电机拖动(电动机容量的选择).
电动机选择和容量计算
电动机选择和容量计算电动机选择和容量计算电动机的选择和容量计算电动机选择的基本要求（GB__－93,第2.2.1条）：电动机的工作制、额定功率、堵转转距、最小转距、最大转距，转速及其调节范围等电气和机械参数，应满足电动机所拖动的机械（以下简称机械）在各种运行方式下的要求。
1.电动机的类型选择电气传动系统由电动机、电源装置和电气传动控制系统三部分组成。
经常使用的电动机类型可以分为：笼型电动机异步电动机交流电动机绕线型电动机普通同步机励磁同步电动机无换向器电动机磁阻电动机永磁并激（他励）串激（串励）直流电动机复激（复励）永磁直流电动机（小功率）常用的电动机类型及各类电动机的比较如下：(1) 笼型电动机：结构简单、耐用、可靠、易维护、价格低、特性硬，但起动和调速性能差，起动时的功率因数低（0.25左右），一般无调速要求的机械应广泛采用。
在变频电源供电的情况下可变频调速。
变极多速电动机，可分级调速，但体积大，价格较贵。
笼型电动机的自然机械特性如图1所示。
图1常用的表达式为：M=2McrSScr ScrS电动机选择和容量计算式中M―电磁转矩（N-m）;Mcr―临界转矩（N-m）; S―转差率；Scr―临界转差率。
(2)绕线型电动机：因有滑环，结构复杂，维修麻烦，价格比较贵。
但由于它的起动力矩大，起动时的功率因数高，且可进行小范围的速度调节，控制设备也简单，故适用于电网容量小，起动次数多的机械，如起重机上的机械设备。
此外，绕线型电动机也用于需要软化特性的机械，如带飞轮的剪断机等。
绕线型电动机的自然机械特性和表达式与笼型机相同。
（3）同步电动机：恒转速输出，功率因数可调，价格贵，一般只在不需要调速的高电压、大容量的机械上采用，以改善并提高电网的功率因数，如鼓风机、空压机及水泵等设备。
但是，近年来，随着变频技术的发展，高电压、大容量的同步机已广泛用于冷、热轧机的主传动上，其优点是：a. 功率因数高，效率高，因此需要的变频装置的容量小。
《电机与拖动基础》教学大纲
山西大同大学工学院《电机与拖动基础》教学大纲大纲适用：自动化专业、电气工程及自动化等相关专业总学时：80学时，4学分编写：机电工程系执笔：王官升一、大纲说明（一）课程的性质和任务本课程是自动化专业、电气工程及自动化等相关专业的一门专业技术基础课，其任务是使学生掌握电机的基本结构、工作原理和性能参数，电力拖动系统的各种运行方式、动静态性能分析以及电机选择和实验方法，电力拖动系统的基本理论，计算方法；同时要求掌握基本的实验方法和操作技能以及常用电气仪表（器）的使用。
为进一步学习“电力电子拖动自动控制系统”、“PLC控制系统”等课程准备必要的基础知识。
（二）本课程与其它课程的关系学习本课程必须具备“电路原理”或“电工基础”课程的基本知识。
三、教学内容及基本要求绪论第一章电机的基本原理第一节电磁感应掌握电磁感应定律及物理意义第二节机电能量转换基本原理了解磁路的基本概念和分析方法第三节电机的基本结构与工作原理掌握电机的基本原理和结构第四节电机的能量损耗与发热理解电机的能量损耗与发热过程第二章电力拖动系统的动力学基础第一节电力拖动系统的运动方程掌握电力拖动的系统的运动方程，并能熟练运用于电力拖动系统的分析和研究第二节生产机械的负载转矩特性了解生产机械的负载特性，掌握各种负载特性的特点第三节电力拖动系统的稳态分析——稳定运行的条件掌握电力拖动系统的稳态分析方法，并能用于分析电力拖动系统的稳定问题第四节电力拖动系统的动态分析——过渡过程分析第五节多轴系统电力拖动系统的简化第三章直流电机原理第一节直流电机工作原理及结构掌握直流电机的基本原理和结构第二节直流电机电枢绕组磁场掌握直流电机的电枢绕组和磁场的磁通分布第三节电枢绕组感应电动势和电磁转矩掌握感应电动势和电磁转矩的计算方法第四节直流电机的基本方程和工作特性了解直流电机的基本方程和工作特性第四章直流电动机拖动基础第一节直流电动机机械特性分类第二节他励直流电动机的机械特性了解他励直流电动机的机械特性第三节他励直流电动机的起动了解他励直流电动机的起动第四节他励直流电动机的调速掌握他励直流电动机的调速指标、方法、方式与负载类型第五节他励直流电动机的制动了解他励直流电动机的制动第六节他励直流电动机的四象限运行第五章变压器第一节变压器的用途、结构及铭牌掌握变压器的基本原理与结构第二节变压器的空载运行和负载运行了解变压器的空载运行和负载运行第三节变压器的等效电路和参数测定掌握变压器的等效电路和参数测定第四节变压器的运行特性了解变压器的运行特性第五节三相变压器掌握三相变压器的结构特点第六节其它用途的变压器第六章