10 第十章 电力拖动系统过渡过程分析与电机选择.pptx

第1页：电力传动系统过渡过程的基本概念

第10章过渡过程分析与电机选择1.电力传动系统过渡过程的基本概念2.直流他励电动机的机械过渡过程3.机电时间常数Tm4.直流他励电动机机械过渡过程的分析计算5.电机的工作方式和电动机选择6.电机的发热7.电机的工作制

第2页：电力拖动系统过渡过程的基本概念

.1电力拖动系统过渡过程的基本概念

• 例如：在具有电感的线圈两端加上电压后，电流的增长不是瞬时的，而需要一段过程，这就是过渡过程。
• 例如：电网电压的突变或消失对电力拖动系统所引起的过程。
• 系统受到干扰后，希望它能够达到新的稳定状态，所以，也可以称过渡过程是系统由一个稳定状态过渡到另一个稳定状态的过程。
• 在电力拖动系统中，起动、制动、反转、调速等正常的操作过程都是过渡过程。
• 在发生事故时，电力拖动系统也会发生过渡过程

第3页：过渡过程的基本概念

过渡过程的基本概念

• 先决条件，即：系统本身具有稳定性。
• 例如：功率、转矩、转速、电流等对时间的变化，即P,T,n,I=f(t)
• 电力拖动系统的整个工作过程至少需要三个阶段，即：起动、稳态运行和制动，有时还要有调速等。
• 在一个工作循环中，把电力拖动系统的基本参量对时间的变化情况绘成曲线，即称为“负载图”
• 其中随时间变化的部分就是过渡过程。

第4页：为什么系统会存在过渡过程？

过渡过程的基本概念

• 为什么系统会存在过渡过程？
• 即为什么系统在改变工作状态时必须有个过程，需要一段时间呢？
• “惯性”。(机械惯性、电气惯性、热惯性)
• 对电力拖动系统而言，由于惯性的存在，导致电动机的转速、电流、转矩以及磁通等参量不能突变，而必须是一个连续变化的过程。

第5页：电力拖动系统的三种惯性①电磁惯性

电力拖动系统的三种惯性①电磁惯性

• 是由线圈或绕组的电感引起的，使其中流过的电流不能突变。
• 对于直流他励电动机，主要反映在电枢回路电感La和励磁回路电感Lf上，它们分别使电枢电流和励磁电流不能突变，从而使磁通不能突变。②机械惯性
• 是由旋转体或直线运动体的质量所引起的，使转速n不能突变。③热惯性
• 是由电机发热时，吸收热量提高温度和散热同时存在所引起的，使电机的温度不能突变。

第6页：三种惯性与三个时间常数相对应①电磁时间常

• 三种惯性与三个时间常数相对应①电磁时间常数：是电感与电阻的比值，Te=L/R。②机电时间常数：Tm（和机械惯量有关）③发热时间常数：是电机的热容量C与散热系数A的比值，TH=C/A
• 电机的发热过程比电磁和机械过程慢得多，所以一般不考虑热惯性。
• 在电力拖动系统中，影响过渡过程的主要因素是电磁惯性和机械惯性。
• 当电磁惯性比机械惯性影响小很多时，即Te<<Tm时，可以只考虑机械惯性，而忽略影响较小的电磁惯性，这就是所谓的机械过渡过程。
• 当同时考虑电磁和机械惯性时，就是电磁机械过渡过程。

第7页：研究过渡过程的目的和意义

研究过渡过程的目的和意义

• 缩小过渡过程时间，提高生产率；
• 保证生产工艺要求（如软起动、制动、加速度的要求等）
• 对设计自动控制线路和选择电器元件是很重要的；
• 通过过渡过程的计算可以得到负载图，是选择电动机容量的必要资料。

