机电传动控制系统中

第七章 机电传动控制系统中 电动机的选择
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机电传动控制系统中电动机的选择
本章要求在了解电动机的发热与冷却规律的基础上 重点掌握电动机容量的选择 熟悉电动机种类、电压、转速和结构型式的选择原 则
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7.1 电动机容量选择的原则
在机电传动系统中选择一台合适的电动机是极为 重要的。电动机的选择主要是容量的选择 如果电动机的容量选小了，一方面不能充分发挥 机械设备的能力，使生产效率降低。
t
i 1
n
i
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2.带变动负载时电动机容量的选择
因用功率表示的负载图更易作出，故等效功率法 应用更广。
然后选择电动机的额定功率PN ，使PN≥Pd，这叫 等效功率法。 不管采用哪一种等效法选择电动机的容量，都只 考虑了发热方面的问题。因此，在按“等值法” 初选出电动机后，还必须校验其过载能力和启动 转矩。如不满足要求，则应适当加大电动机容量 或重选启动转矩较大的电动机。
PS2t s PP2t p PS PP tp ts
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7.3.2 短时工作制电动机容量的选择
然后选择短时工作制电动机，使其PN≥PS， 再进行过载能力与启动能力的校验。
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7.3.2 短时工作制电动机容量的选择
2.选用连续工作制的普通电动机
普通电动机的额定功率PN是按长期运行而设计的， 在连续工作时，它的温升可以达到稳定值τS(即电 动机的容许温升)。
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7.2 电动机的发热与冷却
由于电动机的温升和冷却都有一个过程，其温升取 决于负载的大小，也和负载的持续时间有关，也就 是与电动机的运行方式有关。 或者说，电动机额定功率的大小与电动机的运行方 式有关。 我国将电动机的运行方式(亦称工作制)按发热的情 况分为三类，即连续工作制、短时工作制和重复短 时(断续)工作制，并分别按上述原则规定出电动机 的额定功率和额定电流。
例7. 1 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，水泵的效率η1＝0.4，试选择电动机。 由设计手册中查得泵类机械的负载功率计算公式为
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7· 3· 1连续工作制电动机容量的选择
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2.带变动负载时电动机容量的选择
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2.带变动负载时电动机容量的选择
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2.带变动负载时电动机容量的选择
机械转矩负载图不难，等效转矩法应用较广。 当电动机具有较硬的机械特性，转速在整个工作过 程中变化很小时，则可近似地认为Pd∝Td ，于是， 式7.3可化成等效来计算，即
Pd
2 2 2 P t P t P 1 1 2 2 n tn
为这类工作机械选择电动机时，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 (7.1)的电动机。 PN PL
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7· 3· 1连续工作制电动机容量的选择
连续工作制电动机的启动转炬和最大转矩均大于额 定转矩，一般不必校验启动能力和过载能力。 在重载启动时，要校验启动能力。
如果把这种电动机用作短时工作，而输出功率不变， 则电动机运行时将达不到允许温升，未能充分利用。
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7.3.2 短时工作制电动机容量的选择
为了充分利用电动机在 发热上的潜在能力，在 短时工作状态下，可以 使它过载运行，而其过 载倍数K＝Pp／PN与tp ／Th有关(如图7. 6所示)。 故选 PN≥PP／K
如图7. 1中曲线2，T 为散热时间常数。对风扇冷 却式电动机而言，停车后因风扇不转，散热条件变 差，冷却过程进行得很慢。 电动机运行时，温度若超过一定数值，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 弱的部分，
' h
目前，常用的绝缘有E、B、F、H四级，各级绝缘 所用材料的允许最高工作温度分别为1200、1300C、 1500C、1800C
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7.2 电动机的发热与冷却
温升τ=θM - θ0是按指数规律上升的，如图7.1中曲 线1所示，Th为发热时间常数。 当温度升高到一定数值时，电动机在一秒内发散出 去的热量正好等于电动机在一秒内由于损耗所产生 的热量，这时电动机不再吸收热量，因此温度不再 升高，温升趋于稳定，达到最高温升。
(1)发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高工 作温度θmax等于或略小于电动机绝缘的允许最高工作温度 θ a，
max a
(2)过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。 特别是在短期工作时，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的负载功率时仍可保证
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7.2 电动机的发热与冷却
热惯性比电动机本身的电磁惯性、机械惯 性要大得多，一个小容量的电动机也要运 行(2～3)小时，温升才趋于稳定，但温升上 升的快慢还与散热条件有关。
在切断电源或负载减小时，电动机温度要 下降而逐渐冷却，在冷却过程中，其温度 降低也是按指数规律变化的，
