第十章电机的发热和冷却
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第1章 5
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电气工程与自动化系
三、电动机额定转速的选择
⒈ 电动机连续工作，很少起动、制动或反转。 可以从设备的初期投资，占地面积和维护费用等方面， 就不同的传动比进行比较来确定合适的额定转速。 ⒉ 电动机经常起动、制动及正反转，但过渡过程的持续时 间对生产率影响不大。 除考虑初期投资之外，还要根据过渡过程能量损耗 为最小的条件来确定合适的额定转速。 ⒊ 电动机经常起动、制动及正反转，过渡过程的持续时间
曲线的俗称：热不到头，冷得到底
第1章
.
13
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电气工程与自动化系
三、断续周期工作制（S3工作制）
指电动机的工作与停歇交替进行，其时间均比较短， 即 tg < 4T， t0 < 4T ，工作时的温升达不到稳态温升 W ， 停歇时的温升也降不到零。也称为重复短时工作制。 国家标准规定：每个工作与停歇的周期 tY = tg + t0 ≤ 10min 每个周期内工作时间所占的百分数，叫做负载持续率 （又称为暂载率），用ZC%表示。
t T
Qe
t T
减载后新的 稳态温升 ⒉ 停机
Q
W 0
Q e
t T
W
t
对于断电停车，由于散热变坏 A , T 变成 T0 =（2～3）T
Qe
t T0
.
第1章 12
重庆理工大学
电气工程与自动化系
§10.3
电机的工作方式
一、连续工作制（S1工作制）
假定：电机长期连续工作，负载不变；
把电机看成是各部分温度相同的均匀整体； 周围的环境温度不变。
根据热力学的定律—热量平衡基本方程，得
电机温升
Qdt Cd Adt
电机的热容
d T w dt
电机的发热时间常数
C d Q A dt A
电机的散热系数
电机的稳态温升
第1章 10
磁通连续性定律。
公式:
0
第1章 31
又称磁路的并联定律。
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4．磁路的基尔霍夫第二定律 定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段 为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而 磁场强度亦处处相等。 定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位 降的代数和。 公式:
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第十章 电力拖动系统电动机的选择
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 电动机种类、型式、额定转速、额定电压的选择 电机的发热和冷却 电机的工作方式 连续工作制电动机容量的选择 短时工作制电动机容量的选择 断续周期工作制电动机容量的选择 电动机容量选择的工程方法
第1章 1
第1章
.
2
重庆理工大学
电气工程与自动化系
一、电动机种类的选择
直流电动机 电动机种类 交流电动机 异步电动机 绕线型电动机 选择依据：由机械特性、调速情况与起动性能、 维护以及价
同步电动机
鼠笼型电动机
格、工作方式（连续、 短时、断续周期工作制）决定。
⒈ 当生产机械对电动机的起动、制动、调速性能要求不高时， 应尽量采用交流电动机。
主磁路：主磁通所通过的路径。 漏磁路：漏磁通所通过的路径。 励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。 励磁电流：励磁线圈中的电流。 直流:直流磁路 例如:直流电机 交流:交流磁路 例如:变压器
第1章
23
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二、磁路的基本定律 1．安培环路定律 定律内容:沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积 分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数 和）。 公式:
要求所选电动机的功率 PN > P 。
二、类比法
类比法就是调查经过长期考验的同类型生产机械， 看它采用多大容量的电动机，然后通过主要
.
参数和工作条件的类比，来确定新生产机械
的电动机容量。
第1章 17
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第1章
18
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电气工程与自动化系
补充： 磁场的基本物理量
电流的磁场
定律内容:作用在磁路上的磁动势等于磁路内的磁通量 乘以磁阻。 公式:
F Rm
l Rm A
第1章
式中：
相应的模拟电路图1-3b.
