1、电机与拖动基础电力拖动系统电动机的选择电力拖动系统电动机的选择研究如何为生产机械正确地选择电动机研究如何为生产机械正确地选择电动机。电动机的名牌数据：电动机的名牌数据：主要：电压、电流、功率，转速主要：电压、电流、功率，转速其他：工作方式；效率其他：工作方式；效率特殊：温升特殊：温升 电动机选择首先是：功率电动机选择首先是：功率 电动机功率选择：电动机功率选择：1 1适当即可适当即可2 2 考虑发热情况、过载能力和起动能力三个方面考虑发热情况、过载能力和起动能力三个方面电力拖动系统电动机的选择 电动机发热电动机发热1.1.原因：电机内部损耗转变为热能原因：电机内部损耗转变为热能2.2.影响最大
2、材料：绝缘材料影响最大材料：绝缘材料3.3.根据绝缘材料，电机耐热可分为五级：根据绝缘材料，电机耐热可分为五级：A,E,B,F,HA,E,B,F,H 电机铭牌数据一般给出电机绝缘等级或电机温升：电机铭牌数据一般给出电机绝缘等级或电机温升：常把电动机温度与周围环境温度之差称为常把电动机温度与周围环境温度之差称为“温升温升”。显然，。显然，使用不同的绝缘材料的电动机，其最高允许温升是不同的。使用不同的绝缘材料的电动机，其最高允许温升是不同的。电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允许温度电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允许温度与与4040之差，或称为额定温升，例如，国产之差，或称
3、为额定温升，例如，国产Z2Z27272型直流电型直流电动机用的是动机用的是E E级绝缘，其最高允许温度是级绝缘，其最高允许温度是120120，所以其铭牌，所以其铭牌上标的温升是上标的温升是8080电力拖动系统电动机的选择 电动机的过载能力：电动机的过载能力：因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。校验电动机的因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。校验电动机的过载可按下列条件过载可按下列条件 对于异步电动机，其关系为对于异步电动机，其关系为 对于直流电动机，过载能力受换向所允许的最大电流值的限对于直流电动机，过载能力受换向所允许的最大电流值的限 制。制。Z型直流电动机，在额定磁通下，可选为型直
4、流电动机，在额定磁通下，可选为 对于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的对于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的ZZ型和型和ZZY 型电动机，以及同步电动机型电动机，以及同步电动机 电机起动能力：电机起动能力：对于直流电动机，一般不需要进行起动能力校验对于直流电动机，一般不需要进行起动能力校验 对于笼型异步电动机，需要进行起动能力的校验对于笼型异步电动机，需要进行起动能力的校验maxTNTKT(0.80.85)TTKK:1.52TK:2.53TK:zstTT发热和冷却及电动机工作制的分类一、电动机的发热过程一、电动机的发热过程 为了求出表达电动机发热的温升变化曲线为了求出表达电动机发热
5、的温升变化曲线=f(t)=f(t)。应当研。应当研究热平衡方程。究热平衡方程。热平衡方程式为热平衡方程式为 整理得整理得tACtdddAtACddCu01221)1(1)/1(ppPPPPPPP电动机的发热是由于工作时，电动机的发热是由于工作时，在其内部产生损耗在其内部产生损耗 造成的，造成的，其值为其值为 P式中，式中，为热流量（电动机单位时间内发出的热量）为热流量（电动机单位时间内发出的热量）令令 ，得基本形式的微分方程，得基本形式的微分方程TAC/WA/WtTdd研究首先电动机长时连续工作，负载不变下的发热研究首先电动机长时连续工作，负载不变下的发热电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类
6、 其解为其解为TtQTtW/e)e1(式中，式中，为发热过程的起始温升。为发热过程的起始温升。Q电动机的最高稳定温升可达电动机的最高稳定温升可达 APAmNN式中，式中，电动机在额定功率电动机在额定功率下运行时的损耗功率及热流量下运行时的损耗功率及热流量。NN及P电动机发热过程的温升曲线电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类 解的图示和解的表达式，说明温升按指数规律变化解的图示和解的表达式，说明温升按指数规律变化 初始温升较小，热量被电动机吸收。随温度升高，电动机吸初始温升较小，热量被电动机吸收。随温度升高，电动机吸收的热量减少。温升曲线趋于平缓。最终温升达到稳定值收的热量减少。温升曲线趋于平
