电动机容量的选择及验算

Ｑ：泵的流量，m3/s H ：馈送高度，m;
：传动装置的效率
1：泵的效率
：液体密度，kg/m3 102=1000/9.8 低压离心泵1＝0.3~0.6 高压离心泵1＝0.5~0.8 活塞泵1＝0.８~0.９
４）风机类机械的负载功率PL Ｑ：气体流量，m3/s h ：风机压力，N/m2
常用绝缘材料:A(105)、E(120)、B(130)、F(155)、H(180) 电机绝缘材料的最高允许温度就限制了电机带负 载的限度，而电动机功率PN就代表了该限度；当电动 机带额定功率负载运行时，其稳定温度接近绝缘材料 的最高允许温度。 电动机工作时，温度的升高，一方面取决于发热 量（p）；另一方面取决于环境温度和散热条件。 电动机的温升：电机温度与环境温度之差。 国标规定电动机最高允许温升=绝缘材料的最 高允许温度-环境温度(40º )。
输出功率不同，发热量 Q不同，s不同。
采油平台
二、短时工作制
短时工作制指：电动机带恒定负载在给定的短 时间内运行，工作时间t< 4TH，停车时间t>> 4TH， max <s。冷却后温升为0。 P 短时工作制电动机的 PN 负载和温升曲线为： s 如：电动闸门、重型 吊车等都选用短时工作制 电动机。 国标规定短时工作制标准 时限为：10、30、60、90 分钟。 m t
第四节 连续工作制电动机额定功率的选择
连续工作制电动机的负载分为：恒定负载；变化负载。 一、恒定负载下电动机容量的选择 选择电动机的额定功率大于等于负载功率。即： 选择步骤： PN PL ;
PN 1.1PL
1、计算负载功率PL 几种常见负载PL的计算公式
FLV 1）直线运动机械的负载功率PL ： PL
0
结论：
短时工作制电动机相应工作时限额定功率的规定： 电动机带恒定负载运行，取在规定工作时限内实际达 到的最高温升等于电动机绝缘材料最高允许温升时的 输出功率，作为该工作时限下的额定功率。 P
PN s m
t 0
船 闸
三、断续周期工作制
电动机带恒定负载运行时间tR短，停车时间t0也 短，以(tR + t0)=10min为周期重复工作。其中t0 和tR 都< 4TH。max <s，但冷却温升不会下降到0；其温 升在一个小范围内波动。 断续周期工作制电动机的负载和温升曲线为： P s PN m
Qh PL 1
：传动装置的效率 1：风机的效率
大型风机1＝0.5~0.8 中型风机1＝0.3~0.5 小型风机1＝0.2~0.5
2、按负载功率PL选择电动机的额定功率PＮ
在环境温度为４０时，对连续工作制，选择电动 机的额定功率PＮ＝1.1*负载功率PL 。
当环境温度不为40时，为了合理选择电动机应进 行修正。
720 9810 21 3 PL 10 53.9 KW 0.98 0.78 3600
可用
二、变负载下电动机容量的选择 电动机带变负载运行时，其发热量也不断变化， 温升也不断变化，但长时运行后，温升应在一个小范 围内波动。 选择电动机的功率，应保证运行时最高温升不超 过电机的最高允许温升。 选择步骤： 1）计算生产机械功率，绘出生产机械负载图。
国标规定电动机 最高允许温升=绝缘材料的最高允许温度-环境温度(40º )。
绝缘 A 级别 最高 105 容许 温度 最高 60 容许 温升
E 120
B 130
F 155
H 180
75
80
105
125
选择电动机功率时，除了考虑温升外，还要考虑过载 能力和起动能力。
一般要求电动机带最大负载力矩和起动负载力矩满足：
一台连续工作制的三相异步电动机,额定功率为PLN; 将其用作短时工作制(10分钟)时,额定功率为PDN; 将其用作断续周期制(15%)时,额定功率为PZN; 1、此时三个额定功率的大小关系？ 2、将短时工作制的时间延长(30分钟)时，额定功率 PDN 如何变化？。
三个额定功率的大小关系： PDN > PZN > PLN; 时间延长,额定功率将减小.
