第14章

機電傳動控制系統中電動機的選擇電動機容量選擇的重要性容量選擇過小:不能充分發揮機械設備的能力,生產效率降低;電機經常在過載下運行會過早損壞,同時還可能出現啟動困難,經受不起沖擊負載等故障。容量選擇過大:設備投資費用增加；電機經常在輕載下運行，運行效率和功率因子都會下降。14.1電動機容量的選擇原則電動機容量應根據發熱、過載能力、啟動能力三個方面進行選擇；一、發熱電機中的能量轉化：銅損、鐵損和機械損耗。這些損耗最終都要轉化成熱能而使電機發熱，溫度升高。電機的熱損壞：當電機溫度超過首先損壞的是繞組的絕緣層，因為電機的絕熱成是耐熱最差的部分。如果電機的工作溫度超過了絕緣材料允許的最高工作溫度，輕則加速絕緣老化過程，縮短電動機壽命，重則使絕緣材料碳化變質，也就是損壞了電機。因此電機在運行時，必須保證電動機的實際最高工作溫度等于或略小于電機絕緣材料允許的最高溫度。二、過載能力由于電機的熱慣性比機械慣性和電磁慣性要大得多，一個小容量的電機也要運行2—3小時，溫升才趨于穩定，故電機在短期內承受高于額定功率的負載功率是仍可以保證最高工作溫度低于絕緣材料的允許最高溫度。因此，所選電機的最大轉矩必須小于運行過程中可能出現的最大負載轉矩。三、啟動能力由于鼠籠式異步電機的啟動轉矩一般比較小，所以，為使電機能可靠啟動，必須保證電機的啟動轉矩大于負載轉矩。電機的發熱過程電機發熱過程中，其溫升是隨時間按指數規律變化的，這和其他儲能元件的儲能過程的規律相似，溫升過程就是熱能的儲積過程。當電機的結構已確定時，其最后的穩定溫升取決于損耗的大小，穩定溫升取決于負載的大小。電機的穩態溫升取決于單位時間所產生的熱量和散熱系數

為電機的發熱時間常數C為電機的熱容量，A為電機的散熱系數電機的工作制連續工作制：電機運行的時間相當長，其工作時間大于（3-4）T,電機的溫升可達到該負載所對應的穩定溫升。短時工作制：電機的工作時間比較短，在工作的時間內，電動機的溫升達不到該負載所對應的穩定溫升。而停車時間相當長，電動機的溫度在此過程中足以降到和周圍空氣溫度一樣。周期性斷續工作制：電機的工作時間和停歇時間相互交替，在此過程中電機的溫度來不及上升到與負載相對應的穩定值，而停歇時間內卻又來不及冷卻到與周圍空氣溫度一致。14.2不同工作制下電動機容量的選擇一、負載功率恒定時連續工作制下電機的選擇方法負載功率小于額定功率長期恒定負載運行時電動機容量的選擇步驟：計算負載功率按負載功率選擇電機的額定功率如果選用鼠籠式異步電機，通常還需要校驗其啟動能力如果電機的工作環境溫度與標準環境溫度相差較大，則電機的額度功率應予修正不同環境溫度下額定功率的修正方法環境溫度303540455055電機功率增減的百分比8%5%0-5%-12.5%-25%

實際額定功率額定功率額定負載時不變損耗與可變損耗之比電機絕緣材料在標準環境溫度下的最大允許溫升周圍環境溫度比標準值40度的差海拔對電機的性能影響高海拔一是影響空氣的絕緣強度，二是影響散熱。對于低壓電機，可以不考慮空氣的絕緣強度問題，但必須考慮其散熱的影響。海拔3600m時，空氣密度大約只有1000m以下時的65%左右，使電機工作時的散熱大打折扣，如果按海拔1000m以下使用環境設計的電機要直接用于高海拔，必須降容使用，降容的幅度一般取每1000m降3～15%，具體要看電機的冷卻設計。可以采取加大冷卻風扇的風量來彌補空氣密度的降低，使高海拔運行時少降容或者不降容。例題：一臺離心式水泵，它與電動機直接連接，流量Q=50m3/h,

