關于電動機的容量選擇第一頁，共二十頁，2022年，8月28日9.2電動機的發熱與冷卻規律電動機的熱平衡方程式電機與拖動

電機在工作時內部損耗所產生的熱量，一部分散發到周圍介質中去，另一部分則積存在電機內部，使溫度升高。根據能量平衡關系，在任何一段時間內，電動機產生的熱量總是等于電動機本身用于溫度升高所吸收的熱量與散發到周圍介質中去的熱量之和。據此可寫出電動機的熱量平衡方程式：式中，Q—電動機在單位時間內產生的熱量，單位為焦/秒；A—電動機的散熱率，即當電動機溫度與周圍環境溫度相差1oC

時，每秒鐘內散發到周圍介質中去的熱量，單位為卡／秒度；C—電動機的熱容量，即電動機溫度升高1oC時所吸收的熱量，

單位為卡／度；

—電動機的溫升，即電動機的溫度超過周圍環境溫度的度數。(9-3)第二頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動

將等式(9-3)兩邊同除以

，并令

、

，且考慮到初始條件為t=0時，起始溫升為

，

則得方程的解為（9-4）

若電機投入時的溫度等于周圍環境溫度，即t=0時，起始溫升

，

則（9-4）式變為（9-5）電動機的發熱過程、

式中，

為電機的發熱時間常數。為電機的穩定溫升.

在圖9-1中繪出對應式（9-4）（特性1）及式（9-5）（特性2）

的

曲線。

圖9-1電動機發熱過程的溫升曲線第三頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動

仿照電動機發熱過程的分析方法，可得到電動機冷卻過程的溫升變化方程式與式（9-4）相同，其中

為冷卻開始時的溫升，而

為降低負載后的穩定溫升。這種情況下的溫升變化曲線見圖9-2中的特性1。

當電動機自電網斷開時，

，使

，則停機過程的溫升表達式為（9-6）電動機的冷卻過程、

圖9-2電動機冷卻過程的溫升曲線第四頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動1、連續工作制

連續工作制也稱作長期工作制，其特點是電動機的連續工作時間

，運行中電機的溫升可以達到穩定值

，屬于這類生產機械的有水泵、鼓風機、機床主拖動等。其典型的負載圖和溫升曲線如圖9-3所示。電動機的工作方式、

圖9-3連續工作制的負載圖和溫升曲線2、短時工作制

短時工作制電機的特點是工作時間較短，

，停車時間較長

，即工作時間內電動機溫升達不到穩定值，而停車時溫升可下降到零．屬于這類生產機械的有：水閘閘門啟閉機、機床夾緊裝置等。其典型的負載圖和溫升曲線如圖9-4所示。圖9-4短時工作制的負載圖和溫升曲線第五頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動3、周期性斷續工作制

周期性斷續工作制也稱作重復短時工作制。其工作特點是工作時間tg和停歇時間to周期性輪流交替，而且兩段時間都較短

，

其典型的負載圖和溫升曲線如圖9-5所示。電動機的工作方式、

圖9-5斷續周期工作制的負載圖和溫升曲線

在周期性斷續工作方式中負載工作時間與整個周期之比稱為負載持續率ZC%，即(9-6)

我國生產的周期性斷續工作制電動機，規定的標準負載持續率有15%、25%、40%、60%四種，同時規定一個周期的總時間

。第六頁，共二十頁，2022年，8月28日9.3連續工作制電動機容量的選擇連續恒定負載下電動機容量的選擇電機與拖動

連續工作制電動機的負載可分為兩類，即恒定負載與周期性變化負載，對連續工作制電動機容量的選擇，主要從發熱方面考慮。

如果電動機周圍的環境溫度

是標準溫度40oC，則要求

即可保證電動機在長期運行時的實際穩定溫升

低于絕緣材料的最高允許溫升

，發熱不會有問題。電動機起動時電流較大，但起動時間較短，對溫升影響不大，可不予考慮。如果選用籠型感應電動機，一般還需校驗其起動能力。

如果電動機周圍的環境溫度

不是標準溫度40oC，為了充分和可靠的利用電動機，預選電動機的額定功率

應按（9-8）式修正。（9-8）

式中，為電機絕緣材料允許的最高溫度；

為不變損耗與可變損耗之比。

第七頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續周期變化負載時電動機容量的選擇、

圖9-6周期性變化負載下的損耗曲線及溫升曲線

電機在變動負載下運行時，它的輸出功率是不斷的變化的，因而電機的損耗以及它所產生的熱量也在不斷地變化。電機的發熱和溫升也在波動，但經過一段時間之后，其溫升即達到一種穩定的波動狀態，如圖9-6所示。

電動機容量選擇的一般步驟如下：

（1）首先根據生產工藝過程，作出生產機械的負載圖(折算到電動機軸上)。利用生產機械的負載圖可以求負載的平均功率

或平均轉矩

，即=(9-10)=(9-11)第八頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續周期變化負載時電動機容量的選擇

（2）按經驗公式預選電動機。其額定功率可選為：

（3）做預選電機的負載圖

、或

、或

、或

。如做電動機的損耗負載圖

，按式

計算出各工作段的損耗

、

…

，如圖9-6所示，其中各工作段的效率

可查預選電機的效率曲線。=

（4）進行發熱校驗。

選擇一種合適的校驗方法，算出平均損耗

，或電流的等效值

，或轉矩的等效值

或功率的等效值

，如果計算值小于或等于預選電動機的額定值，則發熱校驗通過，預選電動機合格。如果計算值大于預選電動機的額定值，則需另選電機，重新進行發熱校驗，直到滿足要求為止。（5）過載能力和起動能力的校驗

