第十四章 电力拖动系统电动机的选择在研究电动机发热时，常把电动机温度与周围环境温度之差称为“温升”。显然，使用不同的绝缘材料的电动机，其最高允许温升是不同的。电动机铭牌上所标的温升是指所用绝缘材料的最高允许温度与 40℃ 之差，或称为额定温升，例如，国产 Z2－ 72型直流电动机用的是 E级绝缘，其最高允许温度是 120℃,所以其铭牌上标的温升是 80℃ 。
对于异步电动机,其关系为
( 0,8 ~ 0,8 5 )TTKK
选择电动机功率时，除考虑发热外，有时还要考虑电动机的过载能力是否足够，因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。校验电动机的过载可按下列条件
NTKT?maxT ≤
2
第一节 电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类对于直流电动机，过载能力受换向所允许的最大电流值的限制。 Z型直流电动机，在额定磁通下，可选为 1,5 ~ 2
TK
对于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的 ZZ型和 ZZY型电动机，以及同步电动机,2,5 ~ 3
TK
对于笼型异步电动机，有时还须进行起动能力的校验。
一、电动机的发热过程
Cu0
1
221
Δ
)1(Δ
1)/1(Δ
ppP
PP
PPPP
电动机的发热是由于工作时，
在其内部产生损耗 造成的,
其值为
P?
式中,为热流量（电动机单位时间内发出的热量）?
3
热平衡方程式为 tACt ddd
AtA
C
d
d整理得令,,得基本形式的微分方程/C A T
WA/ d
d WT t?
其解为下列形式 //( 1 e ) et T t T
WQ
式中,为发热过程的起始温升。
Q?
电动机的最高稳定温升可达
A
P
Am
NN Δ
式中,电动机在额定功率下运行时的损耗功率及热流量。
NNΔ?及P
电动机发热过程的温升曲线
4
N
N
N 1?
AP m
对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由下列三方面入手,
1）提高额定效率 N?
2）提高散热系数 A
3）提高绝缘材料的允许温升二、电动机的冷却过程电动机的冷却可能有两种情况。
其一是负载减小，电动机损耗功率△ P 下降时；其二是电动机自电网断开，不再工作，电动机的△ P 变为零。
电动机冷却过程的曲线电动机在运行中只要电动机发出的热流量 或
，电动机温度就不会超过允许值。
N
≤
NPΔPΔ ≤
5
三、电动机工作制的分类
（一）连续工作制电动机连续工作时间很长，其温升可达稳定值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等。
（二）短时工作制电动机的工作时间较短，在此时间内温升达不到稳定值，而停车时间又相当长，电动机的温度可以降到周围介质的温度，
属此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等。
连续工作制的曲线短时工作制的曲线
6
（三）断续周期工作制断续周期工作制的曲线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％
%1 0 0%
0
tt tZC
g
g
连续周期工作制的功率负载图
7
第二节 连续工作制电动机的选择一、常值负载下电动机功率的选择
ZP在计算出负载功率 后，选择额定功率 NP
在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。环境温度低于 30℃ 时，一般电动机功率也只增加 8％。
kkPP
m
m
)1(
C40
0
N
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％
ZPNP ≥
8
必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温升有影响，这是由于海拔高度越高，虽然气温降低越多，但由于空气稀薄，散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿，因此规定，使用地点的海拨高度不超过 1000m时，额定功率不必进行校正。当海拔高度在 1000m以上时，平原地区设计的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原地带应用。
[例 14-1] 一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为扬程 20m，吸程 5m，转速为,泵的效率,试选择电动机。
/h o urm90 3
r/m in2900 78.0?B?
解 水泵在电动机轴上的负载功率为,310
B
z
HVP
式中,V—— 泵每秒排出的水量（ ）/sm3
—— 水的比重3N /m9810 H—— 排水高度 （ m）
—— 泵的效率，活塞式泵为 0.8～ 0.9，高压离心泵为 0.5～
0.8，低压离心泵为 0.3～ 0.6；
B?
9
— 传动机构效率，直接联接为 0.95～ 1，皮带传动为 0.9?
kW3.8kW1095.078.0
)520(9810360090
3
ZP
选一台 Y2系列的 异步电动机即可，其数据为,kW10
N?P V3 8 0N?U
r / m i n2 9 2 0N?n 对选用的电动机不必进行发热校验。
二、变化负载下电动机功率的选择
10
在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而设计的。因此，这种电动机用于变化负载下的发热情况，
必须进行校验。所谓发热校验，就是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升，因为只有这样，电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。
变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：
)(tfT Z?1）计算并绘制生产机械负载图 或 。)(tfPZ?