交流电机的旋转磁场理论第一节电枢绕组的磁动势了解电枢绕组的磁动势第二节旋转磁场的形成和特点理解旋转磁场的形成和特点第三节交流电机的主磁通和漏磁通理解交流电机的主磁通和漏磁通第七章异步电机原理第一节概述第二节三相异步电动机的结构及工作原理掌握异步电机的结构和运行方式第三节异步电动机转子静止时的电磁关系掌握异步电动机的电磁关系第四节异步电动机转子旋转时的电磁关系理解异步电动机的功率关系，转矩的关系第五节对称运行的等值电路及相量图第六节负载运行的功率和转矩第七节异步电动机负载运行的功率和转矩第八节三相异步电动机的工作特性了解异步电机的工作特性第八章同步电动机的原理第一节同步电动机的结构和工作原理掌握同步电动机的结构和基本工作原理第二节同步电动机电压方程式和相量图第三节同步电动机电压平衡方程式和相量图能掌握同步电动机的电压方程和相量图第四节同步电动机功率方程功角特性理解同步电机的功率方程和功角特性第五节同步电动机的功率因数及U形曲线理解同步电动机的功率因数调节和U形曲线第八章交流电机拖动基础第一节异步电动机的机械特性理解异步电动机的机械特性第二节异步电动机的起动掌握异步电动机的起动方式第三节异步电动机的调速了解异步电动机的调速方法第四节异步电动机的制动了解异步电动机主要的三种制动方法第十章电力拖动系统电动机的选择第一节电动机的型号和铭牌参数理解电动机的型号和铭牌参数第二节电动机的绝缘等级与工作制分类了解电动机的绝缘材料及工作制分类第三节不同工作制下电动机的功率选择了解电动机不同工作制下的功率选择第四节电动机额定数据的选择理解电动机的额定数据第十一章特种电机第一节单相异步电动机掌握单相异步电动机的工作原理及分类第二节磁阻式同步电动机了解磁阻式同步电动机的工作原理、基本结构与起动问题第三节磁滞式同步电动机了解磁滞同步电动机的基本结构及工作原理第四节步进电动机了解步进电动机的基本结构及工作原理第六节直线电动机了解直线电动机的基本结构及工作原理。
电机与拖动基础汇总.doc
《电机与拖动基础》课程标准课程名称：电机与拖动基础适用专业：电气自动化技术教学模式：教学做一体化总学时：56实践学时：12第一部分前言一、课程性质本课程是由基础课过渡到专业课的技术基础课,其任务是学习几种主要电机的工作原理、基本结构、运行特性,研究用电动机带动生产机械时电动机的起动、调速、制动,以及电动机容量的选择。
通过学习使学生获得电机的基本理论知识,了解电力拖动的基础知识和基本原理,掌握一般的实验方法和操作技能,从而能合理的选择和使用电机,满足后续专业课程对该方面知识的需要。
本课程是电气专业的一门专业基础课。
先修课：《电路基础》后续课程：《单片机原理及应用》、《PLC应用技术》。
二、课程设计理念以就业为导向,以能力培养为主线,依托岗位需求,培养学生的职业能力与职业素质。
教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的诺干意见》（教高[2006]号）精神,要求提高教学质量为核心,注重学生能力的培养和素质的提升,全面改革课程教学的内涵。
依据本课程在课程群中的性质、特点和作用,综合我们长期以来的教学经验,对课程进行了设计。
遵循以就业为导向；以社会需求为关注点；以能力培养为主线,以“工学结合”的人才培养模式应用到课程教学中。
达到知识够用、技能及应用具备的职业能力、专业技能和综合技术应用能力。
因此,重新整合教学内容,形成以直流电机、变压器、交流电机三个知识模块。
使课程贴近岗位、贴近社会,适应社会需求,真正实现零距离上岗。
三、课程设计思路以电机拖动及控制系统的生产制造岗位及其在生产设备中维护维修岗位所需的技能及知识为教学内容,序化知识与能力,结合典型“案例”、“项目”组织教学,在实训室,生产现场,以工作过程为导向,采取“教学做”一体化教学模式开展课程教学活动。
将学生职业素养与职业道德的培养落实在每一个教学环节中。
为了提高课程学习质量、职业素养和职业能力,安排了工学结合的教学环节,让学生在真是岗位上工作,理解相应的职业规范与标准。
电动机选择的基本原则
电动机选择的基本原则
电动机的选择主要有电动机的类型、结构型式、容量、额定电压与额定转速。
电动机选择的基本原则是：
（1）根据生产机械调速的要求选择电动机的种类。
（2）工作过程中电动机容量要得到充分利用。
（3）根据工作环境选择电动机的结构型式。
应该强调，在满足设计要求情况下优先考虑采用结构简单，价格便宜，使用维护方便的三相交流异步电动机。
正确选择电动机容量是电动机选择中的关键问题。
电动机容量计算有两种方法，一种是分析计算法，另一种是统计类比法。