第8页：研究过渡过程的一般方法：数学分析法

研究过渡过程的一般方法：数学分析法

• 列写系统的微分方程式，联立求解。
• 对机械过渡过程只需列出其运动方程式即可；
• 对电磁机械过渡过程则需列出运动方程式和电压平衡方程式两个方程式。

第9页：直流他励电动机的机械过渡过程

.2直流他励电动机的机械过渡过程

• 直流他励电动机的机械特性为UeTRaeCΦn=
  • T=n
  • bT0CCΦ2T=n0
  • 1nbb可写成：T=a
  • bΩ其中：a=Tsc，短路转矩，即当Ω=0时的转矩；b=Tsc/Ω0，硬度，Ω0=2πn0/60，即当T=0时，Ω=Ω0TΩΩΩΩ0ΩLTT1TLTsc

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第10页：系统的运动方程式为dΩT-TL=

系统的运动方程式为dΩT-TL=JdtdtL=JdΩa-bΩ-T

• 稳态运行时的角速度ΩL，=[}Ω0→sc]ΩL=T{Tscba
  • TL
  • TL⌡Tsc0ΩΩ0
  • ΩLTL=dtscTscTscdΩT=J}Ω
  • ΩΩ
  • [→0]{Ω0
  • ΩL⌡0dΩTsc=JdtΩΩL
  • Ω0LmdtTdΩ+Ω=ΩscΩ0Tm=JT机电时间常数加速度=０直流他励电动机的机械过渡过程dΩ=0dt

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第11页：解得通解为

• 解得通解为：mm-tT-tT]⌡→{}+Ω1eΩ=ΩL[1-emm-tT-tT]⌡→{}+n1en=nL[1-em11m-tT-tT⌡{T=TL[1-e}+T1e→]
• 结论：速度与转矩都是按指数规律变化的机械过渡过程的解

第12页：指数变化规律t0ΩΩLt0ΩΩLΩ1初始

指数变化规律t0ΩΩLt0ΩΩLΩ1初始值为0的增长过渡过程初始值为Ω1的增长过渡过程t0ΩΩ1tΩL0ΩΩ1降为0值的过渡过程降到ΩL的过渡过程

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第13页：过渡过程的时间

过渡过程的时间

• 知道了过渡过程中某参量的变化规律，可求过渡过程的时间。
• 可以求出
• 由初始速度Ω1到某一速度Ω；
• 由初始转矩T1到某一转矩T，
• 所需时间t。mmTT
  • tt→{⌡1Ω=ΩL[1
  • e}+Ωe]mTt
  • Ω=(Ω
  • Ω)eL1LmTt=
  • Ω1LlnΩ
  • ΩLΩ
  • ΩΩ
  • ΩLmLm=Tt=TlnΩL
  • Ω1lnΩ1
  • ΩLLmT
  • Tt=TlnT1
  • TL同理：

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第14页：=T0.05ΩlnΩL

Lmt=T0.05ΩlnΩL-Ω1Lmt=T0.02ΩlnΩL-Ω1或过渡过程的时间

• 可以看出，达到稳定速度ΩL所需时间为无限大。
• 在实际计算中，认为速度达到稳定速度的95%~98%时，过渡过程就结束了，因此由前式可得过渡过程时间为：

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第15页：机电时间常数

0.3机电时间常数Tmsc

• 考查Tm的量纲，应具有时间的单位。mTT=JΩ0ms2=s
• mkg
• 2
• =kg
• mN
• m2
• kg
• ms
  • 1s
  • 1scm[T][T]=[J][Ω0]=

第16页：机电时间常数的物理意义

0.3.1机电时间常数的物理意义

• 系统以Tsc大小不变的动态转矩起动，速度由0达到Ω0所需时间。scscscscJTJTdtdtJTscJTT00tdtΩ0
  • 0=t
  • 0t=JΩ0∮∮=JdΩdΩ=TscdΩ=dtΩ0dΩ=
• 机电时间常数对过渡过程的影响很大,起着决定性的作用：
• 一方面决定着过渡过程时间的长短，Tm愈大，t愈大；
• 另一方面限制了系统的加速度，Tm愈大，加速度愈小。
• 为了加快过渡过程,缩短其时间,就要设法减小Tm的值。mLLmT
  • T=TΩ
  • Ωt=TlnΩL
  • Ω1lnT1
  • TLLmdtTdΩ+Ω=ΩdtTm
  • ΩdΩ=ΩL