7、缓。最终温升达到稳定值 T=C/AT=C/A为发热时间常数，反映电动机温升变化快慢的程度为发热时间常数，反映电动机温升变化快慢的程度 电动机在运行中只要电动机发出的电动机在运行中只要电动机发出的热流量 ，电动机，电动机功率损耗功率损耗 ，电动机，电动机温度就不会超过允许值温度就不会超过允许值。对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由三方面对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由三方面考考虑虑:1.1.提高额定效率提高额定效率2.2.提高散热系数提高散热系数3.3.提高绝缘材料的允许温升提高绝缘材料的允许温升N PNP 电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类二、电动机的冷却过程二、电动机
8、的冷却过程 电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小，电动机电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小，电动机损耗功率损耗功率P 下降；其二是电动机自电网断开，不再工作，下降；其二是电动机自电网断开，不再工作，电动机的电动机的P 变为零变为零电动机冷却过程的曲线当电动机不接电源，当电动机不接电源，P=0=0电动机脱离电网时冷却时间常电动机脱离电网时冷却时间常数与电动机通电时的温升时间数与电动机通电时的温升时间常数不同常数不同电动机冷却时，发热减小或没电动机冷却时，发热减小或没有了。原来电动机内的热量散有了。原来电动机内的热量散出，使电动机温升下降出，使电动机温升下降电动机的发热和冷却及电动机
9、工作制的分类电动机工作制的分类电动机工作制的分类1连续工作制连续工作制电动机连续工作时间电动机连续工作时间长，温升将达到稳定长，温升将达到稳定值。属于这类的生产值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等造纸机、机床主轴等连续工作制的曲线电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类2 2 短时工作制短时工作制电动机的工作时间较电动机的工作时间较短，在此时间内温升短，在此时间内温升达不到稳定值，而停达不到稳定值，而停车时间又相当长，电车时间又相当长，电动机的温度可以降到动机的温度可以降到周围介质的温度，属周围介质的温度，属此类的生产机械有机此类的生产机械有机床的辅助运动
10、机械、床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等水闸闸门启闭机等短时工作制的曲线电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类3 3 断续周期工作制断续周期工作制在断续周期工作制中，在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率期之比称为负载持续率ZC%100%ggotZCtt连续周期工作制的功率负载图断续周期工作制的曲线连续工作制电动机的选择 连续工作制电动机负载分二类：常值负载和变化负载连续工作制电动机负载分二类：常值负载和变化负载一、常值负载下电动机功率的选择一、常值负载下电动机功率的选择 在选择连续恒定负载的电动机时，只要计算出负载
11、所需功在选择连续恒定负载的电动机时，只要计算出负载所需功率率P Pz z，选择一台额定功率，选择一台额定功率P PN N 略大于略大于PzPz的连续工作制电动的连续工作制电动机即可机即可,不必进行发热校核。不必进行发热校核。对起动比较困难（静阻转矩大或带有较大的飞轮力矩）而对起动比较困难（静阻转矩大或带有较大的飞轮力矩）而采用笼型异步电动机或同步电动机的场合，应校验其起动采用笼型异步电动机或同步电动机的场合，应校验其起动能力能力 当电动机周围环境温度与标准值当电动机周围环境温度与标准值4040度相差较大，则其输出度相差较大，则其输出功率可与功率可与P PN N不同不同ZP在计算出负载功率在计算
