第八章电动机的选择

校验其过载能力，从负载图可知最大的转矩为Tm＝45N*m
所选电机的额定转矩为：
TN 9550
PN 5.5 9550 36.5 N m nN 1440
故电机的最大转矩为2Tn，为73N*m，大于45N*m，符合要求，且启动能力也是 满足要求的。 若选直流电机，则可选Z2－51型，其Pn=5.5kW,nN=1500r/min,Un=220V,并励或 他励。
PN Ps / K
式中，Ps为短时负载功率，Pn为连续工作制电动机的额定功率，ts短时工作 时间，Th为电动机的发热时间常数。
因此，工作时间越短，电动机实际允许的输 出功率越大。但当工作时间小于一定限度时， 过载能力成了选择电动机功率的主要依据。 一般说，只要实际工作时间tp<（0.3~0.4)Th, 则可直接根据过载能力和启动能力来选择电 动机容量。而不必考虑发热。 如果短时运行时，负载是变动的，同样可 以采用“等值法”来算出其等效功率（转 矩或电流），再选择电动机。
三、重复短时工作制电动机容量的选择 有些生产机械工作一段时间后即停歇一段时 间，工作、停歇交替进行，且时间都比较短， 如电梯、组合机床等。拖动这类生产机械的 电动机工作特点：工作时间tp<(3～4）Th’， 停车时t0<(3～4）Th’，工作时间内温升还 没有下降到零时，下一个周期又已开始。如 图所示。 重复性和短时性是重复短时工作制的两 个特点。通常用暂载率（或持续率）ε 来表征重复短时工作制的工作情况。即
工作时间 工作时间＋停车时间 tp ＝ 100% t p t0

（一）选择重复短时工作制的电动机
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εs为15％、25％、 40％和60％四种。并以25％为额定负载暂载率εsN，同时规定一个周期的总时间 tp＋t0不超过10分钟。常用的型号有YZ(JZ)系列鼠笼式异步电动机，YZR(JZR) 系列线绕式异步电动机，ZZ系列和ZZJ系列直流电动机。每一个电动机在不同 的ε s下，都有不同的额定功率PsN。其中电动机一周期内的工作时间越长，即 ε s越大，电动机所允许输出的功率越小。 重复短时工作制电动机容量选择的步骤如下：
1.根据生产机械的负载图算出电动机的实际暂载率ε，如果算出的ε值与电动机 的额定负载暂载率ε sN（25％）相等，即可从产品目录中查的额定功率PsN， 所选电机的PsN应等于或略大于生产机械所需功率P。如果算出的ε值不等于 ε sN，则按下式换算。
Leabharlann Baidu
Ps P P sN 0.25
2.由εsN从产品目录中查得 PsN ，选电机的PsN应等于或略大于生产机械所需 功率P。
8.3 不同工作制下电动机容量的选择
一、连续工作制电动机容量的选择 （一）带恒定负载电动机容量的选择 对于负载功率PL恒定不变（如通风机、 泵、重型机床）等生产机械，拖动这 类机械的电动机在连续工作时的负载 图及温升曲线如图所示。为这类工作 机械选择电动机时，只需按设计手册 中的计算公式算出负载所需功率PL， 再选一台额定功率为
t
i 1
i
因用功率表示的负载图更易作出，故等效功率法应用更广。 以上只考虑发热，在用等值法选出电机后，还必须校验其过载能力和启动转矩。
例 由一台电机直接拖动某生产机械，其 转矩变化负载图如图所示，试选择电动 机，要求转速n＝1450r/min左右。 用等效转矩法：
Td T12t1 T22t 2 T32t3 T42t 4 T52t5
Ps P

sN
10 28%
25%
10.58kW
可选取YZR31－6型线绕式异步电动机，其额定数据为PsN＝11kW， nN＝953r/min。 （二）选用连续工作制的电动机 此时额定暂载率为100％，再按照上述方法选择电动机。如上例，对应的等效负载 功率为
Ps P

