第九章 电力拖动系统中
电动机的选择
Choice of Motor in
Electric Drive Systems
本章教学基本要求
1.了解电动机容量选择的基本理论和电机工
作制 。
2.掌握电动机容量选择方法 。
重点：
电动机容量选择方法 。
9.1电动机选择的一般概念
9.1.1正确选择电动机容量的意义
如果电机容量过大，则电机效率低，容量浪
费，如果电机容量不能充分利用；如果容量过小，
则电机过热，电机寿命要降低。
每台电机绝缘材料限制了它的最高允许温度，
若工作温度超过允许温度，则每升高 8℃,绝缘寿
命
缩短一半。
所以必须选择合适的容量，选电机时，除选容
量外，还要选电机的型式，电流种类，转速等。
9.1.2容量选择的主要方法
在确定电流种类 ( 交，直，励磁方式 )
后，按负载功率大小来预选电动机容量。然
后进行各种校验。
1.发热效验
按发热条件检验应满足：
P,T为电动机输出功率和输出转矩。
NN TTPP ??,
校验
2,过载能力校验
对于异步机应满足：
NmL TT ???m a x
NmL TT ?85.0m a x ??
校验
3,起动能力校验
对鼠笼异步电动机要校验起动能力。
9.2 电动机的发热和冷却
电机在工作时,η <1，即存在损耗，其功率损
耗为 Δ p,Δ p变成热能，一方面使电机本身温度升
高，同时，在电机温度高出周围环境温度时要散出
热量。
电机温度超出环境温度的数值称为温升，用 τ
表示，有温升就要散热，温升 τ 越高，散热越快。
当电动机单位时间发出的热量等于散出的热量
时，电动机的温度不再增加，电动机达到稳定温升
电机处于发热和散热平衡状态。
9.2.1发热过渡过程
假设,
（ 1）电机长期运行，负载不变时,Δ p不变。
（ 2）电机本身各部分发热均匀
（ 3）周围环境温度不变。
电机单位时间内产生的热量：
其中 0.24为电功率换算到热功率的热功当量。
pQ ?? 24.0
发热过渡过程
根据能量守恒定律，在 dt时间内电机产
生的热量，应与电机本身温度升高所需要的
热量和散到周围介质中去的热量之和相等。
即有热平衡方程式：
?? ??
dt
d
A
C
A
Q
发热过渡过程
上式如果 dτ=0 时，即电机的温度不再升
高，则 τ=τs, τs为稳定温升。
设 T=C/A,T为发热时间常数。对小容量
电机,T为 10~20分钟，对大容量电机，可达
数小时。
解方程,得：
τ i为初始温度
sdt
dT ??? ??
? ?TtTt ee si ?? ??? 1???
电机的温升曲线
开始时,τ 很小，
电机产生的热量主要用
于提高电机本身的温度，
即大部分被吸收，使
τ ↑, τ 较高时，电
机产生的热量与散到环
境介质中的热量相等时，
电机温度不再升高。
?
? s
?
0
2
1
tT
图9-1 电机的温升曲线
i
时间常数 T的物理意义
电机发出的热量全部用来提高电机
温度，使电机温升从零升到 τs所需要的
时间。
电机绝缘材料的最高允许工作温度
绝缘
级别 A E B F H
最高允
许温度
（ ℃ ）
105 120 130 155 180
最高允
许温升
（ K）
60 75 80 105 125
9.2.2 电机的冷却过程
电机的冷却过程同样按指数规律变化，冷
却即为散热过程，即 τ ↓ 的过程，与发热不同
的是,τi,τs 及 T不同。现分二种情况讨论。
1.负载减小时
则,'QQpT L ???????
)(3'','' 自冷式（他冷式） TTTACTAQs ?????
电机冷却曲线 1
2
?
? s
? T '
? i
t
图9-2电 机的冷却曲线
9.3电机工作方式
电机工作方式分三种：
连续工作制，短时工作制，
断续周期工作制。
1.连续工作
电机工作时间很长，
tw>3~4T,tw为工作时间。
例如水泵，风机等。
P, ?
P
? s
0 t
图9-3连 续工作制电机
的负载 图和温升曲线
P = f ( t )
= f ( t )?
2.短时工作制
电机工作时间很短，电机停歇时间长。
一般根据短时工作制特点，将工作时间
ts结束时的温升设计在接近绝缘材料允许最高
温升，则该电机在拖动同样负载而连续工作
时，稳定温升将大大超过该电机的最高允许
温升，而将电机烧坏，所以，短时工作制电
机拖动对应的额定负载时，不允许连续运行
短时工作制
P,
?
