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1、第七章第七章 机电传动控制系统中机电传动控制系统中 电动机的选择电动机的选择 基本要求基本要求 1.1.了解电动机的发热与冷却规律：了解电动机的发热与冷却规律：2.2.了了解解电电动动机机容容量量的的选选择择，特特别别注注意意电电动动机机运行时的允许温度、过载能力和启动能力；运行时的允许温度、过载能力和启动能力；3.3.熟熟悉悉电电动动机机种种类类、电电压压、转转速速和和结结构构型型式式的选择方法。的选择方法。重点重点重点重点 掌握长期工作制、短期工作制、重复工作制三掌握长期工作制、短期工作制、重复工作制三 种运行方式下种运行方式下电动机电动机容量的选择。容量的选择。第七章第七章 机电传动控制
2、系统中机电传动控制系统中 电动机的选择电动机的选择n7.1 7.1 电动机容量选择的原则电动机容量选择的原则n7.2 7.2 电动机的发热与冷却电动机的发热与冷却n7.3 7.3 不同工作制下电动机容量的选择不同工作制下电动机容量的选择n7.4 7.4 电动机容量选择的统计法和类比法电动机容量选择的统计法和类比法n7.5 7.5 电动机的种类的选择电动机的种类的选择 第七章 机电传动控制中电动机的选择7.1 7.1 电动机容量选择的原则电动机容量选择的原则 n(l)(l)发热：发热：n实实际际最最高高工工作作温温度度maxmax等等于于或或略略小小于于电电动动机机绝绝缘缘的允许最高工作温度的允
3、许最高工作温度a a,即即maxmaxa a n (2)(2)过载能力过载能力：n短期工作时，承受高于额定功率的负载功率时仍短期工作时，承受高于额定功率的负载功率时仍可保证可保证 maxmaxa a 此时，决定电动机容量的主此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能力。要因素不是发热而是电动机的过载能力。第七章 机电传动控制中电动机的选择7.1 7.1 电动机容量选择的原则电动机容量选择的原则 n(3)(3)启动能力启动能力：n由由于于鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机的的启启动动转转矩矩一一般般较较小小，所所以以，为为使使电电动动机机能能可可靠靠启启动动，必必须须保证保证电动机容
4、量的选择方法有电动机容量的选择方法有：计算法、统计分析法、类比法。计算法、统计分析法、类比法。第七章 机电传动控制中电动机的选择7 72 2 电动机的发热与冷却电动机的发热与冷却 电动机在运行过程中，发生能量转换，必有能电动机在运行过程中，发生能量转换，必有能量损耗，都变成热能而使电动机发热，温度升高。量损耗，都变成热能而使电动机发热，温度升高。开始发热时，电机所产生的热量全部用于提高本身的开始发热时，电机所产生的热量全部用于提高本身的温度，所以温度上升得很快。随着电机温度的升高，温度，所以温度上升得很快。随着电机温度的升高，电机与周围介质之间的温差逐渐增大，电机向外散发电机与周围介质之间的温
5、差逐渐增大，电机向外散发的热量也逐渐增多，这样，温度的升高也就逐渐缓慢的热量也逐渐增多，这样，温度的升高也就逐渐缓慢下来，形成温升曲线。下来，形成温升曲线。如果温升达到稳定值后，电机停止运行，电机内如果温升达到稳定值后，电机停止运行，电机内部便不再产生热量，此时，由于电机内部热量逐渐散部便不再产生热量，此时，由于电机内部热量逐渐散发到周围空气中去，电机温度开始下降。冷却过程也发到周围空气中去，电机温度开始下降。冷却过程也是一条指数曲线。是一条指数曲线。第七章 机电传动控制中电动机的选择7 72 2 电动机的发热与冷却电动机的发热与冷却最高工作温度最高工作温度M Ma a温升温升M M-0 0介
