電動機額定功率的選擇

1、在電力拖動系統(tǒng)中，選擇電動機一般包括確定電動機的種類、型式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率、工作方式等。而最重要的是選擇電動機的額定功率。決定電動機功率時，要考慮電動機的發(fā)熱、允許過載能力和起動能力等因素，以發(fā)熱問題最重要。,一、電動機的種類、型式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速的選擇,1. 電動機種類的選擇 選擇電動機的原則是電動機性能滿足生產(chǎn)機械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、工作可靠、維護方便的電動機。在這方面交流

2、電動機優(yōu)于直流電動機，交流異步電動機優(yōu)于交流同步電動機，籠型異步電動機優(yōu)于繞線式異步電動機。 負載平穩(wěn)，對起，制動無特殊要求的連續(xù)運行的生產(chǎn)機械，宜優(yōu)先選用普通籠型異步電動機，普通的籠型異步電動機廣泛用于機械、水泵、風(fēng)機等。深槽式和雙鼠籠是異步電動機用于大中功率，要求起動轉(zhuǎn)距較大的生產(chǎn)機械、如空壓機、皮帶運輸機等。 起動、制動比較頻繁，要求有較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機械，如橋式起重機、礦井提升機、空氣

3、壓縮機、不可逆軋鋼機等，應(yīng)采用繞線式異步電動機。 無調(diào)速要求，需要轉(zhuǎn)速恒定或要求改善功率因數(shù)的場合，應(yīng)采用同步電動機，例如中、大容量的水泵，空氣壓縮機等。 只要求幾種轉(zhuǎn)速的小功率機械，可采用變極多速(雙速、三速、四速)鼠籠式異步電動機，例如電梯、鍋爐引風(fēng)機和機床等。,調(diào)速范圍要求在1∶3以上，且需連續(xù)穩(wěn)定平滑調(diào)速的生產(chǎn)機械，宜采用他勵直流電動機或用變頻調(diào)速的鼠籠式異步電動機，例如大型精密機床、龍門刨床、軋

4、鋼機、造紙機等。 要求起動轉(zhuǎn)距大，機械特性軟的生產(chǎn)機械，使用串勵或復(fù)勵直流電動機，例如電車、電機車、重型起重機等。 2. 電動機型式的選擇 (1) 安裝型式的選擇 電動機安裝型式按其位置的不同，可分為臥式和立式兩種。一般選臥式，立式電動機的價格貴，只有在為了簡化傳動裝置，必須垂直運轉(zhuǎn)時才采用。 (2) 防護型式的選擇 為防止電動機受周圍環(huán)境影響而不能正常運行，或

5、因電機本身故障引起災(zāi)害，必須根據(jù)不同的環(huán)境選擇不同的防護型式。電動機常見的防護型式有開啟式、防護式、封閉式和防爆式4種。 ① 開啟式 這種電機價格便宜，散熱條件較好，但容易進入水氣、水滴、灰塵、油垢等雜物，影響電機的壽命及正常運轉(zhuǎn)，故只能用于干燥清潔的環(huán)境之中。 ② 防護式 這種電機一般防止水滴，等雜物落入機內(nèi)，但不能防止潮氣及灰塵的侵入，故只能用于干燥和灰塵不多又無腐蝕和爆炸性氣體的環(huán)境。

6、 ③ 防閉式 這類電機又分為自冷式、強迫通風(fēng)式和密封式3種，前兩種電機，潮氣和灰塵不易進入機內(nèi)，能防止任何方向飛濺的水滴和雜物侵入，適用于潮濕、多塵土、易受風(fēng)雨侵襲，有腐蝕性蒸汽或氣體的各種場合。密封式電機，一般使用于液體(水或油)中的生產(chǎn)機械，例如潛水泵等。,④ 防爆式 在封閉結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制成隔爆型，增安型和正壓型3類，都適用于有易燃易爆氣體的危險環(huán)境，例如油庫、煤氣站或礦井等場所。 對于濕熱地帶、高海

