1、第第 十十 章章 電電 力力 拖拖 動動 系系 統統 中中 電電 動動 機機 的的 選選 擇擇電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統中電動機的選擇電力拖動系統中電動機的選擇電動機的發熱及冷卻規律電動機的發熱及冷卻規律電動機選擇的一般概念電動機選擇的一般概念短時工作制電動機的選擇短時工作制電動機的選擇連續工作制電動機的選擇連續工作制電動機的選擇電動機的工作制電動機的工作制電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統中電動機的選擇電力拖動系統中電動機的選擇本章要求：掌握

2、決定電動機額定功率的主要因素。掌握決定電動機額定功率的主要因素。掌握確定電動機額定功率的主要方法。掌握確定電動機額定功率的主要方法。了解電動機發熱及冷卻的規律。了解電動機發熱及冷卻的規律。掌握電動機的工作制。掌握電動機的工作制。能合理的選擇電動機。能合理的選擇電動機。電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇第一節第一節 電動機選擇的一般概念電動機選擇的一般概念一、正確選擇電動機的意義一、正確選擇電動機的意義電動機電動機生產機械生產機械TemnTL 電動機選擇要合電動機選擇要合理，主要選擇其功率理，主要選擇其功率PN；其次；其次U,n等。等。

3、 如果如果PN太小，電動機經常處于過載下運行，發熱太小，電動機經常處于過載下運行，發熱嚴重，會損壞。嚴重，會損壞。 如果如果PN太大，電動機經常處于輕載下運行，投資太大，電動機經常處于輕載下運行，投資大，效率和功率因數低，會造成浪費。大，效率和功率因數低，會造成浪費。 選擇電動機功率選擇電動機功率PN的原則：的原則：在滿足負載在滿足負載要求的前提下，最經濟、最合理地決定要求的前提下，最經濟、最合理地決定功率。功率。電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇二、決定電動機功率二、決定電動機功率PN的主要因素的主要因素 決定電動機功率決定電動機功

4、率PN的主要因素：的主要因素：電動機的發熱及電動機的發熱及溫升；過載能力和起動能力。溫升；過載能力和起動能力。 電動機工作時有銅、鐵、摩擦等損耗，這些損耗電動機工作時有銅、鐵、摩擦等損耗，這些損耗變為熱能使電機溫度變為熱能使電機溫度t升高。升高。 當電機溫度當電機溫度t升高到一定極限（電機允許最高溫度）升高到一定極限（電機允許最高溫度）時，其繞組、鐵芯絕緣將迅速老化，遭到損壞，使電時，其繞組、鐵芯絕緣將迅速老化，遭到損壞，使電機壽命大減，嚴重時會直接燒毀電機。機壽命大減，嚴重時會直接燒毀電機。 電機選用的絕緣材料不同，其最高電機選用的絕緣材料不同，其最高允許溫度不同。常用絕緣材料，按允許溫度不

5、同。常用絕緣材料，按其耐熱能力分為：其耐熱能力分為：A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)五級。五級。電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇 電機絕緣材料的最高允許溫度就限制了電機帶負電機絕緣材料的最高允許溫度就限制了電機帶負載的限度，而電動機功率載的限度，而電動機功率PN就代表了該限度；當電動就代表了該限度；當電動機帶額定功率負載運行時，其穩定溫度接近絕緣材料機帶額定功率負載運行時，其穩定溫度接近絕緣材料的最高允許溫度。的最高允許溫度。 電動機工作時，溫度的升高，一方面取決于電動機工作時，溫度的升高，一方面

6、取決于發熱發熱量（量（ p）；另一方面取決于）；另一方面取決于環境溫度和散熱條件環境溫度和散熱條件。 電動機的電動機的溫升溫升：電機溫度與環境溫度之差。電機溫度與環境溫度之差。 國標規定電動機國標規定電動機最高允許溫最高允許溫升升=絕緣材料的最高允許溫度絕緣材料的最高允許溫度-環環境溫度境溫度(40)。常用絕緣材料常用絕緣材料:A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180)電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇國標規定電動機國標規定電動機最高允許溫升最高允許溫升=絕緣材料的最高允許溫度絕緣材料的最高允許溫度-環境溫度