2）预选电动机的功率。
n
i
n
iZi
ZZ
Zd
t
tP
tt
tPtP
P
1
1
21
2211
n
i
n
iZi
ZZ
Zd
t
tT
tt
tTtT
T
1
1
21
2211
在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，
电动机额定功率按下式预选
ZdP)6.1~1.1(NP
≥
NP
≥
9 5 5 0)6.1~1.1(
NnT Zd
11
3）作出电动机的负载图,作图时已考虑了电动机的稳定运转及过渡过程等工作情况。
4）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。
下面着重介绍校验发热的方法：
（一）平均损耗法
ZZZZ tttt ACtPt 0000 dddΔd
AA
P
A
tztP
t
t
dd
t
z
t
d
zz
Δ/dΔd 00
n
i
n
ii
d
t
tP
P
1
1
Δ
Δ
12
（二）等效法
1．等效电流法
C u i0Δ ppP i 20 iCIp
（式中 C为常数 ）
把平均损耗中的可变损耗 所对应的电流称为等效电流dP? dxI
n
i
n
ii
n
i
n
ii
dx
t
tIC
p
t
tCIp
CIp
1
1
2
0
1
1
2
0
2
0
)(
n
i
n
ii
dx
t
tI
I
1
1
2
等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电流 来代替变化的负载电流 （对于交流异步电动机，应为定子电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件：
则发热校验通过。
dxI )(tfI?
dxINI ≥
13
2．等效转矩法
n
i
n
ii
dx
t
tT
T
1
1
2
有时已知的不是负载电流图，而是转矩图,可以写成转矩形式
N
N
N 9 5 5 0 n
PT?
3．等效功率法等效功率法是当转速基本不变时由等效转矩法引出来的。 in
ii
n
dx
t
tP
P
1
1
NT如果预选电动机的额定转矩,则发热校验通过。 可由预选电动机的额定功率及额定转速算出，即
dxTNT ≥
如,则电动机的发热校验即告通过。同样，必须进行功率过载能力的校验。
dxPNP ≥
14
有起、制动，停歇时间的变化负载电流图（三）有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正以右图所示的负载电流图为例
00321
3
2
32
2
21
2
1
taattat
tItItII
dx
（四）等效法在非恒值变化负载下的应用如果非恒值变化负载如左图的电流图所示
t
ti
t
ti
I
t
t
t
dx?
0
2
0
0
2 d
d
d
用直线段代替曲线变化负载电流图
15
另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段，求出各段的等效值，然后求出等效电流值。
3
d1 122
1
2
1
0
1
1
1 Itt
t
I
tI
t
dx 3
2
554
2
4
5
IIIII
dx
[例 14-2] 右图中绘出了具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直接与摩擦轮 1相联结，摩擦轮旋转，靠摩擦力带动绳子及罐笼 3（内有矿车及矿物 G）提升或下放。尾绳系在两罐笼之下，以平衡提升机左右两边绳子的重量。提升机用双电动机拖动，试计算电动机功率。已知下列数据：
1、井深 m915?H
2、负载重 N5 8 8 0 0?G 具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机示意图
16
3、每个罐笼（内有一空矿车）重 N7 7 1 5 0
3?G
4、主绳与尾绳每米重 N/ m1 0 64?G
5、摩擦轮直径 m44.61?d
6、摩擦轮飞轮惯量 221 mN2730000GD
7、导轮直径 m52?d
8、导轮飞轮惯量 222 mN5 8 4 0 0 0GD
9、额定提升速度 m /s16?
Nv
10、提升加速度 21 m / s89.0?a
11、提升减速度 2
3 m /s1?a
12、周期长 s2.89?zt
13、摩擦用增加负载重的 20%考虑
17
解 预选电动机功率
1 0 0 0
2.1 NGvkP?
式中 —— 考虑起动及制动过程中加速转矩的系数，
取,则
25.1~2.1?k
25.1?k
kW1400kW1000 16588002.125.1P
每个电动机的功率为 700kW
r /m in5.47r /m in44.6π 1660π60
1
N
N
d
vn
对于功率为 700kW，转速为 47.5r/min的电动机，
飞轮惯量 22 mN1065000
DGD
mN227203mN244.6588002.122.1 1 dGT z阻转矩
s18s89.0 16
1
N
1 a
vt加速时间
18
m2.1 4 4m1889.02121 22111 tah加速阶段罐笼行经高度减速时间 s16s
1
16
3
N
3 a
vt
减速阶段罐笼行经高度
m1 2 8m1612121 22333 tah
稳定速度罐笼行经高度
312 hhHh m7.642m128m3.144m915
稳定速度运行时间 s2.40s
16
7.6 4 2
N
2
2 v
ht
停歇时间 ssttttt
z 15)162.40182.89(3210
折算到电动机轴上系统总的飞轮惯量 222
ba GDGDGD
式中 —— 系统中转动部分的飞轮惯量；
—— 系统中直线运动部分的飞轮惯量
2aGD
2bGD
19
导轮转速 r /m in61r /m in
