第五章 电力拖动系统电动机的选择

电力拖动系统设计摘要：电力拖动系统电动机的选择，首要的是在各种工作制度下电动机功率的选择，同时还要确定电动机的电流种类、类型、额定电压与额定转速。

正确决定电动机的功率与很重要的意义。

如果功率过大，会造成浪费，设备投资增大，而且电机经常欠载运行，效率及交流电动机的功率因数较低，运行费用较高，急不经济；反之如果功率选择小了，电机将过载运行。

造成电动机过早的损坏。

或者在保持电动机不过热的情况下，只能降低负载使用。

因此，电动机不适当地选择得太大货太小。

都将对国民经济造成损失。

决定电动机功率时，要考虑电动机的发热，允许过载能力与起动能力等三方面的因素。

一般情况下，发热问题最为重要。

关键字：同步电动机异步电动机接触器1电力拖动系统中电动机的选择1.1绝缘材料的等级电动机在负载运行时, 其内部总损耗转变为热能使电动机温度升高。

而电动机中耐热最差的是绝缘材料,若电动机的负载太大, 损耗太大而使温度超过绝缘材料允许的限度时, 绝缘材料的寿命就急剧缩短, 严重时会使绝缘遭到破坏, 电动机冒烟而烧毁。

这个温度限度称为绝缘材料的允许温度。

由此可见, 绝缘材料的允许温度就是电动机的允许温度；绝缘材料的寿命就是电动机的寿命。

1电机中常用绝缘材料的耐热等级和温度限值如表一所示如表中的绝缘材料的最高允许温升(也称允许温升)就是最高允许温度与标准环境温度 40℃的差值, 它表示一台电动机能带负载的限度, 而电动机的额定功率就代表了这一限度。

电动机铭牌上所标注的额定功率, 表示在环境温度为 40℃时, 电动机长期连续工作, 而电动机所能达到的最高温度不超过绝缘材料最高允许温度时的输出功率。

当环境温度低于 40℃时, 电动机的输出功率可以大于额定功率；反之, 电动机的输出功率将低于额定功率, 以保证电动机最终都能达到或不超过绝缘材料的最高允许温度。

当绝缘处于表一所示的极限工作温度时,电机的使用寿命可以长达15~20年。

如果高于表一所表示的温度连续运行,电机的使用寿命将迅速下降。

电力拖动系统电动机的选择读书报告电力拖动系统电动机的选择，首要的是在各种工作制下电动机功率的选择，同时还要确定电动机的电流种类、型式、额定电压与额定转速正确选择电动机功率的原则：在电动机能够胜任生产机械负载要求的前提下，最经济最全理地决定电动机的功率。

决定电动机功率时，要考虑电动机的发热、允许过载能力与起动能力三方面的因素，一般情况下，发热问题最重要电动机的发热：由于在实现能量变换过程中在电动机内部产生损耗并变成热量使电动机的温度升高。

绝缘材料的最高允许温度是一台电动机带负载能力的限度，而电动机的额定功率就是代表这一限度。

电动机工作制的分类1、连续工作制电动机连续工作时间很长，其温升可达稳定值。

属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机订主轴等。

2、短时工作制电动机的工作时间较短，在此时间内瘟升达不到稳定值，而停车时间又相当长，电动机的温度可以降到周围介质的温度。

属于此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸门启闭机等。

3、断续周期工作制在这种工作制中，工作时间和停歇时间轮流交替，两段时间较短。

属于这类工作制的生产机、械有起重机、电梯、轧钢辅助机械等连续工作制电动机的选择一、常值负载下电动机功率的选择在计算出负载功率后，选择额定功率等于或略大于负载功率的电动机。

电动机起动电流较大，但由于起动时间较短，对电动机发热影响不大，可以不考虑。

如果选用笼弄异步电动机，一般还须校验其起动能力。

必须指出，工作环境的海拔对电动机温升有影响，这是由于海拔越高，虽然气温降低堪虞多，但是由于空气稀薄，散热条件大为恶代。

这两主面的因素互相补偿，因此规定，使用地点的海拔不超过1000m时，额定功率不必进行校正。

当海拔在1000m以上时，平原地区高计的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原地带应用。

二、变化负载下电动机功率的选择在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而设计的。

因此这种电动机用于变化负载下的发热情况，必须进行校验。

第五章电力拖动系统电动机的选择第五章电力拖动系统电动机的选择5-1 电力拖动系统中电动机的选择主要包括哪些内容？答：内容：电机额定功率选择、电机种类、额定电压、额定转速及外部结构形式。