sN
10 28% 5.3kW 100%
第八章 电动机的选择
了解电动机容量的选择原则 了解电动机的发热和冷却规律 了解不同工作制下电动机的选择
8.1电动机容量的选择原则
在机电传动系统中选择一台合适的电动机是非常重要的：
如果容量小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低；另一 方面电动机经常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还可能出现启动困难、经 受不起冲击负载等故障。 如果容量大了，设备投资费用增加，而且由于电动机经常在轻载下运行，运 行效率和功率因数都会下降。 选择电动机容量根据以下三项原则进行： 1）发热：电动机运行时，必须保证电动机的实际最高工作温度θ max等于或略 小于电动机绝缘的允许最高工作温度θ a，即θ max<θ a。 2）过载能力：电动机运行时，必须具有一定过载能力。特别在短期工作时，由 于电动机的热惯性很大，电动机在短期内承受高于额定功率若干倍的负载功率 时仍可保证发热，故此时，决定电动机容量的主要因数不是发热而是电动机的 过载能力。
即所选电动机的最大转矩Tmax（对于异步电动机）或最大允许电流Imax（对于 直流电动机）必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩TLmax和最大负载电 流ILmax，即
TL max Tmax ' mTN （对于异步电机）
I L max I max 'i I N （对于直流电机）
等值电流为：
ID
2 I12t1 I n tn
t
i 1
n
i
对于直流电机（并励或他励），或工作在接近于同步转速的 异步电机来说，等值转矩为：
TD T12t1 Tn2t n
t
i 1
n
i
当电机具有较硬的机械特性，可用等效功率法：
PD
2 2 P 1 t1 P n tn n
考虑到网压波动影响，系数一般取0.8Tmax/TN。 3）启动能力：为了使电动机能可靠启动，必须保证启动转矩大于负载转矩
TL st TN Tst st TN
8.2 电动机的发热和冷却
电动机由多种金属（铜、铝、铁）和绝缘材料等组成。在运行时，不断将电能 转换成机械能，其中有能量损耗，包括铜耗、铁耗和机械损耗，其中铜耗与电 流平方成正比，而铁耗与机械损耗几乎不变。这些损耗都变成了热能而使电动 机发热、温度升高。其发热过程如下： 刚开始工作时，电动机温度与周围的温度 差很小，而热量的发散是随温度差递增的， 因此，这时只有少量的热量被发散出去， 大部分热量都被电动机吸收，因而温升较 快； 随着电动机温度升高，它和周围介质的温差 加大，发散出去的热量增加，吸收的热量较 少，温升变缓，温升是按指数规律上升的， 如右图曲线1所示，Th为发热时间常数。 当温度升高到一定程度时，吸收和发散 的热量相等，温度不再升高，此时为最 高温升。
可选用YR61－6型，其PN＝7kW，nN＝940r/min.
如果负载是变动的，可用“等值法”先算出等效功率P，再按照以上步骤选用电机。 选好电机后，要进行过载能力校验。
暂载率小于10％时，可按短时工作制选用电动机，当暂载率大于70％时，可按连续工 作制选择电动机。 重复周期很短（<2min），启动、制动或正、反转十分频繁时，必需考虑启、制 动电流的影响，因而在选择电动机时容量要适当大些。
Ps2t s Pp2t p Ps Pp tp ts
然后选择短时工作制电动机，使其Pn大于Ps，再进行过载能力与启动能力的校验。 （二）选择连续工作制的普通电动机 如果选择普通电机，其额定功率Pn是按照连续工作来设计的，如果用作短时 工作，而输出功率不变，则电机到不了允许温升，未充分利用电机。因此， 短时工作时，可允许过载，其过载倍数K＝Ps/Pn与ts/Th 有关。因此，选