5π
1660
π
60
2
N
2
d
vn
二导轮折算到电动机轴上的飞轮惯量
222
2
N
22
2
2
2 mN1 9 2 6 2 6 2mN5.47
615 8 4 0 0 0222
n
nGDGD
)(22 222122 GDGDGDGD Da
22 mN6780000mN)192000027300002130000(
系统直线运动部分总重
LGGGG 432
式中 m1920m)909152(902 HL
N416700N)192010677150258800(G
系统直线运动部分重量折算到电动机轴上的飞轮惯量
22
2
2
2
N
2
N2 mN17253838mN
5.47
16416700365365
n
vGGD
b
20
系统总飞轮惯量
22222 mN2 4 0 4 0 1 0 0mN)1 7 2 5 3 8 3 86 7 8 6 2 6 2( ba GDGDGD
加速阶段的加速转矩
mN169171mN18 5.473752 4 0 4 0 1 0 0375dd375
1
N
2
1
2
1
t
nGD
t
nGDT
a
减速阶段的动态转矩
mN1 9 0 3 1 7mN16 5.473752 4 0 4 0 1 0 0375dd375
3
N
2
3
2
3
t
nGD
t
nGDT
a
电动机转矩
az TTT
加速阶段,s181?t mN3 9 6 3 7 4mN)1 6 9 1 7 12 2 7 2 0 3(
1T
稳定运行阶段,s2.402?t mN227203
2T
减速阶段,s16
3?t mN3 6 8 8 6mN)1 9 0 3 1 72 2 7 2 0 3(3T
21
停歇阶段：
s150?t 00?T
按负载图，求出等效转矩
00321
3
2
32
2
21
2
1
taattat
tTtTtTT
dx
75.0?a
式中，散热恶化系数
5.00?a
mN2 5 9 3 8 6mN155.01675.02.401875.0 163 6 8 8 62.402 2 7 2 0 3183 9 6 3 7 4
222
dxT
过载能力校验,253.1
2 5 9 3 8 6
3 9 6 3 7 41
dxT
T
两电机的等效功率
kW1 2 9 09 5 5 0N nTP dxdx
kW1400 Ndx PP
电动机发热及过载能力的校验均可通过。
矿井提升的负载图
22
第三节 短时工作制电动机的选择一、选用为连续工作制而设计的电动机
gt
设短时功率为,时间为 。如果选择连续工作制电动机，
由发热观点，电动机不能得到充分利用 。gP
A
P
A
P
W
Ttg
g
g N/ Δ)e1(Δ
短时工作时的功率和温度曲线图当 k=1时的关系曲线
23
Tt
Tt
g
Q g
gk
P
P
/
/
N e1
e1
按发热观点的功率过载倍数
[例 14-3] 大型车床刀架快速移动机构，其拖动电机是短时工作制，
刀架重 5300N,移动速度 15m/min,传动比 100r/m,动摩擦系数 0.1，
静摩擦系数 0.2，传动效率 0.1，试选择电动机的功率。
解 刀架移动时，电动机的负载功率
1 0 0 060
vGP
z
式中,G— 刀架重； μ— 摩擦系数（起动时 0.2，移动时 0.1）；
v— 移动的速度（ r/min）； η—— 传动效率。
kW33.1kW1.0100060 151.05300zP
按发热观点可选额定功率为的连续工作制电动机，此时
Q
gP
NP
≥
24
式中 0.9—— 考虑交流电网波动 10%； KT—— 交流电动机的过载倍数 。
必须校验起动能力：
由于静摩擦系数为动摩擦系数的两倍，故起动负载的功率为：
kW66.2kW33.122 zz s t PP
电动机能发出的起动功率为：
kW98.1kW1.18.1N PKP stst
由于,故起动能力校验通不过。zstst PP?
起动转矩倍数,过载倍数8.1?stK 2?TK
r / m i n1410N?nA68.21N?IV3 8 0N?UkW1.1
N?P
如果由产品目录，初选 Y2系列某型笼型异步电动机，其数据为：
kW82.0kW29.0 33.19.0 33.1 22
TT
g
KK
PNP ≥
25
2?TK
改选另一型号的电动机，
kW5.1N?P r /m in1410N?n
8.1?stK
kW7.2kW5.18.1N PKP stst
二、选用专为短时工作制而设计的电动机我国专为短时工作制设计的电动机，其工作时间为 15min,30min、
60min,90min四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功率是不同的，其关系为,显然其过载倍数也是不同的，其关系为 。 90603015
PPPP
90603015
2?TK8.1?stKr / m i n1430N?n
kW2.2N?P为了提高可靠性，可选用 Y2系列另一型电机，
此时,起动能力校验可通过。zstPstP ≥
26
当电动机实际工作时间 tgx与标准值 tg不同时，应把 tgx下的功率 Px换算到 tg下的功率 Pg,再按 Pg来进行电动机功率的选择或发热校验。
1
gx
g
gx
g
x
g
t
t
k
t
t
P
P
g
gx
xg t
t
PP?
第四节 断续周期工作制电动机的选择这类电动机的共同特点是起动能力强、过载能力大、惯性小（飞轮惯量小）、机械强度大、绝缘材料的等级高、较多采用封闭式结构、
临界转差率（对于笼型异步电动机）设计得较高。
对一台具体的电动机而言，不同负载持续率 ZC％ 时，其额定输出功率不同。以国产的一台起重机用绕线转子异步电动机为例，其型号及数据见下表。
27
1
%
%
%
%
xx
x
ZC
ZC
k
ZC
ZC
P
P
%
%
ZC
ZCPP x
x?