7、拔地區(qū)及船用電機等，還得選用有特殊防護要求的電機。 3. 額定電壓的選擇 電動機的額定電壓的選擇，取決于電力系統(tǒng)對該企業(yè)的供電電壓和電動機容量的大小。 交流電動機電壓等級的選擇主要依使用場所供電電壓等級而定。一般低電壓網(wǎng)為380V，故額定電壓為380V(Y或△接法)、220/380V(△/Y接法)，380/660V(△/Y接法)3種；礦山及煤廠或大型化工廠等聯(lián)合企業(yè)，越來越要求使用660

8、V(△接法)或660/1140V(△/Y接法)的電機。等電動機功率較大，供電電壓為6000V或10000V時，電動機的額定電壓應(yīng)選與之適應(yīng)的高電壓。 直流電動機的額定電壓也要與電源電壓相配合。一般為110V、220V和440V。其中220V為常用電壓等級，大功率電機可提高到600～1000V。當(dāng)交流電源為380V，用三相橋式可控硅整流電路供電時，其直流電動機的額定電壓應(yīng)選440V，當(dāng)用三相半波可控硅整流電源供電時，直流電

9、動機的額定電壓應(yīng)為220V，若用單相整流電源，其電動機的額定電壓應(yīng)為160V。,4. 額定轉(zhuǎn)速的選擇 額定功率相同的電動機，其額定轉(zhuǎn)速越高，則電動機的體積越小，重量越輕，造價越低，一般地說電動機的飛輪距GD2也越小。但生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)速一定，電動機的額定轉(zhuǎn)速越高，拖動系統(tǒng)傳動機構(gòu)的速比越大，傳動機構(gòu)越復(fù)雜。 電動機的GD2和額定轉(zhuǎn)速 影響到電動機過渡程持續(xù)的時間和過渡過程中的能量損耗。電動機的GD2

10、· 越小，過渡過程越快，能量損耗越小。 因此，電動機額定轉(zhuǎn)速的選擇，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械的具體情況，綜合考慮上面所述的各個因素來確定。,二、電動機的發(fā)熱與冷卻,1. 電動機的發(fā)熱 電動機運行過程中，各種能量損耗最終變成熱能，使得電動機的各個部分溫度上升，因而會超過周圍環(huán)境溫度。溫度升高的熱過渡過程，稱之為電動機的發(fā)熱過程，電動機溫度高出環(huán)境溫度的值稱為溫升。一旦有了溫升，電動機就要向周

11、圍散熱。當(dāng)電動機單位時間發(fā)出的熱量等于散出的熱量時，溫度不再增加，而保持一個穩(wěn)定不變的溫升，稱為動態(tài)熱平衡。,2. 電動機的冷卻 負載運行的電動機，在溫升穩(wěn)定以后，如果減少或去掉負載，那么電動機內(nèi)耗及單位時間發(fā)熱量都會隨之減少。這樣，原來的熱平衡狀態(tài)被破壞，變?yōu)榘l(fā)熱少于散熱，電動機溫度就要下降，溫升降低。降溫過程中，隨著溫升減小，單位時間散熱量也減少。當(dāng)重新達到平衡時，電動機不再繼續(xù)降溫，而穩(wěn)定在一個新的溫升上。這個溫升

12、下降的過程稱為電動機的冷卻過程。 3. 電動機的絕緣等級 從發(fā)熱方面來看，決定電動機容量的一個主要因素就是它的繞組絕緣材料的耐熱能力，也就是繞組絕緣材料所能容許的溫度。電動機在運行中最高溫度不能超過繞組絕緣的最高溫度，超過這一極限時，電動機使用年限就大大縮短，甚至因絕緣很快燒壞而不能使用。根據(jù)國際電工委員會規(guī)定，電工用的絕緣材料可分為7個等級，而電動機中常用的有A、E、B、F、H5個等級，而各等級的最高

13、容許溫升分別為105℃、120℃、130℃、155℃、180℃。我國規(guī)定40℃為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度，絕緣材料或電動機的溫度減去40℃即為允許溫升，用τmax 表示。,三、電動機的工作方式,電動機工作時，負載持續(xù)時間的長短對電動機的發(fā)熱情況影響很大，因而對選擇的電動機功率影響也很大。按電動機發(fā)熱的不同情況，可分為以下3種工作方式。 1. 連續(xù)工作方式 連續(xù)運行方式是指電動機工作時間tr >(3～4)

