电力拖动与控制 第2版 教学课件 作者 李 岚 第五章.ppt

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1、第五章电力拖动与控制电力拖动系统电动机的选择电动机发热和冷却规律电动机工作方式的分类连续工作制下电动机容量的选择短时工作制下电动机容量的选择主要内容为生产机械选配电动机，首先应满足生产机械的要求，例如对工作环境、工作制、起动、制动、减速或调速以及功率的要求。依据这些要求，合理地选择电动机的类型、运行方式、额定转速及额定功率，使电动机在高效率、低损耗的状态下可靠地运行,正确选择电动机的额定功率十分重要。确定电动机额定功率时，要考虑电动机的发热、允许过载能力与起动能力等因素。第一节电动机发热和冷却规律在研究电动机发热时，为便于分析

2、，同时又保证所得到的结论基本符合工程实际，特作如下假定：电机为一个均匀物体，各部分的温度相同，并具有恒定的散热系数和热容量。②电机长期运行，负载不变，总损耗不变。③周围环境温度不变。一、电机的发热过程电机温度比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态，此时的温升为稳定温升τw，其大小决定于电动机的负载。设单位时间内电机损耗所产生的热量为Q，则在dt时间内产生的

3、热量为Qdt。Qdt这部分热量，一部分被电机吸收，使电机温度升高，用Q1表示这部分热量；另一部分是电机向周围介质散发出的热量，用Q2表示。Q1=Cdτ式中,C—电机的热容量，即电机温度升高1℃所需的热量。dτ—电机在dt时间内温升的增量。Q2=Aτdt式中,A—电机的散热系数，即电机的温度高出环境温度1℃时，单位时间内向周围介质散发出去的热量；τ—电机的温升。根据能量守恒原理，得热平衡方程：Qdt=Cdτ+Aτdt令发热时间常数为，稳态温升为整理后得到上式可写成：这是一阶常系数非齐次线性微分方程。当初始条件为t=0，τ=τ0时

4、，其特解为式中，τ0—t=0时的温升，即电机初始温升。若t=0时，τ0=0，则上式可写为：电机的发热过程如图5-1曲线1、2所示。图5-1电机发热过程的温升曲线由温升曲线可以看出：发热过程开始时，由于温升小，散发出去的热量较少，大部分热量被电机所吸收，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，电机的温升不再升高，达到一稳定值τw。只要电机的稳定温升τw不超过绝缘材料的最高允许温升τmax，电动机就能长期可靠地运行。因此，τ≤τmax是校验电动

5、机发热的主要依据。当t=4TH时，温升不再升高，趋于稳定值τw，因此，可以认为电机发热过程已经结束，所以发热过渡过程时间的长短决定于发热时间常数TH。冷却过程可分成两种情况讨论。1．电机负载减小时的冷却过程负载运行的电动机，如果减小它的负载，其内部的损耗Δp减小，产生的热量Q也随之减少，原来的热平衡状态被破坏，变成了发热少于散热，电机的温度就要下降，温升降低，单位时间内散出的热量Aτ逐渐减少,二、电机的冷却过程直到重新达到Q=Aτ（即发热等于散热）时，温升不再变化，电机达到了一个新的稳定状态，把温升下降的过程称为冷却。冷却过程

6、的温升曲线方程：式中，—冷却开始时电机的初始温升；=—电机新的稳定温升；T’H—冷却时间常数。在负载减小时，T’H=TH。冷却过程的温升曲线如图5-2中曲线1所示。图5-2电机冷却过程的温升曲线电机脱离电源后，电机的损耗为零，不再产生热量，电机的温升逐渐下降，直到与周围环境温度相同为止。此时，稳定温升此时冷却过程的温升曲线如图5-2中曲线2所示。2．电机脱离电源时的冷却过程因此：电机的发热与冷却情况不仅与其所拖动的负载有关，而且还与负载持续工作时间的长短有关。所以，还要对电动机的工作方式进行分析。对于他冷式电机，TH’=TH对

7、风扇自冷式电机，TH’=(2～3)TH按发热观点，将电机分成三种工作方式或称三种工作制。一、连续工作制（或称长期工作制）电机连续工作时间很长，工作时间tg>(3～4)TH，可达几小时，甚至几昼夜，在工作时间内，电动机的温升可以达到稳定值τw。其典型负载图P=f(t)及温升曲线τ=f(t)如图5-3所示。第二节电机工作方式的分类图5-3连续工作制电动机的负载图与温升曲线电机工作时间较短,tg＜(3～4)TH，在工作时间内，电机的温升达不到稳定值τw。而停歇时间t0很长，t0＞(3～4)TH’，电机的温升可以降到零，短时工作制电机

8、的负载图和温升曲线如图5-4所示。二、短时工作制短时工作制的标准时间为15、30、60、90分钟四种。图5-4短时工作制电动机的负载图与温升曲线在tg期间，电机温升达不到稳定值，而在t0期间电机温升也降不到零。经过一个周期时间(tg+t0)，温升有所上升，经过若干个周期后，温