如果负载持续率,可按短时工作制选择电动机；另外，
如,可按连续工作制选择电动机。
%10%?xZC
%70%?xZC
28
[例 14-4] 电动机的负载图如右图，试校验 JZR42-8型绕线转子异步电动机能否适用，该电动机在负载持续率 时，额定功率为,额定转速,过载倍数 。假定电动机为他扇冷式，而且在不同输出功率时，其功率因数不变。
%25%?ZC
kW16N?P r /m in720N?n 3
解,由于负载图第一阶段，转速是变化的，故不能直接用等效功率法进行发热校验。
在电动机工作期间的等效功率 kW5.15kW
205
2012525 22?
dxP
%275.92 205%xZC
kW5.15 dxx PP
%25%?ZC
kW1.16kW%25 %275.15P
断续周期性工作制电动机的负载图
29
kW16?P则由于,故 JZR42-8型电机不能适用，必须改选功率较大的电动机。
PP?N
第五节 笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定笼型异步电动机在带动某些生产机械时，起动制动很频繁，每小时合闸次数达 600次以上。此时由于起动与制动过程的能量损耗较大，往往会造成电动机的严重发热，因此笼型异步电动机每小时允许合闸次数根据发热条件是有限制的。选择在这种情况下工作的电动机，必须进行小时合闸次数的校验，每小时实际的合闸次数必须低于允许的合闸次数，检验才算通过，电动机连续工作才不致过热。
N N 0( Δ Δ ) Δ ( 1 )3600
0,9 7( Δ W Δ W)
W
QT
P P Z C P a Z CN
N N 0( Δ Δ ) Δ ( 1 )3700 Δ W Δ WW
QT
P P Z C P a Z C
如果电动机稳速运转时，其负载为额定负载，
NΔΔ PPW?
N0Δ ( 1 )3700
Δ W Δ WQT
P a Z CN
30
第六节 带冲击负载时电动机的选择具有冲击负载的生产机械的负载图，其特点是负载在工作时间中作剧增及剧减地变化，并作周期性地交替。属于这种类型的生产机械有冲床、压力机、轧钢机、锻锤等。
具有冲击负载的生产机械广泛采用带飞轮的电力拖动系统，以帮助电动机克服冲击负载。飞轮起到了平衡负载的作用，使电动机的损耗降低，从而降低电动机的功率。
带冲击负载机构的生产机械负载图某一台轧机的负载图
31
介绍一下带附加飞轮拖动系统中电动机功率的选择问题。
选择的步骤如下：
1）预选电动机。预选电动机的额定负载取为
dTT )3.1~1.1(N?
式中,——— 个工作循环的平均转矩，
i
ii
d t
tTT
2）预选附加飞轮的飞轮惯量
3）绘制电动机的负载图
4）校验电动机的发热
5）校验过载能力
32
第七节 电力拖动调速电动机功率的选择一、直流调速电动机功率的选择
（一）降压调速若把降压调速用于恒功率负载，则为了使电动机能安全运行，必须加大电动机的功率，其值将为负载功率的 D倍，即
zDPP?N
若对于恒转矩负载应用降压调速，此时电动机功率为
9 5 5 09 5 5 0
NNNN nTnTP z
可以选择电动机额定功率为：
9550
maxnTzNP ≥
33
龙门刨的切削功率、切削力与切削速度的关系龙门刨实际需要的切削功率为
601 0 0 0
m a x
x
z
vFP
由于降压调速由额定转速向下调节，因此电动机的不能小于负载要求的最高转速，通常取
maxN nn?
DPnnnTnTnTP zzbzb )(955095509550
m i n
m a xm i nm a xNNN
恒转矩调速与恒功率负载的配合
34
（二）弱磁调速
zTmaxn
二、变频调速笼型异步电动机功率的选择
Nnn?
（一） （ ）调速段N1 ff?
在变频调速时，电动机的输出功率为
2 1 1 13 c o sP P U I
假定在不同频率下
21P U I
如果忽略定子损耗，转矩为
9550 e
s
PT
n?
1
1
UI
f
若应用弱磁调速于恒功率负载，电动机的额定功率选得等于或略大于负载功率，不必扩大功率，即
zPNP ≥
如果弱磁调速用于恒转矩负载，为了在最高转速时也能满足 的需要，必须按 及 来选择电动机的功率，即
zT
9550
maxnTzNP ≥
35
1IT?1/Uf?
当,而且 为定值，则N1 ff?
容许转矩输出近似恒定，而容许输出功率为
nnTP 9550N
在 调速段，调速方式是近似恒转矩的。N1 ff?
Nff?1
异步电动机在 变频调速时机械特性与容许输出转矩 容许输出转矩与功率
36
Nnn?
（二） （ ）调速段N1 ff?