分析计算法是按照机械功率估计电动机的工作情况，预选一台电动机，然后按照电动机实际负载情况做出负载图，根据负载图校验温升情况，确定预选电动机是否合适，不合适时再重新选择，直到电动机合适为止。
电动机容量的分析计算在有关论著中有详细介绍，这里不再重复。
在比较简单、无特殊要求、生产数量又不多的电力拖动系统中，电动机容量的选择往往采用统计类比法，或者根据经验采用工程估算的方法来选用，通常选择较大的容量，预留一定的裕量。
海上油气田开发工程仪电讯系统设计指南第五章(电机拖动新1)
第四篇海上油气田开发工程仪电讯设计第五章电机拖动应用技术第一节概述第二节电动机的起动第三节晶闸管软起动器第四节变频器第五章电机拖动应用技术第一节概述海上油气田开发工程设施上工艺设备（如：原油外输泵、化学处理设施、天然气压缩机、开/闭式排放泵、油气水处理装置和热介质锅炉等）、公用设备（如：燃油输送泵、滑油泵、海水提升泵、冷却水泵、淡水泵、空气压缩机、空调、通风、冷藏和污水处理等）、甲板机械（如：锚机、起重机、起艇机、绞车和舵机等）和机舱机械（如：压载泵、扫舱泵和舱底泵）的动力绝大多数为电动机，它们是海上油气田开发工程电力网的主要负荷。
这种以电动机为动力拖动生产机械的拖动方式叫做“电机拖动”，或称为“电力拖动”。
电机拖动系统一般是由电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源等基本环节组成，如图4-5-1-1所示。
其中电动机是一个机电能量转换设施，它把电源输入的电能转换为生产机械所需要的机械能。
图4-5-1-1 电机拖动系统结构图电力拖动系统涵盖的内容很多，它包括：电力拖动动力学基础、电力拖动动态分析基础、电动机容量的选择、交流和直流电力拖动基本原理、电动机的自动控制系统等。
海上油气田开发工程设施上机械电力拖动的控制大多数都比较简单，其中一部分有单一功能的自动控制要求，如：淡/海水泵的压力控制、天然气压缩机和主发电机辅助设施的顺序（或逻辑）控制、热介质循环泵和锅炉的温度控制、消防水泵的压力和自动信号的控制等。
少数有较复杂的自动控制，如：起重机、冷藏机、空调机等，这些电动机自动控制系统的设计通常是由制造商根据用户的要求自行完成。
海上油气田开发工程设计中最常碰到的问题是电动机起动方式的选型。
这一章将从电机拖动设计实用角度出发介绍几种常见的电动机起动方式和适用范围，以及电动机变频调速器的应用和分类方面的有关知识。
第二节电动机的起动电动机分为交流电动机和直流电动机。
海上油气田开发工程设施上使用最多、最普遍的是三相交流异步电动机。
电机与拖动基础试题及答案
第二部分 直流电动机的电力拖动一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。
（U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem2、直流电动机的起动方法有____ ___。
（降压起动、电枢回路串电阻起动）3、如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_______倍。
（2）4、当电动机的转速超过_______时，出现回馈制动。
（理想空载转速）5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_______调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_______调速方法。
（降压或电枢回路串电阻；弱磁）1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。
（ ）（F ）2、直流电动机串多级电阻起动。
在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。
（ ） （T ）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。
（ ） （T ）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。
（ ） （F ）5、他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。
（ ） （T ）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的GD2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。
