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1、现在学习的是第1页，共20页9.2.1电动机的热平衡方程式电动机的热平衡方程式 电机在工作时内部损耗所产生的热量，一部分散发到周围介质中去，另一部分则积存电机在工作时内部损耗所产生的热量，一部分散发到周围介质中去，另一部分则积存在电机内部，使温度升高。根据能量平衡关系，在任何一段时间内，电动机产生的热量总在电机内部，使温度升高。根据能量平衡关系，在任何一段时间内，电动机产生的热量总是等于电动机本身用于温度升高所吸收的热量与散发到周围介质中去的热量之和。据此可是等于电动机本身用于温度升高所吸收的热量与散发到周围介质中去的热量之和。据此可写出电动机的热量平衡方程式：写出电动机的热量平衡方程式：式中
2、，式中，Q电动机在单位时间内产生的热量，单位为焦电动机在单位时间内产生的热量，单位为焦/秒；秒；A电动机的散热率，即当电动机温度与周围环境温度相差电动机的散热率，即当电动机温度与周围环境温度相差1oC 时，每秒钟内散发到周围介质中去的热量，单位为卡秒度；时，每秒钟内散发到周围介质中去的热量，单位为卡秒度；C电动机的热容量，即电动机温度升高电动机的热容量，即电动机温度升高1oC时所吸收的热量，时所吸收的热量，单位为卡度；单位为卡度；电动机的温升，即电动机的温度超过周围环境温度的度数。电动机的温升，即电动机的温度超过周围环境温度的度数。CddtAQdt (9-3)现在学习的是第2页，共20页 将等
3、式将等式(9-3)两边同除以两边同除以 ，并令，并令 、，且考虑到初始条件为，且考虑到初始条件为t=0时时，起始温升为，起始温升为 ，则得方程的解为则得方程的解为 （9-49-4）若电机投入时的温度等于周围环境温度，即若电机投入时的温度等于周围环境温度，即t=0 时，起始温升时，起始温升 ，则（则（9-4）式变为式变为 （9-59-5）9.2.2电动机的发热过程电动机的发热过程AdtACT/AQW/、Q TtQTtWee/)1(0Q)1(/TtWe ACT/式中，式中，为电机的发热时间常数。为电机的发热时间常数。为电机的稳定温升为电机的稳定温升.AQW/在图在图9-1中绘出对应式（中绘出对应式
4、（9-4）（特性）（特性1）及式（及式（9-5）（特性）（特性2）的的 曲线。曲线。)(tf 图图9-1电动机发热过程的温升曲线电动机发热过程的温升曲线现在学习的是第3页，共20页 仿照电动机发热过程的分析方法，可得到电动机冷却过程的温升变化方程仿照电动机发热过程的分析方法，可得到电动机冷却过程的温升变化方程式与式（式与式（9-4）相同，其中）相同，其中 为冷却开始时的温升，而为冷却开始时的温升，而 为降低负载后的稳定温升为降低负载后的稳定温升。这种情况下的温升变化曲线见图。这种情况下的温升变化曲线见图9-2中的特性中的特性1。当电动机自电网断开时，当电动机自电网断开时，使使 ，则停机过程的温
5、升表达式为，则停机过程的温升表达式为 （9-69-6）9.2.3电动机的冷却过程电动机的冷却过程、Q 0 QP 0W/TtQe 图图9-29-2电动机冷却过程的温升曲线电动机冷却过程的温升曲线现在学习的是第4页，共20页1、连续工作制、连续工作制 连续工作制也称作长期工作制，其特点连续工作制也称作长期工作制，其特点是电动机的连续工作时间是电动机的连续工作时间 ，运行中电机的温升可以达到稳定值运行中电机的温升可以达到稳定值，属于这类生产机械的有水泵、鼓风机，属于这类生产机械的有水泵、鼓风机、机床主拖动等。其典型的负载图和温、机床主拖动等。其典型的负载图和温升曲线如图升曲线如图9-3所示。所示。9
6、.2.4电动机的工作方式电动机的工作方式、Ttg)43(图图9-3连续工作制的负载图和温升曲线连续工作制的负载图和温升曲线2、短时工作制、短时工作制 短时工作制电机的特点是工作时间较短时工作制电机的特点是工作时间较短，短，停车时间较长，停车时间较长 ，即工作时间内电动机温升达不到稳定值，即工作时间内电动机温升达不到稳定值，而停车时温升可下降到零属于这类生，而停车时温升可下降到零属于这类生产机械的有：水闸闸门启闭机、机床夹紧产机械的有：水闸闸门启闭机、机床夹紧装置等。其典型的负载图和温升曲线如图装置等。其典型的负载图和温升曲线如图9-4所示。所示。Ttg)43(0)43(Tt 图图9-4短时工作