12、出负载功率 后，选择额定功率后，选择额定功率 NPZPNP连续工作制电动机的选择 4040度时，电动机稳定温升为度时，电动机稳定温升为WNWN，热流量为，热流量为N N。额定功率为额定功率为P PN N 实际温度实际温度0 0度时，电动机稳定温升为度时，电动机稳定温升为W W，热流，热流量为量为。额定功率为。额定功率为P P 为了在发热方面充分利用，电动机在不同环境温为了在发热方面充分利用，电动机在不同环境温度下，都应能达到绝缘材料的最高允许温度度下，都应能达到绝缘材料的最高允许温度m m 由上式可见：由上式可见：二式得二式得0040NNmWNmWPPAAAA0040mmNPP0040mWNW
13、连续工作制电动机的选择 功率消耗为功率消耗为 磁通和电动机转速不变，则有磁通和电动机转速不变，则有 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。环境温度低于环境温度低于3030时，一般电动机功率也只增加时，一般电动机功率也只增加8 82020(1)CuCuCuNCuNCuNNNCuNCuNpIPpppkpkpIPpPpkNNNNITPTITPT00140mNmPPkk连续工作制电动机的选择 必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温升有影响，这必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温升有影响，这是由于海拔高度越高，虽然气温降低越多，但由于空气稀
14、是由于海拔高度越高，虽然气温降低越多，但由于空气稀薄，散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿，因此薄，散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿，因此规定，使用地点的海拨高度不超过规定，使用地点的海拨高度不超过1000m1000m时，额定功率不时，额定功率不必进行校正。当海拔高度在必进行校正。当海拔高度在1000m1000m以上时，平原地区设计以上时，平原地区设计的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原地带应用地带应用例例14-114-1 一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为 扬程扬程20m
15、，吸程，吸程5m，转速为，转速为 ，泵的效率，泵的效率 ，试，试选择电动机。选择电动机。/hourm903r/min290078.0B连续工作制电动机的选择kW3.8kW1095.078.0)520(98103600903ZPkW10NPV380NUr/min2920Nn解解 水泵在电动机轴上的负载功率为：水泵在电动机轴上的负载功率为：310BzHVP式中式中，V泵每秒排出的水量（泵每秒排出的水量（）/sm3水的比重水的比重 3N/m9810H排水高度排水高度（m）泵的效率，活塞式泵为泵的效率，活塞式泵为0.80.9，高压离心泵为，高压离心泵为0.50.8，低压离心泵为，低压离心泵为 0.30
16、.6；B传动机构效率，直接联接为传动机构效率，直接联接为0.951，皮带传动为，皮带传动为0.9 选择选择JO-51-2型异步电动机即可，其数据为型异步电动机即可，其数据为：对选用的电动机不必进行发热校验。对选用的电动机不必进行发热校验。连续工作制电动机的选择二、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 在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而设计的。因此，这种电动机用于变化负载下的发热情况，设计的。因此，这种电动机用于变化负载下的发热情况，必须进行校验。所谓发热校验，必须进行校验。所谓发热校验，校验应当作出负荷变化与
17、温升变化曲线。了解校验应当作出负荷变化与温升变化曲线。了解max?m连续工作制电动机的选择 获得负荷或温升变化曲线有难度，可以用间接方法进行获得负荷或温升变化曲线有难度，可以用间接方法进行 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：)(tfTZ1）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 。)(tfPZ2）预选电动机的功率。）预选电动机的功率。niniZiZZZdttPtttPtPP11212211niniZiZZZdttTtttTtTT11212211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