由于 时,保持不变，此时磁通 Φ将随 之上升而下降。
N1 ff? NNU U E 1f
22
N
m a x 2
1 1 1
U U CT C C
f f f
此时，电动机的容许输出功率近似恒功率性质
1
1
9550 e
s
UIPT
nf
11
NN 1
ff
IUT
机械特性容许输出转矩与功率异步电动机在 变频调速时
Nf1f
≥
37
第八节 选择电动机功率的统计法或类比法经过不断总结经验，目前已陆续得出一些生产机械选用电动机功率的实用方法。这些方法比较简便，但有一定的局限性。
以机床制造业为例，目前我国对不同类型机床的主拖动电动机的功率采用统计分析法估算。
式中 D—— 工件的最大直径（ m）
1、车床 54.15.36 DP? ( kW )
式中 D—— 工件的最大直径（ m）
2、立式车床 88.020 DP? ( kW )
3、摇臂钻床 19.10 6 4 6.0 DP? ( kW )
式中 D—— 最大的钻孔直径（ mm）
38
4、外圆磨床 KBP 1.0? ( kW )
式中 B—— 砂轮宽度（ mm）；
K—— 考虑砂轮主轴采用不同轴承时的系数，
5、卧式镗床 7.1004.0 DP? ( kW )
式中 D—— 镗杆直径（ mm）
6、龙门铣床
166
15.1B
P? ( kW )
式中 B—— 工作台宽度（ mm）
而实际应用例如：我国 C660车床的工件最大直径为 1250mm，按上列统计分析公式计算，电动机功率应为
kW51kW1 0 0 01 2 5 05.36
54.1
P
kW60N?P
39
第九节 电动机电流种类、形式、额定电压与额定转速的选择一、电动机电流种类的选择二、电动机结构形式的选择三、电动机额定电压的选择四、电动机额定转速的选择
40
第十四章 结 束
对于异步电动机,其关系为
( 0,8 ~ 0,8 5 )TTKK
选择电动机功率时，除考虑发热外，有时还要考虑电动机的过载能力是否足够，因为各种电动机的短时过载能力都是有限的。校验电动机的过载可按下列条件
NTKT?maxT ≤
2
第一节 电动机的发热和冷却及电动机工作制的分类对于直流电动机，过载能力受换向所允许的最大电流值的限制。 Z型直流电动机，在额定磁通下，可选为 1,5 ~ 2
TK
对于专为起重机、轧钢机、冶金辅助机械等设计的 ZZ型和 ZZY型电动机，以及同步电动机,2,5 ~ 3
TK
对于笼型异步电动机，有时还须进行起动能力的校验。
一、电动机的发热过程
Cu0
1
221
Δ
)1(Δ
1)/1(Δ
ppP
PP
PPPP
电动机的发热是由于工作时，
在其内部产生损耗 造成的,
其值为
P?
式中,为热流量（电动机单位时间内发出的热量）?
3
热平衡方程式为 tACt ddd
AtA
C
d
d整理得令,,得基本形式的微分方程/C A T
WA/ d
d WT t?
其解为下列形式 //( 1 e ) et T t T
WQ
式中,为发热过程的起始温升。
Q?
电动机的最高稳定温升可达
A
P
Am
NN Δ
式中,电动机在额定功率下运行时的损耗功率及热流量。
NNΔ?及P
电动机发热过程的温升曲线
4
N
N
N 1?
AP m
对同样尺寸的电动机，欲使其额定功率提高，可由下列三方面入手,
1）提高额定效率 N?
2）提高散热系数 A
3）提高绝缘材料的允许温升二、电动机的冷却过程电动机的冷却可能有两种情况。
其一是负载减小，电动机损耗功率△ P 下降时；其二是电动机自电网断开，不再工作，电动机的△ P 变为零。
电动机冷却过程的曲线电动机在运行中只要电动机发出的热流量 或
，电动机温度就不会超过允许值。
N
≤
NPΔPΔ ≤
5
三、电动机工作制的分类
（一）连续工作制电动机连续工作时间很长，其温升可达稳定值。属于这类的生产机械有水泵、鼓风机、造纸机、机床主轴等。
（二）短时工作制电动机的工作时间较短，在此时间内温升达不到稳定值，而停车时间又相当长，电动机的温度可以降到周围介质的温度，
属此类的生产机械有机床的辅助运动机械、某些冶金辅助机械、水闸闸门启闭机等。
连续工作制的曲线短时工作制的曲线
6
（三）断续周期工作制断续周期工作制的曲线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％
%1 0 0%
0
tt tZC
g
g
连续周期工作制的功率负载图
7
第二节 连续工作制电动机的选择一、常值负载下电动机功率的选择
ZP在计算出负载功率 后，选择额定功率 NP
在周围环境温度不同时，电动机功率可粗略地相应增减。环境温度低于 30℃ 时，一般电动机功率也只增加 8％。
kkPP
m
m
)1(
C40
0
N
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％
ZPNP ≥
8
必须指出，工作环境的海拔高度对电动机温升有影响，这是由于海拔高度越高，虽然气温降低越多，但由于空气稀薄，散热条件大为恶化。这两方面的因素互相补偿，因此规定，使用地点的海拨高度不超过 1000m时，额定功率不必进行校正。当海拔高度在 1000m以上时，平原地区设计的电动机，出厂试验时必须把允许温升降低，才能供高原地带应用。
[例 14-1] 一台与电动机直接联结的离心式水泵，流量为扬程 20m，吸程 5m，转速为,泵的效率,试选择电动机。
/h o urm90 3
r/m in2900 78.0?B?
