 计的规律下具有周期性，如恒速轧钢机、输 送量变化的连续运输机等。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,长时恒定负载下的电动机容量选择,选择方法： 由已知的负载功率PL去选电动机容量使 PNPL。则有：als。其中： s电机 稳定温升，al为电
10、机材料最高允许温升。 校验过载能力和起动能力。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,具体方法,1.连续恒定负载是电动机容量的选择 由于连续工作制电动机都是按连续恒定负载 设计的，只需PLPN就可使温升不超过允许 值，不需要热校核，其容量选择步骤： （1）先计算负载功率PL； （2）按PL选电机，使PNPL； （3）若笼型感应电动机，需要对所选电机进行 起动能力校验；,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,具体方法,（4）若环境温度0与标准40相差较大，应 修正电动机的额定值，可按下式修正： 式中： 为电机空载损耗（不变损 耗 ）与额定负载的可变损耗之比，sN为
11、电机 额定稳定温升。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,2.连续周期变化负载时电动机容量的选择,可采用等效转矩法，其步骤如下： (1)计算平均负载功率 先绘制生产机械的功率负载图或转矩负载图， 然后求平均负载功率PavL： 式中TavL为平均负载转矩。 (2)预选电动机 按PN (1.11.6) PavL预选电动机，并计算预 选电动机的TN。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,连续周期变化负载时电动机容量的选择,（3）绘制预选电动机的电磁转矩图T=f(t) . 第i段的电磁转矩Ti为：,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,连续周期变化负
12、载时电动机容量的选择,（4）用等效转矩进行发热校核： a)求出等效转矩，如果 ，则发热校核 通过。 b)对于直流电动机m都不变 或感应电动机 m与cos2都不变时，可按下式计算：,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,（4）用等效转矩进行发热校核,(c)如第i段为弱磁，设该段磁通为，转矩为Ti，则应采用修正值Ti ，即： （d）如考虑其制动冷却恶化系数和停机冷却恶化系数，则修正后等效转矩为： 式中t1为起动时间，t2为匀速时间，t3为制动减速时间，t4停歇时间。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,连续周期变化负载时电动机容量的选择,（5）发热校核合格后，还需校验过载能力及起动能力，如果过载能力或起动能力不满足要求，则应改用按过载能力或起动能力重新选择电动机。,http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛,第九章作业：Problems,思考题：P299 9-1、9-2、9-7、9-8 作业： P300 9-15。,