18、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 ZdP)6.11.1(NPNP9550)6.11.1(NnTZd3 3）作出电动机的负载图）作出电动机的负载图 ，作图时已考虑了电动机的稳定运转，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及过渡过程等工作情况连续工作制电动机的选择4 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 着重介绍校验发热的方法着重介绍校验发热的方法（一）平均损耗法（一）平均损耗法ZZZZttttACtPt0000ddddAAPAtztPttddtztdzz/dd00niniidttPP11
19、PdPdPdPNPN，电动机的功率选择太小，电动机的功率选择太小PdPddm m的平均损耗法，可用于电动机发热校验的平均损耗法，可用于电动机发热校验连续工作制电动机的选择（二）等效法（二）等效法1 1等效电流法等效电流法 等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电流变的电流I Idxdx来代替变化的负载电流来代替变化的负载电流I=f(t)(I=f(t)(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：列条件：I IN NIIdxdx,则
20、发热校验通过则发热校验通过 平均损耗法中有：平均损耗法中有：把平均损耗中的可变损耗把平均损耗中的可变损耗PdPd所对应的电流称为等效电流所对应的电流称为等效电流IdxIdx则有：则有：200dCuidxPpppCI200iCuiiPpppCIniniininiidxttICpttCIpCIp1120112020)(niniidxttII112连续工作制电动机的选择2 2等效转矩法等效转矩法 有时已知的不是负载电流图，而是转矩有时已知的不是负载电流图，而是转矩图图 ，可以写成转矩形式。如果转矩与电，可以写成转矩形式。如果转矩与电流成正比，则可用等效转矩流成正比，则可用等效转矩TdxTdx来代替等
21、来代替等效电流效电流IdxIdxniniidxttTT112如果预选电动机的额定转矩如果预选电动机的额定转矩TNTdx，则发热校验通过。则发热校验通过。TN可由预选电动机的可由预选电动机的额定功率及额定转速算出，即额定功率及额定转速算出，即NNN9550nPT 等效转矩法由等效电流法得出，一般要附上等效转矩法由等效电流法得出，一般要附上T与与I成正比条件成正比条件如果不满足，则应将如果不满足，则应将T=f(t)改绘为改绘为I=f(t)，再用等效电流法效，再用等效电流法效验发热验发热连续工作制电动机的选择3 3等效功率法等效功率法 等效功率法是当转速基本不变时由等效等效功率法是当转速基本不变时由
22、等效转矩法引出来的转矩法引出来的 P=Tn/9550,如果如果n不变不变,则则P与与T成正比成正比 如如 PNPdx，则电动机的发热校验即告通过。，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。同样，必须进行功率过载能力的校验。连续工作制电动机的选择（三）有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正（三）有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正 有时一个周期内的负载变化有起动、制动、停止等过程有时一个周期内的负载变化有起动、制动、停止等过程 一般应将平均损耗或等效电流、转矩及功率提高一些，以一般应将平均损耗或等效电流、转矩及功率提高一些，以应对某些散热条件的变坏应对某些散热条件
23、的变坏 一般在对应的起动、制动时间上乘以系数一般在对应的起动、制动时间上乘以系数a1，在停止时，在停止时间上乘以系数间上乘以系数a0Pg,Pg,由发热观点，电动机可能不能得到充分利用由发热观点，电动机可能不能得到充分利用短时工作时的功率和温度曲线图选用连续工作制电动机，选用连续工作制电动机，可以可以P PN NPg2.52.5，将超过一般电动机的过载倍数，将超过一般电动机的过载倍数，有有Q QKTKT。这时可以按下式选择连续工作制电动机。这时可以按下式选择连续工作制电动机 满足电动机过载能力，一般发热肯定可以通过，还有裕度，满足电动机过载能力，一般发热肯定可以通过，还有裕度，不必进行发热效验不
24、必进行发热效验gNTPPK例：例：大型车床刀架快速移动机构，其拖动电机是短时工作制，大型车床刀架快速移动机构，其拖动电机是短时工作制，刀架重刀架重5300N，移动速度移动速度15m/min ，传动比，传动比100r/m ，动摩擦系数动摩擦系数0.1，静摩擦系数，静摩擦系数0.2，传动效率，传动效率0.1，试选，试选择电动机的功率择电动机的功率短时工作制电动机的选择kW33.1kW1.0100060151.05300zP解解 刀架移动时，电动机的负载功率刀架移动时，电动机的负载功率 100060vGPz式中，式中，G刀架重；刀架重；摩擦系数（起动时摩擦系数（起动时0.2，移动时，移动时0.1）；