7、環境溫度(40)。絕緣絕緣級別級別AEBFH最高最高容許容許溫度溫度105120130155180最高最高容許容許溫升溫升607580105125電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇選擇電動機功率時，除了考慮溫升外，還要考慮過載選擇電動機功率時，除了考慮溫升外，還要考慮過載能力和起動能力。能力和起動能力。一般要求電動機帶最大負載力矩和起動負載力矩滿足：一般要求電動機帶最大負載力矩和起動負載力矩滿足：NmmaxLT81. 0T 考慮考慮U波動波動10%，的保險系數，的保險系數NTLstTk81. 0T 考慮考慮U波動波動10%，的保險系數

8、，的保險系數電動機的額定起動力矩電動機的額定起動力矩電動機的最大電磁力矩電動機的最大電磁力矩電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇第二節第二節 電動機的發熱及冷卻規律電動機的發熱及冷卻規律一、電動機的發熱過程一、電動機的發熱過程由能量守恒定律可知：由能量守恒定律可知：產生的熱量產生的熱量=溫升的熱量溫升的熱量+散熱量散熱量dtAcdQdt Q：電動機單位時間發熱量電動機單位時間發熱量C：電動機的熱容量，即每升高電動機的熱容量，即每升高1所需熱量所需熱量A：電動機的散熱系數電動機的散熱系數 ：電動機的溫升電動機的溫升電機及拖動基礎電機及拖動

9、基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇dtAcdQdt 變形為：變形為：sHdtdTdtdAcAQ 非齊次常系數一階微分方程非齊次常系數一階微分方程解方程溫升解方程溫升 的解為：設的解為：設t=0, = i則則溫升溫升 的解為：的解為：e)(HTtsis TH=C/A，電動機的發熱時間常數，電動機的發熱時間常數 s =Q/A，電動機的穩定，電動機的穩定溫升溫升 i，電動機的初始，電動機的初始溫升溫升電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇電動機的電動機的溫升曲線為：溫升曲線為： 0t s i4TH 經過經過(

10、34) TH溫升就可溫升就可達到穩定值達到穩定值 s。 小電動機小電動機TH=1020分鐘；分鐘；其只需要半小時就能其只需要半小時就能達到穩定達到穩定溫升溫升 s。 大電動機大電動機TH=30分鐘；其需要兩個小時才能分鐘；其需要兩個小時才能達到達到穩定溫升穩定溫升 s。e)(HTtsis 電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇電動機的穩定電動機的穩定溫升溫升 s =Q/A,發熱量發熱量Q正比與損耗正比與損耗 p。1、散熱條件（、散熱條件（A）不變時，）不變時，損耗損耗 p增加，增加，穩定穩定溫升增加溫升增加。結論結論：2、改善散熱條件（改

11、善散熱條件（A）可以降低穩）可以降低穩定定溫升溫升。 0t s i4TH電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇二、電動機的散熱過程二、電動機的散熱過程 電動機達到穩定溫升后，如果負載減小或停車，電動機達到穩定溫升后，如果負載減小或停車，則電機的發熱量將減小于散熱量，電機溫度會下降，則電機的發熱量將減小于散熱量，電機溫度會下降，最后穩定于較低的穩定溫升。這個溫升下降過程叫最后穩定于較低的穩定溫升。這個溫升下降過程叫電動機的冷卻。電動機的冷卻。電動機冷卻的溫升方程仍為：電動機冷卻的溫升方程仍為：e)(HTtsis 只是只是 s4TH時，時，

12、= s；否則；否則 4TH， = s。 如：通風機、水泵、紡織機等都選用連續工作如：通風機、水泵、紡織機等都選用連續工作制電動機。制電動機。 電動機的負載圖：指電動機的負載圖：指電動機的輸出功率（或轉電動機的輸出功率（或轉矩）與工作時間的關系曲線矩）與工作時間的關系曲線。 生產機械的負載圖：指生產機械生產機械的負載圖：指生產機械的輸出功率的輸出功率（或轉矩）與工作時間的關系曲線（或轉矩）與工作時間的關系曲線。電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇 連續工作制電動機的負連續工作制電動機的負載和溫升曲線為：載和溫升曲線為： P0t s4THP

13、N結論：結論： 對連續工作制電動機，對連續工作制電動機，取使電機取使電機穩定溫升穩定溫升達到電動達到電動機機絕緣材料最高允許溫升絕緣材料最高允許溫升時時的的輸出功率輸出功率，作為該電動機，作為該電動機的的額定功率額定功率。 輸出功率不同，發熱量輸出功率不同，發熱量Q不同，不同， s不同。不同。采油平臺采油平臺電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇二、短時工作制二、短時工作制 短時工作制指：電動機帶恒定負載在給定的短短時工作制指：電動機帶恒定負載在給定的短時間內運行，工作時間時間內運行，工作時間t 4TH， max s。冷卻后溫升為。冷卻后