14、 ( 為電動機的發(fā)熱時間常數(shù)，表征電動機熱慣性的大小)后溫升可以達到穩(wěn)態(tài)值，也稱長期工作制。屬于這類生產(chǎn)機械的有水泵、鼓風(fēng)機、造紙機等。 2. 短時工作方式 短時工作方式是指電動機工作時間tr(3～4) 。這樣工作時溫升達不到穩(wěn)態(tài)值 ，而停歇后溫升降為零。屬于此類生產(chǎn)機械的有機床的夾緊裝置、某些冶金輔助機械、水閘閘門啟閉機等。 短時工作方式下電動機的額定功率是

15、與規(guī)定的工作時間相對應(yīng)的，這一點需要注意，與連續(xù)工作方式的情況不完全一樣。電動機銘牌上給定的額定功率是按15min、30min、60min、90min 4種標(biāo)準(zhǔn)時間規(guī)定的。,3. 周期性斷續(xù)工作方式 周期性斷續(xù)工作方式是指工作和與停歇相互交替進行，兩者時間都比較短，即工作時間tr<(3～4) ，停歇時間t0<(3～4) 。工作時溫升達不到穩(wěn)態(tài)值，停歇時溫升降不到零。屬于此類工作的生產(chǎn)機械有起

16、重機、電梯、軋鋼輔助機械等。在重復(fù)短時工作方式下，負載工作時間與整個周期之比稱負載持續(xù)率[又稱暫載率(%)]，用FS表示，即 FS= 我國規(guī)定的負載持續(xù)率有15%、25%、40%和60% 4種，一個周期的總時間為 + ≤10min。,(8.12),四、額定功率的選擇,正確選擇電動機容量的原則，

17、應(yīng)在電動機能夠勝任生產(chǎn)機械負載要求的前提下，最經(jīng)濟最合理地決定電動機的功率。若功率選得過大，設(shè)備投資增大，造成浪費，且電動機經(jīng)常欠載運行，效率及交流電動機的功率因數(shù)較低；反之，若功率選得過小，電動機將過載運行，造成電動機過早損壞。決定電動機功率的主要因素有3個：,(1) 電動機的發(fā)熱與溫升，這是決定電動機功率的最主要因素；(2) 允許短時過載能力；(3) 對交流籠型異步電動機還要考慮起動能力。 1. 恒值負載時電動機

18、額定功率的選擇 恒值負載是指在工作時間內(nèi)負載大小不變，包括連續(xù)和短時兩種工作方式。電動機額定功率的選擇是在假設(shè)環(huán)境溫度為40℃及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，且在電動機不調(diào)速的前提下進行的。 1) 連續(xù)工作方式 在連續(xù)工作方式情況一，選擇電動機的額定功率PN等于或略大于負載功率PL，即 PN≥PL

19、 (8.13) 式中，PL是根據(jù)具體生產(chǎn)機械的負載及效率進行計算的，可查閱相關(guān)機械設(shè)計手冊。由于這個條件本身是從發(fā)熱溫升角度考慮的，故不必再校核電動機的發(fā)熱問題，只需校核過載能力，必要時還要校核起動能力。,過載能力是指電動機負載運行時，可以在短時間內(nèi)出現(xiàn)的電流或轉(zhuǎn)矩過載的允許倍數(shù)。校核電動機過載能力可按下列條件進行

20、 Tmax≤ TN(8.14)式中 Tmax ——電動機在工作中所承受最大轉(zhuǎn)矩(N·m)； ——電動機允許過載倍數(shù)，對不同類型的電動機， 取值不完全一樣。 若預(yù)選的電動機過載能力達不到，則要重選電動機及額定功率，直到滿足要求為止。 對三相籠型異步電動機，最后還要校核起動能力是否達到，若達不到，也應(yīng)重選電動機及其額定功率。