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第17页：机电时间常数Tm的几种表示方法mTT=J

• 0.3.2机电时间常数Tm的几种表示方法mTT=JΩ0sc4gGD2J=600=2πn0ΩTsc375TscΩGD2nTm=J0=0
• 对于直流他励电动机，可以把Tm中的有关物理量用电动机的量代替:TaaTscRR=CΦUΦCeΦn0Tsc=CTΦI=CeCΦUn=00GD2375GD2R375TGD2nasceTm斜率=b375CCΦ2=T=
• 改变电枢回路电阻Ra或磁通Φ时，Tm也要发生变化。

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第18页：直流他励电动机机械过渡过程的分析计算

0.4直流他励电动机机械过渡过程的分析计算

• 起动过程
• 回馈制动过程
• 反接制动过程
• 电枢反接制动
• 倒拉反接制动
• 能耗制动过程mmtT
  • tT}+Ωe]⌡→{1Ω=ΩL[1
  • emmtT
  • tT+Te}]⌡L[→{T=T11
  • e通式：

第19页：起动过程

0.4.1起动过程

• 起动的初始条件：t=0时，初始速度Ω1=0，T1=Tsc。
• 代入前页两式得：⌡→{m}]
  • tTΩ=ΩL[1
  • emm
  • tT
  • tT}}+Te]⌡L[→{1T=T[1
  • et0ΩΩLΩΩL00T1TTt
• 可求出由Ω1=0到某一速度Ω或转矩由T1到某一转矩T所需时间：Ω
  • ΩΩ
  • ΩLmLmln
  • 0=TΩLt=TlnΩLLmT
  • TLt=TlnT1L
• 实际中认为Ω达到95%~98%Ω时，即达到稳定，则：t=(3~4)TmL19m=2.996Tm≈3Tm0.05ΩΩLt=Tln0.02ΩLΩt=TmlnL=3.912Tm≈4Tm
• 直接起动过程只决定于机电时间常数Tm,而与负载转矩TL或稳定速度无关

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第20页：多级起动

0.4.2多级起动

• 总的起动时间为：m20iT-Tt=(T2L)lnT1-TLm1+Tm2+Λ+Tmn+T2L
• 多级起动时，相应各级起动电阻的机械特性具有不同的机电时间常数。
• 对于直流他励电动机:Tm∝Ra,每级起动电阻所对应的过渡过程应分别计算。t0ΩΩLΩ100TTΩ0ΩLTT2TLt1t2t3t4t1t2t3miiT
  • Tt=T2LlnT1
  • TL
• 还要加上由T到T(即到稳定速度ΩL)所需的起动时间:GD2RTm=a375CeCTΦ2t4t=TlnΩL
  • Ω2m(0.05~0.02)ΩLt
• 每级的起动时间为:

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第21页：制动过程

0.4.3制动过程

• 在制动过程的计算中，主要的问题是要正确地确定各参量的正、负号。
• 如果考虑到各参量的正负号，过渡过程的两个通式可用于各种工作状态。
• 在实际计算中，借助于机械特性的象限图，可以很容易的确定各参量的正负号。

第22页：由Ω1和T1开始的回馈制动过程方程式仍为

• 由Ω1和T1开始的回馈制动过程方程式仍为:回馈制动过程t0ΩΩLΩΩ1T100TTtΩ0
  • TTLm
  • tT
  • tT]⌡→{Ω=ΩL[1
  • em}+Ω1emm
  • tT
  • tT]⌡→{}+T1eT=TL[1
  • e注意：此处的T1本身为负号。