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2）交变磁通的磁路欧姆定律
Fm 磁路欧姆定律： Φm Zm
磁通势幅值： 磁阻抗： 其中：磁阻 Rm
Fm NI m 2 NI
重庆理工大学
根据三要素法，其解为
W Q W e
t T
W
Q
电气工程与自动化系
起始温升
只要电机在运行中稳态温升 不超过其绝缘材料的允许温升m， 电机就可以长期工作而不致过热。 设电机带额定负载时的额定稳态温升为N
t
N
QN pN PN 1 N A A N A
一、磁路的概念: 磁路：磁通所通过的路径.见图１－１。 主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多， 所以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称 为主磁通。 漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的 空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为 漏磁通。
第1章 22
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• • •
对生产率影响较大。 主要根据过渡过程持续时间为最短的条件来选择额定
转速。
第1章 6
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四、电动机额定电压的选择
⒈ 交流电动机的额定电压按供电电网情况进行选择
电压等级分为：380V、3kV、6kV、10kV
对于 /Y 接法的电动机可以用220/380、380/660两种
功率较大的电动机应采用高压供电。
H dl
l
i
附图1-2,有:
第1章
24
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2．磁路的欧姆定律 附图1-3a H=
B
Φ = A
若是均匀磁场
Hl Ni F
l F Ni l A B
F=IN 磁动势
第1章
25
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1）恒定磁通的磁路欧姆定律
指电动机的工作时间 tg > 4T，电动机长期运行， 温升可以达到稳态温升 W ，也称为长期工作制。 曲线的俗称：热得到头
二、短时工作制（S2工作制）
指电动机的工作时间 tg < 4T，而停歇时间 t0 > 4T ， 因而工作时的温升达不到稳态温升 W ，可停歇后 的温升降为零。 我国短时工作制电动机的标准工作时间有： 15min，30min，60min，90min四种。
第1章 4
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⒊ 随着交流调速系统的不断发展，交流调速性能一定会赶上 直流调速系统，因此，今后可以普遍选用交流电动机了。
二、电动机外型结构的选择
1. 开启式： 用于干燥和清洁的环境中。
2. 防护式： 用于干燥和灰尘不多，没有腐蚀性， 爆炸性气体存在的环境中。 3. 封闭式： 适用于潮湿、多灰尘、易受风雨侵蚀等 恶劣环境中。 4.密封式： 电动机密封程度高，可以浸在液体中使 用，如潜水电动机。 5. 防爆式： 适用于有爆炸危险的环境中。
采用不同轴承时的系数， 滚动轴承K=0.8~1.1, 滑动轴承K=1.0~1.3
卧式镗床：P 0.004 D1.7 (kW)
最大钻孔直径 单位：mm
砂轮宽度 单位：mm
镗杆直径 单位：mm
第1章 16
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1 1.15 龙门铣床：P B (kW) 166
工作台宽度 单位：mm
六、电动机型号的选择
国产电动机为了满足生产机械的不同需要，做成许多在 结构型式、应用范围、性能水平等各异、功率按一定比 例递增并成批生产的系列产品，并冠以规定的产品型号。 例如Y系列电动机是20世纪80年代设计的封闭型笼型三 相异步电动机；YR系列为绕线型三相异步电动机；YD 系列为三相多速异步电动机；YB系列为防爆型三相异 步电动机；T系列为三相同步电动机；Z系列为直流电 动机等等。
Z m Rm jX m
磁抗 X m
第1章
27
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点击书本进入例题1-1
例 题
第1章
28
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3．磁路的基尔霍夫第一定律
附图14 定律内容:穿出(或进入)任一闭和面的总磁 通量恒等于零(或者说,进入任一闭合面的磁 通量恒等于穿出该闭合面的磁通量),这就是
⒉ 直流电动机的额定电压也要于电源电压相配合 常用的电压等级有：110V、220V、440V 大功率电动机采用600～800V，甚至1000V供电。 .
第1章 7
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电气工程与自动化系
五、电动机工作制的选择
根据电动机的工作方式选择电动机的工作制。国产电动 机按发热与冷却情况不同，分为九种工作制。如连续工 作制、短时工作制、断续周期工作制等等。
ZC %
tg t g t0
100 %
国家规定的标准负载持续率有： 15%，25%，40%，60% 四种。
曲线的俗称：热不到头，冷不到底
第1章
.
14
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§10.4
电动机容量选择的工程方法
一、用统计法选择电动机的容量
统计法 ———对各种不同类型的机床主拖动电机，分别 进行统计、分析，找出电机容量与机床主 要数据的关系，将这个关系用数学方程式 表达，作为设计制造新机床时选择电动机 的主要依据。
常见的计算公式有：
车床：P 36.5D1.54 (kW)
主拖动电动机所需的容量
第1章
工件最大直径 单位：m
.
15
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电气工程与自动化系
立式车床：P 20 D 0.88 (kW) 摇臂钻床：P 0.0646 D1.19 (kW)
工件最大直径 单位：m
外圆磨床：P 0.1KB(kW)
当m = N 时，电机既不会过热，又可得到充分利用，最为合理。 m A N 则PN 1 N
. 提高电机额定功率的途径： ◆ ↑，◆ A↑，◆ m↑。 .