? s
0 tt
w t s
t
P
图9 -4 短时工作制电机
的 负载图和稳升曲线
短时工作制
短时工作制电机的标准工作时间为：
15,30,60,90分钟四种。
属于短时工作制的电机有：水闸闸门，
车床等夹紧装置等。
3.断续周期工作制
电机的工作时间 tw与停歇时间 ts相互交替，
两段时间都较短。在工作时间内，电机温升达
不到稳定值，停歇时间内电机温升也降不到零
经过一个周期，温升有所上升，经过若干个周
期后，温升在最高温升 τ max和最低温升 τ min之
间波动。
断续周期工作制
P, ?
? s
? max
? min
0 t
P
图9 -5周 期性断续工作制电机的负载图和稳升曲线
断续周期工作制
设计这种工作制的电机时，应使最高允
许温升大于最高温升，即 τ al>τ max显然改变
工作时间和停歇时间的比率，会影响 τ max值
的大小，为此提出负载持续率 (暂载率 )的概
念。
负载持续率
定义：
暂载率表明工作时间占工作周期时间的
百分数。
( % )10 0?
?
?
sw
w
tt
t
FS
断续周期工作制
标准负载持续率为：
15%,25%,40%,60%四种。
属于 断续周期工作制 的设备如：起重
机械，电梯等。
9.4连续工作制电机的容量选择
连续工作制电机的容量选择其负载分二
种：恒定负载（重点介绍），变化负载。
其中变化负载是指：负载长期施加，但
大小变化，变化通常具有周期性，或者在统
计的规律下具有周期性，如恒速轧钢机、输
送量变化的连续运输机等。
长时恒定负载下的电动机容量选择
选择方法：
由已知的负载功率 PL去选电动机容量使
PN>PL。 则有,τ al≥τ s。其中,τ s电机
稳定温升,τ al为电机材料最高允许温升。
校验过载能力和起动能力。
具体方法
1.连续恒定负载是电动机容量的选择
由于连续工作制电动机都是按连续恒定负载
设计的，只需 PL≦ PN就可使温升不超过允许
值，不需要热校核，其容量选择步骤：
（ 1）先计算负载功率 PL；
（ 2）按 PL选电机，使 PN≥PL；
（ 3）若笼型感应电动机，需要对所选电机进行
起动能力校验；
CuNP
Pk 0?
具体方法
（ 4）若环境温度 θ0与标准 40℃ 相差较大，应
修正电动机的额定值，可按下式修正：
式中,为电机空载损耗（不变损
耗 ）与额定负载的可变损耗之比,τ sN为电机
额定稳定温升。
? ?1401 0 ?????? kPP
sN
N ?
?
Cu Np
pk 0?
2.连续周期变化负载时电动机容量
的选择
可采用等效转矩法，，其步骤如下：
(1)计算平均负载功率
先绘制生产机械的功率负载图或转矩负载图，
然后求平均负载功率 PavL：
式中 TavL为平均负载转矩。
(2)预选电动机
按 PN≈ (1.1～ 1.6) PavL预选电动机，并计算预
选电动机的 TN。
? ? ? ? a v LNn
i
iLi
L
N
n
i
iLi
Ln
nLnLL
a v L T
ntT
t
ntP
tttt
tPtPtPP ?????????
???
???? ??
?? 9 5 5 0
1
9 5 5 0
1
1121
2211
?
?
连续周期变化负载时电动机容量的
选择
（ 3） 绘制预选电动机的电磁转矩图 T=f(t),
第 i段的电磁转矩 Ti为：
Lii Tdt
dnGD
T ???
3 7 5
2
连续周期变化负载时电动机容量的
选择
（ 4）用等效转矩进行发热校核：
a)求出等效转矩，如果,则发热校核
通过。
b)对于直流电动机 Φm都不变 或感应电动机
Φm与 cosφ2都不变时，可按下式计算：
Neq TT ?
? ?? ??? ii
x
eq tTtT
21
（ 4）用等效转矩进行发热校核
(c)如第 i段为弱磁，设该段磁通为 Φ，转矩为 Ti，
则应采用修正值 Ti’，即：
（ d）如考虑其制动冷却恶化系数 α 和停机冷却
恶化系数 β,则修正后等效转矩为：
式中 t1为起动时间,t2为匀速时间,t3为
制动减速时间,t4停歇时间。
i
N
i TT ??
??'
4321
3
2
32
2
21
2
1
tttt
tTtTtTT
eq ??? ???
