7.2 电动机额定功率的选择（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目7 电动机的选择 7.2 电动机额定功率的选择 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.能够理解电动机的发热过程，包括热量产生的原因、热量传递和散热机制，掌握影响电动机发热的因素，如电流、电阻、负载、运行时间和散热条件等。 2.能够清晰区分电动机的三种工作制（S1 - 连续工作制、S2 - 短时工作制、S3 - 断续周期工作制），了解每种工作制的特点、适用场景工作时间范围等。 能力目标 1.培养分析问题和解决问题的能力，能够根据具体的负载要求和工作条件，准确分析电动机的运行情况，选择合适的电动机额定功率。 2.培养自主学习能力和信息检索能力，引导在课后通过查阅资料、参考实际工程案例等方式，进一步拓展和深化对电动机额定功率选择的认识。 情感目标 1.培养对电机工程领域的兴趣和热情，激发主动探索电动机相关知识的积极性。 2.培养严谨的科学态度和实事求是的精神，在进行电动机容量选择时，注重细节，认真分析各种因素，避免粗心大意导致的错误。 项目7 电动机的选择 导入情景 01 起重机 通风机 新知学习 02 一、电动机的发热过程 电动机是由多种材料(铜、铁、绝缘等)构成的复杂物体，要精确研究电动机的发热、冷却过程是非常困难的，从工程角度出发，为分析简便与有效起见，常作以下假设。 (1)电动机是一个均匀的发热体，其比热容、散热系数为常数，电动机各部分温度均匀。 (2)电动机向周围介质散发的热量与电动机和周围介质的温差成正比，与电动机本身的温度无关。 新知学习 02 一、电动机的发热过程 在电动机工作过程中，各部分产生的损耗转变成热能其中一部分被电动机本身吸收，使电动机温度升高，其余部分通过电动机的表面散发到周围介质中。 设电动机初始温升为 ，稳定温升为 ，若使电动机的额定温升 ，则电动机可以正常运行。 随着运行时间的变化，电动机发热过程的温升曲线如图7-1所示。 新知学习 02 二、电动机的工作制 电动机的工作制是对电动机承受负载情况的说明，它包括起动、电制动、空载、断能停转以及这些阶段的持续时间和先后顺序，选择电动机额定容量时需要考虑电动机的工作制。电动机工作制有 S1~S10等，以下主要介绍S1~S3。 1.S1-连续工作制 电动机在恒定负载下的运行时间足以达到热稳定，即达到温升稳定值。采用连续工作制的生产机械有水泵、鼓风机、机床主轴等。 新知学习 02 二、电动机的工作制 2.S2一短时工作制 电动机在恒定负载下按给定的时间运行，该时间不足以达到热稳定，随之即断能停转足够时间，使电动机再度冷却到与冷却介质温度之差在 2K以内。采用短时工作制的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械等。GB/T 755一2019《旋转电机，定额和性能》规定的短时工作制时间有15min、30min、60min、90min等。 新知学习 02 二、电动机的工作制 3.S3-断续周期工作制 电动机按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。在断续周期工作制中，工作时间和停歇时间轮流交替，两段时间都较短。在工作期间电动机温升来不及达到稳定值，而在停歇期间，温升也来不及降到冷却后的稳定温升。经过一个工作与停歇的周期，温升有所上升，最后温升将在某一范围内上下波动。采用断续周期工作制的生产机械有起重机、电梯、轧钢辅助机械等。 断续周期工作制与短时工作制相似，若连续运行，电动机将会过热。 新知学习 02 二、电动机的工作制 在断续周期工作制中，负载工作时间与整个周期之比称为负载持续率FC%，用百分数表示，即 GB/T 755一2019规定的负载持续率有 15%、25%、40%、60%等4种，一个周期的总时间规定为10min。 ——工作时间; 一一停歇时间。 新知学习 02 三、电动机的容量选择和过载能力 从温升角度分析，配置的电动机额定功率合适，电动机运行时的稳态温度将与绕组绝缘材料允许的最高温度相当，电动机就能够达到合理的使用年限，从绝缘结构方面可认为电动机得到了充分利用。 电动机的容量选得过小，电动机过载运行，提高了所承受的机械负荷强度，电动机稳态温度就会超出绕组绝缘材料允许的最高温度，增加了温升，缩短了电动机的使用寿命因此不能保证生产机械可靠工作。 运行在一定环境温度下的电动机，其负载越大，实际运行时的电动机温度也越高。需要按绝缘材料的允许温度确定电动机的温升限值，进而确定电动机的允许带负载能力。 新知学习 02 三、电动机的容量选择和过载能力 电动机功率选得过大，则设备投资增加，电动机运行在轻载条件下，实际效率、功率因数等性能指标较低，电动机稳态温度比绝缘材料允许的最高温度低很多，按照发热条件看，电动机没有得到充分利用，运行经济性差。 