第二十二十一讲电力拖动系统电动机的选择.ppt
《第二十二十一讲电力拖动系统电动机的选择.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二十二十一讲电力拖动系统电动机的选择.ppt(87页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、2019/4/7,1,第二十、二十一讲 电力拖动系统电动机的选择,杜少武,2019/4/7,2,电力拖动系统电动机的选择,几个基本概念,温升:电动机温度与周围环境温度之差。 额定温升:电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允许温度与40之差。 不同绝缘材料的最高允许温度: 1)A级绝缘:最高允许温度为105C; 2)E级绝缘:最高允许温度为120C; 3)B级绝缘:最高允许温度为130C; 4)F级绝缘:最高允许温度为155C; 5)H级绝缘:最高允许温度为180C,2019/4/7,3,电力拖动系统电动机的选择,选择电动机功率时,除考虑发热外,有时还要考虑电动机的过载能力是否足够,因为
2、各种电动机的短时过载能力都是有限的。 校验电动机的过载可按下列条件,对于异步电动机,对于直流电动机,过载能力受换向所允许的最大电流值的限制,对Z2型与Z型直流电动机,在额定磁通下,一般,对于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的ZZ型和ZZY型电动机,以及同步电动机,一般,2019/4/7,4,电力拖动系统电动机的选择,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类 2、连续工作制电动机的选择 3、短时工作制电动机的选择 4、断续周期工作制电动机的选择 5、笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定 6、带冲击负载时电动机的选择 7、电力拖动调速电动机功率的选择 8、选择电动机功率的统计法 9、电动机
3、电流种类、形式、额定电压与额定转速的选择,2019/4/7,5,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程 电动机的发热是由于工作时,在其内部产生损耗DP造成的,其值为,假设功率损耗全部转换成热量,则电动机单位时间内发出的热量,即热流量为,2019/4/7,6,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,设电动机的热容为C(电动机温度升高1C所需的热量),A=aS为电动机的散热系数(其中S为散热表面积,a为传热系数,即温度升高1C时,每秒钟向单位面积上散发的热量) 则电动机的热平衡方程式为,令,tQ 为发热过程的起始温升,2019/4/7,7,1、电动机的发
4、热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,若发热过程从周围介质温度开始,即tQ0,则,t,t,0,tW,tQ,发热终了时,温升不再增加,表明电动机发出的热量将全部向周围介质散发掉。,2019/4/7,8,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的发热过程,电动机的最高稳定温升可达,对同样尺寸的电动机,欲使其额定功率提高,可以: 提高额定效率h ; 提高散热系数A; 提高绝缘材料的允许温升。,2019/4/7,9,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机的冷却过程,电动机的冷却可能有两种情况。其一是负载减小,电动机损耗功率P 下降时;其二是电动机自电网断开,不再工作,电
5、动机的P 变为零。,若电网断开后,DP =F = 0,即tW = 0,则,冷却过程温升变化规律方程式为:,t,t,0,tW,tQ,2019/4/7,10,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机工作制的分类,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、机床主轴等。,短时工作制 电动机的工作时间较短,在此时间内温升达不到稳定值,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、水闸闸门启闭机等。,2019/4/7,11,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机工作
6、制的分类,断续周期工作制 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ZC,一般规定tg+t010min。,2019/4/7,12,1、电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类,电动机工作制的分类,连续周期工作制 负载持续率ZC与断续周期工作制相似,亦为,同样规定tg+t010min。 本质上属于连续工作制,只不过为负载周期变化的连续工作制。,2019/4/7,13,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,在计算出负载功率PZ 后,选择额定功率PN。,一般,按常值连续负载,环境温度为40C时设计的,当环境温度与40C相差较大时,其输出功率可与额定功率不同。 设环境
7、温度为40C时,电动机稳定温升为tWN,热流量为FN,额定功率为PN。实际环境温度为q0,稳定温升为tW,热流量为F,允许输出功率为P。绝缘材料最高允许温度为qm,则,2019/4/7,14,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,2019/4/7,15,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,若电动机磁通保持不变(cosj2也近似不变),则,若电动机转速亦保持不变,代入,再代入,2019/4/7,16,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,必须指出,工作环境的海拔高度对电动机温升有影响,这是由于海拔高度越高,虽然气温降低越多,但由于空气稀薄,
