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1、电力拖动基础第五章本讲稿第一页，共十九页 确定电动机的额定功率，要考虑三个方面，即电动机的发热、过载确定电动机的额定功率，要考虑三个方面，即电动机的发热、过载能力与起动能力，其中尤以发热问题最为重要。能力与起动能力，其中尤以发热问题最为重要。研究电动机发热时，常用研究电动机发热时，常用“温升温升”这一概念。所谓这一概念。所谓“温升温升”是是电动机温度与周围环境温度之差，周围环境温度的标准值定为电动机温度与周围环境温度之差，周围环境温度的标准值定为4040。电动机的额定功率是指环境温度为标准值电动机的额定功率是指环境温度为标准值40时，电动机带额定负时，电动机带额定负载长期连续工作，其稳定工作温
2、度接近或等于绝缘材料允许的最高温度。载长期连续工作，其稳定工作温度接近或等于绝缘材料允许的最高温度。根据耐热程度的不同，电动机常用绝缘材料分为五个等级。根据耐热程度的不同，电动机常用绝缘材料分为五个等级。A AE EB BF FH H105 105 120120130130155155180180本讲稿第二页，共十九页电动机的过载能力电动机的过载能力,受最大转矩受最大转矩T Tmaxmax的限制：的限制：异步电动机的异步电动机的T(1.62.0)直流电动机的直流电动机的T(1.52.0)同步电动机的同步电动机的T(2.03.0)对于鼠笼式异步电动机，还应校验其起动能力，使满足对于鼠笼式异步电动
3、机，还应校验其起动能力，使满足 本讲稿第三页，共十九页5.3电动机的机的发热由能量守恒定律可知：由能量守恒定律可知：产生的生的热量量=温升的温升的热量量+散散热量量dtACd dt+=：电动机机单位位时间发热量量C：电动机的机的热容量，即每升高容量，即每升高1所需所需热量量A：电动机的散机的散热系数系数：电动机的温升机的温升一、电动机的发热过程一、电动机的发热过程本讲稿第四页，共十九页上式两边同时除以上式两边同时除以Adt,则得微分方程则得微分方程 AdtdAC tt=+令：令：解此微分方程，则可得温升曲线方程式解此微分方程，则可得温升曲线方程式 THt0Ttsee-+-=t tt tt t)
4、1(若起动时电机处于冷态，若起动时电机处于冷态，t t0 0 =0=0，Ttse-=t tt t)1(本讲稿第五页，共十九页电动机的温升曲机的温升曲线为：0t ss i4TH 经过(34)T温升就可达到温升就可达到稳定定值 s。小小电动机机T=1020分分钟；其只；其只需要半小需要半小时就能达到就能达到稳定温升定温升 s。大大电动机机T=30分分钟；其需要两个小；其需要两个小时才能达到才能达到稳定温定温升升 s。1、散、散热条件（条件（A）不不变时，损耗耗增加，增加，稳定定 温升增加温升增加。结论：2、改善散改善散热条件（条件（A）可以降低可以降低稳定温升定温升。本讲稿第六页，共十九页二、二、
5、电动机的散机的散热过程程 电动机达到机达到稳定温升后，如果定温升后，如果负载减小或停减小或停车，则电机的机的发热量将减小于散量将减小于散热量，量，电机温度会下降，最后机温度会下降，最后稳定于定于较低的低的稳定温升。定温升。这个温升下降个温升下降过程叫程叫电动机的冷却。机的冷却。电动机冷却的温升方程仍机冷却的温升方程仍为：e)(Tts0s-+=只是只是 s 0，当电机停车时当电机停车时 s=0.0t ss 04TH电机冷却条件恶化，散热率电机冷却条件恶化，散热率A下降下降本讲稿第七页，共十九页断续周期工作方式断续周期工作方式5.3 电动机工作方式的分类：电动机工作方式的分类：连续工作方式连续工作
6、方式短时工作方式：标准时限短时工作方式：标准时限15、30、60、90分钟。分钟。负载持续率：工作时间与工作周期之比。负载持续率：工作时间与工作周期之比。标准负载持续率为标准负载持续率为15%，25%，40%，60%，工作周期不得超过，工作周期不得超过10分钟。分钟。本讲稿第八页，共十九页对于连续恒定负载的拖动系统：对于连续恒定负载的拖动系统：选择电动机的额定功率选择电动机的额定功率PN等于或略等于或略大于负载功率大于负载功率PL。电动机的使用环境不得超过电动机的使用环境不得超过+40C5.5 连续恒定负载电机容量的选择连续恒定负载电机容量的选择根据发热等效的原则：即在不同的环境温度下，带负载
7、运行时电动机根据发热等效的原则：即在不同的环境温度下，带负载运行时电动机的温度均达绝缘材料的最高允许温度的温度均达绝缘材料的最高允许温度m的原则的原则 电动机在实际环境温度为电动机在实际环境温度为时允许输出功率的计算公式时允许输出功率的计算公式：K不变损耗（空载损耗）与额定负载下可变损耗（铜耗）不变损耗（空载损耗）与额定负载下可变损耗（铜耗）之比，之比，其值决定于电动机的结构与转速，一般为其值决定于电动机的结构与转速，一般为0.41.1。本讲稿第九页，共十九页环境温度环境温度303540455055电动机功率电动机功率增减的百分数增减的百分数+8%+5%0-5%-12.5%-25%环境温度低于
8、环境温度低于30时，一般也只增加时，一般也只增加8%。电动机所在地点的海拔高度对电动机的温升也有影响，因为海电动机所在地点的海拔高度对电动机的温升也有影响，因为海拔越高，气温越低，散热条件越差，两者可适当补偿。因此规定拔越高，气温越低，散热条件越差，两者可适当补偿。因此规定1000米以下，额定功率不进行校正，但大于米以下，额定功率不进行校正，但大于1000米时，需进行校正米时，需进行校正或采用适用于高原的电动机。或采用适用于高原的电动机。空气湿度对电机工作也有影响，湿度较大，绝缘降低。一般要求空气湿度对电机工作也有影响，湿度较大，绝缘降低。一般要求 年平均相对湿度不应超过年平均相对湿度不应超过