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第23页：电枢反接制动

电枢反接制动

• 对位能性负载，位能性负载作用方向不随系统运动方向的改变而改变，所以过渡过程的两个通式可使用在反接制动和反转（反向起动）的全部过程中。其过渡过程制动时间为:mL1L1mlnTL1=TlnΩ1
  • T1
  • ΩL1T
  • TΩ
  • Ωt=T
• 对反抗性负载（阻力负载），其作用方向随系统运动方向的改变而改变。其制动过程分为两部分，这两部分具有不同的过渡过程的方程式。
• 前一部分(反接制动)的稳定速度为ΩL1，过渡过程方程式为mmTtT
  • t⌡→{Ω=Ω1L1[1
  • emmtTT
  • t}+Te]⌡}+Ωe]→{T=T1L1[1
• 后一部分(反向起动)的稳定速度为ΩL2，过渡过程方程式为→{Ω=ΩmT
  • t1
  • eL2[mTmtT
  • t′}+Te]⌡⌡{}T=T[1
  • e]→L223

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第24页：电枢反接制动

• 电枢反接制动t0ΩL10TtΩΩ0Ω1TL1TL1ΩL1ΩΩ1
  • ΩTL2T1T'T1T'TΩL20ΩL2
• 无论对于位能性或反抗性负载，其停车时间相同。

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第25页：倒拉反接制动

倒拉反接制动t0ΩΩL1T1T00TtΩΩΩ0T1TLTLΩLΩ1

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第26页：能耗制动时

• 能耗制动时，电机不接到电网上，即U=0，能耗制动特性通过原点。能耗制动过程t0ΩT1T00TtΩΩ0Ω1T1TLTLΩLΩ1
  • ΩΩL
• 对于直流他励电动机，能耗制动时的机电时间常数仍为：GD2ReTGD2375CCΦ2375Tm=a=b
• 在反抗性负载下，系统制动到零速为止；
• 在位能性负载下，系统可以稳定工作在ΩL(第IV象限)。
• 无论对于位能性负载或反抗性，其停车时间相同：mLLmT
  • Ωt=TlnTL=TlnΩ1
  • T1
  • ΩL

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第27页：制动过渡过程结论

制动过渡过程结论

• 各种制动状态的过渡过程都符合一般的机械过渡过程方程式：mmtT
  • tT}+Ωe]⌡→{1Ω=ΩL[1
  • emmtT
  • tT}+Te]⌡→{1T=TL[1
• 方程式中各量的正负号可由象限图确定。
• 能耗制动时可理解为电枢反接制动的一种特例（U=0）。
• 拖动反抗性负载时，电枢反接制动过渡过程的计算以速度为零为分界点，分两部分计算。

第28页：例题分析

例题分析

• 例4
  • 1直流他励电动机的数据为：PN=15kW，UN=220V，IN=80A，nN=1000r/min，电枢绕组电阻ra=0.2Ω，系统总的飞轮惯量GD2=25N
• m2。电动机拖动反抗性恒转矩负载，大小为0.8TN，运行在固有机械特性上。求1停车时采用电枢反接制动，制动转矩为2TN，求电枢需串入的电阻值；2当反接制动到转速为0.3nN时，为了使电动机不致反转换成能耗制动，制动转矩仍为2TN，求电枢需串入的电阻值；3求制动停车时间；4画出上述制动停车的机械特性；5画出上述制动停车过程的n=f(t)曲线，标出停车时间。

第29页：例题分析

例题分析

第30页：例题分析

例题分析

第31页：例题分析

例题分析

第32页：例题分析

例题分析

第33页：例题分析

例题分析

第34页：制动停车的机械特性及n=f(t)曲线

制动停车的机械特性及n=f(t)曲线

第35页：电动机的选择电力拖动系统中电动机的选择主

0.5电动机的选择电力拖动系统中电动机的选择主要包括以下内容：

• 电动机的种类
• 电动机的型式
• 电动机的额定电压
• 额定转速
• 额定功率
• 额定功率选小：
• 电机长期过载工作
• 承受不了冲击负载
• 起动困难
• 额定功率选大：
• 增加投资，利用率低
• 欠载运行，效率低
• 电能浪费