7、制的负载图和温升曲线短时工作制的负载图和温升曲线现在学习的是第5页，共20页3、周期性断续工作制、周期性断续工作制 周期性断续工作制也称作重复短时工作制。其工作特点是工作时间周期性断续工作制也称作重复短时工作制。其工作特点是工作时间tg和停歇时间和停歇时间to周期性轮流交替，而且两段时间都较短周期性轮流交替，而且两段时间都较短 ，其典型的负载图和温升曲其典型的负载图和温升曲线如图线如图9-5所示。所示。9.2.4电动机的工作方式电动机的工作方式、图图9-5断续周期工作制的负载图和温升曲线断续周期工作制的负载图和温升曲线Ttg)43(0)43(Tt 在周期性断续工作方式中负载工作时间与整个周期之
8、比称为负载持续率在周期性断续工作方式中负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率ZC%，即，即 (9-6)%100%0ttgtgZC 我国生产的周期性断续工作制电动机，规定的标准负载持续率有我国生产的周期性断续工作制电动机，规定的标准负载持续率有15%、25%、40%、60%四种，同时规定一个周期的总时间四种，同时规定一个周期的总时间 。min100ttg现在学习的是第6页，共20页9.3.1连续恒定负载下电动机容量的选择连续恒定负载下电动机容量的选择 连续工作制电动机的负载可分为两类，即恒定负载与周期性变化负载，对连续工作制电动机的负载可分为两类，即恒定负载与周期性变化负载，对连续工作制电动机
9、容量的选择，主要从发热方面考虑。连续工作制电动机容量的选择，主要从发热方面考虑。如果电动机周围的环境温度如果电动机周围的环境温度 是标准温度是标准温度40oC，则要求，则要求LNPP 即可保证电动机在长期运行时的实际稳定温升即可保证电动机在长期运行时的实际稳定温升 低于绝缘材料的最高允许温升低于绝缘材料的最高允许温升 ，发热不会有问题。电动机起动时电流较大，但起动时间较短，对温升影响不大，发热不会有问题。电动机起动时电流较大，但起动时间较短，对温升影响不大，可不予考虑。如果选用笼型感应电动机，一般还需校验其起动能力。可不予考虑。如果选用笼型感应电动机，一般还需校验其起动能力。W m 如果电动机
10、周围的环境温度如果电动机周围的环境温度 不是标准温度不是标准温度40oC，为了充分和可靠的利用电动，为了充分和可靠的利用电动机，预选电动机的额定功率机，预选电动机的额定功率 应应按（按（9-8）式）式修正。修正。kkCPPommN)1(400 （9-8）式中，式中，为电为电机绝缘材料允许的最高温度机绝缘材料允许的最高温度；为不变损耗与可变损耗之比。为不变损耗与可变损耗之比。0 0 mcuNppk0现在学习的是第7页，共20页9.3.2连续周期变化负载时电动机容量的选择连续周期变化负载时电动机容量的选择、图图9-6周期性变化负载下的损耗曲线及温升曲线周期性变化负载下的损耗曲线及温升曲线 电机在变
11、动负载下运行时，它的输出功率是不断的变化的，因而电机的损电机在变动负载下运行时，它的输出功率是不断的变化的，因而电机的损耗以及它所产生的热量也在不断地变化。电机的发热和温升也在波动，但经耗以及它所产生的热量也在不断地变化。电机的发热和温升也在波动，但经过一段时间之后，其温升即达到一种稳定的波动状态，如图过一段时间之后，其温升即达到一种稳定的波动状态，如图9-6所示。所示。电动机容量选择的一般步骤如下：电动机容量选择的一般步骤如下：（1）首先根据生产工艺过程，作出生产机械的负载图首先根据生产工艺过程，作出生产机械的负载图(折算到电动机轴上折算到电动机轴上)。利用。利用生产机械的负载图可以求负载的
12、平均功率生产机械的负载图可以求负载的平均功率 或平均转矩或平均转矩，即，即nnLnLLLdttttPtPtPP212211niiniiLittP11nnLnLLLdttttTtTtTT212211niiniiLittT11 (9-10)=(9-11)现在学习的是第8页，共20页9.3.2连续周期变化负载时电动机容量的选择连续周期变化负载时电动机容量的选择（2）按经验公式预选电动机。其额定功率可选为：按经验公式预选电动机。其额定功率可选为：（3）做预选电机的负载图做预选电机的负载图 、或、或 、或、或 、或、或 。如做电动机的。如做电动机的损耗负载图损耗负载图 ，按式，按式 计算出各工作段的损耗