Q：电动机单位时间发热量 C：电动机的热容量，即每升高1º 所需热量
A：电动机的散热系数
：电动机的温升
Qdt Cd Adt
变形为：
Q c d d TH s A A dt dt
非齐次常系数一阶微分方程
解方程温升的解为：设t=0, = i则温升的解为：
s ( i s ) e
s =Q/A，电动机的稳定温升 i，电动机的初始温升
t TH
TH=C/A，电动机的发热时间常数
电动机的温升曲线为：

s ( i s ) e

t TH
s
i
0
4TH
经过(3~4) TH温升就可达到稳 定值s。
t
小电动机TH=10~20分钟；其只需要半小时就 能达到稳定温升s。 大电动机TH=30分钟；其需要两个小时才能达到 稳定温升s。
t
0 tR t0
s PN
P
m
t
0 tR t0
负载持续率Fs：负载运行时间与工作周期之比。
tR Fs 100 % tR t 0
标准负载持续率Fs为：15%，25%，40%，60%。
s PN
P
m
t
0 tR t0
结论：
工作于断时周期制的电动机，把在规定负载持续 率下运行的实际达到的最高温升等于电动机绝缘材料 最高允许温升时的输出功率，作为其该负载持续率下 的额定功率。
s i 0
电动机的稳定温升：
s =Q/A 4TH t
结论： 1、散热条件（A）不变时，损耗p增加，稳定 温升增加。
2、改善散热条件（A）可以降低稳定温升。
二、电动机的散热过程 电动机达到稳定温升后，如果负载减小或停车， 则电机的发热量将小于散热量，电机温度会下降， 最后稳定于较低的稳定温升。这个温升下降过程叫 电动机的冷却。 电动机冷却的温升方程仍为：
t 预选电动机功率： PN=(1.1~1.6) PLav
0 t1
t2
Baidu Nhomakorabea
t3
t4
2、发热校验
直接用温升曲线来校验温升，很困难，因为TH不 知道；需要用其他方法间接校验温升。 （1）平均损耗法 原理：电机发热量Q正比于损耗。所以只要电机的平 均损耗不超过额定损耗，其温升就不会超过容 许温升。 步骤： a、利用电动机负载图和预选电动机效率曲线， 求出每段时间的损耗功率。 b、计算平均损耗
解：先计算负载功率
Q H PL (kW ) 102 1
1000 288 240 PL 269 KW 102 3600 0.7
考虑保险系数，电动机额定容量可以选择为： PN(1.1PL)
• 一台离心式水泵，流量为720 m3/h 、排水高 度21米。水泵效率0.78，水的比重9810牛／ 米3，传动机构效率0.98，电动机与水泵同轴 联结。今有一电动机其功率55千瓦，是否能 用?
第 十 三 章
电力拖动系统中 电动机的选择
电力拖动系统中电动机的选择
电动机选择的一般概念 电动机的发热及冷却规律 电动机的工作制 连续工作制电动机的选择 短时工作制电动机的选择
电力拖动系统中电动机的选择
本章要求：
掌握决定电动机额定功率的主要因素。
掌握确定电动机额定功率的主要方法。
了解电动机发热及冷却的规律。
掌握电动机的工作制。 能合理的选择电动机。
第一节 电动机选择的一般概念
一、正确选择电动机的意义 电动机选择要合 理，主要选择其功率 PN；其次UN, nN等。 Tem n 电动机
TL
生产机械
如果PN太小，电动机经常处于过载下运行，发热 严重，会损坏。
如果PN太大，电动机经常处于轻载下运行，投资 大，效率和功率因数低，会造成浪费。 选择电动机功率PN的原则：在满足负载要求的前提 下，最经济、最合理地决定功率。
s ( i s ) e
只是s< i

t TH
i s 0 4TH
t
练习
• 两台同样电动机，在下列条件下拖动负载 运行时，它们的起始温升、稳态温升、发 热时间常数是否相同？
1)相同负载，相同环境，一台原来末运行， 另一台运行刚停下后又接着运行： 2)同一环境下，一台半载，另一台满载； 3)同一房间内，一台自冷，另一台风冷，但 两台都满载运行。