14、溫升為0。 如：電動閘門、重型如：電動閘門、重型吊車等都選用短時工作制吊車等都選用短時工作制電動機。電動機。 短時工作制電動機的短時工作制電動機的負載和溫升曲線為：負載和溫升曲線為： P0t sPN m國標規定短時工作制標準國標規定短時工作制標準時限為：時限為：10、30、60、90分鐘。分鐘。電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇結論：結論： 短時工作制電動機相應工作時限額定功率的規定：短時工作制電動機相應工作時限額定功率的規定：電動機帶恒定負載運行，取在規定工作時限內電動機帶恒定負載運行，取在規定工作時限內實際達實際達到的最高溫升到的

15、最高溫升等于電動機絕緣材料等于電動機絕緣材料最高允許溫升時的最高允許溫升時的輸出功率輸出功率，作為該工作時限下的額定功率。，作為該工作時限下的額定功率。船船 閘閘 P0t sPN m電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇三、斷時周期工作制三、斷時周期工作制 電動機帶恒定負載運行時間電動機帶恒定負載運行時間tR短，停車時間短，停車時間t0也也短，以短，以(tR + t0)=10min為周期重復工作。其中為周期重復工作。其中t0 和和tR都都 4TH。 max PZN PLN;時間延長時間延長,額定功率將減小額定功率將減小.電機及拖動基礎電機

16、及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇第四節第四節 連續工作制電動機額定功率的選擇連續工作制電動機額定功率的選擇連續工作制電動機的負載分為：恒定負載；變化負載。連續工作制電動機的負載分為：恒定負載；變化負載。一、恒定負載下電動機容量的選擇一、恒定負載下電動機容量的選擇選擇電動機的額定功率大于等于負載功率。即：選擇電動機的額定功率大于等于負載功率。即：選擇步驟：選擇步驟：1、計算負載功率、計算負載功率PL幾種常見負載幾種常見負載PL的計算公式的計算公式1）直線運動機械的負載功率）直線運動機械的負載功率PL ： VFPLLFL：生產機械的靜阻力，：生產機械的靜

17、阻力，N。V：生產機械的速度，：生產機械的速度，m/s。 ：傳動裝置的效率，直接連接時取：傳動裝置的效率，直接連接時取0.951，皮帶傳，皮帶傳 動取動取0.9。LN;LNP1 . 1PPP 電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇2）旋轉運動機械的負載功率）旋轉運動機械的負載功率PL 55. 9nTPLLLTL：生產機械的靜轉矩，：生產機械的靜轉矩，NmnL ：生產機械的速度，：生產機械的速度，rpm ：傳動裝置的效率：傳動裝置的效率3）泵類機械的負載功率）泵類機械的負載功率PL)kW(102HQP1L ：泵的流量，：泵的流量，m3/sH

18、 ：饋送高度，：饋送高度，m; ：傳動裝置的效率：傳動裝置的效率 1：泵的效率：泵的效率低壓離心泵低壓離心泵 10.30.6高壓離心泵高壓離心泵 10.50.8活塞泵活塞泵 10.0. ：液體密度，：液體密度，kg/m3102=1000/9.8電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇）風機類機械的負載功率）風機類機械的負載功率PL1LhQP ：氣體流量，：氣體流量，m3/sh ：風機壓力，：風機壓力，N/m2 ：傳動裝置的效率：傳動裝置的效率 1：風機的效率：風機的效率大型風機大型風機 10.50.8中型風機中型風機 10.30.5小型風機

19、小型風機 10.20.52、按負載功率、按負載功率PL選擇電動機的額定功率選擇電動機的額定功率P 在環境溫度為時，在環境溫度為時，對連續工作制，選擇電動對連續工作制，選擇電動機的額定功率機的額定功率P1.1*負載功率負載功率PL 。電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇 當環境溫度不為時，為了合理選擇電動機應當環境溫度不為時，為了合理選擇電動機應進行修正。進行修正。)1(1PPsNN ：所選擇電動機的實際輸出功率。：所選擇電動機的實際輸出功率。：環境溫度為時，所選擇電動機的功率。：環境溫度為時，所選擇電動機的功率。：實際環境溫度與之差。：