6、质温度介质温度0 0=40=40Th为发热时间常数TTh h散热时间散热时间常数常数温降曲线温降曲线第七章 机电传动控制中电动机的选择7 72 2电动机的发热与冷却电动机的发热与冷却 电机运行时，最高温度不得超过绝缘的最高允电机运行时，最高温度不得超过绝缘的最高允许温度。因此，许温度。因此，电机容许的长期最大输出功率电机容许的长期最大输出功率电机容许的长期最大输出功率电机容许的长期最大输出功率受受绝缘绝缘绝缘绝缘的最高允许温度限制。的最高允许温度限制。的最高允许温度限制。的最高允许温度限制。而温度超过一定数值，必定是而温度超过一定数值，必定是绕组的绝缘损坏。绕组的绝缘损坏。常用的绝缘级有常用的
7、绝缘级有:E E、B B、F F、H H，120120、130130、155155、180180第七章 机电传动控制中电动机的选择7 72 2电动机的发热与冷却电动机的发热与冷却n工作制工作制-我国将电动机的运行方式。我国将电动机的运行方式。n按按发发热热的的情情况况分分为为三三类类，即即连连续续工工作作制制、短短时时工工作作制制和和重重复复短短时时(断断续续)工工作作制制，并并分分别别按按上上述述原原则则规规定定出出电电动动机机的的额额定定功率和额定电流。功率和额定电流。电动机的温度上升和下降都有一个过电动机的温度上升和下降都有一个过程，温升上升的快慢与散热条件有关，温升程，温升上升的快慢与
8、散热条件有关，温升大小不仅取决于负载大小，也和负载的运行大小不仅取决于负载大小，也和负载的运行方式有关。方式有关。第七章 机电传动控制中电动机的选择7.3 不同工作制下电动机容量的选择 n7.3.1 连续工作制电动机容量的选择连续工作制电动机容量的选择n 1.带恒定负载时电动机容量的选择带恒定负载时电动机容量的选择 P PN NPPL L (7.1)(7.1)可不必校验启动能可不必校验启动能力和过载能力力和过载能力恒定负载功率计恒定负载功率计算可查设计手册算可查设计手册第七章 机电传动控制中电动机的选择7.3.1 7.3.1 连续工作制电动机容量的选择连续工作制电动机容量的选择n2.带变动负载
9、时电动机容量的选择带变动负载时电动机容量的选择 第七章 机电传动控制中电动机的选择7.3.1 7.3.1 连续工作制电动机容量的选择连续工作制电动机容量的选择n2.带变动负载时电动机容量的选择带变动负载时电动机容量的选择 直流电动机直流电动机等效转矩等效转矩硬机械性电机硬机械性电机可用等效功率可用等效功率第七章 机电传动控制中电动机的选择7.3.2 7.3.2 短时工作制电动机容量的选择短时工作制电动机容量的选择n1选用短时工作制的电动机选用短时工作制的电动机短时运行时间标准短时运行时间标准 10min、20min、30min、60min、90min 实际工作时间实际工作时间t tp p与与t
10、 tS S不同时换不同时换算出算出t tS S下的功率下的功率P PS SPNPs第七章 机电传动控制中电动机的选择7.3.2 7.3.2 短时工作制电动机容量的选择短时工作制电动机容量的选择n2选用连续工作制的普通电动机选用连续工作制的普通电动机过载倍数 K=PP/pNPNPp/K实实际际工工作作时时间间 tptp(0.3(0.30.4)T0.4)Th h，则则可可直直接接根根据据过过载载能能力力和和启启动动能能力力来来选选择择电电动动机机的的容容量量，而而不不必必考考虑虑电电动动机机的发热问题。的发热问题。第七章 机电传动控制中电动机的选择7.3.3 7.3.3 重复短时工作制电动机容量的
11、选择重复短时工作制电动机容量的选择1.选用重复短时工作制电动机第七章 机电传动控制中电动机的选择7.3.3 7.3.3 重复短时工作制电动机容量的选择重复短时工作制电动机容量的选择2.选用连续工作制普通电动机7.4 电动机容量选择的统计法和类比法n 短时工作制和重复短时工作制电动机容量的短时工作制和重复短时工作制电动机容量的选择比较复杂，长时工作制其校验比较复杂。选择比较复杂，长时工作制其校验比较复杂。n 人们在工程实践中，总结出了某些生产机械人们在工程实践中，总结出了某些生产机械选择电动机功率的实用方法。这些方法比较简单，选择电动机功率的实用方法。这些方法比较简单，但有一定的局限性。但有一定