9、85%。在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。本讲稿第十页，共十九页二、变化负载下电动机功率的选择二、变化负载下电动机功率的选择本讲稿第十一页，共十九页变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：1）计算并绘制生产机械负载图）计算并绘制生产机械负载图 或或 。2）预选电动机的功率。）预选电动机的功率。在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，电动机额定功率按下式预选电动机额定功率按下式预选 3）作出电动机的负载图）作出电
10、动机的负载图，作图时已考虑了电动机的稳定运，作图时已考虑了电动机的稳定运转及过渡过程等工作情况。转及过渡过程等工作情况。4）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。本讲稿第十二页，共十九页下面着重介绍校验发热的方法：下面着重介绍校验发热的方法：（一）平均损耗法（一）平均损耗法为第为第i段电动机的损耗。段电动机的损耗。发热校核通过发热校核通过。说明预选电动机功率太小说明预选电动机功率太小 说明预选电动机功率太大，电动机得不到充分利用。说明预选电动机功率太大，电动机得不到充分利用。只要只要电动机额定运行时电动机额定运行时的损耗的损耗本讲稿第十三页，共十
11、九页（二）等效法（二）等效法1等效电流法等效电流法（式中（式中C为常数为常数）把平均损耗中的可变损耗把平均损耗中的可变损耗 所对应的电流称为等效电流所对应的电流称为等效电流 等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电流流 来代替变化的负载电流来代替变化的负载电流 （对于交流异步电（对于交流异步电动机，应为定子电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件：动机，应为定子电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件：则发热校验通过。则发热校验通过。本讲稿第十四页，共十九页2等效转矩法等效转矩法 有时已知的不是负载电流图，而是
12、转有时已知的不是负载电流图，而是转矩图矩图，可以写成转矩形式，可以写成转矩形式 3等效功率法等效功率法 等效功率法是当转速基本不变等效功率法是当转速基本不变时由等效转矩法引出来的。时由等效转矩法引出来的。如果预选电动机的额定转矩如果预选电动机的额定转矩 ，则发热校验通过。，则发热校验通过。可由预选电动机的额定功率及额定转速算出，即可由预选电动机的额定功率及额定转速算出，即 如如 ，则电动机的发热校验即告通过。同样，必须，则电动机的发热校验即告通过。同样，必须进行功率过载能力的校验。进行功率过载能力的校验。本讲稿第十五页，共十九页5.8 短时工作制电动机的选择短时工作制电动机的选择 一、选用为连
13、续工作制而设计的电动机一、选用为连续工作制而设计的电动机 设短时功率为设短时功率为P Pg g，时间为时间为t tg g。如果选择连续工作制电动机如果选择连续工作制电动机，使使P PN NP Pg g ，显然在，显然在t=tt=tg g时，温升按曲线时，温升按曲线1 1只能达到只能达到g g，而达不到而达不到m m 。从。从发热观点考虑，电动机得不到充分利用。发热观点考虑，电动机得不到充分利用。选用连续工作制电动机的选用连续工作制电动机的 P PN NPl 应从过载能力出发，按下式选择连续工作方式电动机的额定功率：应从过载能力出发，按下式选择连续工作方式电动机的额定功率：鼠笼式异步电动机的起动
14、转矩是一定的，无论是按发热还是过载鼠笼式异步电动机的起动转矩是一定的，无论是按发热还是过载能力决定的电动机功率，都必须校验起动能力。能力决定的电动机功率，都必须校验起动能力。本讲稿第十七页，共十九页二、选用专为短时工作制设计的电动机二、选用专为短时工作制设计的电动机 对同一台电动机，对应不同的工作时间，其额定功率不同，关系为对同一台电动机，对应不同的工作时间，其额定功率不同，关系为P15P30P60P90,显然过载能力也不同，其关系为显然过载能力也不同，其关系为15306090。一般在铭牌上标的是小时功率，即一般在铭牌上标的是小时功率，即P60。当电动机实际工作时间当电动机实际工作时间tgx与
15、标准值与标准值tg不同时，应把不同时，应把tgx下的功率下的功率Px换算换算到到tg下的功率下的功率Pg，再按再按Pg来进行电动机功率的选择。来进行电动机功率的选择。本讲稿第十八页，共十九页断续周期工作制电动机功率的选择与连续工作制变化负载下功率选择相断续周期工作制电动机功率的选择与连续工作制变化负载下功率选择相似，在一般情况下，也要经过预选及校验等步骤。即先根据负载初步确似，在一般情况下，也要经过预选及校验等步骤。即先根据负载初步确定负载持续率定负载持续率和负载功率的平均值和负载功率的平均值P Peqeq，预选电动机，作出电动机的负预选电动机，作出电动机的负载图，进行发热、过载能力及必要时起动能力的校验。载图，进行发热、过载能力及必要时起动能力的校验。5.95.9断续周期工作制电动机的选择断续周期工作制电动机的选择 专为断续周期工作制设计的电动机。此类电动机的共同特点是起动专为断续周期工作制设计的电动机。此类电动机的共同特点是起动能力强能力强,过载能力大过载能力大,惯性小惯性小,机械强度好机械强度好,绝缘等级高绝缘等级高,临界转差率临界转差率Sm(对鼠笼式电机对鼠笼式电机)设计得较高等。设计得较高等。本讲稿第十九页，共十九页