20、實際環境溫度與之差。 sN：電機穩定溫升。：電機穩定溫升。 ：損耗比：損耗比直流機直流機 1籠型異步機籠型異步機 0.50.7大型繞線異步機大型繞線異步機 0.91電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇例：一高壓離心水泵：排水量例：一高壓離心水泵：排水量Q=288m3/h,總揚程總揚程H=240m, 效率效率=0.7。電機與水泵直接連接。試選擇電。電機與水泵直接連接。試選擇電機容量。機容量。)kW(102HQP1L 解：先計算負載功率解：先計算負載功率KW2697 . 036001022402881000PL 考慮保險系數，電動機額定容量

21、可以選擇為：考慮保險系數，電動機額定容量可以選擇為：PN (1.1PL)電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇二、變負載下電動機容量的選擇二、變負載下電動機容量的選擇 電動機帶變負載運行時，其發熱量也不斷變化，電動機帶變負載運行時，其發熱量也不斷變化，溫升也不斷變化，但長時運行后，溫升應在一個小范溫升也不斷變化，但長時運行后，溫升應在一個小范圍內波動。圍內波動。 選擇電動機的功率，應保證運行時最高溫升不超選擇電動機的功率，應保證運行時最高溫升不超過電機的最高允許溫升。過電機的最高允許溫升。選擇步驟：選擇步驟：1）計算生產機械功率，繪出生產

22、機械負載圖。）計算生產機械功率，繪出生產機械負載圖。2）預選電動機功率。）預選電動機功率。3）計算預選電動機負載圖。）計算預選電動機負載圖。4）利用電動機負載圖，進行發熱、過載、起動校驗。）利用電動機負載圖，進行發熱、過載、起動校驗。電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇1、預選電動機功率、預選電動機功率1）可以根據經驗或參考類似系統來預選功率。）可以根據經驗或參考類似系統來預選功率。2）利用生產機械的平均功率來預選功率。）利用生產機械的平均功率來預選功率。生產機械的負載圖，在變化周期生產機械的負載圖，在變化周期tC內，負載變化內，負載變

23、化n次。次。 P0tP2t1t2t3t4P1P3P4432144332211LavtttttPtPtPtPP 預選電動機功率：預選電動機功率： PN=(1.11.6) PLav電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇2、發熱校驗、發熱校驗 直接用溫升曲線來校驗溫升，很困難，因為直接用溫升曲線來校驗溫升，很困難，因為TH不不知道；需要用其他方法間接校驗溫升。知道；需要用其他方法間接校驗溫升。（1）平均損耗法）平均損耗法原理：原理：電機發熱量電機發熱量Q正比于損耗。所以只要電機的平正比于損耗。所以只要電機的平 均損耗不超過額定損耗，其溫升就不會

24、超過容均損耗不超過額定損耗，其溫升就不會超過容 許溫升。許溫升。步驟：步驟： a、利用電動機負載圖和預選電動機效率曲線，、利用電動機負載圖和預選電動機效率曲線， 求出每段時間的損耗功率。求出每段時間的損耗功率。b、計算平均損耗、計算平均損耗cnn2211avttptptpp 電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇c、發熱校驗條件、發熱校驗條件校校驗驗通通過過時時當當,ppNav （2）等效電流法）等效電流法原理：原理：用一個等效電流用一個等效電流Ieq來代替實際電流，兩者發熱來代替實際電流，兩者發熱 相等。如果預選電機的在變化負載下等效電流相等。如果預選電機的在變化負載下等效電流 Ieq IN ，則預選電機合適。，則預選電機合適。步驟：步驟：a、繪制電動機負載電流圖。、繪制電動機負載電流圖。b、計算等效電流。、計算等效電流。 n1kkk2ceqtIt1I電機及拖動基礎電機及拖動基礎第第1010章章 電力拖動系統電動機的選擇電力拖動系統電動機的選擇c、發熱校驗條件、發熱校驗條件校校驗驗通通過過時時當當,IINeq （3）等效轉矩法（僅用于）等效轉矩法（僅用于力矩力矩T正比電流正比電流I場合）場合）原理：原理：用一個等效轉矩用一個等效轉矩Teq來代替實際轉矩，兩者發熱來代替實際轉矩，兩者發熱 相等。如果預選電機的