13、计算出各工作段的损耗 、，如图，如图9-6所示，其中各工作段的效率所示，其中各工作段的效率 可查预选电机的效率曲线。可查预选电机的效率曲线。LdNPP)6.11.1()(9550)6.11.1(KWnTPNLdN)(tfP )(tfI)(tfT)(tfP)(tfP LiiLiPPP 1P 2P NP （4）进行发热校验。进行发热校验。选择一种合适的校验方法，算出平均损耗选择一种合适的校验方法，算出平均损耗 ，或电流的等效值或电流的等效值 ，或转矩的或转矩的等效等效值值 或功率的等效值或功率的等效值 ，如果计算值小于或等于预选电动机的额定值，则发热校，如果计算值小于或等于预选电动机的额定值，则发
14、热校验通过，预选电动机合格。如果计算值大于预选电动机的额定值，则需另选电机验通过，预选电动机合格。如果计算值大于预选电动机的额定值，则需另选电机，重新进行发热校验，直到满足要求为止。，重新进行发热校验，直到满足要求为止。dP dxIdxTdxP（5）过载能力和起动能力的校验）过载能力和起动能力的校验 若过载能力和起动能力不满足要求，则应重新选择过载能力和起动能力满足要若过载能力和起动能力不满足要求，则应重新选择过载能力和起动能力满足要求的电动机。求的电动机。电动机容量选择的一般步骤如下：电动机容量选择的一般步骤如下：现在学习的是第9页，共20页9.3.2连续周期变化负载时电动机容量的选择连续周
15、期变化负载时电动机容量的选择（1）平均损耗法）平均损耗法 用平均损耗功率用平均损耗功率 来代替平均温升来代替平均温升 来校验电动机的发热。来校验电动机的发热。先由电动机的损耗负载图（如图先由电动机的损耗负载图（如图9-6所示）计算平均损耗所示）计算平均损耗 (9-12)若若 略小于略小于 ，则发热校验通过，而且电动机得到充分利用。，则发热校验通过，而且电动机得到充分利用。若若 ，说明预选电动机功率太小，发热校验没有通过，应重选额定功率大的电，说明预选电动机功率太小，发热校验没有通过，应重选额定功率大的电动机再检验。动机再检验。若若 ，预选电动机功率太大，电机得不到充分应用，可重选额定功率小的电
16、动，预选电动机功率太大，电机得不到充分应用，可重选额定功率小的电动机再检验。机再检验。平均损耗法可用于各种电机的大多数工作情况的发热校验，但计算步骤较平均损耗法可用于各种电机的大多数工作情况的发热校验，但计算步骤较为复杂，一般情况下可采用下列各种等效法。为复杂，一般情况下可采用下列各种等效法。发热校验常用的方法有平均损耗法和各种等效法，现介绍发热校验常用的方法有平均损耗法和各种等效法，现介绍如下：如下：dP dniiniiidttPP11 dP NPNdPPNdPP 现在学习的是第10页，共20页9.3.2连续周期变化负载时电动机容量的选择连续周期变化负载时电动机容量的选择 只要上式中的等效电
17、流只要上式中的等效电流 略小于预选电机的额定电流略小于预选电机的额定电流 ，电机的发热校验即可，电机的发热校验即可通过。通过。dxI（3）等效转矩法）等效转矩法 如果电机的转矩与电流成正比，则式（如果电机的转矩与电流成正比，则式（9-16）可以写成转矩形式）可以写成转矩形式 (9-17)式中，式中，为等效转矩；为等效转矩；为第为第i级的转矩。级的转矩。如果如果 略小于略小于 ，则发热校验通过。，则发热校验通过。（2）等效电流法）等效电流法 等效电流法是从平均损耗法推导而来的，它的基本原理是用一个不变的等效电流等效电流法是从平均损耗法推导而来的，它的基本原理是用一个不变的等效电流 来代替实际变动