8、散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿,因此规定,使用地点的海拨高度不超过1000m时,额定功率不必进行校正。当海拔高度在1000m以上时,平原地区设计的电动机,出厂试验时必须把允许温升降低,才能供高原地带应用。,在周围环境温度不同时,电动机功率可粗略地相应增减,见下表。,2019/4/7,17,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,例题:一台与电动机直接联结的离心式水泵,流量为90m3/h,扬程20m,吸程5m,转速为2900rpm,泵的效率hB=0.78 ,试选择电动机。,解:水泵在电动机轴上的负载功率为,V泵每秒排出的水量(m3/s); g水的比重,g = 9810N
9、/m3;H排水高度 (m); hB泵的效率,活塞式泵为0.80.9,高压离心泵为0.50.8,低压离心泵为 0.30.6; h传动机构效率,直接联接为0.951,皮带传动为0.9,2019/4/7,18,2、连续工作制电动机的选择,常值负载下电动机功率的选择,例题:一台与电动机直接联结的离心式水泵,流量为90m3/h,扬程20m,吸程5m,转速为2900rpm,泵的效率hB=0.78 ,试选择电动机。,解:水泵在电动机轴上的负载功率为,选择JO-51-2型异步电动机即可,其数据为:PN=10KW,UN=380V,nN=2920rpm,对选用的电动机不必进行发热校验。,2019/4/7,19,2
10、、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,一般情况下,电动机是为常值负载工作而设计的。这种电动机用于变化负载下的发热情况,必须进行校验。 所谓发热校验,就是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升,因为只有这样,电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。,2019/4/7,20,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下:,1)计算并绘制生产机械负载图PZ=f(t)或TZ=f(t); 2)预选电动机的功率,在过渡过程中,可变损耗与电流平方成正比,电动机发热较为严重,电动机额定功率按下式预选,2019/4/7,
11、21,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下:,3)作出电动机的负载图 DP=f(t)、I=f(t)、T=f(t)或P=f(t)。作图时应考虑电动机的稳定运转及过渡过程等工作情况; 4)进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。 如果校验通过,并且功率适当,电机容量即可确定; 如果校验不通过或电机容量选择过大,则重新选择电机,再作电机负载图进行校验,如此反复,直至电机容量合适。,2019/4/7,22,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,1)平均损耗法 周期变化负载下,若变化周期较短tztz时,稳态时温
12、升波动小,发热校验时可用平均温升td代替tmax。,稳态时,tQn=txn,则,2019/4/7,23,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,1)平均损耗法,若给出P=f(t),则,若DPd DPN ,表明预选电动机功率太小,发热校验不通过,重选功率较大的电机,再进行发热校验; 若DPd DPN,表明预选电动机功率太大,电机得不到充分利用,改选功率小一些的电机,再进行发热校验;,该方法适应电机大多数工作情况下的发热校验,但步骤太复杂。,2019/4/7,24,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2)等效法等效电流法,变化负载
13、下,第i级负载的损耗为,把平均损耗中的可变损耗DPd 所对应的电流称为等效电流 Idx;,2019/4/7,25,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2)等效法等效电流法,等效电流法,就是按照损耗相等的原则,求出一个等效的不变的电流Idx来代替变化的负载电流I = f(t)(对于交流异步电动机,应为定子电流),如果预选电动机的额定电流满足下列条件:INIdx,则发热校验通过。,2019/4/7,26,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2)等效法等效电流法,等效电流法是由平均损耗法推导而来的,在推导过程中假设损耗p0及电动
14、机主电路电阻不变。 在某些情况下,如深槽及双笼电动机,在经常起动时不能用等效电流法进行发热校验,因为深槽及双笼电动机起动时损耗及电动机主电路电阻均发生变化。此时可改用平均损耗法进行发热校验。,2019/4/7,27,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2)等效法等效转矩法,有时已知的不是负载电流图,而是转矩图 ,可以写成转矩形式,如果预选电动机的额定转矩TNTdx,则发热校验通过。TN可由下式算出,等效转矩法由等效电流法推导而来的,前提是T与I成正比,若T与I不成正比,如直流电动机弱磁调速过程或交流异步电动机负载极小,接近空载,而空载电流又比较大时,可将T
15、= f(t)改绘成 I = f(t),再用等效电流法进行发热校验,也可用修正后能反映电动机发热的转矩进行发热校验。,2019/4/7,28,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2)等效法等效转矩法,直流电动机弱磁调速时,可对Ti进行修正,修正方法是使Ti按因磁通减弱而使电流增大的同样比例增加,如直流电动机弱磁调速时电枢电压保持不变,则,2019/4/7,29,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2)等效法等效转矩法,当异步电动机空载电流比较大,负载极小接近空载时,也必须对Ti进行修正,修正方法是: 如果有定子电流I1(一般