第1章 11
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电气工程与自动化系
三、电机的冷却过程
⒈ 减载
1 e W
重庆理工大学
电气工程与自动化系
§10.1 电动机选择的基本内容
选择电动机的内容：种类、型式、额定转速、额定电压、 额定功率（容量）。 正确选择电动机容量的原则： 完全满足生产机械对电动机提出的功率、转矩、
转速、以及起动、调速、制动和过载等要求，
电动机在工作过程中能充分被利用，而且还不
超过国家标准所规定的温升。
第1章 8
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§10.2
电动机的发热和冷却
一、电机的绝缘等级
电机的发热是由于电机在运行中实现机电能量转换时，在 电机内部产生损耗，并转换成热量，使电机的温度升高。
电机内部的绝缘材料不同，所允许的最高温度也不同。
绝缘等级—— 电机所用的绝缘材料的耐热程度。 国际电工学会规定绝缘材料分为七个等级。
第1章 3
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⑴ 对于负载平稳，且无特殊要求的长期工作制机械，应 选用鼠笼型电动机；
⑵ 若要求电动机具有较好的起动性能，应采用双鼠笼或 深槽式等高起动转矩的异步电动机；
⑶ 对于具有有级调速的生产机械，应采用鼠笼型多速异 步电动机； ⑷ 对于电梯、桥式起重机类机械要求限制起动电流与提高 起动转矩，应采用绕线式异步电动机； ⑸ 对于功率较大，又不需要调速的生产机械，且长期工作， 应采用同步电动机。 ⒉ 当起动、制动、调速等性能采用交流电动机无法满足时， 则采用直流电动机或晶闸管—直流电动机（KZ—D）系统。
i
i
直导线电流的磁场 右手螺旋 定 则
大拇指方向表示导线电流方向
线圈 电流的磁场
四指回转方向表示线圈电流方向 大拇指方向表示线圈内部磁感线方向
四指回转方向表示磁感线方向
第1章
19
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1. 磁通Φ 单位：Wb 2. 磁感应强度 B —— 磁通密度 单位：T 在均匀磁场中： Φ B= Wb/m2 A 3. 磁场强度 H 单位：A/m
我国用在电机中选取其中五个等级。 A E 等级 120 允许最高温度m（℃） 105 65 80 额定温升m（℃）
B 130 90
F 155 115
H 180 140 .
9
中国规定：标准环境温度是40℃，绝缘材料的允许温度 减去40℃就等于它的允许温升。
第1章
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二、电机的发热过程
i N
A
第1章
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H 与 B 的区别 ① H ∝I，与介质的性质无关。 ② B 与电流的大小和介质的性质均有关。 4. 磁导率
Baidu NhomakorabeaB = H
单位：H / m 真空中的磁导率:
μ0 = 4π×10－7 H / m
第1章
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1-1电机理论中常用的基本电磁定律
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三、电动机额定转速的选择
⒈ 电动机连续工作，很少起动、制动或反转。 可以从设备的初期投资，占地面积和维护费用等方面， 就不同的传动比进行比较来确定合适的额定转速。 ⒉ 电动机经常起动、制动及正反转，但过渡过程的持续时 间对生产率影响不大。 除考虑初期投资之外，还要根据过渡过程能量损耗 为最小的条件来确定合适的额定转速。 ⒊ 电动机经常起动、制动及正反转，过渡过程的持续时间
曲线的俗称：热不到头，冷得到底
第1章
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三、断续周期工作制（S3工作制）
指电动机的工作与停歇交替进行，其时间均比较短， 即 tg < 4T， t0 < 4T ，工作时的温升达不到稳态温升 W ， 停歇时的温升也降不到零。也称为重复短时工作制。 国家标准规定：每个工作与停歇的周期 tY = tg + t0 ≤ 10min 每个周期内工作时间所占的百分数，叫做负载持续率 （又称为暂载率），用ZC%表示。
t T
Qe
t T
减载后新的 稳态温升 ⒉ 停机
Q
W 0
Q e
t T
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对于断电停车，由于散热变坏 A , T 变成 T0 =（2～3）T
Qe
t T0
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第1章 12
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§10.3
电机的工作方式
一、连续工作制（S1工作制）
假定：电机长期连续工作，负载不变；
把电机看成是各部分温度相同的均匀整体； 周围的环境温度不变。
根据热力学的定律—热量平衡基本方程，得
电机温升
Qdt Cd Adt
电机的热容
d T w dt
电机的发热时间常数
C d Q A dt A
电机的散热系数
电机的稳态温升
第1章 10
磁通连续性定律。
公式:
0
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又称磁路的并联定律。
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4．磁路的基尔霍夫第二定律 定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段 为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而 磁场强度亦处处相等。 定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位 降的代数和。 公式:
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第十章 电力拖动系统电动机的选择
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 电动机种类、型式、额定转速、额定电压的选择 电机的发热和冷却 电机的工作方式 连续工作制电动机容量的选择 短时工作制电动机容量的选择 断续周期工作制电动机容量的选择 电动机容量选择的工程方法
第1章 1
第1章
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一、电动机种类的选择
直流电动机 电动机种类 交流电动机 异步电动机 绕线型电动机 选择依据：由机械特性、调速情况与起动性能、 维护以及价
同步电动机
鼠笼型电动机
格、工作方式（连续、 短时、断续周期工作制）决定。
⒈ 当生产机械对电动机的起动、制动、调速性能要求不高时， 应尽量采用交流电动机。
主磁路：主磁通所通过的路径。 漏磁路：漏磁通所通过的路径。 励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。 励磁电流：励磁线圈中的电流。 直流:直流磁路 例如:直流电机 交流:交流磁路 例如:变压器
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二、磁路的基本定律 1．安培环路定律 定律内容:沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积 分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数 和）。 公式:
要求所选电动机的功率 PN > P 。
二、类比法
类比法就是调查经过长期考验的同类型生产机械， 看它采用多大容量的电动机，然后通过主要
.