5-2 确定电动机额定功率时主要应考虑哪些因素？答：主要考虑负载情况和进行发热校验。

5-3电动机的额定功率选得过大和不足时会引起什么后果？答：如果额定功率选小了，电动机经常在过载状态下运行，会使它过热而过早的损坏，还有可能承受不了冲击负载或造成起动困难。

如果额定功率过大，此时不仅增加了设备投资，而且由于电动机经常在欠载运行，其效率及功率因数等性能指标变差，浪费了电能，增加了供电设备的容量，使综合效益下降。

5-4 电动机的温度、温升、及环境温度三者之间有什么关系？答：电动机温度比周围环境温度高出的值称为温升。

当电动机的温度高于周围环境温度时，电动机就要向周围散热；温升越高，散热越快。

当单位时间内产生的热量与单位时间内散发到周围介质中的热量相等时，电动机的温度不再升高，达到了所谓的热稳定状τ，其大小决定于电动机的负载。

态，此时的温升为稳定温升w5-5 电机的温升按什么规律变化？两台同样的电动机，在下列条件下拖动负载运行时，它们的起始温升、稳定温升是否相同？发热时间常数是否相同？（l）相同的负载，但一台环境温度为一般室温，另一台为高温环境；（2）相同的负载，相同的环境，一台原来没运行，一台是运行刚停下后又接着运行；（3）同一个环境下，一台半载，另一台满载；（4）同一个房间内，一台自然冷却，一台用冷风吹，都是满载运行。

答：规律：发热过程开始时，由于温升小，散发出去的热量少，大部分热量被电动机所吸收，所以温升上升较快。

其后随着温升的升高，散发的热量逐渐增加，电动机吸收的热量则逐渐减少，使温升的变化缓慢了。

当发热量与散热量相等时，电动机的温升不再τ。

升高，达到一稳定值w（1）起始温升不同，稳态温升和时间常数相同（2）起始温升和稳态温升不同，时间常数相同。

第三节电动机的选择1、选择电动机时应考虑的几个方面。

1）应根据电力拖动系统不同的工作方式确定电动机的容量，使电动机在整个工作过程中温升不超过允许值。

2）电动机应该满足生产机械对起动、制动、调速及过载能力等方面的要求。

3）选配电动机容量时，应考虑电网电压降低对电动机转矩的影响，留有一定裕度。

4）应根据技术经济指标以及工作环境等，选择电动机的类型，电压等级和结构型式。

2、电动机类型的选择电动机分为直流和交流两大类，交流电动机又分为鼠笼式异步电动机、绕线式异步电动机和同步电动机等。

1）用直流还是交流电动机的问题应尽量优先采用交流异步电动机。

因为交流异步电动机结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便，且交流电源容易获得。

钻井机械大多采用直流电动机，海上平台机械大部分采用交流电动机。

随着可空控硅技术的发展，使交流电动机很容易获得较理想的调速性能。

2）、异步电动机采用鼠笼型还是绕线型的问题对于不需要调整的生产机械，应尽量选用鼠笼型电动机。

因鼠笼电机容易维护，价格低廉。

如水泵、压缩机、风扇等均采用鼠笼电机。

当电网容量较小，或起动转矩要求很大，采用鼠笼电机在技术上不可能或经济上不合理时，才考虑用绕线电动机，不过需要经过技术经济比较来确定。

3）、交流电动机采用异步电动机还是同步电动机对于不需要调速的生产机械，可以用异步机也可以用同步机。

同步电动机的优点是可以提高供电电网的功率因数，但其结构较复杂，操作与维护较麻烦，投资也较大。

同步电动机适用于要求恒速或需要改善功率因数的场合，一般在低速、大容量时采用同步电动机比较合理，如天然气压缩机等。

4）、电动机电压等级的确定电动机的额定电压应与供电网路的电压等级相一致，目前海上油田采用380V供电，大型机械设备用3300V获6300V供电，当电动机额定功率超过200kW 时，应尽量选用高压电动机（为6300V）。

