电机额定功率的选择[整理后]

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曲线1对应于电动机初始温升为 零的情况，即温升从电动机启动时开 始升高。曲线2对应于电动机初始温升 不为零的情况，即温升从电动机的负 载增加时开始升高。由图7.1看出，发 热过程开始时，初始温升较小，即电 动机与周围环境的温度差较小，向周 围环境散发的热量较少，电动机内部 产生的热量大部分被电动机吸收，使 电动机的温升增加较快。初始温升越 小，温升增加得越快。随着温升的增 加，电动机与周围环境的温度差逐步 增大，向周围环境散发的热量随之逐 步增加，使电动机的温升增加速度逐 步减慢。如此一直到使电动机的温升 达到稳定值，发热过程结束。
表7.1 电动机绝缘材料等级
等 级 绝缘材料 允许最高温 度（℃）
A
E B F H
用普通绝缘漆浸渍处理的棉纱、丝、纸及 普通漆包线的绝缘漆
环氧树脂、聚酯薄膜、青壳纸、三醋酸纤 维薄膜、高强度漆包线的绝缘漆 云母、玻璃纤维、石棉（用有机胶粘合或 浸渍） 云母、玻璃纤维、石棉（用合成胶粘合或 浸渍） 云母、玻璃纤维、石棉（用硅有机树脂粘 合或浸渍）
7.1.1 电动机的发热与冷却
1．电动机的发热 电动机工作时，其内部主要存在铁损耗、铜损耗及机械 损耗，这些损耗是以发热的形式表现出来的，使电动机发热。 当电动机的负载和转速一定时，其内部的发热量在单位时间 内是恒定的。电动机工作时，其内部产生的热量有两方面的 作用，一方面由电动机吸收使其本身的温度升高，另一方面 向周围环境散热。可以用以下公式表示这一热平衡关系 发热量＝吸热量＋散热量 电动机温度的升高，就产生了与周围环境的温度差。我 们将电动机本身的温度与标准环境温度（40º C）的差值称为 温升，用 表示。当电动机的温度升高到某一数值时，电 动机内部所增加的发热量全部向周围环境散发，电动机本身 的温度不再升高，即温度达到了稳定值。电动机的温度达到 稳定值时的状态称为热稳定状态，对应的温度值称为稳态温 度，对应的温升称为稳态温升。
7.1 电动机额定功率的选择
额定功率选择的原则是：所选额定功率要能满足生 产机械在拖动的各个环节（启动、调速、制动等）对功 率和转矩的要求并在此基础上使电动机得到充分利用。 额定功率选择的方法是：根据生产机械工作时负载 （转矩、功率、电流）大、小变化特点，预选电动机的 额定功率，再根据所选电动机额定功率校验过载能力和 启动能力。 电动机额定功率大小是根据电动机工作发热时其温 升不超过绝缘材料的允许温升来确定的，其温升变化规 律是与工作特点有关的，同一台电动机在不同工作状态 时的额定功率大小也是不相同的。
105
120 130 155 180
2．电动机的冷却
当初始温升大于稳态温升 时的温升变化过程，就是电动 机的冷却过程。根据式（7-1） 可以做出电动机冷却过程的温 升变化曲线，如图7.2所示。 曲线1对应于电动机稳态温升 为零的情况，即温升从电动机 脱离电源时开始降低，直至降 到零。曲线2对应于电动机稳 态温升下降到某一稳态温升值 的情况，即温升从电动机负载 减小时开始降低，直至降到负 载减小后所对应的稳态温升值。
（3）周期断续工作制 周期断续工作制是指电动机带额定负载运行时，运行时间tL很短，使电 动机的温升达不到稳态温升；停止时间t0也很短，使电动机的温升降不到零， 工作周期小于10min的工作方式。工作时间占工作周期的百分比称为负载持 续率，用FC %表示。 tL FC %＝ t L t0 ×100 % （7-2） 我国的周期断续工作制电动机的负载持续率有15%、25%、40%、60% 四种定额。周期断续工作制的电动机铭牌上的标注为 S3。要求频繁启动、 制动的电动机常采用周期断续工作制电动机，如拖动电梯、起重机的电动 机等。 图7.3是三种工作制电动机的温升变化曲线。
图7.1 电动机发热过程 的温升变化曲线
在构成电动机的所有材料中，绝缘材料的耐热性 能是最差的，而绝缘材料又是电动机中最重要的材料 之一。电动机工作时，如果绝缘材料因温度过高而损 坏，那么电动机的绕组中将出现匝间或相间短路现象， 使电动机不能正常运行，甚至被烧毁。各种绝缘材料 的耐热性能不尽相同。为使电动机能达到正常的使用 年限（约为20年），规定了各种绝缘材料的工作温度 不能超过某一数值，即不能超过允许的最高工作温度 值。通常将各种绝缘材料对应的允许最高工作温度值 用绝缘材料等级来表示，电动机有A，E，B，F，H等 五级，如表7.1所示。 电动机工作时，如果其内部温度超过绝缘材料允 许的最高工作温度值时，绝缘材料的老化速度将加快。 超过的温度差值越大，绝缘材料的老化速度越快。当 电动机的温度太高时，绝缘材料将被烧坏。
图7.2 电动机冷却过 程的温升变化曲线
由图7.2看出，冷却 开始时，初始温升较大， 即电动机与周围环境的温 度差较大，向周围环境散 发的热量较多，使电动机 的温升降低较快。随着温 升的降低，电动机与周围 环境的温度差逐步减小， 向周围环境散发的热量随 之逐步减少，使电动机的 温升下降度逐步减慢。 如此一直到使电动机的温 升达到稳态值，冷却过程 结束。
图7.2 电动机冷却过程 的温升变化曲线
7.1.2 电动机的工作制
为了在不同情况下方便用户选择电动机功率并使所选的电动 机得到充分利用，根据电动机工作时的发热特点，把电动机分成 连续、短时、周期断续三种工作制。 （1）连续工作制 连续工作制是指电动机带额定负载运行时，运行时间 tL很长， 电动机的温升可以达到稳态温升的工作方式。连续工作制电动机 在铭牌上标注S1或一般不在铭牌上标明工作制，连续工作制的电 动机在生产实际中的使用很广泛。 （2）短时工作制 短时工作制是指电动机带额定负载运行时，运行时间tL很短， 使电动机的温升达不到稳态温升；停机时间t0很长，使电动机的 温升可以降到零的工作方式。短时工作制的电动机铭牌上的标注 为 S2 ， 我 国 的 短 时 工 作 制 电 动 机 的 运 行 时 间 有 15min, 30min, 60min, 90min四种定额。拖动闸门的电动机常采用短时工作制电 动机。
电动机的温升变化过程可以用下列方程式表示 （7-1） ( )e 式中 w——稳态温升 0——初始温升，即温升开始变化时的数值 t——温升变化时间 T——热时间常数 热时间常数T只与电动机的体积和本身结构有 关，它的大小反映了电动机达到热稳定状态前的 温升变化速度。 T 越小，温升变化越快； T 越大， 温升变化越慢。 根据式（7-1）可以作出电动机发热过程的 温升变化曲线，如图7.1所示。可见，电动机的 温升是按指数规律变化的。