21、 以上關(guān)于額定功率的選擇是在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度為40℃前提下進行的。若電動機工作的環(huán)境溫度發(fā)生變化，則必須對電動機的額定功率進行修正。根據(jù)理論計算和實踐，在周圍環(huán)境溫度不同時，電動機的功率可粗略地按表8-1相應(yīng)增減。,表8-1 不同環(huán)境溫度下的電動機功率增減百分?jǐn)?shù),由表8-1可見，環(huán)境溫度低，電動機實際功率應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定功率高，反之，則應(yīng)降低額定功率使用。 2) 短時工作方式 選擇短時工作方

22、式的電動機。對短時工作方式下的負載，其工作時間與電動機的標(biāo)準(zhǔn)時間一致，例如也是15min、30min、60min和90min，則選擇電動機的額定功率只須滿足PN≤PL。 若負載的工作時間與標(biāo)準(zhǔn)工作時間不一致，則預(yù)選電動機功率時，應(yīng)先按發(fā)熱和溫升等效的原則把負載功率由非標(biāo)準(zhǔn)工作時間折算成標(biāo)準(zhǔn)工作時間，然后再按標(biāo)準(zhǔn)工作時間預(yù)選額定功率。 設(shè)短時工作方式負載工作時間為tr，其最近的標(biāo)準(zhǔn)工作時間為trb，則預(yù)選電

23、動機額定功率應(yīng)滿足 ≥(8.15),上式是從發(fā)熱和溫升等效原則得出的，故經(jīng)過向標(biāo)準(zhǔn)工作時間折算后，預(yù)選電動機肯定能滿足溫升條件，不必再校核。 選擇連續(xù)工作方式的電動機。由于短時工作方式的電動機較少，故可選擇連續(xù)工作方式的電動機。從發(fā)熱和溫升的角度考慮，電動機在連續(xù)工作方式下應(yīng)該輸出比連續(xù)工作方式時額定功

24、率要大的功率才能充分發(fā)揮電動機的能力?；蛘哒f，預(yù)選電動機時也要把短時工作的負載功率等效折算到連續(xù)工作方式上去才合理。 設(shè)電動機中不變損耗與額定負載時的可變損耗的比值用?表示，則預(yù)選的電動機額定功率應(yīng)滿足 ≥(8.16) 式中 ——發(fā)熱時間常數(shù)；

25、 tr——短時工作時間(s)。 其中?數(shù)值因電動機而異。一般地說，普通直流電動機?=1～1.5，冶金用直流電動機?=0.5～0.9，冶金專用中、小型三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機?=0.45～0.6，冶金專用大型三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機?=0.9～1.0，普通三相籠型異步電動機?=0.5～0.7。對于具體電動機而言， 和?可從技術(shù)數(shù)據(jù)中找出或估算。,若實際工作時間極短，則電動機的發(fā)熱與溫升已不成問題，只

26、需從過載能力及起動能力方面來選擇電動機連續(xù)工作方式下的額定功率。 短時工作方式折算到連續(xù)工作方式下再預(yù)選電動機額定功率后，也不必再進行溫升校核。 2. 變化負載時電動機額定功率的選擇 (1) 周期性變化負載連續(xù)工作方式。連續(xù)工作方式下的變化負載，其變化通常具有周期性。負載變化周期為tt，一個周期內(nèi)負載的平均功率 式中 PL1、PL2、…、PLn ——各段負載功率

27、(kW)； t1、t2、…、tn ——各段負載作用時間(s)。 按負載平均功率再乘上1.1～1.6的系數(shù)來預(yù)選電動機的額定功率，即 (8.18) 電動機的額定功率預(yù)選好后，還要進行發(fā)熱、過載能力及必要時的起動能

28、力校驗。若其中有一項不合格，須重新選擇電動機，再進行校核，直到各項都合格為止。,(8.17),校核電動機發(fā)熱的方法很多，這里只介紹一種常用的等效轉(zhuǎn)矩法。 負載轉(zhuǎn)矩已知后，只是作為預(yù)選電動機額定功率的依據(jù)。校核發(fā)熱溫升，還需要知道電動機在一個周期內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩的變化情況。怎樣從負載轉(zhuǎn)矩找出電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與時間的關(guān)系T=f(t)呢？在電動機穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)速恒定，則T=TL；在電動機過渡過程(起動與制動)中，則T=TL+Ta。T