对其它生产机械，当所需容量较大时，应尽量采用高压电动机。

目前我国生产的低压电动机最大容量为320kW，高压电动机最小容量为200kW。

电力拖动设备的选型与设计在现代工业生产中，电力拖动设备被广泛应用于各个领域，如机械制造、交通运输、能源等。

电力拖动设备的选型和设计对于设备的性能、效率和可靠性都具有重要影响。

本文将从电机选型、传动系统设计和控制系统设计三个方面，介绍电力拖动设备的选型与设计。

一、电机选型电机是电力拖动设备的核心部件，选择合适的电机对于设备的运行稳定性和效率至关重要。

在进行电机选型时，需要考虑以下几个关键因素：1. 负载特性：根据设备的负载特性确定电机的工作方式（恒转矩、恒功率等）及功率需求。

2. 转速与转矩要求：根据设备的工作要求确定电机的额定转速和额定转矩，以确保电机能够满足设备的工作要求。

3. 工作环境条件：考虑设备运行环境的温度、湿度、震动等因素，选择适合的电机防护等级和绝缘等级。

4. 维护和运行成本：选择具有高效率、可靠性高且维护成本低的电机，以降低设备的运营成本。

二、传动系统设计传动系统是电力拖动设备中将电机输出的动力传递至工作部件的系统。

传动系统的设计需要考虑以下几个方面：1. 传动方式：根据设备的工作要求选择合适的传动方式，如直接驱动、齿轮传动、皮带传动等。

2. 传动元件选择：根据设备的转速和转矩要求选择合适的传动元件，如齿轮、链条、皮带等。

3. 传动比的确定：根据设备的工作要求和负载特性确定传动比，以保证工作部件获得合适的转速和转矩。

4. 传动效率考虑：在传动系统设计中要尽量提高传动效率，减少能量损耗，提高设备的能源利用率。

三、控制系统设计控制系统是电力拖动设备中的调节和控制部分，对于设备的性能和控制精度起着重要作用。

控制系统设计需要考虑以下几个方面：1. 控制方式选择：根据设备的工作要求选择合适的控制方式，如开环控制、闭环控制、调速控制等。

2. 控制器选择：根据设备的要求选择合适的控制器，如PLC、变频器等。

3. 信号处理与反馈：在设计控制系统时，需要考虑传感器的选择和信号处理，以及反馈控制和保护措施的设计。

电力拖动方案确定原则和电动机的选择一、电力拖动方案确定原则交流电机特别是笼型异步电动机构造简单、运行可靠、价格低廉、维修方便、应用广泛，所以在选择电力拖动方案时，首先应尽量考虑笼型异步电动机，只有那些要求调速范围大和频繁起制动的机床，才考虑采用直流或交流无级调速系统。

因此，应依机床对调速的要求来考虑电力拖动方案。

1、对于一般无特殊调速指标要求的机床，应优先采用笼型异步电动机。

2、对于要求电气调速的机床，应根据调速技术要求，如调速范围、调速平滑性、调速级数和机械特性硬度来选择电力拖动方案。

①若调速D=2~3（其中D=nmax/nmin）,额定负载下，调速级数£2~ 4，一般采用可变极数的双速或多速笼型异步电动机。

②若D=3~10，且要求平滑调速时，在容量不大的情况下，应采用带滑差电磁离合器的笼型异步电动机拖动方案。

③若调速D=10~100，可采用晶闸管直流或交流调速拖动方案。

1、电动机的调速性质应与负载特性相适应调速性质是指在整个调速范围内转矩和功率与转速的关系，有恒功率和恒转矩输出两种。

以车床为例，其主运动需要恒功率传动，进给运动则要求恒转矩传动。

若采用双速笼型异步电动机，当定子绕组由三角形改成双星形连接时，转速由低速升为高速，而功率却增加很少，适用于恒功率传动。

但当定子绕组由低速的星形连接改成双星形连接后，转速和功率都增加一倍，而电动机输出转矩却保持不变，适用于恒转矩传动。

二、电动机的选择机床的运动部分大多数由电动机驱动。

因此，正确地选择电动机具有重要的意义。

1.电动机构造形式确实定一般来说，应采用通用系列的普通电动机，只有在特殊场合才采用某些特殊构造的电动机，以便于安装。

在通常的环境条件下，应尽量选用防护式（开启式）电动机。

对易产生悬浮飞扬的铁屑或废料、或者切消液、工业用水等有损于绝缘的介质能侵入电动机的场合，应采用封闭式为宜。

煤油冷却切削刀具或加工易燃合金的机床应选用防爆式电动机。