解 水泵在电动机轴上的负载功率为,310
B
z
HVP
式中,V—— 泵每秒排出的水量（ ）/sm3
—— 水的比重3N /m9810 H—— 排水高度 （ m）
—— 泵的效率，活塞式泵为 0.8～ 0.9，高压离心泵为 0.5～
0.8，低压离心泵为 0.3～ 0.6；
B?
9
— 传动机构效率，直接联接为 0.95～ 1，皮带传动为 0.9?
kW3.8kW1095.078.0
)520(9810360090
3
ZP
选一台 Y2系列的 异步电动机即可，其数据为,kW10
N?P V3 8 0N?U
r / m i n2 9 2 0N?n 对选用的电动机不必进行发热校验。
二、变化负载下电动机功率的选择
10
在变化负载下所使用的电动机，一般是为常值负载工作而设计的。因此，这种电动机用于变化负载下的发热情况，
必须进行校验。所谓发热校验，就是看电动机在整个运行过程中所达到的最高温升是否接近并低于允许温升，因为只有这样，电动机的绝缘材料才能充分利用而又不致过热。
变化负载下电动机功率选择的一般步骤如下：
)(tfT Z?1）计算并绘制生产机械负载图 或 。)(tfPZ?
2）预选电动机的功率。
n
i
n
iZi
ZZ
Zd
t
tP
tt
tPtP
P
1
1
21
2211
n
i
n
iZi
ZZ
Zd
t
tT
tt
tTtT
T
1
1
21
2211
在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，
电动机额定功率按下式预选
ZdP)6.1~1.1(NP
≥
NP
≥
9 5 5 0)6.1~1.1(
NnT Zd
11
3）作出电动机的负载图,作图时已考虑了电动机的稳定运转及过渡过程等工作情况。
4）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。
下面着重介绍校验发热的方法：
（一）平均损耗法
ZZZZ tttt ACtPt 0000 dddΔd
AA
P
A
tztP
t
t
dd
t
z
t
d
zz
Δ/dΔd 00
n
i
n
ii
d
t
tP
P
1
1
Δ
Δ
12
（二）等效法
1．等效电流法
C u i0Δ ppP i 20 iCIp
（式中 C为常数 ）
把平均损耗中的可变损耗 所对应的电流称为等效电流dP? dxI
n
i
n
ii
n
i
n
ii
dx
t
tIC
p
t
tCIp
CIp
1
1
2
0
1
1
2
0
2
0
)(
n
i
n
ii
dx
t
tI
I
1
1
2
等效电流法，就是按照损耗相等的原则，求出一个等效的不变的电流 来代替变化的负载电流 （对于交流异步电动机，应为定子电流），如果预选电动机的额定电流满足下列条件：
则发热校验通过。
dxI )(tfI?
dxINI ≥
13
2．等效转矩法
n
i
n
ii
dx
t
tT
T
1
1
2
有时已知的不是负载电流图，而是转矩图,可以写成转矩形式
N
N
N 9 5 5 0 n
PT?
3．等效功率法等效功率法是当转速基本不变时由等效转矩法引出来的。 in
ii
n
dx
t
tP
P
1
1
NT如果预选电动机的额定转矩,则发热校验通过。 可由预选电动机的额定功率及额定转速算出，即
dxTNT ≥
如,则电动机的发热校验即告通过。同样，必须进行功率过载能力的校验。
dxPNP ≥
14
有起、制动，停歇时间的变化负载电流图（三）有起动、制动及停歇过程时校验发热公式的修正以右图所示的负载电流图为例
00321
3
2
32
2
21
2
1
taattat
tItItII
dx
（四）等效法在非恒值变化负载下的应用如果非恒值变化负载如左图的电流图所示
t
ti
t
ti
I
t
t
t
dx?
0
2
0
0
2 d
d
d
用直线段代替曲线变化负载电流图
15
另一种较简便的方法是把变化曲线分成许多直线段，求出各段的等效值，然后求出等效电流值。
3
d1 122
1
2
1
0
1
1
1 Itt
t
I
tI
t
dx 3
2
554
2
4
5
IIIII
dx
[例 14-2] 右图中绘出了具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直接与摩擦轮 1相联结，摩擦轮旋转，靠摩擦力带动绳子及罐笼 3（内有矿车及矿物 G）提升或下放。尾绳系在两罐笼之下，以平衡提升机左右两边绳子的重量。提升机用双电动机拖动，试计算电动机功率。已知下列数据：
1、井深 m915?H
2、负载重 N5 8 8 0 0?G 具有尾绳和摩擦轮的矿井提升机示意图
16
3、每个罐笼（内有一空矿车）重 N7 7 1 5 0
3?G
4、主绳与尾绳每米重 N/ m1 0 64?G
5、摩擦轮直径 m44.61?d
6、摩擦轮飞轮惯量 221 mN2730000GD
7、导轮直径 m52?d
8、导轮飞轮惯量 222 mN5 8 4 0 0 0GD
9、额定提升速度 m /s16?