3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。
4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。
电机容量选择及调速电阻器计算
电机容量选择及调速电阻器计算1电机容量选择主提升机构电机容量选择1）已知起重量1C G =25 t 工作级别A6 主提升运行速度cs V =min副钩重a G =4%1c G =1 t静功率计算公式j P =η1000QQ V GQ G =（1c G + a G ）g =（50000+1000）⨯ =58800 NV 1S =min=sη=⨯⨯（二级闭式齿轮传动，滑轮组倍率3）所以j P =η1000Q Q V G =94.01000392.058800⨯⨯ KW= 根据电动机样本，选用YZR 225 M-6电动机，当S3, JC=25%时，电动机允许输出功率为34KW 。
在基准工作制S3, JC=40%时 N P =30 KW 。
2) 电动机的过载校验N P ≥T m H λη1000Q Q V G 按电动机转矩允许过载倍数T λ=, 对绕线转子电动机H =, 一台电机m =1 T m H λη1000Q Q V G =8.211.2⨯⨯94.01000392.058800⨯⨯=< N P = 电动机过载校验通过。
副提升机构电机容量选择1）已知起重量2c G =5t 工作级别A6 副钩起升速度2Q V = m/min 副钩重a G =3%2c G =静功率计算公式j P =η1000QQ V GQ G =（2c G + a G ）g =（5000+150）⨯ =50470N2Q V =min=sη=⨯⨯（二级闭式齿轮传动，滑轮组倍率3）所以j P =η1000Q Q V G =94.01000392.050470⨯⨯ KW= KW 根据电动机样本，选用YZR 225 M-6电动机，当S3, JC=25%时，电动机允许输出功率为34KW 。
在基准工作制S3, JC=40%时，N P =30KW 。
2) 电动机的过载校验N P ≥T m H λη1000Q Q V G 按电动机转矩允许过载倍数T λ=,对绕线转子电动机H =,一台电机m =1 T m H λη1000Q Q V G =8.211.2⨯⨯94.01000392.050470⨯⨯KW=<N P = KW 电动机过载校验通过。
电动机的选择原则
电动机的选择原则电动机的选择一般是容量的选择，而选择电动机容量的选择应依据以下三个基本原则进行。
1.发热：电动机在运行时，必需保证电动机的实际最高工作温度等于或略小于电动机绝缘的允许最高工作温度。
2.过载力量：打算电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载力量。
即所选电动机的最大转矩(对于异步电动机)或最大允许电流（对于直流电动机）必需大于运行过程中可能消失的最大负载转矩和最大负载电流。
3.启动力量：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，所以，为使电动机能牢靠启动，必需保证选用电动机容量的方法一般有计算法、统计分析法和类比法。
电动机类型选择的基本依据是在在满意生产机械对拖动系统静态和动态特性要求的前提下，力求结构简洁、运行牢靠、维护便利、价格低廉。
（1）对于不要求调速、启动性能亦无过高要求的生产机械，应优先考虑使用一般鼠笼式异步电动机。
若要求启动转矩大，则可选用高启动转矩的鼠笼式异步电动机。
（2）对于要求常常起、制动，且负载转矩较大、又有肯定调速要求的生产机械，应考虑选用绕线式异步电动机；对于周期性波动负载的生产机械，为了削平尖锋负载，一般都采纳电动机带飞轮工作，这种状况下也应选用绕线式异步电动机。
（3）对于只需要几种速度，而不要求无极调速的生产机械，为了简化变速机构，可选用多速异步电动机。
（4）对于要求恒速稳定运行的生产机械，且需要补偿电网功率因数的场合，应优先考虑用同步电动机。
（5）对于需要大的启动转矩，又要求恒功率调速的生产机械，常选用直流串励或复励电动机。
（6）对于要求大范围无极调速，且要求常常启动、制动、正反转的生产机械，则可选用带调速装置的直流电动机或鼠笼式异步电动机。
对于要求调速范围很宽的生产机械，最好从机械变速和电气调速二者结合起来考虑，易于收到技术和经济指标较高的效果。
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考虑U波动10%，的保险系数