第36页：电动机种类的选择

0.5.1电动机种类的选择

第37页：选择电动机类型时考虑的主要内容

选择电动机类型时考虑的主要内容

• 电动机的机械特性
• 生产机械具有不同的转矩转速关系，要求电动机的机械特性与之相适应。例如：负载变化时要求转速恒定不变的选择同步电动机；要求起动转矩大以及特性软的如电车、电气机车等需选择串励或复励直流电动机。
• 电动机的调速性能
• 包括调速范围、平滑性、经济性诸方面应满足生产机械的要求。例如：调速性能要求不高的各种机床、水泵、通风机等多选用普通三相鼠笼式异步电动机；功率不大、有级调速的电梯及某些机床可选用多速电动机。调速范围较大、调速要求平滑的龙门刨床、高精度车床、可逆轧钢机等多选用他励直流电动机和绕线式异步电动机。

第38页：电动机的起动性能

选择电动机类型时考虑的主要内容

• 电动机的起动性能
• 一些起动转矩要求不高的，例如机床可以选用普通鼠笼式三相异步电动机；但起动、制动频繁，且起动、制动转矩要求比较大的生产机械就可选用绕线式三相异步电动机，例如矿井提升机、起重机、不可逆轧钢机、压缩机等。
• 电源
• 交流电源比较方便，直流电源则一般需要有整流设备。
• 经济性
• 一般说来，交流电动机优于直流电动机，鼠笼式异步电动机优于绕线式异步电动机。除电机本身外，还应考虑与电动机配套的起动设备、调速设备的经济性。

第39页：选择电机的几条基本原则

选择电机的几条基本原则

• 优先选用交流鼠笼式异步电动机。由于其结构简单、价格便宜、维护方便。高起动转矩的鼠笼式异步电动机适用于要求起动转矩较大的生产机械。多速异步电动机可用于要求有级调速的生产机械。
• 绕线转子异步电动机多用于起重机及矿井提升设备上。
• 当电动机功率较大又无调速要求时，一般采用同步电动机以提高电网的功率因数。
• 交流电动机在单机容量、电压等级、转速等方面都优于直流电动机，因而交流电动机可供有这些方面要求的生产机械选用。
• 直流电动机调速性能优异，调速范围很宽，可用于调速范围要求很大的生产机械上。

第40页：电动机型式的选择

0.5.2电动机型式的选择

• 安装方式
• 分为卧式和立式。卧式电动机的转轴安装后为水平位置，立式电动机的转轴安装后则为垂直地面的位置。两种类型的电动机使用的轴承不同，立式的价格稍高，一般用卧式的。
• 轴伸个数
• 伸出到端盖外面与负载联接的转轴部分称为轴伸。电动机有单轴伸与双轴伸两种，多数情况下用单轴伸，特殊情况下采用双轴伸。
• 防护型式
• 按防护型式分，电动机有开启式、防护式、封闭式和防爆式几种。

第41页：电机不同防护型式的特点

电机不同防护型式的特点

开启式

定子的两侧和端盖上有通风口，散热条件好，价格便宜。用于清洁、干燥的环境；

防护式

在机座下面有通风口，散热好，可防水滴、铁屑等杂物从小于４５度的方向落入电机内部；

封闭式

电机的机座和端盖上均无通风口，仅靠机座表面散热，散热条件不好。又分为：自冷式、自伞冷式、他伞冷式、管道通风式和密封式。

防爆式

在封闭式结构的基础上，制成隔爆形式，易于在易燃、易爆气体环境下使用。例如，有瓦斯的矿井、油库、煤气站等。

第42页：电动机额定电压的选择

0.5.3电动机额定电压的选择

• 低压：380V
• 高压：3000V，6000V，10000V
• 交流电动机的额定电压应与供电电网的电压一致。我国交流供电：
• 中等功率（200KW）以下采用低压380V
• 大功率，额定电压选择3000V和6000V
• 1000KW功率以上的电机选择10000V额定电压。（电压等级、相数、频率）
• 直流电动机的额定电压也要与电源电压相匹配。
• 如直流110V，220V，440V，660V，1000V等。
• 常用的是220V

第43页：电动机额定转速的选择

0.5.4电动机额定转速的选择

• 额定功率相同的电动机额定转速愈高，体积越小，造价越低。
• 一般来说，电动机的转子越细长，转动惯量越小，起、制动时间短。
• 在生产机械所需额定转速一定的前提下，一般还需要传动机构减速，则电动机额定转速越高，传动机构减速比越大，机构越复杂，而且传动损耗也越大。
• 额定转速的选择是一个综合技术经济问题

