电机的工作制的分类是对电机承受负载情况的说明,它包括启动、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,工作制分以下9类: 医院纯水系统
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S1 连续工作制:在恒定负载下的运行时间足以达到热稳定。 S2 短时工作制: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,
使电机再度冷却到与冷却介质温度之差在2K以内。
S3 断续周期工作制: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。这种工作制中的每一周期的起动电流不致对温升产生显著影响。
S4 包括起动的断续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周期包括一段对温升有显著影响的起
动时间、一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。
S5 包括电制动的断续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周期包括一段起动时间、一段恒定
负载运行时间、一段快速电制动时间和一段断能停转时间。
S6 连续周期工作制: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空载运行
时间,但无断能停转时间。
S7 包括电制动的连续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周期包括一段起动时间、一段恒定
负载运行时间和一段快速电制动时间,但无断能停转时间。
S8 包括变速变负载的连续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周期包括一段在预定转速下恒
定负载运行时间,和一段或几段在不同转速下的其它恒定负载的运行时间,但无断能停转时间。
S9 负载和转速非周期性变化工作制:负载和转速在允许的范围内变化的非周期工作制。这种工作制包括经常过载,其值可远远超过满载。
电动机的选择包括选择电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率,其中以额定功率的选择较为复杂。确定电动机的额定功率,要考虑三个方面,即电动机的发热、过载能力与起动能力,其中尤以发热问题最为重要。 电动机运行时的损耗,转变为热能,使电动机各部分温度升高。电动机允许温度主要决定于电动机所用绝缘材料的耐热等级。根据耐热程度的不同,电动机常用绝缘材料分为五个等级。
A | E | B | F | H |
105 | 120℃ | 130℃ | 155℃ | 180℃ 图像拼接器 |
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电动机的额定功率是指环境温度为标准值40℃时,电动机带额定负载长期连续工作,其稳定工作温度接近或等于绝缘材料允许的最高温度。
研究电动机发热时,常用“温升”这一概念。所谓“温升”是电动机温度与周围环境温度之差,周围环境温度的标准值定为40℃。
校验电动机的过载能力可按下式进行
式中 Tmax—电动机工作中可能出现的最大负载转矩。
如果过载校验不能通过,则另选过载能力较大的电动机或改选功率较大的电动机,以满足过载条件的要求。
对于鼠笼式异步电动机,还应校验其起动能力,使满足
如不满足,则应另选Tst较大的或功率较大的电动机。
§9-1 电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类
一.一. 电工包电动机的发热过程
电动机运行时的发热情况较为复杂,为方便起见,假定电机为一均质等温固体,即假定电动机是一个表面均匀散热,内部没有温差的理想发热体。
设电动机在恒定负载下长期连续工作,单位时间内由电动机损耗所产生的热量为φ,则在dt时间内产生的热量为φdt,其中一部分为电机所吸收(使电机温度升高),另一部分散发于周围介质中,为此可得热平衡方程
式中 C—电动机的热容量,即使电动机温度升高1℃所需的热量;
dτ—电动机在dt内温度升高的数值;
A—电动机的散热系数,为电机与周围环境温度相差1℃时,单位时间向周围介质散发的热量。