12、的局限性。这种方法是将同类型生产机械所选用的电动机这种方法是将同类型生产机械所选用的电动机功率进行统计分析，找出电动机功率和该类生产机功率进行统计分析，找出电动机功率和该类生产机械主要参数之间的关系，再根据实际情况，定出相械主要参数之间的关系，再根据实际情况，定出相应的指数。应的指数。1.1.统计分析法统计分析法统计分析法统计分析法n1 1）车床：车床：P=36.5DP=36.5D1.541.54(kW)(kW)n 式中式中DD工件的最大直径（工件的最大直径（m m）n 2 2）立式车床立式车床：P=20DP=20D0.880.88(kW)(kW)n 式中式中DD工件的最大直径（工件的最大直径
13、（m m）n 3 3）摇臂钻床摇臂钻床 P=0.0646DP=0.0646D1.191.19(kW)(kW)n 式中式中DD最大钻孔直径（最大钻孔直径（mmmm）n4 4）外圆磨床：外圆磨床：P=0.1KB(kW)P=0.1KB(kW)n 式中：式中：B B 砂轮宽度（砂轮宽度（mmmm）n K K 考虑砂轮主轴采用考虑砂轮主轴采用不同轴承时的系数，当采用滚动轴承时不同轴承时的系数，当采用滚动轴承时 K=K=0.81.10.81.1，若采用滑动轴承时若采用滑动轴承时 K=1.01.3K=1.01.3。n n2.2.2.2.类比法：类比法：类比法：类比法：n n 对经过长期运行考验的对经过长期运
14、行考验的同类型同类型生产机械的电生产机械的电动机容量进行调查，并对其主要参数和工作条件动机容量进行调查，并对其主要参数和工作条件进行对比，从而确定新设计生产机械的所需电动进行对比，从而确定新设计生产机械的所需电动机的容量。机的容量。7.5电动机的种类的选择n n根据生产机械的负载特性来选择电动机的类型根据生产机械的负载特性来选择电动机的类型根据生产机械的负载特性来选择电动机的类型根据生产机械的负载特性来选择电动机的类型n n1.1.1.1.对调速和启动性能要求不高的生产机械对调速和启动性能要求不高的生产机械对调速和启动性能要求不高的生产机械对调速和启动性能要求不高的生产机械 n n 优先考虑一
15、般鼠笼式异步电动机优先考虑一般鼠笼式异步电动机优先考虑一般鼠笼式异步电动机优先考虑一般鼠笼式异步电动机n n 若要求启动转矩大若要求启动转矩大若要求启动转矩大若要求启动转矩大 可选用高启动转矩的鼠可选用高启动转矩的鼠可选用高启动转矩的鼠可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机笼式异步电动机笼式异步电动机笼式异步电动机n n2.2.2.2.启动、制动频繁，且负载转矩较大的且有调速要启动、制动频繁，且负载转矩较大的且有调速要启动、制动频繁，且负载转矩较大的且有调速要启动、制动频繁，且负载转矩较大的且有调速要求的求的求的求的 考虑用线绕式异步电动机考虑用线绕式异步电动机考虑用线绕式异步电动机考虑用线绕式异
16、步电动机n n 对于周期波动负载，为了削平尖峰负载对于周期波动负载，为了削平尖峰负载对于周期波动负载，为了削平尖峰负载对于周期波动负载，为了削平尖峰负载 一般一般一般一般都采用电动机带飞轮工作，也选用线绕式异步电动机都采用电动机带飞轮工作，也选用线绕式异步电动机都采用电动机带飞轮工作，也选用线绕式异步电动机都采用电动机带飞轮工作，也选用线绕式异步电动机n n3.3.3.3.对于只需要几种调速，而不要求无级调速的负载，对于只需要几种调速，而不要求无级调速的负载，对于只需要几种调速，而不要求无级调速的负载，对于只需要几种调速，而不要求无级调速的负载，为了简化变速机构为了简化变速机构为了简化变速机构
