12第二十、二十一讲 电力拖动系统电动机的选择.ppt

2021/3/2,1,第二十、二十一讲电力拖动系统电动机的选择,杜少武,2021/3/2,2,电力拖动系统电动机的选择,几个基本概念,温升电动机温度与周围环境温度之差。额定温升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40℃之差。不同绝缘材料的最高允许温度1）A级绝缘最高允许温度为105C；2）E级绝缘最高允许温度为120C；3）B级绝缘最高允许温度为130C；4）F级绝缘最高允许温度为155C；5）H级绝缘最高允许温度为180C,2021/3/2,3,电力拖动系统电动机的选择,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。校验电动机的过载可按下列条件,对于异步电动机,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Z2型与Z型直流电动机，在额定磁通下，一般,对于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的ZZ型和ZZY型电动机，以及同步电动机，一般,2021/3/2,4,电力拖动系统电动机的选择,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类2、连续工作制电动机的选择3、短时工作制电动机的选择4、断续周期工作制电动机的选择5、笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定6、带冲击负载时电动机的选择7、电力拖动调速电动机功率的选择8、选择电动机功率的统计法9、电动机电流种类、形式、额定电压与额定转速的选择,2021/3/2,5,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程电动机的发热是由于工作时，在其内部产生损耗DP造成的，其值为,假设功率损耗全部转换成热量，则电动机单位时间内发出的热量，即热流量为,2021/3/2,6,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,设电动机的热容为C（电动机温度升高1C所需的热量），AaS为电动机的散热系数（其中S为散热表面积，a为传热系数，即温度升高1C时，每秒钟向单位面积上散发的热量）则电动机的热平衡方程式为,,令,,,tQ为发热过程的起始温升,2021/3/2,7,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,,若发热过程从周围介质温度开始，即tQ＝0，则,,,t,t,0,,tW,,,,tQ,发热终了时，温升不再增加，表明电动机发出的热量将全部向周围介质散发掉。,2021/3/2,8,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,电动机的最高稳定温升可达,对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可以提高额定效率h；提高散热系数A；提高绝缘材料的允许温升。,,2021/3/2,9,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的冷却过程,电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小，电动机损耗功率△P下降时；其二是电动机自电网断开，不再工作，电动机的△P变为零。,若电网断开后，DPF0，即tW0，则,冷却过程温升变化规律方程式为,,,t,t,0,,tW,tQ,,,,,2021/3/2,10,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机工作制的分类,连续工作制电动机连续工作时间很长，其温升可达稳定值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等。,短时工作制电动机的工作时间较短，在此时间内温升达不到稳定值，而停车时间又相当长，电动机的温度可以降到周围介质的温度，属此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等。,2021/3/2,11,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机工作制的分类,断续周期工作制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ZC％,一般规定tgt0DPN，表明预选电动机功率太小，发热校验不通过，重选功率较大的电机，再进行发热校验；若DPdP30P60P90，显然其过载倍数也是不同的，其关系为l15fN变频调速时，变频器的输出电压（即电动机定子电压）Ux不允许超过电动机的额定电压，即UxUN,这时的人为机械特性如右图所示。,这时，输出最大转矩反比于频率的平方,2021/3/2,81,7、电力拖动调速电动机功率的选择,变频调速笼型异步电动机功率的选择,f1fN（nnN）变频调速,f1fN变频调速时，UxUN，为使电动机得到充分利用（即调速过程均保证I1IN），假设调速过程cosj1和h保持不变，则,若忽略定子损耗，则PTP1，则电动机容许输出转矩为,2021/3/2,82,8、选择电动机功率的统计法,生产机械选用电动机功率的实用方法,以机床制造业为例，目前我国对不同类型机床的主拖动电动机的功率采用统计分析法估算,车床,式中D工件的最大直径（m）,立式车床,式中D工件的最大直径（m）,摇臂钻床,式中D最大钻孔直径（mm）,2021/3/2,83,8、选择电动机功率的统计法,生产机械选用电动机功率的实用方法,外圆磨床,式中B砂轮宽度（mm）；K考虑砂轮采用不同轴承时的系数，滚动轴承K0.8～1.1，滑动轴承K1.0～1.3。,卧式镗床,式中D镗杆直径（mm）,龙门铣床,式中B工作台宽度（mm）,2021/3/2,84,9、电动机电流种类、结构形式、额定电压与额定转速的选择,电动机电流种类的选择,尽量优先选用交流笼型异步电动机，笼型异步电动机价格便宜、结构简单、维护方便，水泵、机床、通风机等；绕线式异步电动机能限制起动电流和提高起动转矩，主要用于起重机、矿井提升机等；滑差电动机和交流换向器电动机，主要用于平滑调速，但调速范围不大的场合，如纺织、造纸等；当电动机功率较大且无调速要求时，可选用交流同步电动机，以提高功率因数；交流电动机功率可达几万千瓦、额定电压高达6000V甚至150000V，转速可高达几万～几十万转/分钟；直流电动机调速性能优异，主要用于调速范围要求很大的场合。,2021/3/2,85,9、电动机电流种类、结构形式、额定电压与额定转速的选择,电动机结构形式的选择,电动机的结构形式可分为卧式与立式两种。一般情况下选择卧式，只有在为了简化传动装置，又必须垂直运行时才选用立式。电动机的防护形式可分为开启式价格便宜、散热好，只能适用于干燥和清洁环境中；防护式防滴、防雨、防溅、防止外界物体从上面落入电机内部，不能潮气与灰尘的进入，适用于干燥灰尘不多且无腐蚀与爆炸性气体的环境中；封闭式分为自扇冷、他扇冷和密闭式三种，前两类可用于潮湿、多腐蚀性灰尘和易受风雨的场合，密闭式可浸如水中工作，如潜水泵；防爆式一般用于有爆炸危险的场合，如瓦斯矿井下、油池附近等,2021/3/2,86,9、电动机电流种类、结构形式、额定电压与额定转速的选择,电动机额定电压的选择,交流电动机的额定电压应选的与电网电压相一致。一般车间低压电网为380V，中小型电机都是低压的，额定电压为220V/380VD/Y联结，或380V/660VD/Y联结，后者可用Y/D起动；电动机功率较大时，可选用高压电机以节约铜材，额定电压可选择3000V、6000V甚至10000V；直流电动机的额定电压也应与电源电压相匹配。当直流电动机由直流发电机供电时，直流电动机额定电压可选择110V、220V，功率较大时可选择600～800V甚至1000V；当直流电动机由晶闸管整流装置供电时，直流电动机额定电压可选择160V（与单相整流配合）、440V（与三相桥式整流配合），功率较大时可选择1200V；,2021/3/2,87,9、电动机电流种类、结构形式、额定电压与额定转速的选择,电动机额定转速的选择,选用高速电动机比较经济，但当生产机械转速较低时，传动机构将比较复杂，综合考虑电动机连续工作很少起、制动及反转综合初期投资、占地面积与维护费用等全面考虑，最后确定合适的传速比和电动机额定转速；电动机连续工作很少起、制动及反转，但过渡过程持续时间对生产率影响不大除考虑初期投资外，主要根据过渡过程能量损耗最小的条件，确定合适的传速比和电动机额定转速；电动机连续工作很少起、制动及反转，过渡过程持续时间对生产率影响较大主要根据过渡过程持续时间最短的条件，确定合适的传速比和电动机额定转速；,再见,