第五章  电力拖动系统电
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第五章 电力拖动系统电 动机的选择. 第一节 电动机发热和冷却的一般规律. 第二节 电机工作方式的分类. 第三节 连续工作制下电动机容量的选择. 第四节 短时工作制下电动机容量的选择. 第五节 断续周期工作制下电动机容量的选择. 第六节 电动机种类、额定电压、额定转速及外部 结构形式的选择. 第一节 电动机发热和冷却的一般规律. 为方便分析 , 又保证所得结论符合工程实际 , 假定: ① 电机为一个均匀物体,各部分的温度相 同,并具有恒定的散热系数和热容量 ② 电机长期运行,负载不变,总损耗不变 ③ 周围环境温度不变

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第五章 电力拖动系统电 动机的选择

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第五章 电力拖动系统电 动机的选择

第一节 电动机发热和冷却的一般规律

第二节 电机工作方式的分类

第三节 连续工作制下电动机容量的选择

第四节 短时工作制下电动机容量的选择

第五节 断续周期工作制下电动机容量的选择

第六节 电动机种类、额定电压、额定转速及外部

结构形式的选择


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第一节 电动机发热和冷却的一般规律

为方便分析,又保证所得结论符合工程实际,

假定:

①电机为一个均匀物体,各部分的温度相

同,并具有恒定的散热系数和热容量

②电机长期运行,负载不变,总损耗不变

③周围环境温度不变

一、电机的发热过程

★能量损耗转变为热能使电机的温度升高

★电机温度比环境温度高出的值称为温升


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τ+

★当单位时间内产生的热量与单位时间内散发到周围介质中的热量相等时,电动机的温度不再升高,达到了所谓的热稳定状态

★设单位时间内电机损耗所产生的热量为Q

一部分被电机吸收,使电机温度升高

Q1=cdτ

另一部分是电机向周围介质散发出的热量

Q2=Aτdt

根据能量守恒原理

Qdt = cdτ+Aτdt


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解方程求得:

电机冷却过程的温升曲线

电机发热过程的温升曲线


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★只要电机的稳定温升τw不超过绝缘材料的最高允许温升τmax,电动机就能长期可靠地运行

二、电机的冷却过程

冷却过程可分成两种情况讨论

1.电机负载减小时的冷却过程

冷却过程的温升曲线方程

2.电机脱离电源时的冷却过程


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第二节 电机工作方式的分类

一、连续工作制(或称长期工作制)

电机连续工作时间很长,tg>(3~4)TH.工作时间

内,电动机的温升可以达到稳定值


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二、短时工作制

电机工作时间较短,tg<(3~4)TH,在工作时间内,电机的温升达不到稳定值,而停歇时间很长

我国规定的短时工作

制的标准时间为15、

3 0、60、90分钟四种


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三、断续周期工作制(重复短时工作制)

★电机的工作时间和停歇时间轮流交替,两段时间都较短

★在tg期间,电机温升达不到稳定值,而在t0期间电机温升也降不到零

按国标规定,周期时间


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第三节 连续工作制下电动机容量的选择

连续工作制下电动机的负载可分成两大类:

(1)恒定负载 负载长时间不变或变化不大

(2)变动负载 负载长期施加,但大小变化。其

变化具有周期性

一、恒定负载下电动机容量选择

根据负载的功率PL,在产品目录中选一台额定容量等于或略大于PL, 且转速合适的电动机就可

二、变动负载下电动机容量选择


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PLj =

★电动机容量只能在最大负载和最小负载之间适当选择

★一般分为两个步骤:

1.初选电动机容量

平均功率

按下式求出初选电动机的容量

PN=(1.1~1.6)PLj


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重新选择

>>

2. 校验电动机的容量

首先要校验电机的发热,然后校验过载能

力,必要时校验起动能力

1 )平均损耗法

应满足:

,则预选电机发热校验通过

则电机容量选小了

则电机容量选太大


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=

=

2)等效电流法

原则:用一个恒值的等效电流来代替实际变动的

负载电流,而两者在电机中产生的损耗相

等,即发热相同

★电动机总的平均损耗用等效电流来表示

等效电流:

应该满足:


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=

=

3)等效转矩法

等效转矩公式:

则发热校验通过,所选电机合适

4)等效功率法

则发热校验通过,所选电机合适


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第四节 短时工作制下电动机容量的选择

一、直接选用短时工作制电机

★时间规格有:15分、30分、60分和90分

★当工作时间接近上述标准时间时,可以按生产机械的功率、工作时间及转速的要求,由产品目录上直接选取

★如果短时工作制负载是一种变动负载,则应先算出其等效的负载功率,然后初选电机,最后校验电机的过载能力

★生产机械的工作时间不符合上述4种标准工作时间,应进行功率折算,换算的原则是两种情况下发热相同即损耗相等


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如果选择一台连续工作制电机,使

可选用一台容量较小的电机,使

PN<Pg

如能在

时,使温升

选择

的依据为:在短时工作时间

内,电动机

过载运行所达到的温升等于电机允许的最高温升

二、选用连续工作制电机

那么,电机要工作(3~4)T时间后才会达到

最高允许温升,

电机在发热上没有被充分利用

让电机在工作时间内过载运行

则电机在发热上正好得到充分利用


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第五节 断续周期工作制下电动机容量的选择

★断续周期性工作的每个周期不超过10分钟,其中包括起动、运行、制动、停歇各阶段

★标准负载持续率有ZC%=15%、25%、40%、60% 4种

★同一台电机,在不同ZC%下,其额定输出功率不同,ZC%越小,额定功率就越大

★断续周期工作制电机功率选择的步骤与连续工作制变动负载下的功率选择是相似的


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★如果生产机械的实际负载持续率ZCsj%与标准持续率ZC%相同或相近,平均负载功率和转速也已知,便可以从产品目录中直接选取,最后校验

★如果实际负载持续率ZCsj%与标准持续率ZC%不同,就需要把实际负载持续率ZCsj%下的实际功率Psj换算成标准ZC%下的负载功率Pg,然后再预选电动机容量和校验发热

★换算的原则是实际负载持续率ZCsj%下与标准持续率ZC%下损耗相等,即发热相同


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第六节 电动机种类、额定电压、额定转速及外部结构形式的选择

一、电动机种类的选择

原则: 在满足生产机械对过载能力、起动能力、调速性能指标及运行状态等各方面要求的前提下,优先选用结构简单、运行可靠、维修方便、价格便宜的电动机

★机床、水泵、通风机、家用电器、仪器仪表等都广泛采用鼠笼式异步电动机

★要求高起动转矩的生产机械,如空气压缩机、皮带运输机、纺织机等,可采用深槽式或双笼型异步电动机


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★要求有级调速的生产机械,如电梯及某些机床,可采用多速鼠笼式异步电动机

★对于起动、制动比较频繁,要求起动、制动转矩大,但对调速性能要求不高,调速范围不宽的生产机械,可采用绕线式异步电动机

★当生产机械的功率较大而对调速又无要求时,如球磨机、破碎机,可采用同步电动机

★要求调速范围宽、调速平滑、对拖动系统过渡过程有特殊要求的生产机械,如高精度数控机床、龙门刨床、造纸机、印染机等,可选用调速性能优良的他励直流电动机


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二、电动机额定电压的选择

选择的原则:应与供电电网或电源电压一致

★工厂企业低压电网为380V,中小型异步电动机都是低压的

★电动机功率较大时,额定电压提高到3000V、 6000V、甚至达10000V,统称高压电机

★根据额定功率选择电压:

P<100KW,选用380V

P<200KW,选用380V或3000V

P≥200KW,选用6000V

P>1000KW,选用10KV


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★直流电动机的额定电压一般为110V、220V、440V,大功率电动机可提高到600V、800V、

甚至1000V

三、电动机额定转速的选择

★对很少起动、制动或反转的长期工作制的电动机,应从设备的初投资、占地面积和维修费用等方面考虑,就几个不同的额定转速进行比较,最后确定电动机的额定转速

★如果电动机经常工作于起动、制动及反转状态,过渡过程的持续时间对生产率影响较大,此时主要根据过渡过程持续时间最短为条件来选择电动机的额定转速


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★如果电动机经常工作于起动、制动及反转状态,但过渡过程的持续时间对生产率影响不大,此时除应考虑初投资外,还要根据过渡过程中能量损耗最小为条件来选择传动比和电动机的额定转速

四、电动机外部结构形式的选择

★电动机的安装形式:卧式和立式

一般情况下用卧式,特殊情况用立式

★电动机的外壳防护形式:

开启式、防护式、封闭式、防爆式


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