25、）；v移动的速度（移动的速度（r/min）；）；传动效率传动效率。kW82.0kW29.033.19.033.122TTgKKPNP按允许过载能力选电动机按允许过载能力选电动机式中式中 0.9考虑交流电网波动考虑交流电网波动10%；KT交流电动机的过载倍数交流电动机的过载倍数短时工作制电动机的选择 校验起动能力：校验起动能力：由于静摩擦系数为动摩擦系数的两倍，故起动负载的功率为由于静摩擦系数为动摩擦系数的两倍，故起动负载的功率为 电动机能发出的起动功率为电动机能发出的起动功率为 由于由于，起动能力效验不能通过，起动能力效验不能通过1.8 1.11.98stTNPK PkWkWstzstPP起动
26、转矩倍数起动转矩倍数 ，过载倍数，过载倍数 8.1stK2TKr/min1410NnA68.21NIV380NUkW1.1NP如果由产品目录，初选如果由产品目录，初选 型笼型异步电动机，其数据为：型笼型异步电动机，其数据为：421JO222 1.332.66zstzPPkWkW短时工作制电动机的选择 选用选用 电动机，电动机，PN=1.5kW,nN=1410r/min,Km=2,kst=1.8,则此时则此时Pst为：为：此时此时 ，起动能力效验通过，起动能力效验通过 但是但是PstPzst，在有干扰时，有问题。为了提高可靠性，可以，在有干扰时，有问题。为了提高可靠性，可以选用选用 电动机电动机
27、1.8 1.52.7stTNPK PkWkWstzstPP2224JO 2314JO 短时工作制电动机的选择二、选用专为短时工作制而设计的电动机二、选用专为短时工作制而设计的电动机我国专为短时工作制设计的电动机，其工作时间为我国专为短时工作制设计的电动机，其工作时间为15min、30min、60min、90min四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功率是不同的，其关系为率是不同的，其关系为 ，显然其过载倍数也是，显然其过载倍数也是不同的，其关系为不同的，其关系为 。90603015PPPP90603015当电动机实际工作时间当电动机实际工作
28、时间tgx与标准值与标准值tg不同时，应把不同时，应把tgx下的功率下的功率Px换算到换算到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或发来进行电动机功率的选择或发热校验。有关系热校验。有关系1xggggxgxPPttktt断续周期工作制电动机的选择 生产机械的拖动电动机在断续周期工作制下用的最多，专生产机械的拖动电动机在断续周期工作制下用的最多，专为此类生产的电动机很多。这类电动机的共同特点是起动为此类生产的电动机很多。这类电动机的共同特点是起动能力强、过载能力大、惯性小（飞轮惯量小）、机械强度能力强、过载能力大、惯性小（飞轮惯量小）、机械强度大、绝缘材料的等级高、较多
29、采用封闭式结构、临界转差大、绝缘材料的等级高、较多采用封闭式结构、临界转差率（对于笼型异步电动机）设计得较高率（对于笼型异步电动机）设计得较高 对一台具体的电动机而言，不同负载持续率对一台具体的电动机而言，不同负载持续率ZC时，其额时，其额定输出功率不同。以国产的一台起重机用绕线转子异步电定输出功率不同。以国产的一台起重机用绕线转子异步电动机为例，其型号及数据有表动机为例，其型号及数据有表断续周期工作制电动机的选择 当电动机实际工作的当电动机实际工作的ZCx%与标准制与标准制ZC%不同时，应把不同时，应把ZCx%下的功率下的功率Px换算成换算成ZC下的功率下的功率P断续周期工作制电动机的选择
30、按实际工作按实际工作ZCx%与标准与标准ZC%下损耗相等，发热相同计算下损耗相等，发热相同计算 可解出可解出 当当ZCx%与与ZC%相差不大时，有相差不大时，有%xxZCPPZC%1%xxxPPZCZCkZCZC2200%1%xxCuxCuPPppZCppZCkkZCPP如果负载持续率如果负载持续率 ，可按短时工作制选择电动机；另外，可按短时工作制选择电动机；另外，如如 ，可按连续工作制选择电动机，可按连续工作制选择电动机%10%xZC%70%xZC断续周期工作制电动机的选择 例：电动机的负载图如右图，试校验例：电动机的负载图如右图，试校验JZR42-8JZR42-8型绕线转子型绕线转子异步电