电机与拖动
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
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
TH=C/A，电动机的发热时间常数 i，电动机的初始温升
电机与拖动
电动机的温升曲线为： 经过(3~4) TH温升就可 s 达到稳定值s。
小电动机TH=10~20分钟； i 4TH t 其只需要半小时就能达到稳定 温升s。 0 大电动机TH=30分钟；其需要两个小时才能达到 稳定温升s。
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。
电机与拖动
第一节
电动机选择的一般概念
Tem n TL 生产机械
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U,n等。
电动机
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。
电机与拖动
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。
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 )。
电机与拖动
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：
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
Qdt cdLeabharlann Adt电机与拖动变形为：
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
t TH
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。 断时周期工作制电动机的负载和温升曲线为： P s PN m
t
0 tR t0
电机与拖动
s PN
4TH
t
电机与拖动
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。
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。
电动机的稳定温升s =Q/A,发热量Q正比与损耗p。
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。
电机与拖动
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， 则电机的发热量将减小于散热量，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： i s 0 4TH
s ( i s ) e
只是s< i
t TH
t
电机与拖动
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 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；
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。
电机与拖动
连续工作制电动机的负 载和温升曲线为：
P
PN s
4TH 0
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。 t
输出功率不同，发热量 Q不同，s不同。
采油平台
电机与拖动
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。 m
电机与拖动
第十章
电力拖动系统中 电动机的选择
电机与拖动
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
电机与拖动
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。
电机与拖动
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。
t
0
国标规定短时工作制标准时限为：10、30、60、 90分钟。
电机与拖动
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，作为其额定功率。 P
PN s m
t 0
船 闸
电机与拖动
三、断时周期工作制