电动机额定容量的选择原则应该是，在满足生产机械负载要求的条件下，尽量选额定功率小的电动机。 电动机的过载能力取决于它的电气性能，对于变化的负载，在决定电动机的容量时，需要校验它的过载能力。电动机的最大转矩应不小于负载转矩的最大值，并考虑干扰系数。每一台具体的电动机，其过载能力可以在制造企业产品目录样本中查到。 新知学习 02 三、电动机的容量选择和过载能力 由于生产机械的传动机构在静止状态下的摩擦阻力往往大于运动时的摩擦阻力，因此要使所选的电动机能带着负载起动，应使电动机的起动能力满足负载要求。 直流电动机过载能力受换向的限制，但在刚起动时转速等于零，有利于换向，因此，一般说来，起动时容许的电流过载倍数可略大于正常工作时允许的电流过载倍数。 在选用笼形异步电动机时，由于它的起动转矩较小，且受电网电压波动的影响大，因此除需校验过载能力之外，还需校验起动转矩。如果起动转矩不够大，可以考虑选用起动性能较好的深槽式异步电动机、双笼形异步电动机或者高转差率笼形异步电动机。 新知学习 02 四、电动机额定容量的选择方法 需要根据具体情况采取不同的额定功率选择方法。 1.连续工作的电动机容量的选择 选择电动机额定功率一般分 3 步: 计算负载功率，预选电动机，校核电动机的发热 过载能力 起动能力 连续工作的负载可分为两类: 恒定负载与周期变化的负载。 从节约能源的方面考虑，需要正确选择电动机的额定功率。生产实际中的负载性质是多种多样的，有时不可能按照发热观点中充分利用电动机的要求来选择电动机的额定功率。 新知学习 02 四、电动机额定容量的选择方法 (1)恒定负载连续工作的电动机额定功率的选择。 恒定负载选择电动机的容量较简单。先计算出负载功率，再选择一台额定功率为 ，满足的电动机即可。 通常以环境温度 40C为基准温度，当电动机工作的实际环境温度常年与40˚C相差较大时，工程上可用下式修正电动机允许输出功率 当实际环境温度低于 40C时，电动机允许输出的功率增大，即电动机可提高容量使用。当实际环境温度高于 40C时，电动机允许输出的功率减小，即电动机需降低容量使用。 新知学习 02 四、电动机额定容量的选择方法 (2)负载周期变化的连续工作电动机容量的选择。 图7-2所示为一个周期内负载变化的生产机械负载。根据负载图可以求出平均功率为 电动机选好后，应进行发热校核。发热校核的方法有平均损耗法、等效电流法、等效转矩法及等效功率法。 新知学习 02 四、电动机额定容量的选择方法 2.短时工作的电动机容量的选择 有短时间工作需要时，可选用专门为短时工作制而设计的电动机，也可选用连续工作制的电动机。 (1)选用短时工作制的电动机。可以按生产机械的工作时间、功率和转速的要求，直接在产品样本上选择合适的电动机。如果短时负载是变化的，可求出平均功率，进行选择，并校验过载能力。如果电动机实际工作时间与标准工作时间不一致，可用近似换算公式 新知学习 02 四、电动机额定容量的选择方法 (2)选用连续工作制的电动机。短时工作制负载选用连续工作制电动机，若按生产机械所需功率来选择容量，运行时电动机将不会达到最大允许温升，电动机没有被充分利用。可以选用电动机功率比生产机械小一些，短时过载运行，运行结束时温升接近而不超过允许温升。 电动机容量为 新知学习 02 四、电动机额定容量的选择方法 3.断续周期工作的电动机容量的选择 在继续周期工作方式下，每个周期有起动、制动和停车等阶段，要求电动机具有起动和过载能力强、机械强度大、惯性小等特点，应选择能满足这些要求的断续周期工作制电动机。 若负载恒定，可根据生产机械的负载持续率、功率和转速从产品样本中直接选取合适的电动机。 若负载是变化的，则按等效功率选择并校验。 新知学习 02 四、电动机额定容量的选择方法 4.选择电动机容量的工程方法 实际选择电动机功率时经常采用工程简化方法。 (1)统计法。统计法就是对各种生产机械的动电动机进行统计分析，找出电动机容量与生产机械主要参数之间的关系，用数学公式表示，作为类似生产机械选择拖动电动机容量时的依据。 (2)类比法。通过调查长期运行考验的同类生产机械采用的电动机容量，然后对主要参数和工作条件进行类比，从而确定新的生产机械拖动电动机的容量。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 短时工作制的电动机，其工作时间通常在（ ）。 A. 15 分钟以内 B. 30 分钟以内 C. 60 分钟以内 D. 90 分钟以内 答案：B 解析：短时工作制（S2）的电动机工作时间通常在 30 分钟以内。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 在选择电动机容量时，需要考虑（ ）。 A. 