参数和工作条件的类比，来确定新生产机械
的电动机容量。
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18
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补充： 磁场的基本物理量
电流的磁场
定律内容:作用在磁路上的磁动势等于磁路内的磁通量 乘以磁阻。 公式:
F Rm
l Rm A
第1章
式中：
相应的模拟电路图1-3b.
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2）交变磁通的磁路欧姆定律
Fm 磁路欧姆定律： Φm Zm
磁通势幅值： 磁阻抗： 其中：磁阻 Rm
Fm NI m 2 NI
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根据三要素法，其解为
W Q W e
t T
W
Q
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起始温升
只要电机在运行中稳态温升 不超过其绝缘材料的允许温升m， 电机就可以长期工作而不致过热。 设电机带额定负载时的额定稳态温升为N
t
N
QN pN PN 1 N A A N A
一、磁路的概念: 磁路：磁通所通过的路径.见图１－１。 主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多， 所以绝大部分磁通将在铁心内通过,这部分磁通称 为主磁通。 漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的 空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为 漏磁通。
第1章 22
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• • •
对生产率影响较大。 主要根据过渡过程持续时间为最短的条件来选择额定
转速。
第1章 6
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四、电动机额定电压的选择
⒈ 交流电动机的额定电压按供电电网情况进行选择
电压等级分为：380V、3kV、6kV、10kV
对于 /Y 接法的电动机可以用220/380、380/660两种
功率较大的电动机应采用高压供电。
H dl
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i
附图1-2,有:
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2．磁路的欧姆定律 附图1-3a H=
B
Φ = A
若是均匀磁场
Hl Ni F
l F Ni l A B
F=IN 磁动势
第1章
25
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1）恒定磁通的磁路欧姆定律
指电动机的工作时间 tg > 4T，电动机长期运行， 温升可以达到稳态温升 W ，也称为长期工作制。 曲线的俗称：热得到头
二、短时工作制（S2工作制）
指电动机的工作时间 tg < 4T，而停歇时间 t0 > 4T ， 因而工作时的温升达不到稳态温升 W ，可停歇后 的温升降为零。 我国短时工作制电动机的标准工作时间有： 15min，30min，60min，90min四种。
第1章 4
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⒊ 随着交流调速系统的不断发展，交流调速性能一定会赶上 直流调速系统，因此，今后可以普遍选用交流电动机了。
二、电动机外型结构的选择
1. 开启式： 用于干燥和清洁的环境中。
2. 防护式： 用于干燥和灰尘不多，没有腐蚀性， 爆炸性气体存在的环境中。 3. 封闭式： 适用于潮湿、多灰尘、易受风雨侵蚀等 恶劣环境中。 4.密封式： 电动机密封程度高，可以浸在液体中使 用，如潜水电动机。 5. 防爆式： 适用于有爆炸危险的环境中。
采用不同轴承时的系数， 滚动轴承K=0.8~1.1, 滑动轴承K=1.0~1.3
卧式镗床：P 0.004 D1.7 (kW)
最大钻孔直径 单位：mm
砂轮宽度 单位：mm
镗杆直径 单位：mm
第1章 16
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1 1.15 龙门铣床：P B (kW) 166
工作台宽度 单位：mm
六、电动机型号的选择
国产电动机为了满足生产机械的不同需要，做成许多在 结构型式、应用范围、性能水平等各异、功率按一定比 例递增并成批生产的系列产品，并冠以规定的产品型号。 例如Y系列电动机是20世纪80年代设计的封闭型笼型三 相异步电动机；YR系列为绕线型三相异步电动机；YD 系列为三相多速异步电动机；YB系列为防爆型三相异 步电动机；T系列为三相同步电动机；Z系列为直流电 动机等等。
Z m Rm jX m
磁抗 X m
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例 题
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3．磁路的基尔霍夫第一定律
附图14 定律内容:穿出(或进入)任一闭和面的总磁 通量恒等于零(或者说,进入任一闭合面的磁 通量恒等于穿出该闭合面的磁通量),这就是
⒉ 直流电动机的额定电压也要于电源电压相配合 常用的电压等级有：110V、220V、440V 大功率电动机采用600～800V，甚至1000V供电。 .