17、为了简化变速机构 选用多速异步电动机选用多速异步电动机选用多速异步电动机选用多速异步电动机n n4.4.4.4.对于要求恒速运行的负载，且需要补偿电网功率对于要求恒速运行的负载，且需要补偿电网功率对于要求恒速运行的负载，且需要补偿电网功率对于要求恒速运行的负载，且需要补偿电网功率因数的场合因数的场合因数的场合因数的场合 应优先考虑选用同步电动机应优先考虑选用同步电动机应优先考虑选用同步电动机应优先考虑选用同步电动机n n5.5.5.5.对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的负对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的负对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的负对于需要大的启动转矩，又要求恒功率
18、调速的负载载载载 选用直流串励或复励电动机选用直流串励或复励电动机选用直流串励或复励电动机选用直流串励或复励电动机n n6.6.6.6.对于要求大范围无级调速，且启动、制动，正反对于要求大范围无级调速，且启动、制动，正反对于要求大范围无级调速，且启动、制动，正反对于要求大范围无级调速，且启动、制动，正反转频繁的生产机械转频繁的生产机械转频繁的生产机械转频繁的生产机械 选用带调速装置的直流电选用带调速装置的直流电选用带调速装置的直流电选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机，动机或鼠笼式异步电动机，动机或鼠笼式异步电动机，动机或鼠笼式异步电动机，第七章第七章 机电传动控制系统中机电传动控制系
19、统中 电动机的选择电动机的选择第七章第七章 机电传动控制系统中机电传动控制系统中 电动机的选择电动机的选择第七章第七章 机电传动控制系统中电动机的选择机电传动控制系统中电动机的选择7.1电动机容量选择的原则(3)启动能力：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，所 以，为使电动机能可靠启动,必须保证TLTst。选择电动机容量的三项基本原则：(1)发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高工作温 度max等于或略小于电动机绝缘的允许最高工作温 度a，即max a。(2)过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。特 别是在短期工作时，电动机在短期内承受高于额 定功率的负载功率时仍可保证
20、maxPL。重载启动时，校验启动能力。一般采用“等值法”来计算电动机的功率电动发出的热量是由损耗产生的，损耗有两部分，一是不随负载变化的不变损耗P(包括铁耗和机械损耗)，一是与负载电流的平方成正比的可变损耗 I2R(铜耗)。损耗相同，等值电流为对于直流电动机：等效转矩法对于电机具有较硬机械特性等效功率按等值法初选电机后，还必须校验其过载能力和启动转矩。2 带变动负载时电动机容量的选择如果实际工作时间tP与ts不同时，就应先将TP下的功率PP (产机械短时工作的实际功率)换算成ts下的功率Ps 有些生产机械工作时间短，停车时间长，属短时工作制的机械。拖动这类机械的电动机之工作特点是：工作时温升达
21、不到稳定值 ，而停车时足可完全冷却到周围环境温度，如图所示。电动机既可选择专用短时工作制电动机，也可选择连续工作制电动机。我国短时工作制的电动机，规定的标准短时运行时间是 10min、30min、60min及90min四种。电动机铭牌上所标的额定功率PN是和一定的标准持续运行时间ts相对应的。选择短时工作制电动机，使其PNPs再进行过载能力与启动能力的校验.7.3.2 短时工作制电动机容量的选择1.选用短时工作制的电动机故选 PNPP/K普通电动机的额定功率PN是按长期运行设计的，在连续工作时，温升可以达到稳定值 。如果把这种电动机用作短时工作，则电动机运行时将达不到允许温升。为了充分利用电动