??????
连续周期变化负载时电动机容量的
选择
（ 5）发热校核合格后，还需校验过载能力及
起动能力，如果过载能力或起动能力不满
足要求，则应改用按过载能力或起动能力
重新选择电动机。
第九章作业,Problems
?思考题,P299 9-1,9-2,9-7,9-8
?作业,P300 9-15。
电动机的选择
Choice of Motor in
Electric Drive Systems
本章教学基本要求
1.了解电动机容量选择的基本理论和电机工
作制 。
2.掌握电动机容量选择方法 。
重点：
电动机容量选择方法 。
9.1电动机选择的一般概念
9.1.1正确选择电动机容量的意义
如果电机容量过大，则电机效率低，容量浪
费，如果电机容量不能充分利用；如果容量过小，
则电机过热，电机寿命要降低。
每台电机绝缘材料限制了它的最高允许温度，
若工作温度超过允许温度，则每升高 8℃,绝缘寿
命
缩短一半。
所以必须选择合适的容量，选电机时，除选容
量外，还要选电机的型式，电流种类，转速等。
9.1.2容量选择的主要方法
在确定电流种类 ( 交，直，励磁方式 )
后，按负载功率大小来预选电动机容量。然
后进行各种校验。
1.发热效验
按发热条件检验应满足：
P,T为电动机输出功率和输出转矩。
NN TTPP ??,
校验
2,过载能力校验
对于异步机应满足：
NmL TT ???m a x
NmL TT ?85.0m a x ??
校验
3,起动能力校验
对鼠笼异步电动机要校验起动能力。
9.2 电动机的发热和冷却
电机在工作时,η <1，即存在损耗，其功率损
耗为 Δ p,Δ p变成热能，一方面使电机本身温度升
高，同时，在电机温度高出周围环境温度时要散出
热量。
电机温度超出环境温度的数值称为温升，用 τ
表示，有温升就要散热，温升 τ 越高，散热越快。
当电动机单位时间发出的热量等于散出的热量
时，电动机的温度不再增加，电动机达到稳定温升
电机处于发热和散热平衡状态。
9.2.1发热过渡过程
假设,
（ 1）电机长期运行，负载不变时,Δ p不变。
（ 2）电机本身各部分发热均匀
（ 3）周围环境温度不变。
电机单位时间内产生的热量：
其中 0.24为电功率换算到热功率的热功当量。
pQ ?? 24.0
发热过渡过程
根据能量守恒定律，在 dt时间内电机产
生的热量，应与电机本身温度升高所需要的
热量和散到周围介质中去的热量之和相等。
即有热平衡方程式：
?? ??
dt
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A
C
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Q
发热过渡过程
上式如果 dτ=0 时，即电机的温度不再升
高，则 τ=τs, τs为稳定温升。
设 T=C/A,T为发热时间常数。对小容量
电机,T为 10~20分钟，对大容量电机，可达
数小时。
解方程,得：
τ i为初始温度
sdt
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电机的温升曲线
开始时,τ 很小，
电机产生的热量主要用
于提高电机本身的温度，
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τ ↑, τ 较高时，电
机产生的热量与散到环
境介质中的热量相等时，
电机温度不再升高。
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图9-1 电机的温升曲线
i
时间常数 T的物理意义
电机发出的热量全部用来提高电机
温度，使电机温升从零升到 τs所需要的
时间。
电机绝缘材料的最高允许工作温度
绝缘
级别 A E B F H
最高允
许温度
（ ℃ ）
105 120 130 155 180
最高允
许温升
（ K）
60 75 80 105 125
9.2.2 电机的冷却过程
电机的冷却过程同样按指数规律变化，冷
却即为散热过程，即 τ ↓ 的过程，与发热不同
的是,τi,τs 及 T不同。现分二种情况讨论。
1.负载减小时
则,'QQpT L ???????
)(3'','' 自冷式（他冷式） TTTACTAQs ?????
电机冷却曲线 1
2
?
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图9-2电 机的冷却曲线
9.3电机工作方式
电机工作方式分三种：
连续工作制，短时工作制，
断续周期工作制。
1.连续工作
电机工作时间很长，
tw>3~4T,tw为工作时间。
例如水泵，风机等。
P, ?
P
? s
0 t
图9-3连 续工作制电机
的负载 图和温升曲线
P = f ( t )
= f ( t )?