Nv
10、提升加速度 21 m / s89.0?a
11、提升减速度 2
3 m /s1?a
12、周期长 s2.89?zt
13、摩擦用增加负载重的 20%考虑
17
解 预选电动机功率
1 0 0 0
2.1 NGvkP?
式中 —— 考虑起动及制动过程中加速转矩的系数，
取,则
25.1~2.1?k
25.1?k
kW1400kW1000 16588002.125.1P
每个电动机的功率为 700kW
r /m in5.47r /m in44.6π 1660π60
1
N
N
d
vn
对于功率为 700kW，转速为 47.5r/min的电动机，
飞轮惯量 22 mN1065000
DGD
mN227203mN244.6588002.122.1 1 dGT z阻转矩
s18s89.0 16
1
N
1 a
vt加速时间
18
m2.1 4 4m1889.02121 22111 tah加速阶段罐笼行经高度减速时间 s16s
1
16
3
N
3 a
vt
减速阶段罐笼行经高度
m1 2 8m1612121 22333 tah
稳定速度罐笼行经高度
312 hhHh m7.642m128m3.144m915
稳定速度运行时间 s2.40s
16
7.6 4 2
N
2
2 v
ht
停歇时间 ssttttt
z 15)162.40182.89(3210
折算到电动机轴上系统总的飞轮惯量 222
ba GDGDGD
式中 —— 系统中转动部分的飞轮惯量；
—— 系统中直线运动部分的飞轮惯量
2aGD
2bGD
19
导轮转速 r /m in61r /m in
5π
1660
π
60
2
N
2
d
vn
二导轮折算到电动机轴上的飞轮惯量
222
2
N
22
2
2
2 mN1 9 2 6 2 6 2mN5.47
615 8 4 0 0 0222
n
nGDGD
)(22 222122 GDGDGDGD Da
22 mN6780000mN)192000027300002130000(
系统直线运动部分总重
LGGGG 432
式中 m1920m)909152(902 HL
N416700N)192010677150258800(G
系统直线运动部分重量折算到电动机轴上的飞轮惯量
22
2
2
2
N
2
N2 mN17253838mN
5.47
16416700365365
n
vGGD
b
20
系统总飞轮惯量
22222 mN2 4 0 4 0 1 0 0mN)1 7 2 5 3 8 3 86 7 8 6 2 6 2( ba GDGDGD
加速阶段的加速转矩
mN169171mN18 5.473752 4 0 4 0 1 0 0375dd375
1
N
2
1
2
1
t
nGD
t
nGDT
a
减速阶段的动态转矩
mN1 9 0 3 1 7mN16 5.473752 4 0 4 0 1 0 0375dd375
3
N
2
3
2
3
t
nGD
t
nGDT
a
电动机转矩
az TTT
加速阶段,s181?t mN3 9 6 3 7 4mN)1 6 9 1 7 12 2 7 2 0 3(
1T
稳定运行阶段,s2.402?t mN227203
2T
减速阶段,s16
3?t mN3 6 8 8 6mN)1 9 0 3 1 72 2 7 2 0 3(3T
21
停歇阶段：
s150?t 00?T
按负载图，求出等效转矩
00321
3
2
32
2
21
2
1
taattat
tTtTtTT
dx
75.0?a
式中，散热恶化系数
5.00?a
mN2 5 9 3 8 6mN155.01675.02.401875.0 163 6 8 8 62.402 2 7 2 0 3183 9 6 3 7 4
222
dxT
过载能力校验,253.1
2 5 9 3 8 6
3 9 6 3 7 41
dxT
T
两电机的等效功率
kW1 2 9 09 5 5 0N nTP dxdx
kW1400 Ndx PP
电动机发热及过载能力的校验均可通过。
矿井提升的负载图
22
第三节 短时工作制电动机的选择一、选用为连续工作制而设计的电动机
gt
设短时功率为,时间为 。如果选择连续工作制电动机，
由发热观点，电动机不能得到充分利用 。gP
A
P
A
P
W
Ttg
g
g N/ Δ)e1(Δ
短时工作时的功率和温度曲线图当 k=1时的关系曲线
23
Tt
Tt
g
Q g
gk
P
P
/
/
N e1
e1
按发热观点的功率过载倍数
[例 14-3] 大型车床刀架快速移动机构，其拖动电机是短时工作制，
刀架重 5300N,移动速度 15m/min,传动比 100r/m,动摩擦系数 0.1，
静摩擦系数 0.2，传动效率 0.1，试选择电动机的功率。
解 刀架移动时，电动机的负载功率
1 0 0 060
vGP
z
式中,G— 刀架重； μ— 摩擦系数（起动时 0.2，移动时 0.1）；
v— 移动的速度（ r/min）； η—— 传动效率。
kW33.1kW1.0100060 151.05300zP
按发热观点可选额定功率为的连续工作制电动机，此时
Q
gP
NP
≥
24
式中 0.9—— 考虑交流电网波动 10%； KT—— 交流电动机的过载倍数 。
必须校验起动能力：
由于静摩擦系数为动摩擦系数的两倍，故起动负载的功率为：
kW66.2kW33.122 zz s t PP
电动机能发出的起动功率为：
kW98.1kW1.18.1N PKP stst
由于,故起动能力校验通不过。zstst PP?