22、机在发热上的潜在能力，在短时工作状态下，可以使它过载运行，而其过载倍数K=PP/PN与tp/Th有关，如图所示。PP短时实际负载功率；PN连续工作制电动机的额定功率；tP短时实际工作的时间；Th电动机的发热时间常数。一般讲，只要实际工作时间tP(0.30.4)Th，则可直接根据过载能力和启动能力来选择电动机的容量，而不必考虑电动机的发热问题。2.选用连续工作制的普通电动机7.3.3 7.3.3 重复短时工作制电动机容量的选择重复短时工作制电动机容量的选择1.选用重复短时工作制的电动机2.选用连续工作制的普通电动机有些生产机械工作一段时间后停歇一段时间，拖动这类生产机械的电动机之工作特点是:工作
23、时间tp(34)Th，停车(或空载)时间t0(34)Th，工作时间内电动机的温升不可能达到稳定温升，停车时间内温升还没有下降到零时，下一个周期又已开始，如图所示。重复短时工作制下电动机的选择也有两种方法重复性与短时性就是重复短时工作制的两个特点。通常用暂载率(或持续率)来表征重复短时工作制的工作情况。我国生产的专供重复短时工作制的电动机，规定的标准暂载率s为15%，25%，40%和60%。并以25%为额定负载暂载率sN，同时规定一个周期的总时间tp+t0不超过10分钟。电动机一周期内的工作时间越长，即s越大，电动机所允许输出的功率(即额定功率)便越小。1.选用重复短时工作制的电动机首先根据生产
24、机械的负载图算出电动机的实际暂载率，如果算出的值与电动机的额定负载暂载率sN(25%)相等，即可从产品目录中查得额定功率PsN，所选电动机的PsN应等于或略大于生产机械所需功率P。如果算出的值不等于sN，则可按下式计算出Ps选取PsN等于或略大于Ps的电动机即可。重复短时工作制电动机容量选择的步骤是:在重复短时工作制的情况下，如果负载是变动的，则可用“等值法”先算出其等效功率P，再按上述方法选取电动机。选好电动机的容量后，也要进行过载能力的校验。负载暂载率70%时，则可按连续工作制选择电动机。重复周期很短(tP+t02min)，启、制动或正、反转十分频繁的情况下，必需考虑启、制动电流的影响，因
25、而在选择电动机的容量时要适当选大些。所介绍的计算方法仅是近似的，在实际应用时根据具体情况要适当给予考虑和修正。2 选用连续工作制的普通电动机此时s=100%7.47.4电动机容量选择的统计法和类比法电动机容量选择的统计法和类比法统计法，就是对国内外同类型先进机床的主拖动电动机进行统计和分析，结合我国的生产实际情况，找出电动机容量与机床主要参数之间的关系，并用数学式加以表达，作为设计新机床时选择电动机容量的主要依据。具体介绍如下(公式中P均为主拖动电动机容量,P的单位为kw):车床:P=36.5D1.54，D为工件的最大直径(m)；立式车床:P=20D0.88，D为工件的最大直径(m)；摇臂钻床
26、:P=0.0646D1.19，D为最大的钻孔直径(mm)；卧式握床:P=0.004D1.7，D为膛杆直径(mm)；龙门铣床:P=，B为工作台宽度(mm)。另一实用的方法为类比法，它是对经过长期运行考验的同类型生产机械的电动机容量进一调查研究，并对其主要参数和工作条件进行对比，从而确定新设计生产机械所需电动机的容量。例如：我国C660车床的工件最大直径为1250mm，用上列公式计算出的主拖动电动机的功率为P=36.5(1.251.54)=52kW。实际选用PN=60kW的电动机。实际证明，所选用的电动机是合适的。统计法虽然简单，且确有实用价值，但这种方法不可能考虑到各种机床的实际工作特点与当前先进的技术条件，所以用这种方法初选的电动机，最好再通过试验的方法加以校验。