16、为I1/I1N)对转矩T(一般为T/TN)的关系曲线,则可以按此曲线查出对应于Ti/TN的I1i/I1N的数值,而后进行修正,如果没有I1/I1N=f(T/TN)曲线,则可以按下式进行修正,其中I0为空载电流,2019/4/7,30,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2)等效法等效功率法,等效功率法是当转速基本不变时由等效转矩法引出来的。,如 PNPdx,则电动机的发热校验通过。同样,必须进行功率过载能力的校验,2019/4/7,31,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,2)等效法等效功率法,等效功率法是当转速基本不变时
17、由等效转矩法引出来的。当转速变化时,如起动、制动和直流电机降压调速时,在nnN的区段,必须进行功率修正。,直流电机弱磁调速,且电枢电压不变时,nnN,不须进行功率修正。,P与I成正比,2019/4/7,32,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,3)有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正,若一个周期内的负载变化包含起动、制动、间歇等过程,如下图所示。如果自扇冷式电机,则散热条件变坏,实际温升要提高,一般应对校验发热公式进行修正。,修正办法是:将发热公式分母对应的起动、制动、间歇时间前乘以一个小于1的系数。,2019/4/7,33,2、连续工作制电动机的选择
18、,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,3)有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正,如下图所示,修正后等效电流为。,对直流电动机,a=0.75,a0=0.5;对异步电动机, a=0.5,a0=0.25。,2019/4/7,34,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,4)等效法在非恒值变化负载下的应用,如果非恒值变化负载电流图如下图所示,电流随时间变化的函数是已知的,则,2019/4/7,35,2、连续工作制电动机的选择,变化负载下电动机功率的选择,发热校验的方法,4)等效法在非恒值变化负载下的应用,另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段,如图中
19、虚线,求出各段的等效值,然后求出等效电流值。,t1时间段,t5时间段,2019/4/7,36,2、连续工作制电动机的选择,例题:下图中绘出了具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直接与摩擦轮1相联结,摩擦轮旋转,靠摩擦力带动绳子及罐笼3(内有矿车及矿物G)提升或下放。尾绳系在两罐笼之下,以平衡提升机左右两边绳子的重量。提升机用双电动机拖动,试计算电动机功率。,2019/4/7,37,2、连续工作制电动机的选择,例题:已知下列数据,井深H=915m; 负载重G=58800N;每个罐笼重G3=77150N;主绳与尾绳每米重G4=106N/m; 摩擦轮直径d1=6.44m;摩擦轮飞轮惯量GD1
20、2=2730000Nm2; 导轮直径 d2=5m;导轮飞轮惯量GD22=584000Nm2; 额定提升速度vN=16m/s;提升加速度a1=0.89m/s2;提升减速度a3=1m/s2; 周期长tz=89.2s; 摩擦用增加负载重的20%考虑,2019/4/7,38,2、连续工作制电动机的选择,解:,预选电动机功率,式中k=1.21.25 考虑起动及制动过程中加速转矩的系数。,取k=1.25,则,每个电动机功率为700kW,转速为,2019/4/7,39,2、连续工作制电动机的选择,解:,对功率为700kW,转速为47.5rpm的电动机,查手册得其飞轮矩为,阻转矩为,加速时间为,加速阶段罐笼行
21、经高度,2019/4/7,40,2、连续工作制电动机的选择,解:,减速时间,减速阶段罐笼行经高度,稳定速度罐笼行经高度,稳定速度运行时间,间歇时间,2019/4/7,41,2、连续工作制电动机的选择,解:,折算到电动机轴上系统总的飞轮矩,导轮转速,两导轮折算到电动机轴上的飞轮矩为,式中GDa2为系统中转动部分的飞轮矩; GDb2为系统中直线运动部分的飞轮矩 。,2019/4/7,42,2、连续工作制电动机的选择,解:,系统直线部分重量折算到电动机轴上总的飞轮矩,系统直线部分总重量,直线部分重量折算到电动机轴上的飞轮矩,式中,2019/4/7,43,2、连续工作制电动机的选择,解:,系统总的飞轮
22、矩,加速阶段的加速转矩,减速阶段的动态转矩,2019/4/7,44,2、连续工作制电动机的选择,解:,电动机转矩,加速阶段(t1=18s),稳定运行阶段(t2=40.2s),减速阶段(t1=16s),间歇阶段(t1=15s),2019/4/7,45,2、连续工作制电动机的选择,解:,根据上列数据绘制电动机负载转矩图如下图所示。,等效转矩Tdx为,式中散热恶化系数 a=0.75,a0=0.5,则,2019/4/7,46,2、连续工作制电动机的选择,解:,过载能力校验,两电机的等效功率,2019/4/7,47,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,设短时功率为Pg ,时间
23、为tg 。若选择连续工作制电动机,使PNPg,显然,在t=tg时,温升只能达到tg,而达不到tm,如下图所示。由发热观点,电动机不能得到充分利用。,若选用连续工作制电动机,使PNPg,在工作时间tg内电动机过载运行,但温升在t=tg时达到tw,这样电机在发热上得到充分利用了。,短时工作制,可选用为连续工作制而设计的电动机,也可选用为短时工作制而设计的电动机。,2019/4/7,48,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,选择PN的依据是tg-tw=tm,即,功率过载倍数,k=1,2019/4/7,49,3、短时工作制电动机的选择,一、选用为连续工作制而设计的电动机,根
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二十二 十一 电力 拖动 系统 电动机 选择
链接地址:https://www.31doc.com/p-2556396.html