第1章 7
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五、电动机工作制的选择
根据电动机的工作方式选择电动机的工作制。国产电动 机按发热与冷却情况不同，分为九种工作制。如连续工 作制、短时工作制、断续周期工作制等等。
ZC %
tg t g t0
100 %
国家规定的标准负载持续率有： 15%，25%，40%，60% 四种。
曲线的俗称：热不到头，冷不到底
第1章
.
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§10.4
电动机容量选择的工程方法
一、用统计法选择电动机的容量
统计法 ———对各种不同类型的机床主拖动电机，分别 进行统计、分析，找出电机容量与机床主 要数据的关系，将这个关系用数学方程式 表达，作为设计制造新机床时选择电动机 的主要依据。
常见的计算公式有：
车床：P 36.5D1.54 (kW)
主拖动电动机所需的容量
第1章
工件最大直径 单位：m
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立式车床：P 20 D 0.88 (kW) 摇臂钻床：P 0.0646 D1.19 (kW)
工件最大直径 单位：m
外圆磨床：P 0.1KB(kW)
当m = N 时，电机既不会过热，又可得到充分利用，最为合理。 m A N 则PN 1 N
. 提高电机额定功率的途径： ◆ ↑，◆ A↑，◆ m↑。 .
第1章 11
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三、电机的冷却过程
⒈ 减载
1 e W
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§10.1 电动机选择的基本内容
选择电动机的内容：种类、型式、额定转速、额定电压、 额定功率（容量）。 正确选择电动机容量的原则： 完全满足生产机械对电动机提出的功率、转矩、
转速、以及起动、调速、制动和过载等要求，
电动机在工作过程中能充分被利用，而且还不
超过国家标准所规定的温升。
第1章 8
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§10.2
电动机的发热和冷却
一、电机的绝缘等级
电机的发热是由于电机在运行中实现机电能量转换时，在 电机内部产生损耗，并转换成热量，使电机的温度升高。
电机内部的绝缘材料不同，所允许的最高温度也不同。
绝缘等级—— 电机所用的绝缘材料的耐热程度。 国际电工学会规定绝缘材料分为七个等级。
第1章 3
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⑴ 对于负载平稳，且无特殊要求的长期工作制机械，应 选用鼠笼型电动机；
⑵ 若要求电动机具有较好的起动性能，应采用双鼠笼或 深槽式等高起动转矩的异步电动机；
⑶ 对于具有有级调速的生产机械，应采用鼠笼型多速异 步电动机； ⑷ 对于电梯、桥式起重机类机械要求限制起动电流与提高 起动转矩，应采用绕线式异步电动机； ⑸ 对于功率较大，又不需要调速的生产机械，且长期工作， 应采用同步电动机。 ⒉ 当起动、制动、调速等性能采用交流电动机无法满足时， 则采用直流电动机或晶闸管—直流电动机（KZ—D）系统。
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直导线电流的磁场 右手螺旋 定 则
大拇指方向表示导线电流方向
线圈 电流的磁场
四指回转方向表示线圈电流方向 大拇指方向表示线圈内部磁感线方向
四指回转方向表示磁感线方向
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1. 磁通Φ 单位：Wb 2. 磁感应强度 B —— 磁通密度 单位：T 在均匀磁场中： Φ B= Wb/m2 A 3. 磁场强度 H 单位：A/m
我国用在电机中选取其中五个等级。 A E 等级 120 允许最高温度m（℃） 105 65 80 额定温升m（℃）
B 130 90
F 155 115
H 180 140 .
9
中国规定：标准环境温度是40℃，绝缘材料的允许温度 减去40℃就等于它的允许温升。
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二、电机的发热过程
i N
A
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H 与 B 的区别 ① H ∝I，与介质的性质无关。 ② B 与电流的大小和介质的性质均有关。 4. 磁导率
Baidu NhomakorabeaB = H
单位：H / m 真空中的磁导率:
μ0 = 4π×10－7 H / m
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1-1电机理论中常用的基本电磁定律