2.短时工作制
电机工作时间很短，电机停歇时间长。
一般根据短时工作制特点，将工作时间
ts结束时的温升设计在接近绝缘材料允许最高
温升，则该电机在拖动同样负载而连续工作
时，稳定温升将大大超过该电机的最高允许
温升，而将电机烧坏，所以，短时工作制电
机拖动对应的额定负载时，不允许连续运行
短时工作制
P,
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P
图9 -4 短时工作制电机
的 负载图和稳升曲线
短时工作制
短时工作制电机的标准工作时间为：
15,30,60,90分钟四种。
属于短时工作制的电机有：水闸闸门，
车床等夹紧装置等。
3.断续周期工作制
电机的工作时间 tw与停歇时间 ts相互交替，
两段时间都较短。在工作时间内，电机温升达
不到稳定值，停歇时间内电机温升也降不到零
经过一个周期，温升有所上升，经过若干个周
期后，温升在最高温升 τ max和最低温升 τ min之
间波动。
断续周期工作制
P, ?
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图9 -5周 期性断续工作制电机的负载图和稳升曲线
断续周期工作制
设计这种工作制的电机时，应使最高允
许温升大于最高温升，即 τ al>τ max显然改变
工作时间和停歇时间的比率，会影响 τ max值
的大小，为此提出负载持续率 (暂载率 )的概
念。
负载持续率
定义：
暂载率表明工作时间占工作周期时间的
百分数。
( % )10 0?
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t
FS
断续周期工作制
标准负载持续率为：
15%,25%,40%,60%四种。
属于 断续周期工作制 的设备如：起重
机械，电梯等。
9.4连续工作制电机的容量选择
连续工作制电机的容量选择其负载分二
种：恒定负载（重点介绍），变化负载。
其中变化负载是指：负载长期施加，但
大小变化，变化通常具有周期性，或者在统
计的规律下具有周期性，如恒速轧钢机、输
送量变化的连续运输机等。
长时恒定负载下的电动机容量选择
选择方法：
由已知的负载功率 PL去选电动机容量使
PN>PL。 则有,τ al≥τ s。其中,τ s电机
稳定温升,τ al为电机材料最高允许温升。
校验过载能力和起动能力。
具体方法
1.连续恒定负载是电动机容量的选择
由于连续工作制电动机都是按连续恒定负载
设计的，只需 PL≦ PN就可使温升不超过允许
值，不需要热校核，其容量选择步骤：
（ 1）先计算负载功率 PL；
（ 2）按 PL选电机，使 PN≥PL；
（ 3）若笼型感应电动机，需要对所选电机进行
起动能力校验；
CuNP
Pk 0?
具体方法
（ 4）若环境温度 θ0与标准 40℃ 相差较大，应
修正电动机的额定值，可按下式修正：
式中,为电机空载损耗（不变损
耗 ）与额定负载的可变损耗之比,τ sN为电机
额定稳定温升。
? ?1401 0 ?????? kPP
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Cu Np
pk 0?
2.连续周期变化负载时电动机容量
的选择
可采用等效转矩法，，其步骤如下：
(1)计算平均负载功率
先绘制生产机械的功率负载图或转矩负载图，
然后求平均负载功率 PavL：
式中 TavL为平均负载转矩。
(2)预选电动机
按 PN≈ (1.1～ 1.6) PavL预选电动机，并计算预
选电动机的 TN。
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?
?
连续周期变化负载时电动机容量的
选择
（ 3） 绘制预选电动机的电磁转矩图 T=f(t),
第 i段的电磁转矩 Ti为：
Lii Tdt
dnGD
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3 7 5
2
连续周期变化负载时电动机容量的
选择
（ 4）用等效转矩进行发热校核：
a)求出等效转矩，如果,则发热校核
通过。
b)对于直流电动机 Φm都不变 或感应电动机
Φm与 cosφ2都不变时，可按下式计算：
Neq TT ?
? ?? ??? ii
x
eq tTtT
21
（ 4）用等效转矩进行发热校核
(c)如第 i段为弱磁，设该段磁通为 Φ，转矩为 Ti，
则应采用修正值 Ti’，即：
（ d）如考虑其制动冷却恶化系数 α 和停机冷却
恶化系数 β,则修正后等效转矩为：
式中 t1为起动时间,t2为匀速时间,t3为
制动减速时间,t4停歇时间。
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连续周期变化负载时电动机容量的
选择
（ 5）发热校核合格后，还需校验过载能力及
起动能力，如果过载能力或起动能力不满
足要求，则应改用按过载能力或起动能力
重新选择电动机。
第九章作业,Problems
?思考题,P299 9-1,9-2,9-7,9-8
?作业,P300 9-15。
