6章《机电传动与控制》

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一、连续工作制(或称长期工作制)
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。
通风机、水泵、纺织机和造纸机等生产 机械使用的电动机都属于连续工作制电动 机。
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6.2 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。
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二、短时工作制
短， tg<(3～4)TH，使电动机的温升达不到稳态温升；
短时工作制是指电动机带额定负载运行时，运行时间tL很

停机时间t0很长t0>(3～4) TH’， 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。
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为方便于下面的分析，同时又保证所得到 的结论基本符合工程实际，特作如下假定：
1)电动机为一个均匀物体，各部分的温度 相同，并具有恒定的散热系数和热容量； 2)电动机长期运行，负载不变，总损耗不 变； 3)周围环境温度不变。
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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
6.2 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6.1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。
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6.2 电动机的发热与冷却
24Biblioteka （a）连续工作制 （b）短时工作制 （c）周期断续工作制
电动机三种工作制的温升变化曲线
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6.3.1 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6.2所示。
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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6.2 电动机的发热与冷却
如图6.1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，
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6.2 电动机的发热与冷却
电动机是由多种金属(铜、铝、铁、硅钢片)和绝缘 材料等组成， 它在运行时，不断地把电能转变成机械能，在能量 的变换过程中必然有能量损耗， 这些损耗包括铜耗、铁耗和机械损耗，其中铜耗与 电流的平方成正比地变化，而铁耗与机械损耗则几 乎是不变的。 这些损耗都变成了热能而使电动机发热、温度升高。
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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。
第6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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引言
在电力拖动系统中，为生产机械选配电动机， 首先应满足生产机械的要求，例如对工作环境、 工作制、起动、制动、减速或调速以及功率的要 求。依据这些要求，合理地选择电动机的类型、 运行方式、额定转速及额定功率，使电动机在高 效率、低损耗的状态下可靠地运行，以达到节能 和提高综合经济效益的目的。
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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6.3 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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6.3· 1连续工作制电动机容量的选择
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 (6.1)的电动机。 PN PL
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6.3· 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。
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表6.1 电动机绝缘材料等级
等 级 A E B F H 绝缘材料 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） 允许最高温 度（℃） 105 120 130 155 180
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6.2 电动机的发热与冷却
其发热的过程如下：
刚开始工作时，电动机的温度θm与周围介质的温 度θ0(规定取θ0=+400C)之差(θM –θ0)很小，而 热量的发散是随温度差递增的，这时只有少量的 热量被散发出去，大部分都被电动机吸收，温度 升高较快， 随着电动机温度逐渐升高，它和周围介质的温差 也相应地加大，发散出去的热量逐渐增加，而被 电动机吸收的热量逐渐减少，温度的升高逐渐缓 14 慢。
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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6.3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
max a
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6.1 电动机容量选择的原则
此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而 是电动机的过载能力。
所选电动机的最大转矩Tmax(对于异步电动机)或 最大允许电流Imax(对于直流电动机)必须大于运 行过程中可能出现的最大负载转矩TLmax和最大 负载电流ILmax ,即
对于异步电动机
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6.1 电动机容量选择的原则
选择电动机容量应根据以下三项基本原则进行。
(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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为了达到这个目的，正确选择电动机的额定功 率十分重要。电动机的额定功率选择即不能过小 也不能过大。 确定电动机额定功率时，要考虑电动机的发热、 允许过载能力与起动能力等因素，一般情况下， 以发热问题最重要。所以我们首先要研究电动机 的发热和冷却的一般规律，然后再根据负载运行 的不同情况选择电动机的容量。
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三、断续周期工作制(重复短时工作制)
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。 FC %＝ ×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。
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2.带变动负载时电动机容量的选择
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