上式两边同时除以Adt,则得微分方程
令 ,,则上式变为
解此微分方程,则可得温升曲线方程式
式中 —发热过程的起始温升。
若起动时电机处于冷态,,则上式变为
由此上两式可以做出两条曲线,如图9-1
所示。可见,温升是按指数规律上升的,最终趋于 图9-1发热过程的温升曲线
稳定温升,这时电动机的发热量等于散热量。
式中T称为发热时间常数,因为,所以电动机的体积越大,C越大,T就越大,同时,散热系数A越大,则T越小。
式中为稳定温升,与发热量,即与损耗,亦即与负载大小有关。负载越重,就越高;同时,散热系数A越大,则越低。
二.二. 电动机的冷却过程
电动机的负载减小或停机时,电动机的损耗下降或为零,温升下降,电动机进入冷却过程。冷却过程的温升曲线方程与发热时相同,只是发热过程的>,而冷却过程的
<。由此可得电动机冷却过程的温升曲线如图9-2所示。曲线1为负载减小时的温升曲线。曲线2为停机时的温升曲线。因为=0,所以曲线方程为
式中为冷却时间常数,如果电动机为外部风冷,则此曲线的时间常数T’=T,如果用自扇冷式,则由于散热条件变差,冷却时间常数Tˊ=(2~3)T 。
三.三. 电动机工作制的分类
按电动机工作时间的长短和发热情况的不同,一般将电动机分为三种基本工作方式(或称工作制):
(一)连续工作制
电动机工作时间很长,其温升可达稳定值,即tg>(3~4)T,可达几小时甚至几天。例如水泵、鼓风机、造纸机等。其简化负载图P=f(t)及温升曲线τ=f(t)如图9-3所示。
(二)短时工作制
工作时间较短 tg<(3~4)T,电动机温升达不到稳定值,而停车时间t0较长,温度是以降至周围环境温度(即τW=0),例如机床的辅助运动机械,冶金辅助机械,闸门启闭机等。负载图P=f(t)室内导航技术及温升曲线τ=f(t)如图9-4所示。标准时间为 15、30、60、90分钟四种。
(三)断续周期工作制
工作时间tg 和停歇时间t0
轮流交替,两段时间都短。tg
期间,温升来不及达到稳定
值,t0期间,温升也来不及降 图9-3 连续
至零。但经过一个周期,温升 工作制P=f(t)
有所上升,最后温升将在某一 和τ=f(t)曲线
范围内上下波动。例如起重机、
电梯、轧钢辅助机械等。负载
图P=f(t)和温升曲线τ=f(t)如
图9-5所示。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%
光触媒涂料
即。
我国规定的标准持续率为 图9-4 短时工
15%、25%、40%、60%四种, 作制P=f(t)和
并规定tg+to10min。 τ=f(t)曲线
电机厂专门设计和制造了适应不同工
作制的电动机,供按不同的负载性质选配。
不同工作制下电动机功率的选择方法是不
同的。
9-2 连续工作制电动机的选择
连续工作制电动机的负载分为两类:常值负载和变化负载。
一.一. 常值负载下电动机功率的选择
先计算出生产机械的负载功率PZ,然后选择电动机的额定功率PN等于或略大于PZ,即
发热就不会有问题,对鼠笼式异步电动机,一般还需校验其起动能力。
电动机的额定功率是按标准环境温度40℃确定的。如果使用时,周围环境温度与标准值40℃相差较大,为了充分利用电动机,其输出功率可与不同。
根据发热等效的原则,即在不同的环境温度下,带负载运行时电动机的温度均达绝缘材料的最高允许温度θm这一原则,可以推导出电动机在实际环境温度为θ0时允许输出功率的计算公式:
式中 -绝缘材料允许的最高温度
-不变损耗(空载损耗)与额定负载下可变损耗(铜耗)之比,其值决定于电动机的结构与转速,一般为0.4~1.1 。
显然,如果θO >40℃,则P<P; θO<40℃,则P>PN。
实际工作中,也可按表13-1近似确定θO不等于40℃时电动机允许输出的功率P。
环境温度 | 30℃ | 35℃ | 40℃ | 45℃ | 50℃ | 55℃ |
电动机功率增减的百分数 | +8% | +5% | 0 | -5% | -12.5% | -25% |
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环境温度低于30℃时,一般也只增加8%。
电动机所在地点的海拔高度对电动机的温升也有影响,因为海拔越高,气温越低,散热条件越差,两者可适当补偿。因此规定1000米以下,额定功率不进行校正,但大于1000米时,需进行校正或采用适用于高原的电动机。