31、动机能否适用，该电动机在负载持续率异步电动机能否适用，该电动机在负载持续率ZC%=25%ZC%=25%时，时，额定功率为额定功率为P PN N=16kW=16kW，额定转速，额定转速n nN N=720r/min=720r/min，过载倍数，过载倍数=3=3。假定电动机为他扇冷式，而且在不同输出功率时，。假定电动机为他扇冷式，而且在不同输出功率时，其功率因数不变其功率因数不变 解：由于负载图第一阶段，转速是变化的，故不能直接解：由于负载图第一阶段，转速是变化的，故不能直接用等效功率法进行发热校验用等效功率法进行发热校验 修正后第一阶段功率为常值，等于修正后第一阶段功率为常值，等于25kW25k
32、W 在电动机工作期间的等效功率在电动机工作期间的等效功率断续周期工作制电动机的选择%275.92205%xZCkW5.15dxxPP%25%ZCkW1.16kW%25%275.15PkW16P则则由于由于PNP，故，故JZR42-8型型电机不能适用，必须改选功电机不能适用，必须改选功率较大的电动机率较大的电动机将将 代入代入带冲击负载时电动机的选择具有冲击负载的生产机械的负载图，其特点是负载在工作时间中作具有冲击负载的生产机械的负载图，其特点是负载在工作时间中作剧增及剧减地变化，并作周期性地交替。属于这种类型的生产机械剧增及剧减地变化，并作周期性地交替。属于这种类型的生产机械有冲床、压力机、轧
33、钢机、锻锤等有冲床、压力机、轧钢机、锻锤等具有冲击负载的生产机械广泛采用带飞轮的电力拖动系统，以帮助具有冲击负载的生产机械广泛采用带飞轮的电力拖动系统，以帮助电动机克服冲击负载。飞轮起到了平衡负载的作用，使电动机的损电动机克服冲击负载。飞轮起到了平衡负载的作用，使电动机的损耗降低，从而降低电动机的功率耗降低，从而降低电动机的功率带冲击负载机构的生产机械负载图带冲击负载时电动机的选择 对于上图对于上图1 1，有一个冲击负载，幅值为，有一个冲击负载，幅值为3P3P0 0，空载功率为，空载功率为P P0 0，工作时间各为工作时间各为t/2t/2 可变损耗与电流或功率的平方成正比，则一个循环的可可变损
34、耗与电流或功率的平方成正比，则一个循环的可变能量损耗为：变能量损耗为：平均功率来看，平均功率来看，P Pd d=2P=2P0 0，则一个循环的可变能量损耗为：，则一个循环的可变能量损耗为：可见，负载平衡后可使能量损耗减少可见，负载平衡后可使能量损耗减少2020222000(3)/2/25CuACPtCP tCP t2200(2)4CuACPtCP t带冲击负载时电动机的选择 对于上图对于上图2 2，讨论冲击负载下带飞轮拖动时的特性，讨论冲击负载下带飞轮拖动时的特性 第一个冲击负载的影响：第一个冲击负载的影响：转矩变化规律：转矩变化规律：冲击负载过后的特性冲击负载过后的特性 转矩变化规律转矩变化
35、规律 分析有：转矩的均衡程度与时间常数分析有：转矩的均衡程度与时间常数T TtMtM相关，增大相关，增大T TtMtM将将使转矩变化缓慢，电动机的功率可以减少使转矩变化缓慢，电动机的功率可以减少/0(1)tMtMt Tt TzTTeTe00zzTTTT负载转矩起始转矩稳定转矩00zstzTTTTT负载转矩起始转矩稳定转矩/0(1)tMtMt Tt TzTTeT e带冲击负载时电动机的选择 了解一下时间常数了解一下时间常数T TtMtM，可以得到，可以得到 T TtMtM的表达式，增大飞轮惯量，及额定转差率，都可以增的表达式，增大飞轮惯量，及额定转差率，都可以增大时间常数。增大大时间常数。增大T
36、 TtMtM将使转矩变化缓慢，电动机的功率将使转矩变化缓慢，电动机的功率可以减少可以减少 分析最大冲击负载的情况，冲击负载时间分析最大冲击负载的情况，冲击负载时间t tg g，可以得到，可以得到 得到得到/0(1)gtMgtMtTtTzTNTTeTeK T200375lnN gzMNzMTNT tGDTTn sTK T222200222()/()375375375375aNNNNNtMeTeTeTNGD RGD UEIGDnnGD s nTC CC CC CT带冲击负载时电动机的选择 介绍一下带附加飞轮拖动系统中电动机功率的选择问题。介绍一下带附加飞轮拖动系统中电动机功率的选择问题。选择的步骤
37、如下选择的步骤如下：1）预选电动机。预选电动机的额定负载取为）预选电动机。预选电动机的额定负载取为dTT)3.11.1(N式中式中,个工作循环的平均转矩个工作循环的平均转矩，iiidttTT2）预选附加飞轮的飞轮矩）预选附加飞轮的飞轮矩3）绘制电动机的负载图）绘制电动机的负载图 4）校验电动机的发热）校验电动机的发热 5）校验过载能力）校验过载能力电力拖动调速电动机功率的选择调速方案的选择调速方案的选择 电动机的机械特性决定了拖动系统的调速方式，而且每一种调速电动机的机械特性决定了拖动系统的调速方式，而且每一种调速方式又具有不同的调速性质。电动机的调速特性应与负载的转矩特方式又具有不同的调速性