2）预选电动机功率。
3）计算预选电动机负载图。
4）利用电动机负载图，进行发热、过载、起动校验。
1、预选电动机功率
1）可以根据经验或参考类似系统来预选功率。
2）利用生产机械的平均功率来预选功率。
生产机械的负载图，在变化周期tC内，负载变化n次。 P P1
P3
P2
P4
P1t1 P2t 2 P3t 3 P4 t 4 PLav t1 t 2 t 3 t 4
第三节 电动机的工作制
电动机的温升 ，不仅与发热量Q有关，而且与 负载持续时间t有关。 当t>4TH时， =s；否则 <s 。 s
i
4TH
t
0 电动机的温升与电动机的工作方式有关。 常见电动机的工作方式：连续工作制；短时工作 制；断续周期工作制；
一、连续工作制
连续工作制指：电动机在恒定负载下连续运行， 工作时间t>> 4TH， =s。 如：通风机、水泵、纺织机等都选用连续工作 制电动机。
FL：生产机械的静阻力，N。 V：生产机械的速度，m/s。 ：传动装置的效率，直接连接时取0.95~1，皮带传 动取0.9。
2）旋转运动机械的负载功率PL
TL：生产机械的静转矩，Nm nL ：生产机械的速度，rpm ：传动装置的效率
TLnL PL 9.55
Q H ( kW ) 3）泵类机械的负载功率PL PL 102 1
二、决定电动机功率PN的主要因素 决定电动机功率PN的主要因素：电动机的发热及 温升；过载能力和起动能力。 电动机工作时有铜、铁、摩擦等损耗，这些损耗 变为热能使电机温度t升高。
当电机温度t升高到一定极限（电机允许最高温度） 时，其绕组、铁芯绝缘将迅速老化，遭到损坏，使电 机寿命大减，严重时会直接烧毁电机。 电机选用的绝缘材料不同，其最高允许温度不 同。常用绝缘材料，按其耐热能力分为：A(105)、 E(120)、B(130)、F(155)、H(180)五级。
电动机的负载图：指电动机的输出功率（或转 矩）与工作时间的关系曲线。 生产机械的负载图：指生产机械的输出功率 （或转矩）与工作时间的关系曲线。
连续工作制电动机的负 载和温升曲线为：
P
PN s
结论：
对连续工作制电动机， 取使电机稳定温升达到电动 机绝缘材料最高允许温升时 的输出功率，作为该电动机 的额定功率。 4TH 0 t
TL max 0.81mTN
考虑U波动10%，的保险系数 电动机的最大电磁力矩
TLst 0.81kTTN
考虑U波动10%，的保险系数
电动机的额定起动力矩
第二节 电动机的发热及冷却规律
一、电动机的发热过程 由能量守恒定律可知： 产生的热量=温升的热量+散热量
Qdt Cd Adt
p1t1 p 2 t 2 pntn pav tc
c、发热校验条件
当pav pN时, 校验通过
（2）等效电流法 原理：用一个等效电流Ieq来代替实际电流，两者发热 相等。如果预选电机的在变化负载下等效电流 Ieq IN ，则预选电机合适。 步骤：a、绘制电动机负载电流图。
练习 1. 一小容量电动机周期性地工作15min，休息 85min。其负载持续率Fs＝15％吗？它是哪种 工作方式? 2. 一台电动机原绝缘材料等级为B级额定功率为 PN，若把绝缘材料改成为E级，其额定功率应 该怎样变化? 3. 同一台电动机，在下列条件下拖动负载运行时， 为了使电机充分利用，它的输出功率是否一样 大？ – 自然冷却，环境温度为40℃； – 强迫通风，环境温度为40℃； – 自然冷却，高温环境。
P PN
1 (1 ) sN
P：所选择电动机的实际输出功率。
PＮ：环境温度为４０时，所选择电动机的功率。
：实际环境温度与４０之差。
sN：电机稳定温升。 直流机＝1
：损耗比 笼型异步机＝0.5~0.7
大型绕线异步机＝0.9~1
例：一高压离心水泵：排水量Q=288m3/h,总扬程 H=240m, 效率=0.7。电机与水泵直接连接。试选择电 机容量。