.电动机额定功率的选择（精）

.电动机额定功率的选择（精） 青岛港湾职业技术学院授课教案 编号:第 6周 第2次 课 题 10.1电动机额定功率的选择 班 级 授课日期 年 月 日 星期 掌握电动机的发热与冷却过程。 目 的 掌握电动机的允许温升 与 掌握电动机的工作方式 要 求 掌握电动机额定功率的选择 电动机的允许温升、工作方式及额定功率的选择重 点 电动机的允许温升、工作方式及额定功率的选择难 点 课堂讲授 授课方式 多媒体 教 具 1、 讲解电动机的发热过程。 2、 讲解电动机的冷却过程。 3、 讲解电动机的允许温升。 4、 讲解电动机的工作方式及额定功率的选择方法。 教 学 过 程 设 计 教 学 过 程 第十章 电动机的选择 各种电机在运行过程中都会产生损耗，这些损耗一方面降低了电机运行时的效率，另一方面损耗转变为热能，温度升高。电机温度与周围冷却介质温度之差，称为温升，它是电机的一项重要性能指标。 绝缘材料是电机中耐热性最差的部分。所以发热问题直接关系到电机的使用寿命和运行的可靠性。为了限制发热对电机的影响，使电机的温度不超过一定的数值，一方面要控制电机各部分的损耗，使发热量减少;另一方面要改善电机的冷却系统，提高其传热和散热能力，从而把电机内部的热量很快地传导和散发出去。 电机的温升不仅决定于负载的大小，还与负载的持续时间有关，即与电动机的工作方式有关。根据电机在运行于不同的机械负载和不同的工作方式，有其相应的负载功率计算方式，通过负载功率即可完成对电动机的选择。 10.1电动机的发热与冷却 电动机的热源来自电机内部，即电流流过定子绕组时产生的铜损耗，在铁芯内当磁通变化时所产生的铁损耗，轴承摩擦所产生的机械损耗及附加损耗。电机产生的热量，首先借传导作用传送到电机的外面，然后借辐射和对流作用将热量从电机外表面散发到周围冷却介质中去。 一、 电机的发热过程 电动机运行过程中，各种能量损耗最终变成热能，使得电动机的各个部分温度上升，从而超过周围环境温度。电动机温度高出环境温度的值称为温升。一旦有了温升，电动机就要向周围散热。当电动机单位时间发出的热量等于散出的热量时，温度不再增加，而保持一个稳定不变的温升，称为动态热平衡。 以上温度升高后热过度过秤，称为电动机的发热过程。当电动机发热条件不变时，电动机的温升是按指数曲线变化的，如下图所示。由温升曲线可见，电动机发热过程开始时，由于温升较小，散发出去的热量较少，大部分热量被电动机本身吸收，所以温度上升的快，温升曲线较陡。经过一段时间后，温度高了，温差较大，散发出去的热量不断增多，吸收 的热量不断减少，温升就慢，曲线趋于平缓。最后直到发热量和散热量相等时，电动机的温度不再升高，温升达到稳定值。 图9-1均质等温体的发热曲线 图9-2均质等温体的冷却曲线 二、 电机的冷却过程 一台负载运行的电动机，在温升稳定以后，如果减少或去掉负载，那么电动机内耗及单位时间发热量都会随之减少。这样，原来的热平衡状态被破坏，变为发热少于散热，电动机温度就要下降，温升降低。降温过程中，随着温升减小，单位时间散热量也减少。当重新达到平衡时，电动机不再继续降温，而稳定在一个新的温升上。这个温升下降的过程称为电动记的冷却过程。 电动机冷却过程的温升曲线如果10-2所示。 10.2.1电动机的允许温升 当电机所用的绝缘材料确定后，电机的最高允许温度就确定了，此时温升的限值就取决于冷却介质的温度。一般电机中冷却介质是空气，它的温度随地区及季节而不同，为了制造出能在全国各地全年都能适用的电 o机，并明确统一的检查，国家标准规定:冷却空气的温度定为40C。 o在此环境温度下，电机绕组的温升限值:E级绝缘为75C，B级绝缘为o80C。 电机运行时，输出功率越大，则电流和损耗越大，温度越就越高，但最高温度不得超过绝缘的最高允许温度。因此，电机容许的长期最大输出功率(即电机的容量或额定功率)受绝缘的最高允许温度限制，或者说容量由绝缘的最高允许温度所决定。电机铭牌上所表明的额定功率就是指在标准的环境温度(我国规定为40oC)和规定的工作方式下，其温度不超过绝缘的最高允许温度时的最大输出功率。 10.2.2电动机的工作方式及额定功率 电机工作时，其温升不仅决定于负载的大小，而且与负载的持续时间有关系，同一台电机，如果工作时间长短不同，则能够承担的负载功率也不同。为了适应不同负载的需要，电机制造时，按负载持续时间的不同，把电机分成为三种工作方式或三种工作制。 一、连续(长期)工作制 其特点是:电机连续工作时间长，其工作时间>(3~4)T，可达几 小时甚至几十小时，因此电机温升可达到稳定值。属于此类工作制的生产机械有水泵、通风机、造纸机、机床主轴等。 二、短时工作制 其特点是:电机工作时间短，<(3~4)T，在工作时间内温度达不 到稳定值;停车时间很长，>(3~4)T，电机的温度足以降到和周围 环境温度一样，即温升足以降到零。属于此类工作制的生产机械有机床的辅助运动，如水闸闸门的起闭机械等。 电机在短时工作时，其容量往往只受过载能力和起动能力的限制，因此专门为短时工作制设计的电机，其过载能力和起动转矩都较大。我国生产的短时工作制电机，其工作时间有15min 、30min、60min、90min四种定额。 三、重复短时工作制 重复短时工作制又称为断续周期工作制。其特点是:工作和停止周期性地交替进行，但工作时间和停止时间都较短，<(3~4)T， <(3~4)T，且规定工作周期。工作时温升增加，但达 不到稳定值;停止时温升下降，但降不到零。每个周期结束时的温 升都比开始时的温升高，这样经过若干个周期后，就会出现一个周期内温升的增长和降落相等的情况，这时温升就达到一个稳定的波动状态，即在最高温升与最低温升之间波动，平均温升不变。属于此类 工作制的生产机械有起重机、电梯、轧钢辅助机械、某些自动机床的工作机构等。在重复工作制中，额定负载时间与整个周期之比称为负载持续率。标准的负载持续率为15%、25%、40%及60%。每个周期为10min。 周期工作时，电机的发热和冷却过程是交错进行的，故它达到的温升将比连续运行时低，如图。不论是周期工作定额的电机还是短时定额的电机，都不可按其周期工作定额或短时工作定额作长期连续运行，否则会使电机过热而损坏。 10.3 额定功率的选择 正确选择电动机容量的原则，应在电动机能够胜任生产机械负载要求的前提下，最经济最合理的决定电动机的功率。若功率选的过大，设备投资增大，造成浪费，且电动机经常欠载运行，效率及交流电动机的功率因数较低，反之，若功率选的过小，电动机将过载运行，造成电动机过早损坏。决定电动机功率的主要因素有三个:(1)电动机的发热与温升，这是决定电动机功率的最主要因素。(2)允许短时过载能力。(3)对交流笼型异步电动机还要考虑起动能力。