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7.2 电动机的发热与冷却
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7.3.2 短时工作制电动机容量的选择
式中，PP——短时实际负载功率；
PN——连续工作制电动机的额定功卑 tp——短时实际工作的时间； Th——电动机的发热时间常数。 由分析可知，工作时间越短，电动机实际允许的 输出功率越大。
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7.3.2 短时工作制电动机容量的选择
当工作时间小于一定限度时，虽然从发热的观 点看电动机还可以拖动更大的负载，但电动机 的最大转矩可能低于实际的负载转矩。 这时，过载能力就成了选择电动机功率的主要 依据。 一般讲，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 的容量，不必考虑电动机的发热问题。
查产品目录，按PN≥PL ，选Y132S- 4型鼠笼式异步 电动机(PN=5.5kW，nN=1440r/min)即可。 2.带变动负载时电动机容量的选择
多数生产机械中，电动机所带的负载大小是变动的， 例如，小型车床、自动车床的主轴电动机一直在转 动，但因加工工序多，每个工序的加工时间较短， 加工结束后要退刀，更换工件后又进刀加工，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。
对于直流电动机
TL max Tmax ' mTN
I L max I max 'i I N
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7.1 电动机容量选择的原则
'm 一般取 考虑到电网电压波动的影响，式 中， 为0.8Tmax／TN (Tmax ／TN为产品目录上规定的 λ m)
(3)启动能力：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩 一般较小，所以，为使电动机能可靠启动，必须 保证 TL st TN ,式中 st Tst
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7· 3 不同工作制下电动机容量的选择
7.3.1 连续工作制电动机容量的选择 1. 带恒定负载时电动机容量的选择
对于负载功率PL恒定不变(如通风机、泵、 重型车床、立车、齿轮铣床的主传动等)的 生产机械，拖动这类机械的电动机在连续 运行时的负载图及温升曲线如图7.2所示。
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7· 3· 1连续工作制电动机容量的选择
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2.带变动负载时电动机容量的选择
其他如皮带运输机、轧钢机等也属于此类负载。 有的负载是连续的，但其大小是变动的，如图 7. 3 所示。
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2.带变动负载时电动机容量的选择
在这种情况下，如果按生产机械的最大负载来选择 电动机的容量，则电动机不能充分利用，如果按最 小负载来选择，则容量又不够。 一般采用所谓“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。
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2.带变动负载时电动机容量的选择
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7.3.2 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，而停车时间却很长， 例如，闸门开闭机、升降机、刀架的快移、立车与 龙门刨床上的夹紧装置等，都属于短时工作制的机 械。
拖动这类机械的电动机的工作特点是：工作时温升 达不到稳定值τs，而停车时可完全冷却到周围环境 温度，如图7.5所示。
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2.带变动负载时电动机容量的选择
例7. 2 由一台电动机直接拖动某生产机械，其转矩 变化负载图如图7.4d所示，试选择电动机。生产机 械要求转速n=1450r/min左右。
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2.带变动负载时电动机容量的选择
例7. 2 由一台电动机直接拖动某生产机械，其转矩 变化负载图如图7.4d所示，试选择电动机。生产机 械要求转速n=1450r/min左右。
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2.带变动负载时电动机容量的选择
电动机的温升取决于它发出的热量，而电动机发 出的热量是由损耗产生的， 损耗有两部分，一是不随负载变化的不变损耗 △P(包括铁耗与机械损耗)，一是与负载电流的平 方成正比的可变损耗I2R(铜耗)。 例如，图7.3所示的负载，对应于工作时间t1、 t 2· · · 的负载电流为I1、 I2· · · ，则电动机在各种不 同负载时的总损耗为
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7.3.2 短时工作制电动机容量的选择
这类电动机铭牌上所标的额定功率PN是和一定的标 准持续运行时间ts相对应的。 例如，PN为20kW、 ts为30min的电动机，在输出 功率为20kW时，只能连续运行30min，否则将超 过允许的温升。
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7.3.2 短时工作制电动机容量的选择
要按实际工作时间选择与上述标准持续时间相接近 的电动机。 如果实际工作时间tp与ts不同时，就应先将tp下的功 率Pp(生产机械短时工作的实际功率)换算成ts下的 功率Ps ，这可根据等效功率法加以换算，即
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7.3.2 短时工作制电动机容量的选择
由于发热情况与长期连续工作方式的电动机 不同，所以，电动机的选择也不一样，既可 选择专用短时工作制的电动机，也可选择连 续工作制的普通电动机。