11第11章电力拖动系统电动机的选择.ppt
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1、第第11章章 电力拖动系统电电力拖动系统电动机的选择动机的选择 在研究电动机发热时,常把电动机温度与周围环境温度之差称为在研究电动机发热时,常把电动机温度与周围环境温度之差称为“温升温升”。显然,使用不同的绝缘材料的电动机,其最高允许温升。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。电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允许是不同的。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与温度与40之差,或称为额定温升,例如,国产之差,或称为额定温升,例如,国产Z272型直流电动型直流电动机用的是机用的是E级绝缘,其最高允许温度是级绝缘,其最高允许温度是120,所以其铭牌上标
2、的温,所以其铭牌上标的温升是升是80。对于异步电动机,其关系为对于异步电动机,其关系为 选择电动机功率时,除考虑发热外,有时还要考虑电动机的过载选择电动机功率时,除考虑发热外,有时还要考虑电动机的过载能力是否足够,因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。校验能力是否足够,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电动机的过载可按下列条件 2021/9/211第一节第一节 电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类对于直流电动机,过载能力受换向所允许的最大电流值的限制。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。Z型直流电动
3、机,在额定磁通下,可选为型直流电动机,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型电型电动机,以及同步电动机,动机,以及同步电动机,对于笼型异步电动机,有时还须进行起动能力的校验。对于笼型异步电动机,有时还须进行起动能力的校验。一、电动机的发热过程一、电动机的发热过程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 造成造成的的,其值为,其值为 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)2021/9/212热平衡方程式为热平衡方
4、程式为 整理得整理得令令 ,得基本形,得基本形式的微分方程式的微分方程其解为下列形式其解为下列形式式中,式中,为发热过程的起始温升。为发热过程的起始温升。电动机的最高稳定温升可达电动机的最高稳定温升可达 式中,式中,电动机在额电动机在额定功率下运行时的损耗功率及热流定功率下运行时的损耗功率及热流量。量。电动机发热过程的温升曲线2021/9/213对同样尺寸的电动机,欲使其额定功率提高,可由下列三方面入手对同样尺寸的电动机,欲使其额定功率提高,可由下列三方面入手:1)提高额定效率)提高额定效率 2)提高散热系数)提高散热系数A 3)提高绝缘材料的允许温升)提高绝缘材料的允许温升 二、电动机的冷却
5、过程二、电动机的冷却过程 电动机的冷却可能有两种情况。电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小,电动机损耗其一是负载减小,电动机损耗功率功率P 下降时;其二是电动下降时;其二是电动机自电网断开,不再工作,电机自电网断开,不再工作,电动机的动机的P 变为零。变为零。电动机冷却过程的曲线电动机在运行中只要电动机发出的热流量电动机在运行中只要电动机发出的热流量 或或 ,电动机温度就不会超过允许值。,电动机温度就不会超过允许值。2021/9/214三、电动机工作制的分类三、电动机工作制的分类(一)连续工作制(一)连续工作制电动机连续工作时间很长,其温升电动机连续工作时间很长,其温升可达稳定值。属于这
6、类的生产机械可达稳定值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等。轴等。(二)短时工作制(二)短时工作制电动机的工作时间较短,在此电动机的工作时间较短,在此时间内温升达不到稳定值,而时间内温升达不到稳定值,而停车时间又相当长,电动机的停车时间又相当长,电动机的温度可以降到周围介质的温度,温度可以降到周围介质的温度,属此类的生产机械有机床的辅属此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等。械、水闸闸门启闭机等。连续工作制的曲线短时工作制的曲线2021/9/215(三)断续周期工作制(三)断续周期工作制
7、断续周期工作制的曲线在断续周期工作制中,负载工作时间在断续周期工作制中,负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率与整个周期之比称为负载持续率ZC 连续周期工作制的功率负载图2021/9/216第二节第二节 连续工作制电动机的选择连续工作制电动机的选择一、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 在计算出负载功率在计算出负载功率 后,选择额定功率后,选择额定功率 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。环境温度低于低于30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。环境温度环境温度 30 35 40
8、45 50 55 电动机功率增减电动机功率增减的百分数的百分数 8 5 05 12.5 25 2021/9/217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,但由于空气稀薄,散热条件大为拔高度越高,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,因此规定,使用地点的海拨高度恶化。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不超过1000m时,额定功率不必进行校正。当海拔高度在时,额定功率不必进行校正。当海拔高度在1000m以以上时,平原地区设计的电动机