若過載能力和起動能力不滿足要求，則應重新選擇過載能力和起動能力滿足要求的電動機。電動機容量選擇的一般步驟如下：第九頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續周期變化負載時電動機容量的選擇

（1）平均損耗法

用平均損耗功率

來代替平均溫升

來校驗電動機的發熱。

先由電動機的損耗負載圖（如圖9-6所示）計算平均損耗(9-12)

若

略小于

，則發熱校驗通過，而且電動機得到充分利用。

若

，說明預選電動機功率太小，發熱校驗沒有通過，應重選額定功率大的電動機再檢驗。

若

，預選電動機功率太大，電機得不到充分應用，可重選額定功率小的電動機再檢驗。=

平均損耗法可用于各種電機的大多數工作情況的發熱校驗，但計算步驟較為復雜，一般情況下可采用下列各種等效法。發熱校驗常用的方法有平均損耗法和各種等效法，現介紹如下：第十頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續周期變化負載時電動機容量的選擇

只要上式中的等效電流

略小于預選電機的額定電流

，電機的發熱校驗即可通過。（3）等效轉矩法

如果電機的轉矩與電流成正比，則式（9-16）可以寫成轉矩形式

(9-17)式中，

為等效轉矩；

為第i級的轉矩。

如果

略小于

，則發熱校驗通過。（2）等效電流法

等效電流法是從平均損耗法推導而來的，它的基本原理是用一個不變的等效電流

來代替實際變動的電流。

經推導得：(9-16)第十一頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動連續周期變化負載時電動機容量的選擇

（4）等效功率法

如果整個工作期間轉速基本不變，由式

可知，輸出功率P與轉矩T成正比，則式（9-17）可表示為(9-18)式中，

為電動機功率負載圖中第i段的功率。

如果

略小于

，則發熱校驗通過。第十二頁，共二十頁，2022年，8月28日9.4短時工作制電動機容量的選擇選用連續工作制電動機電機與拖動

對于短時工作方式，可以選用為長期工作而設計的連續工作制電動機，也可以選用專門為短時工作方式而設計的短時工作制電動機。

對于圖9-9所示的短時工作負載，由于工作時間

很短，如果根據

略大于

來選擇連續工作制電動機的額定功率的話，則在工作結束時，電機的實際溫升

顯然低于該電機絕緣材料的允許溫升

，見圖9-9溫升曲線2，從發熱觀點看，電機未能得到充分利用。為此，可以選用額定功率

的連續工作制電動機，讓電動機在

時間內過載運行，電機的溫升沿曲線1上升，當

時，電機的溫升正好等于長期工作時的穩定穩升，即

，這樣，電機既不會過熱，又能在發熱上得到充分利用。圖9-9短時工作制的功率及溫升曲線第十三頁，共二十頁，2022年，8月28日選用連續工作制電動機電機與拖動

經推導可得：

對于負載功率為

且工作時間為

的短時工作負載，可按式(9-24)選用合適的連續工作制電動機。所選用連續工作制電機的額定功率要略大于由式（9-24）所計算出的值。（9-24）第十四頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動選用專為短時工作而設計的電動機

我國電機制造工業部門，專門為短時工作方式設計制造了短時工作制電機，其工作時間規定為30min、60min和90min。每一種又有不同功率和不向轉速。因此可以根據生產機械的功率、工作時間及轉速要求，從產品目錄中直接選用不同規格的電動機。

如果實際工作時間

與標準工作時間

相同，只需按式

選擇即可，不必再校核發熱。

如果短時負載也是一種變動的負載，應該首先算出變動負載的等效功率，然后選取其額定功率略大于等效功率的電動機，并校驗電動機的過載能力與起動能力，專供短時工作制使用的電動機一般具有較大的過載能力與起動轉矩。

如果實際工作時間

與標準工作時間

不相同，則應該進行功率換算，把

下的功率

換算為

下的功率

，再按

的大小選擇合適規格的電動機。第十五頁，共二十頁，2022年，8月28日電機與拖動選用專為短時工作而設計的電動機

經推導得：

當

與

相差不太大時，

可將

忽略不計，得

（9-28）

換算時，應選取與

最相近的

代入上式，然后選取短時工作制電動機的額定功率略大于由式（9-28）所計算出的值即可。(9-27)第十六頁，共二十頁，2022年，8月28日9.5周期性斷續工作制電動機容量的選擇電機與拖動

電機制造廠專門設計了周期性斷續工作制的電機。這種電機的特點是起動能力強、過載能力大，機械結構的強度大、飛輪慣量

較小。其負載持續率ZC%（

）規定為15%、25%、40％和60%。（1）計算負載轉矩或負載功率，初步確定負載持續率ZC%，據負載功率及ZC%預選一臺周期斷續工作制電動機。如果實際的負載持續率

與標準的負載持續率ZC%相同，可按下式預選電動機的額定功率

周期性斷續工作制電動機容量選擇和連續工作制變化負載下的功率選擇相似，一般步驟如下：

然后作出該預選電動機的負載圖

或

。選擇合適的方法（平均損耗法或各種等效法）進行發熱校驗。第十七頁，共二十頁，2022年，8月28日9.5周期性斷續工作制電動機容量的選擇電機與拖動（2）如果實際的負載持續率

與標準值ZC%不同，應把實際負載持續率

的等效功率

換算成最接近的標準負載持續率ZC%時的功率

，然后再選擇電機，最后進行發熱校驗（平