總揚程H=15m,轉速n=1450r/min,水泵的效率為0.4，試選擇電動機。

解：根據上面的式子可求得負載功率為5.1kW

查相應的產品目錄，按PN>PL可以選擇相應的電機

例題：當環境溫度為80，上題中應選那種型號的電機？

例題：一臺離心式水泵，它與電動機直接連接，流量Q=720m3/h,

總揚程H=21m,轉速n=980r/min,水泵的效率為0.78，傳動機構效率0.98，

電機與水泵同軸連接。現有一臺電動機，其額定功率55kW，定子電壓

380V，額定轉速980rpm，問是否能適用？

上堂課知識點回顧:1.電機容量計算的時候要根據哪三個方面的能力進行選型?如何進行校核?2.電機一般有那幾種工作制,它們各有何特點?3.我國電機的標準環境溫度是多少?當環境溫度高于標準溫度時，電機的承載能力增加還是減少？4.長期變動負載下的電機選型計算，一般采用那幾種等效方法進行計算，這些等效方法的依據是什么？二、長期變動負載運行時電動機容量的選擇步驟等效法求出等效功率/轉矩/電流根據額定功率大于等效功率選型校核過載能力校核啟動能力常用的三種等效法一般采用所謂“等值法”來計算電動機的功率，即把實際的變化負載化成一等效的恒定負載，而兩者的溫升相同，這樣就可根據得到的等效恒定負載來確定電動機的功率。等效電流法：該方法從平均損耗法推導而來，他的基本原理是用一個不變的等效電流代替實際變動著的電流，他們在同一周期內產生的損耗和熱量在變換前后相等；等效轉矩法：在磁通和功率因子不變時電機的輸出轉矩一電流成正比；等效功率法:如果電機的轉速基本不變，輸出功率近似于轉矩成正比；例題：由一臺電動機直接拖動某生產機械，其轉矩變化負載圖如圖所示，試選擇電動機，生產機械要求轉速為2950rpm左右14.2.2短時工作制電動機容量的選擇

當工作時間過短時，發熱已經不成問題時，要校核過載能力和啟動能力14.2.3重復短時工作制電機容量選擇特點:工作時間tp<(3-4)Th,停車(空載)時間t0<Th’，工作時間內電機的溫升不可能達到穩定溫升，停車時間內電機的溫升還沒有下降到零時，下一周期又開始了。暫載率

重復短時工作制電機選型步驟

例題：有一生產機械，其工作負載圖如圖所示，

其中功率為10kW，工作時間tp=0.75min,停車時間t0=2.34min,

轉速為1500r/min左右，如果選用連續工作制的普通電機，應

該選擇哪種型號的電機。

14.4電動機容量選擇的統計法和類比法統計法：對國內外同類型先進機床的主拖動電動機進行統計和分析，結合我國的生產實際情況，找出電動機容量與機床主要參數之間的關系，并用數學表達式加以表達，作為設計新機床時選擇電動機的主要依據。類比法：對經過長期運行考驗的同類型生產機械的電動機容量進行調查研究，并對其主要參數和工作條件進行對比，從而確定新設計生產機械所需要電動機的容量。14.5晶閘管供電對電動機的影響晶閘管電源的優點:體積小,重量輕,動作快，可以提高自動化程度，改善產品質量等。缺點：電源有紋波。紋波是指附著在直流電平之上的包含周期性與隨機性成分的雜波信號，指在額定輸出電壓和電流的情況下，輸出電壓中的交流電壓的峰值。狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電源中含有的工頻交流成分。直流電源的獲取方法整流電路濾波電路穩壓電路u1u2u3u4uo整流電路濾波電路穩壓電路1.變壓合適工作電壓元件耐壓,

安全隔離2.整流交流→直流脈動電壓3.濾波直流脈動電壓→平滑直流電壓去交流成分4.穩壓穩定輸出電壓合適的直流電壓,

電網波動，負載變化抑制紋波

進一步去交流成分電源紋波在示波器上檢測到的情況如圖14.8所示電源紋波的缺點：由于產生了脈動磁通，使電機發熱增加5-15%；換向性能變差；高次諧波電流使電網中產生較大的諧波壓降，從而影響其它電器。因此在交流電機容量選取的時候要適當的選大一點。14.6電動機的種類、電壓、轉速和結構形式的選擇（一）根據負載性質來選擇電機的類型（1）調速、啟動性能要求不高的場合，優先選用鼠籠式電機；（2）經常啟、停，且負載轉矩較大，要求調速，應選擇先繞式異步電機；對于周期性波動負載的生產機械，為了削平尖峰負載，一般都采用電動機帶飛輪工作，這種情況下也應選用先繞式異步電機。（3）對于只需要幾種速度而不要求無級調速的生產機械，為了簡化變速機構，可選用多速異步電動機；（4）對于要求恒速運行且要補償電網功率因素的場合，應優先考慮選用同步電機（5）對于需要大啟動轉矩又要求恒功率調速的生產機械，首先選用直流串勵或者復勵電機。（6）要求大范圍無級調速且經常啟停的生產機械，選用調速裝置。（二）電動機電壓等級的選擇電動機的電壓等級、相數、頻率都要與供電電壓相一致。我國生產的電動機額定電壓與額定功率的情況如下表所示：電壓（V）容量范圍(kW)同步電機籠型異步電機繞線型異步電機3803~3200.37~3200.6~3206000250~10000200~5000200~500100001000~10900

直流電機1100.25~1102200.25~3204401.0~500600~870500~4600注意：在前面的章節中我們講過：鼠籠式異步電機的額定電壓有兩種：220/380V，/Y接法；380V，接法。若采用Y-降壓啟動，就必須選用380V，接法的電機（三）電動機額定轉速的選擇(1)對于不需要調速的高轉速與中轉速的機械,一般應選相應額定轉速的異步電機或同步電機,直接與機械相聯(2)對于不需要調速的低速運轉的機械,一般是選用適當轉速的電動機通過減速機構來傳動,但電機額定轉速也不宜過高,否則減速機構會很龐大(3)對于需要調速的機械，電動機的最高轉速應與生產機械的最高轉速相適應，采用直接轉動或者減速機構來傳動(4)對于經常啟動、制動和反轉的生產機械，要著中考慮縮短過渡時間（四）電機結構形式的選擇(1)開啟式(2)防護式(3)封閉式(4)防爆式例