18、的电流来代替实际变动的电流。经推导得：经推导得：dxIzniiidxttII12(9-16)NIzniiidxttTT12dxTiTNTdxT现在学习的是第11页，共20页9.3.2连续周期变化负载时电动机容量的选择连续周期变化负载时电动机容量的选择（4）等效功率法）等效功率法 如果整个工作期间转速基本不变，由式如果整个工作期间转速基本不变，由式 可知，输出功率可知，输出功率P与转矩与转矩T成正比成正比，则式（，则式（9-17）可表示为）可表示为 (9-18)式中，式中，为为电动机功率负载图中第电动机功率负载图中第i段的功率。段的功率。如果如果 略小于略小于 ，则发热校验通过。，则发热校验通过
19、。dxPiPNP9550TnP zniiidxttPP12现在学习的是第12页，共20页9.4.19.4.1选用连续工作制电动机选用连续工作制电动机 对于短时工作方式，可以选用为长期工作而设计的连续工作制电动机，也对于短时工作方式，可以选用为长期工作而设计的连续工作制电动机，也可以选用专门为短时工作方式而设计的短时工作制电动机。可以选用专门为短时工作方式而设计的短时工作制电动机。对于图对于图9-9所示的短时工作负载，由于工作时间所示的短时工作负载，由于工作时间 很短，如果根据很短，如果根据 略大于略大于 来来选择连续工作制电动机的额定功率的话，则在工作结束时，电机的实际温升选择连续工作制电动机
20、的额定功率的话，则在工作结束时，电机的实际温升 显然低于该电机绝缘材料的允许温升显然低于该电机绝缘材料的允许温升 ，见图，见图9-9温升曲线温升曲线2，从发热观点看，电，从发热观点看，电机未能得到充分利用。为此，可以选用额定功率机未能得到充分利用。为此，可以选用额定功率 的连续工作制电动机，的连续工作制电动机，让电动机在让电动机在 时间内过载运行，电机的温升沿曲线时间内过载运行，电机的温升沿曲线1上升，当上升，当 时，电机的时，电机的温升正好等于长期工作时的稳定稳升，即温升正好等于长期工作时的稳定稳升，即 ，这样，电机既不会过热，又能，这样，电机既不会过热，又能在发热上得到充分利用。在发热上得
21、到充分利用。图图9-9短时工作制的功率及温升曲线短时工作制的功率及温升曲线gPgtNPg m gNPP gtt wg现在学习的是第13页，共20页9.4.19.4.1选用连续工作制电动机选用连续工作制电动机 经推导可得：经推导可得：对于负载功率为对于负载功率为 且工作时间为且工作时间为 的短时工作负载，可按式的短时工作负载，可按式(9-24)选用合适的连选用合适的连续工作制电动机。所选用连续工作制电机的额定功率要略大于由式（续工作制电动机。所选用连续工作制电机的额定功率要略大于由式（9-24）所计算出）所计算出的值。的值。TtTtgNggkeePP/11（9-24）gPgt现在学习的是第14页
22、，共20页9.4.29.4.2选用专为短时工作而设计的电动机选用专为短时工作而设计的电动机 我国电机制造工业部门，专门为短时工作方式设计制造了短时工作制电机我国电机制造工业部门，专门为短时工作方式设计制造了短时工作制电机，其工作时间规定为，其工作时间规定为30min、60min和和90min。每一种又有不同功率和不向转速。每一种又有不同功率和不向转速。因此可以根据生产机械的功率、工作时间及转速要求，从产品目录中直接。因此可以根据生产机械的功率、工作时间及转速要求，从产品目录中直接选用不同规格的电动机。选用不同规格的电动机。如果实际工作时间如果实际工作时间 与标准工作时间与标准工作时间 相同，只
23、需按式相同，只需按式 选择即可，选择即可，不必再校核发热。不必再校核发热。gxtgtgNPP 如果短时负载也是一种变动的负载，应该首先算出变动负载的等效功率，如果短时负载也是一种变动的负载，应该首先算出变动负载的等效功率，然后选取其额定功率略大于等效功率的电动机，并校验电动机的过载能力与然后选取其额定功率略大于等效功率的电动机，并校验电动机的过载能力与起动能力，专供短时工作制使用的电动机一般具有较大的过载能力与起动转起动能力，专供短时工作制使用的电动机一般具有较大的过载能力与起动转矩。矩。如果实际工作时间如果实际工作时间 与标准工作时间与标准工作时间 不相同，则应该进行功率换算，把不相同，则应