9、,出厂试验时必须把允许温升降低,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,才能供高原地带应用。才能供高原地带应用。例例11-111-1 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,吸程,吸程5m,转速为,转速为 ,泵的效率,泵的效率 ,试选择电动机。,试选择电动机。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:式中,式中,V泵每秒排出的水量(泵每秒排出的水量()水的比重水的比重 H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
10、为,低压离心泵为 0.30.6;2021/9/218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。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2021/9/219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。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,必须进行校验。所因此,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
11、热校验,就是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是谓发热校验,就是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升,因为只有这样,电动机的绝缘材料才能充否接近并低于允许温升,因为只有这样,电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。分利用而又不致过热。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
12、动机额定功率按下式预选 2021/9/21103)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及过,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。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。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2021/9/2111(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
13、,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。2021/9/21122等效转矩法等效转矩法 有时已知的不是负载电流图,而有时已知的不是负载电流图,而是转矩图是转矩图,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
14、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。2021/9/2113有起、制动,停歇时间的变化负载电流图(三)有起动、制动及停歇过(三)有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正程时校验发热公式的修正以右图所示的负载电流图为例以右图所示的负载电流图为例(四)等效法在非恒值变化(四)等效法在非恒值变化负载下的应用负载下的应用 如果非恒值变化负载如
15、左如果非恒值变化负载如左图的电流图所示图的电流图所示 用直线段代替曲线变化负载电流图2021/9/2114另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段,求出各段的等另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段,求出各段的等效值,然后求出等效电流值。效值,然后求出等效电流值。例例11-211-2 右图中绘出了具有尾绳和摩右图中绘出了具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直接与摩擦轮接与摩擦轮1相联结,摩擦轮旋转,靠相联结,摩擦轮旋转,靠摩擦力带动绳子及罐笼摩擦力带动绳子及罐笼3(内有矿车及(内有矿车及矿物矿物G)提升或下放。尾绳系在两罐笼)提升或下放。尾绳
16、系在两罐笼之下,以平衡提升机左右两边绳子的重之下,以平衡提升机左右两边绳子的重量。提升机用双电动机拖动,试计算电量。提升机用双电动机拖动,试计算电动机功率。已知下列数据:动机功率。已知下列数据:1、井深、井深 2、负载重、负载重 具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机示意图2021/9/21153、每个罐笼(内有一空矿车)重、每个罐笼(内有一空矿车)重4、主绳与尾绳每米重、主绳与尾绳每米重 5、摩擦轮直径、摩擦轮直径 6、摩擦轮飞轮惯量、摩擦轮飞轮惯量7、导轮直径、导轮直径 8、导轮飞轮惯量、导轮飞轮惯量 9、额定提升速度、额定提升速度 10、提升加速度、提升加速度 11、提升减速度、提升减速度 12、
17、周期长、周期长 13、摩擦用增加负载重的、摩擦用增加负载重的20%考虑考虑 2021/9/2116解解 预选电动机功率预选电动机功率 式中式中 考虑起动及制动过程中加速转矩考虑起动及制动过程中加速转矩的系数,的系数,取取 ,则,则每个电动机的功率为每个电动机的功率为 700kW对于功率为对于功率为700kW,转速为,转速为47.5r/min的电动机,的电动机,飞轮矩飞轮矩 阻转矩阻转矩 加速时间加速时间 2021/9/2117加速阶段罐笼行经高度加速阶段罐笼行经高度 减速时间减速时间 减速阶段罐笼行经高度减速阶段罐笼行经高度 稳定速度罐笼行经高度稳定速度罐笼行经高度 稳定速度运行时间稳定速度运
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- 11 电力 拖动 系统 电动机 选择
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