38、质。电动机的调速特性应与负载的转矩特性相一致，才能使电动机的功率得到充分利用。性相一致，才能使电动机的功率得到充分利用。对于他励直流电动机他励直流电动机，可以采用电枢回路串电阻调速、电枢调压调速以及弱磁调速。从调速性质来看：电枢回路串电阻调速与电枢调压调速属于恒转矩调速性质，因而适应于恒转矩负载；而弱磁调速属于恒功率调速性质，因而适应于恒功率负载。对于同步电动机同步电动机，只有改变同步电动机的供电频率实现调速。为确保电动机内部磁通以及最大电磁转矩不变，一般要求在改变定子频率的同时改变定子电压。一旦供电频率超过基频以上，则保持供电电压为额定值不变。从调速性质来看：基频以下属于恒转矩调速，适应于恒
39、转矩负载；而基频以上则属于恒功率调速，适应于恒功率负载 对于异步电动机异步电动机，可以采用变频调速、变极调速和改变转差率调速。其中，转差率的改变可以通过改变定子电压、转子电阻、在转子绕组上施加转差频率的外加电压（如双馈调速与串级调速）等方法来实现。从调速性质来看：变频调速与变极调速属于恒转矩调速，适应于恒转矩负载；而变极调速则属于恒功率调速，适应于恒功率负载。改变转差率调速则视具体调速方式有所不同，其中，改变定子电压的调速方式既非恒转矩也非恒功率调速，而转子串电阻的调速则属于恒转矩调速，双馈调速则属于恒转矩调速。电力拖动调速电动机功率的选择起、制动和正、反转与相应方案的选择起、制动和正、反转与
40、相应方案的选择 电力拖动系统的过渡过程包括起、制动、正、反转、加减速以及负载变化等，它与系统的快速性、生产率的提高、损耗的降低、可靠性的保证等密切相关。1 1、起动、起动电力拖动系统对起动过程的基本要求是：电力拖动系统对起动过程的基本要求是：u电动机的起动转矩必须大于负载转矩；电动机的起动转矩必须大于负载转矩；u起动电流要有一定限制，以免影响周围设备的正常运行。起动电流要有一定限制，以免影响周围设备的正常运行。对于鼠笼式异步机鼠笼式异步机，其起动性能较差。容量越大，起动转矩倍数越低，起动越困难。若普通鼠笼式异步机不能满足起动要求，则可考虑采用深槽转子或双鼠笼转子异步机。若起动能力不能满足要求，
41、可考虑采用软起动或变频起动。直流电动机直流电动机与绕线式异步电动机绕线式异步电动机的起动转矩和起动电流是可调的，仅需考虑起动过程的快速性。而同步电动机的起动和牵入同步则较为复杂，通常仅适用于功率较大的机械负载。对于同步电动机同步电动机，可以采用变频、辅助电动机或自耦调压器起动。电力拖动调速电动机功率的选择2 2、制动、制动 制动方法的选择主要应从制动时间、制动实现的难易程度以及经济性等几个方面来考虑。对于交、直流电动机（串励直流电动机除外），均可考虑采用反接、能耗和回馈三种制动方案。3 3、反转、反转 对拖动系统反转的要求是：不仅能够实现反转，而且正、反转之间的切换应当平稳、连续。一般来讲，直
42、流电动机比交流电动机优越。但随着电力电子变流器技术的发展，交流电机包括无刷直流电动机、开关磁阻电动机等均可实现正、反转之间的平滑切换。4 4、平稳性与快速性、平稳性与快速性电力拖动系统的动力学方程式可表示为：2375LGD dnTTdt利用上式便可得到电动机起、制动或调速过程所需要的时间表达式为：212375()nnLGDtdnTT结论：结论：若希望缩短起、制动过程，应使若希望缩短起、制动过程，应使 尽可能大。这是选择电尽可能大。这是选择电动机的一个重要依据。动机的一个重要依据。2/T GD 从运行的平稳性上看，则希望电动机的惯量与负载惯量相匹配，亦即电动机的惯量要超过负载的惯量，即：LMGD
43、GD22 若负载惯量是变化的（如工业机械手负载等），为确保系统平稳运行，则要求负载飞轮矩的变化量应小于电动机飞轮矩的1/5，即：522LMGDGD 为了提高电动机的力矩惯量比，可选用小惯量电动机。但根据惯量匹配原则，小惯量电动机仅适应于负载惯量较小、过载能力要求不高的场合。对于象重型机床等负载惯量大、过载严重的场合，则应选择大惯量电机如力矩电动机。电力拖动调速电动机功率的选择电力拖动系统经济性指标的考虑电力拖动系统经济性指标的考虑 经济性指标主要是指一次性投资与运行费用，而运行费用则取决于耗能即效率指标。电力拖动系统的设计过程中，应考虑如下几个方面：1 1、电网功率因数的改善、电网功率因数的改