第44页：选择电机额定转速的几项原则

选择电机额定转速的几项原则

• 对不需要调速的高、中速生产机械（如泵、鼓风机），选择相应额定转速的电动机，省去减速机构；
• 对不需要调速的低速生产机械（粉碎机、球磨机），选用相应的低速电机或减速比低的电机；
• 对经常起动、制动和反转的生产机械，主要考虑缩短起动、制动时间提高生产效率，尽可能选择飞轮惯量小的电机。
• 对调速性能要求不高的生产机械，选用多速电机和减速机构，或采用电气调速方案
• 对调速性能要求较高的生产机械，使电动机的最高速度与生产机械的最高速度相匹配，采用电气调速方案。

第45页：电动机额定功率(容量)的选择

0.5.5电动机额定功率(容量)的选择

• 选择电动机额定功率的原则：在电动机能胜任生产机械负载要求的前提下，最经济最合理地确定电动机的额定功率。
• 在确定电动机的额定功率时，要考虑电动机的发热、过载能力与起动能力等三方面因素。
• 电动机的发热为保证电动机正常工作，电动机的各部分温度都不能超过一定限度。一般最主要考虑的是绕组的绝缘材料。
• 过载能力在确定电动机功率的同时，要考虑电动机所能承受的瞬时过载能力。
• 起动能力对鼠笼式异步电动机还要查看起动转矩够不够，而短时工作的电动机常常按起动转矩选择

第46页：确定电动机额定功率的方法

确定电动机额定功率的方法

• 计算所需电动机功率的基本方法：根据负载图按发热计算功率。
• 对长时恒定负载（即连续工作制）的拖动系统，电动机的额定功率可以容易地计算出来。但是，大多数拖动系统在工作时速度和负载经常变化，因而，额定功率的计算选择就复杂多了。
• 电动机的速度图Ω=f(t)和转矩图T=Φ(t)，即负载图，有了负载图就可以按发热来计算确定电动机的容量了.

第47页：电机功率的估算

电机功率的估算

• 在许多情况下，绘制出可靠的负载图是很困难的，在各类生产机械的设计中采用了一些独特的实用的计算方法
• 在起重机中使用四级负载法计算电动机容量。把起重机的工作状态分为轻型、中型、重型和即极重型四级，然后根据最大起重功率乘以相应系数即得所需电动机的额定功率。
• 在机床设计中采用统计分析法。根据同类型机床选用的电动机容量进行统计分析，找出电动机容量与机床主要参数之间的关系，绘出曲线或列成经验公式，以资利用。
• 在轧钢机设计中采用了能量消耗法。根据同类型轧钢机的工作，预先测出每轧制单位钢材所需能量A(kWh/t)，然后在根据新设计的轧钢机的生产率N(t/h)，求得所需功率P=AN(kW)。

第48页：电动机的发热

0.6电动机的发热

• 电动机在工作的同时有铜损、铁损和机械损耗产生，这些损耗变成热能。
• 单位时间内电动机产生的热量，决定于电动机工作产生的损耗。
• 电动机吸收一定的热量，使其本身的温度升高。热平衡方程式ηΔP=P1
  • ηCdτ+τ=ΔPAdtAssHTdτ+τ=τdt

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第49页：温升曲线和冷却曲线

温升曲线和冷却曲线

• 温升变化的方程式THtTHt
  • }}+τe]⌡ss[→{0τ=τ[1
  • eΔP3ΔP2ΔP1ττss3τss2τss1t0ττ0tτss=0发发热热过过程程冷冷却却过过程程

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第50页：发热时间常数

发热时间常数

• 在正确设计的电机中，带有额定负载工作电机的稳定温升应等于所用绝缘材料的温升限度。
• 发热时间常数的物理意义如果电机所产生的热量ΔP不散发到周围空气中去，而全部加热电机本身，一直达到稳定温升所需要的时间。T50ssHAτΔP=Cτss=CτssA为电机的散热系数；C为电动机的热容量为(J/°C)TH发热时间常数电动机单位时间内产生的热量为ΔPτss为稳定温升