24、该进行功率换算，把 下的功下的功率率 换算为换算为 下的功率下的功率 ，再按，再按 的大小选择合适规格的电动机。的大小选择合适规格的电动机。gxtgxtxPgtgtgPgP现在学习的是第15页，共20页9.4.29.4.2选用专为短时工作而设计的电动机选用专为短时工作而设计的电动机 经推导得：经推导得：当当 与与 相差不太大时，相差不太大时，可将可将 忽略不计，得忽略不计，得 （9-28）换算时，应选取与换算时，应选取与 最相近的最相近的 代入上式，然后选取短时工作制电动机的额定功代入上式，然后选取短时工作制电动机的额定功率略大于由式（率略大于由式（9-28）所计算出的值即可。）所计算出的值即
25、可。gxtgt1gxggxgxgttkttpP(9-27)1gxgttkggxxgttPP gxtgt现在学习的是第16页，共20页 电机制造厂专门设计了周期性断续工作制的电机。这种电机的特点是起动能力强电机制造厂专门设计了周期性断续工作制的电机。这种电机的特点是起动能力强、过载能力大，机械结构的强度大、飞轮惯量、过载能力大，机械结构的强度大、飞轮惯量 较小。其负载持续率较小。其负载持续率ZC%（）规定为）规定为15%、25%、40和和60%。（1）计算负载转矩或负载功率，初步确定负载持续率）计算负载转矩或负载功率，初步确定负载持续率ZC%，据负载功率及，据负载功率及ZC%预预选一台周期断续工
26、作制电动机。如果实际的负载持续率选一台周期断续工作制电动机。如果实际的负载持续率 与标准的负载持续率与标准的负载持续率ZC%相同，可按下式预选电动机的额定功率相同，可按下式预选电动机的额定功率%100%0ttgtgZC 周期性断续工作制电动机容量选择和连续工作制变化负载下的功率选择相似，周期性断续工作制电动机容量选择和连续工作制变化负载下的功率选择相似，一般步骤如下：一般步骤如下：gniiLiNttPP1)6.11.1(然后作出该预选电动机的负载图然后作出该预选电动机的负载图 或或 。选择合适的方法（平均损耗法或各种等效法）进行发热校验。选择合适的方法（平均损耗法或各种等效法）进行发热校验。)
27、(tfP)(tfT 现在学习的是第17页，共20页（2）如果实际的负载持续率）如果实际的负载持续率 与标准值与标准值ZC%不同，应把实际负载持续率不同，应把实际负载持续率 的等效功率的等效功率 换算成最接近的标准负载持续率换算成最接近的标准负载持续率ZC%时的功率时的功率 ，然后再选择电，然后再选择电机，最后进行发热校验（平均损耗法或各种等效法）。机，最后进行发热校验（平均损耗法或各种等效法）。一般步骤如下：一般步骤如下：经推导经推导得得 （9-29）当当 与与ZC%很接近时，则得简化的换算公式为很接近时，则得简化的换算公式为 （9-30）如果实际负载持续率如果实际负载持续率 ，可按短时工作制
28、选择电机；如果可按短时工作制选择电机；如果 ，可按连续工作制选择电机。可按连续工作制选择电机。如果工作过程中在某一阶段的负载较大，应进行过载能力的校验。对笼如果工作过程中在某一阶段的负载较大，应进行过载能力的校验。对笼型感应电动机，还要进行起动能力的校验。型感应电动机，还要进行起动能力的校验。%xZCxP%xZCP1%xxxZCZCkZCZCpP%xZC%ZCZCPPxx%10%xZC%70%xZC现在学习的是第18页，共20页常用的方法有统计法和类比法。常用的方法有统计法和类比法。机床制造厂的设计部门，通过对同类型机床所选用电动机的额定功率进行统机床制造厂的设计部门，通过对同类型机床所选用电
29、动机的额定功率进行统计和分析，从中找出了电动机额定功率和机床主要参数间的关系，得出相应的计和分析，从中找出了电动机额定功率和机床主要参数间的关系，得出相应的计算公式计算公式。9.6.19.6.1用统计法选择电动机容量用统计法选择电动机容量9.6.29.6.2用类比法确定电动机容量用类比法确定电动机容量 所谓类比法，就是根据生产工艺给出的静态功率，计算出所需要的电动机容量所谓类比法，就是根据生产工艺给出的静态功率，计算出所需要的电动机容量并预选电动机。然后与其他厂矿经过长期运行考验的、同类型或相近的生产机械所并预选电动机。然后与其他厂矿经过长期运行考验的、同类型或相近的生产机械所采用的电动机容量进行比较，再考虑不同工作条件等因素的影响，最后确定电动机采用的电动机容量进行比较，再考虑不同工作条件等因素的影响，最后确定电动机的容量。的容量。现在学习的是第19页，共20页现在学习的是第20页，共20页