负载的功率 B. 负载的转速 C. 工作环境 D. 以上都是 答案：D 解析：选择电动机容量时，要考虑负载的功率、转速以及工作环境等因素。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 电动机容量选择过大，会导致（ ）。 A. 成本增加 B. 效率降低 C. 运行不经济 D. 以上都是 答案：D 解析：电动机容量选择过大，设备成本增加，运行效率降低，不经济。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 短时工作的电动机容量选择，通常按照（ ）来确定。 A. 过载能力 B. 发热情况 C. 启动转矩 D. 以上都不对 答案：B 解析：短时工作的电动机容量选择主要根据发热情况来确定。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 在选择电动机容量的工程方法中，常用的方法有（ ）。 A. 类比法 B. 计算法 C. 统计法 D. 以上都是 答案：D 解析：工程中选择电动机容量常用类比法、计算法和统计法等。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 某台设备工作时间为 20 分钟，停止 40 分钟，然后再工作 20 分钟，该设备的电动机属于（ ）工作制。 A. S1 B. S2 C. S3 D. 以上都不对 答案：C 解析：工作和停止交替进行，属于断续周期工作制（S3）。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 一台电动机，其额定转矩为 100 N・m，最大转矩为 150 N・m，其过载能力为（ ）。 A. 1.5 B. 1.3 C. 0.67 D. 0.5 答案：A 解析：过载能力 = 最大转矩 ÷ 额定转矩 = 150÷100 = 1.5。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 选择电动机容量时，若工作环境温度较高，应（ ）电动机容量。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 以上都不对 答案：A 解析：工作环境温度较高时，电动机散热条件变差，为保证正常运行，应增大电动机容量。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 分别说明连续工作制（S1）、短时工作制（S2）和断续周期工作制（S3）电动机的特点。 答案：连续工作制（S1）特点：电动机可以在恒定负载下连续运行，且运行时间足够长，足以使电动机的温度达到稳定状态。 短时工作制（S2）特点：电动机的工作时间短，在工作期间电动机温度未达到稳定值就停止工作，且停歇时间较长，足以使电动机冷却到周围环境温度。 断续周期工作制（S3）特点：电动机按一系列相同的工作周期运行，每个周期包括工作时间和停歇时间，工作和停歇时间都较短，电动机在运行期间温度未达到稳定值，在停歇期间温度也未下降到周围环境温度。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 简述电动机过载能力的含义及其在电动机选择中的作用。 答案：在电动机选择中，过载能力具有重要作用： 满足瞬时负载增加的情况：在一些工作过程中，可能会出现瞬间负载增大的情况，如启动时的负载冲击、设备运行中的突发负载变化等。具有一定过载能力的电动机可以在短时间内承受这些过载情况，而不致于立即损坏。 保证系统的稳定性：当系统受到外界干扰或负载波动时，电动机的过载能力可以帮助维持系统的稳定运行，避免因瞬间过载而导致停机或故障。 合理选择电动机容量：在选择电动机容量时，需要考虑到可能出现的过载情况，适当选择具有一定过载能力的电动机，既可以满足正常工作需求，又可以避免因容量过大而造成浪费。 1.连续工作制（S1）：电动机可以在恒定负载下连续运行，且运行时间足够长，足以使电动机的温度达到稳定状态。 2.短时工作制（S2）：工作时间短，在工作期间电动机温度未达到稳定值就停止工作，且停歇时间较长，足以使电动机冷却到周围环境温度。 3.断续周期工作制（S3）：电动机按一系列相同的工作周期运行，每个周期包括工作时间和停歇时间，工作和停歇时间都较短，电动机在运行期间温度未达到稳定值，在停歇期间温度也未下降到周围环境温度。 4.连续工作的电动机容量选择：首先要计算负载功率，然后考虑电动机的效率和功率因数，最后留有一定的余量来确定电动机的额定功率。 课堂小结 04 作业布置 05 简述电动机发热对其运行的影响，并说明如何减少电动机发热。 分别阐述 S1、S2、S3 工作制下电动机的特点，并举例说明哪些设备通常采用这些工作制。 感谢观看 $$