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第51页：电动机的工作制

0.7电动机的工作制

• 国家标准把电动机承担的各种负载分为8种工作方式。下面仅介绍3种基本工作方式，即连续工作方式、短时工作方式、断续周期工作方式。
• 连续工作方式时，电动机在承担不变负载并在长时间运行时间(tc>(3~4)TH)内，其各部分的温升都达到实际的稳定值.
• 通风机、水泵、机床的主轴、纺织机、造纸机等很多连续工作方式的生产机械都应使用连续工作方式电动机。
• 短时工作方式时，电动机承担不变负载工作时间(a<(3~4)TH)相当短，不能使电动机各部分的温升达到实际的稳定值，而电动机停歇时间(b>(3~4)TH)又相当长，使它各发热部分都能回复到实际的冷却状态。

第52页：断续周期性工作方式时

电动机的工作制

• 断续周期性工作方式时，电动机在一系列完全相同的工作周期内运行。每一工作周期包括一个带有不变负载的工作时间和电动机的停歇时间，在停歇时间内电动机要断电。同时，不论工作时间或停歇时间都相当短(<(3~4)TH)，不能使电动机各部分的温升达到稳定值。
• 工作时间与工作周期之比称为负载持续率ε，aa+bε=abaabtp

第53页：电动机的工作制

电动机的工作制

• 标准的负载持续率为15%、25%、40%和60%，而且工作周期tc=a+b不得超过10分钟。
• 断续周期性工作方式的电动机频繁起、制动，其过载能力强、GD2小、机械强度好。
• 起重机械、电梯、自动机床等具有断续周期性工作方式的生产机械应使用断续周期性工作方式电动机。

第54页：电动机不同的工作制ΔPττsst0ΔPτ

电动机不同的工作制ΔPττsst0ΔPττsst0tcabΔP54ττsst0(a)连续工作(b)短时工作(c)断续周期性工作

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第55页：负载图的分类

负载图的分类

• 有两种负载图，
• 生产机械的负载图(静负载图)
• 电力传动系统的负载图
• 电动机的负载图
• 功率负载图P=f(t)
• 转矩负载图T=f(t)
• 电流负载图I=f(t)
• 生产机械的负载图
• 功率负载图PL=f(t)
• 转矩负载图TL=f(t)
• 一般情况下，电动机负载图与生产机械负载图是不同的，只有在连续恒载、恒速运行的系统，电动机负载图才与生产机械负载图相似。

第56页：不同工作制下电动机的选择方法

0.7.1不同工作制下电动机的选择方法

• 连续工作制下的电机功率选择
• 连续恒定负载
• 连续变化负载
• 短时工作制下的电机功率选择
• 选用短时工作制电机
• 选用连续工作制电机
• 选用断续周期制电机
• 断续周期工作制下的电机功率选择
• 选用断续周期制电机
• 选用短时工作制电机
• 选用连续工作制电机

第57页：电力传动系统中电动机容量计算和选择的基本

电力传动系统中电动机容量计算和选择的基本步骤

• 根据生产机械静负载及加工特点由电机产品样本预选电动机。
• 利用预选电动机的参数和机械参数绘制电动机的负载图，必要时计算过渡过程。
• 根据负载图求等效值。
• 将等效值与预选电动机的额定值进行比较，当前者等于或稍小于后者时，说明预选的电动机是合适的，否则需要预选电机并进行校验。
• 按发热校验通过的电动机还必须校验过载能力和起动能力。当校验不通过时，电动机应按过载能力或起动能力选择。当然此时电动机按发热来讲未能充分利用。

第58页：连续恒定负载下电动机的容量选择

0.7.2连续恒定负载下电动机的容量选择

• 恒定负载例子：风机、泵、压缩机等
• 连续工作方式的电动机拖动额定负载工作时，其稳定温升应在电机绝缘最大允许温升限度内。
• 在选择连续恒定负载P的拖动电动机时，应该使电动机的额定功率PN等于或稍大于负载PL，即PN≥PL。
• 应注意，电动机周围介质温度不得超过规定标准40°C。
• 负载功率PL可根据工艺加工要求及机械结构等确定。