冷却过程：当切断电源或负载变小 时，电动机温度要下降而逐渐冷却， 在冷却过程中，其温度也按指数规 律变化，如图曲线2所示，T’h为散 热时间常数。 另外，电动机运行时，如温度超过一定值， 首先损坏的是绕组的绝缘，因为电动机中 的绝缘材料是耐热最弱部分，目前，常用 的绝缘有E、B、F、H四级，各级绝缘所用 材料的最高工作温度分别是120℃、130℃、 155℃、180℃。 如果电机工作温度θ M超过了绝缘材料允许 的最高工作温度θ a，轻则加速绝缘老化，缩短电机寿命；重则损坏电机。因此 θ m小于θ a是保证电机长期运行的必要条件，也是按发热选择电机功率的最基本 的依据。 电机温升和冷却都有一个过程，其温升不仅与负载有关，还和负载持续时间有 关，即与电机的运行方式有关。我国分三类：连续工作制、短时工作制和重复 短时工作制。并按照上述原则规定出电动机的额定功率和额定电流。
P N P L
的电动机即可。
因为连续工作制的启动转矩和最大转矩均大于额定转矩，故一般不必校验启 动能力和过载能力。仅在重载启动时，才校验启动能力。 例 一台低压离心式水泵，它与电动机直接连接，流量Q＝50m3/h，总扬程H ＝15m，转速n＝1450r/min，水泵效率η1＝0.4，试选择电动机。 由设计手册可查到泵类机械的负载功率计算公式如下
（一）选用短时工作制的电机 我国生产的专供短时工作制的电机，规 定的标准短时运行时间是10min、 30min、60min、90min四种。这类电机 铭牌上的额定功率Pn与标准的工作时 间ts对应，如超过ts，则超过允许温升。 因此，要按实际工作实际选择与上述标 准持续时间相接近的电动机。
如实际工作时间tp与ts不同时，应先将tp下功率Pp（生产机械短时工作的实际 功率）还算成ts下的功率Ps，这可根据等效功率法加以换算，即
二、短时工作制电动机容量的选择 有些生产机械工作时间较短，而停车 时间较长，如闸门开闭机、升降机等。 拖动这类机械的电动机工作特点是： 工作时温升达不到稳定值τa，而停车 时足可完全冷却到周围环境温度。由 于发热情况与长期连续工作方式的电 机不同，所以，电机选择也不一样， 可选择专用短时工作电机，也可选择 连续工作制电机。
P L
Q H 1021 2
式中Q为泵的流量，γ为液体密度，H为总扬程，η1为泵的效率，η2为传动 机构的效率。
50103 15 PL 5.1kW 3600102 0.4 1
查产品目录，按PN>PL，应选Y132S－4型鼠笼式异步电动机 （PN=5.5kW,nN=1440r/min）
例 有一起重机，其中P＝10kW，工作时间tp＝0.91min，空车时间t0＝2.34min， 要求采用线绕式异步电动机，转速为1000r/min左右，试选用电动机。

tp 0.91 *100% *100% 28% tp t 0 0.91 2.34
将其换算成额定负载暂载率的等效功率：
（二）带变动负载时电动机容量的选择 多数生产机械中电机所带的负载大小是 变动的，如小型车床、自动车床的主轴 电动机一直在转动，加工时电动机带负 载运行，而更换工件时电动机处于空载 运行。其他如皮带运输机、扎钢机等也 属于此类负载。如图所示。 此时电动机容量按照“等值法”来 计算电动机的功率，即把实际的变 化负载化成一等效的恒定负载，而 两者的温升相同，这样就可根据得 到的等效恒定负载来确定电动机的 功率。负载的大小可用电流、转矩 或功率来代表。
t
i 1
5
i
242 29 292 40 342 30 272 30 452 40 20 40 30 30 40 33.8 N m
其等效功率为：
P
Td * n 33.8 *1450 5.13kW 9550 9550
若选交流机，可选Y132S－4，其Pn＝5.5kw，nN＝1440r/min，Tst/Tn=1.8， Tmax/Tn=2，Un=380V，△接法。