44、善 对于异步电动机，最大功率因数大都发生在满载附近。轻载时，为了改善功率因数，可以采用调压或变频方案，也可以考虑在供电变压器上增加并联电容，通过电容器组的投切实现无功补偿。或者采用转子直流励磁的同步电动机，并使其工作在过励状态。2 2、调速节能、调速节能 异步电动机的最高效率多出现在满载附近。当电动机轻载或空载运行时，可以采用变频调速或使用多台电动机协调运行，以提高交流拖动系统的运行效率。电力拖动调速电动机功率的选择3 3、电网污染、电网污染 解决由电力电子变流器供电电源所引起的解决由电力电子变流器供电电源所引起的“电网污染电网污染”问题，实现所谓的问题，实现所谓的“绿绿色色”电能的转换，可采
45、取如下措施：电能的转换，可采取如下措施：u 在供电变压器的二次侧额外增加有源滤波器（在供电变压器的二次侧额外增加有源滤波器（Active-Power-Filter，APF）；）；u 在变流器内部采用由自关断器件组成的在变流器内部采用由自关断器件组成的PWM整流器（整流器（Pulse-Width-Modulation Rectifier，PWM Rectifier）。）。电力拖动调速电动机功率的选择 对于交流拖动系统交流拖动系统，可采用的调速方案有：转子串电阻调速、调压调速、滑差电机调速、双馈电机调速（包括串级调速）、变频调速等。前三种调速方式耗能较大，后两种调速方式效率较高。不同的调速方式具有
46、不同的运行效率。就直流拖动系统直流拖动系统来讲，晶闸管变流器供电的直流调速与自关断器件的斩波器调速的效率要比电枢回路串电阻调速的效率高得多。位能性负载下降（或下坡）时采用回馈制动可以回收能量，达到节电的目的。电动机的一般选择电动机的一般选择 电动机容量的选择应避免出现“大马拉小车”的现象，以免造成电动机的运行效率与功率因数均偏低，电动机以及传输线路的损耗增加，电能浪费严重。但 也要适当考虑设备运行的可靠性。当然，电动机的选择不仅仅包括容量选择，而且还涉到电动机的额定电压、额定转速以及结构形式等的选择。下面分别对后者介绍如下：额定电压的选择额定电压的选择 电动机的额定电压、相数、额定频率应与供电
47、系统一致。对于交流电动机，中、小型异步电动机的额定电压大都为220/380V(联结)及380/660V(联结)两种。当电动机功率较大时，可根据供电电源系统，选用3000、6000V和10000V的高压电动机。对于直流电动机，其额定电压一般为110V、220V、440V以及6001000V。也可采用新改型的直流电动机，如160V(配合单相全波整流)、440V(配合三相桥式整流)等电压等级。额定转速的选择额定转速的选择 从经济角度和提高系统快速性角度看，选用高速电机比较合适。但电动机的转速越高，则势必要求传动机构的转速比增大，使传动机构复杂，相应的传动损耗也有所增加。因此，必须综合电动机和生产机械
48、两方面的因素来选择电动机的额定转速。结构形式的选择结构形式的选择 根据安装方式的不同，电动机有立式和卧式结构之分。一般情况下电力拖动系统多采用卧式结构的电动机。根据轴伸情况的不同，电动机有单轴伸端和双轴伸端之分。大多数情况下采用单轴伸端。根据防护方式的不同，电动机有开启式、防护式、封闭式和防爆式之分。应该根据不同的应用场合选择不同保护方式的电动机。电动机的一般选择电动机的一般选择电力拖动调速电动机功率的选择一、直流调速电动机功率的选择一、直流调速电动机功率的选择（一）降压调速（一）降压调速 对于恒转矩负载应用降压调速，此时电动机功率特性对于恒转矩负载应用降压调速，此时电动机功率特性 可以选择电
49、动机额定功率为可以选择电动机额定功率为 若把降压调速用于恒功率负载，则为了使电动机能安全若把降压调速用于恒功率负载，则为了使电动机能安全运行，必须加大电动机的功率，其值将为负载功率的运行，必须加大电动机的功率，其值将为负载功率的D倍，倍，即即NzPDPmax9550zNT nP max95509550NNzNNzNNT nT nTTnnP常数电力拖动调速电动机的功率选择 恒转矩调速特性用于恒功恒转矩调速特性用于恒功率负载特性图示率负载特性图示 电动机安全运行，电动机电动机安全运行，电动机输出转矩应等于或大于最输出转矩应等于或大于最大负载转矩大负载转矩 恒转矩调速是减压调速，恒转矩调速是减压调速
50、，只能是额定转速向下调节，只能是额定转速向下调节，因此电动机的不能小于负因此电动机的不能小于负载要求的最高转速，通常载要求的最高转速，通常取取 这时电动机额定功率为这时电动机额定功率为maxNnnNzbTTmaxminmaxmin955095509550NNzbzbNzT nT nT nnPPDn电力拖动调速电动机功率的选择 此时电动机额定功率必须此时电动机额定功率必须选为选为 分析可知，恒转矩调速用分析可知，恒转矩调速用于恒功率负载，电动机额于恒功率负载，电动机额定功率很大，电动机在所定功率很大，电动机在所有转速下欠载运行，造成有转速下欠载运行，造成浪费浪费 图示龙门刨床例，龙门刨图示龙门刨