第59页：温度变化时电机功率的修正

温度变化时电机功率的修正

• 当环境温度偏离40°C较远时，可用下面的式子修正NNNP'τ=P1+40
  • θ(1+α)

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第60页：周期性连续变化负载下电动机的温升曲线

周期性连续变化负载下电动机的温升曲线ΔPττ0t0ΔP1ΔP3ΔP4ΔP5ΔP6t1t2t3t4t5t6tct7τ7τ1τ2ΔP2τ3τ4τ5ΔP7τ6

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第61页：断续周期性负载下电动机的容量选择计算

断续周期性负载下电动机的容量选择计算

• 断续周期性工作的负载图如图4
  • 21所示。仍为损耗图，它在一般情况下可以是电流、转矩或功率τΔPτsst0tcabΔPsτmaxτmin

本页含公式推导，符号按课件原文近似还原，建议对照原图核对。

第62页：断续周期性负载下电动机平均功率

断续周期性负载下电动机平均功率

• 生产机械的平均功率生产机械的平均转矩LavzTt=ΣTitiLav62nzPt=ΣPiti=P1t1+P2t2+P3t3+L+Pntnt1+t2+t3+L+t

第63页：电动机功率选择9.

电动机功率选择9.5563N

• 按下面的公式选择电动机功率PN=(1.1~1.6)PLav或P=(1.1~1.6)TLav
• nN

第64页：如何确定电动机的负载图

如何确定电动机的负载图

• 生产机械负载图可以根据加工工艺要求绘制出来，至于电力传动系统的负载图一般需要在计算过渡过程后才能得出。
• 一般参照生产机械负载图，大致估计所需转矩或功率并预选电动机，然后再计算过渡过程，绘制负载图的基础上，校验预选电动机是否满足机械工作要求。GD2dn64T=TL+375dt=TL+TdTL为负载转矩Td为动态转矩

第65页：提升机拖动电机的负载图

提升机拖动电机的负载图

第66页：电机额定转矩的估算

电机额定转矩的估算

• 不同生产机械有不同预选电动机容量的方法，较常用的公式如下：TN=(1.1~1.6)TLavNT=TLav+TLrms2TLavTLrmsTN=ct∑TLitiTLav=LiiLrmstc∑T=T2t为静负载平均转矩为静负载均方根值选取式中的系数时，要根据起制动的频繁程度，以及负载波动、系统转动惯量大小来决定。

第67页：预选了电动机

预选了电动机，计算系统的过渡过程，并绘制负载图。

• 根据负载图用等效值法(电流、转矩或功率)，在断续周期性负载下，按负载图求出的负载持续率不等于标准值时，需要将所求得的等效值换算到标准负载持续率下的等效值，或把预选电动机的额定值换算到该负载实际负载持续率下的值。
• 将等效值与电动机额定值比较，如果二者相等，或额定值稍大于等效值，则说明预选电动机从发热观点看是通过了校验。
• 对鼠笼式异步电动机还需要校验起动转矩。
• 当工作机构对传动系统有特殊要求时，例如加速度的限制，还需要加以验算。

第68页：吊车行走机构电机

吊车行走机构电机

• 以吊车行走机构(桥车)为例，说明简化负载图的绘制方法。这里认为吊车的工作周期由运送重物行程和空载返回行程以及停车组成。系统采用机械抱闸进行制动。其简化负载图如图所示ΩTΩt0tst1T1T2t1Ωtbr1t01tst2T1T0t2tbr2t0268

第69页：负载图的绘制和电动机的容量计算和选择

负载图的绘制和电动机的容量计算和选择：

• 预选电动机。电动机可按下式预选，即T2，T0分别为带重物运行和空载运行时电动机轴上的转矩。电动机的功率202T2+T2T=1.1P=TΩ

第70页：!

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