29、a為動轉(zhuǎn)矩，即使電力拖動系統(tǒng)加速或減速的轉(zhuǎn)矩。加速時為正值，減速時為負值。這樣，一個周期內(nèi)電動機的電磁轉(zhuǎn)矩情況便可確定。 在電動機氣隙磁通恒定的條件下，一個周期內(nèi)發(fā)熱相同的等效轉(zhuǎn)矩Td可用式(8.19)表示。 式中 Ti——第i段電動機的電磁轉(zhuǎn)矩(N·m)。 若Td≤TN，則發(fā)熱校核通過。TN為預(yù)選電動機的額定轉(zhuǎn)矩。 等效轉(zhuǎn)矩法使用于氣隙磁通恒定的條件

30、，若電動機在運行過程中只有一段時間采用降低磁通升速，則通過對弱磁階段的轉(zhuǎn)矩進行修正，也可使用等效轉(zhuǎn)矩法。即將弱磁這一段的轉(zhuǎn)矩向著額定磁通折算，便可認為整個周期時間內(nèi)均為恒定磁通。設(shè)弱磁段的轉(zhuǎn)矩為 ，轉(zhuǎn)速為n( )，折算后的轉(zhuǎn)矩為 ，,(8.19),轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速 ，則它們之間的關(guān)系為,(8.20),(2) 周期性斷續(xù)工作方式。這種工作方式的電動機，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每個工作與停歇的周期不超過

31、10min。每個周期內(nèi)都有起動、運行、制動和停歇各個階段。普通電動機難以勝任如此頻繁的起、制動工作。因此，周期性斷續(xù)工作方式的電動機有轉(zhuǎn)子細長、飛輪矩小、起動和過載能力強、機械強度大、絕緣等級高等特點。 若負載持續(xù)率為標(biāo)準(zhǔn)負載持續(xù)率，則預(yù)選電動機的額定功率應(yīng)滿足 ≥（1.1～(8.21) 若負載持續(xù)率為

32、非標(biāo)準(zhǔn)負載持續(xù)率，則需向與其最接近的標(biāo)準(zhǔn)負載持續(xù)率FSb(%)折算。折算的原則是損耗相等。折算后的公式為 ≥（1.1～(8.22) 式中 FS——負載實際持續(xù)率(%)。,預(yù)選電動機額定功率后進行發(fā)熱校核時仍可用等效轉(zhuǎn)矩法。先找出電動機在工作時間內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩與時間的關(guān)系，再計算等效轉(zhuǎn)矩Td。 對于他扇冷

33、式電動機，等效轉(zhuǎn)矩為 對于自扇冷式電動機，由于起動與制動過程中電動機轉(zhuǎn)速低，散熱條件差，穩(wěn)定后的最高溫升將比沒有起制動時的要高，因此需相應(yīng)提高等效轉(zhuǎn)矩，即,(8.23),(8.24),式中 ts —— 起動時間(s)； tc —— 恒速運行時間(s)； tb —— 制動時間(s)； β——系數(shù)，其值因電動機而

34、異，一般直流電動機為0.75，異步電動勸機為0.5。 若Td≤TN，則發(fā)熱校核通過。 上述方法適用于10%≤FS≤70%的范圍。,當(dāng)負載持續(xù)率FS≤10%時，應(yīng)按短時工作方式處理，根據(jù)過載及起動能力選擇電動機的額定功率。 當(dāng)FS≥70%時，則應(yīng)按連續(xù)工作方式處理，選擇連續(xù)工作方式的電動機。其負載性質(zhì)屬于一個周期性變化負載，且每個周期內(nèi)包括一次起動、制動和停歇時間。 他扇冷

35、式電動機的等效轉(zhuǎn)矩為式(8.24) 自扇冷式電動機的等效轉(zhuǎn)矩為,(8.25),式中 T0 ——停歇時間(s)。 ?——系數(shù)，其值通常為小于1，直流電動機約為0.5，異步電動機約為0.25。 若 ≤ ，則發(fā)熱校核通過。 周期性變化負載預(yù)選電動機額定功率及發(fā)熱校核通過后，還需校核過載能力，必要時還要校核起動能力，這些是同常值負