起动转矩倍数,过载倍数8.1?stK 2?TK
r / m i n1410N?nA68.21N?IV3 8 0N?UkW1.1
N?P
如果由产品目录，初选 Y2系列某型笼型异步电动机，其数据为：
kW82.0kW29.0 33.19.0 33.1 22
TT
g
KK
PNP ≥
25
2?TK
改选另一型号的电动机，
kW5.1N?P r /m in1410N?n
8.1?stK
kW7.2kW5.18.1N PKP stst
二、选用专为短时工作制而设计的电动机我国专为短时工作制设计的电动机，其工作时间为 15min,30min、
60min,90min四种。对于某一电动机，对应不同的工作时间，其功率是不同的，其关系为,显然其过载倍数也是不同的，其关系为 。 90603015
PPPP
90603015
2?TK8.1?stKr / m i n1430N?n
kW2.2N?P为了提高可靠性，可选用 Y2系列另一型电机，
此时,起动能力校验可通过。zstPstP ≥
26
当电动机实际工作时间 tgx与标准值 tg不同时，应把 tgx下的功率 Px换算到 tg下的功率 Pg,再按 Pg来进行电动机功率的选择或发热校验。
1
gx
g
gx
g
x
g
t
t
k
t
t
P
P
g
gx
xg t
t
PP?
第四节 断续周期工作制电动机的选择这类电动机的共同特点是起动能力强、过载能力大、惯性小（飞轮惯量小）、机械强度大、绝缘材料的等级高、较多采用封闭式结构、
临界转差率（对于笼型异步电动机）设计得较高。
对一台具体的电动机而言，不同负载持续率 ZC％ 时，其额定输出功率不同。以国产的一台起重机用绕线转子异步电动机为例，其型号及数据见下表。
27
1
%
%
%
%
xx
x
ZC
ZC
k
ZC
ZC
P
P
%
%
ZC
ZCPP x
x?
如果负载持续率,可按短时工作制选择电动机；另外，
如,可按连续工作制选择电动机。
%10%?xZC
%70%?xZC
28
[例 14-4] 电动机的负载图如右图，试校验 JZR42-8型绕线转子异步电动机能否适用，该电动机在负载持续率 时，额定功率为,额定转速,过载倍数 。假定电动机为他扇冷式，而且在不同输出功率时，其功率因数不变。
%25%?ZC
kW16N?P r /m in720N?n 3
解,由于负载图第一阶段，转速是变化的，故不能直接用等效功率法进行发热校验。
在电动机工作期间的等效功率 kW5.15kW
205
2012525 22?
dxP
%275.92 205%xZC
kW5.15 dxx PP
%25%?ZC
kW1.16kW%25 %275.15P
断续周期性工作制电动机的负载图
29
kW16?P则由于,故 JZR42-8型电机不能适用，必须改选功率较大的电动机。
PP?N
第五节 笼型异步电动机允许小时合闸次数的确定笼型异步电动机在带动某些生产机械时，起动制动很频繁，每小时合闸次数达 600次以上。此时由于起动与制动过程的能量损耗较大，往往会造成电动机的严重发热，因此笼型异步电动机每小时允许合闸次数根据发热条件是有限制的。选择在这种情况下工作的电动机，必须进行小时合闸次数的校验，每小时实际的合闸次数必须低于允许的合闸次数，检验才算通过，电动机连续工作才不致过热。
N N 0( Δ Δ ) Δ ( 1 )3600
0,9 7( Δ W Δ W)
W
QT
P P Z C P a Z CN
N N 0( Δ Δ ) Δ ( 1 )3700 Δ W Δ WW
QT
P P Z C P a Z C
如果电动机稳速运转时，其负载为额定负载，
NΔΔ PPW?
N0Δ ( 1 )3700
Δ W Δ WQT
P a Z CN
30
第六节 带冲击负载时电动机的选择具有冲击负载的生产机械的负载图，其特点是负载在工作时间中作剧增及剧减地变化，并作周期性地交替。属于这种类型的生产机械有冲床、压力机、轧钢机、锻锤等。
具有冲击负载的生产机械广泛采用带飞轮的电力拖动系统，以帮助电动机克服冲击负载。飞轮起到了平衡负载的作用，使电动机的损耗降低，从而降低电动机的功率。
带冲击负载机构的生产机械负载图某一台轧机的负载图
31
介绍一下带附加飞轮拖动系统中电动机功率的选择问题。
选择的步骤如下：
1）预选电动机。预选电动机的额定负载取为
dTT )3.1~1.1(N?
式中,——— 个工作循环的平均转矩，
i
ii
d t
tTT
2）预选附加飞轮的飞轮惯量
3）绘制电动机的负载图
4）校验电动机的发热
5）校验过载能力
32
第七节 电力拖动调速电动机功率的选择一、直流调速电动机功率的选择
（一）降压调速若把降压调速用于恒功率负载，则为了使电动机能安全运行，必须加大电动机的功率，其值将为负载功率的 D倍，即
zDPP?N
若对于恒转矩负载应用降压调速，此时电动机功率为
9 5 5 09 5 5 0
NNNN nTnTP z
可以选择电动机额定功率为：
9550
maxnTzNP ≥
33
龙门刨的切削功率、切削力与切削速度的关系龙门刨实际需要的切削功率为
601 0 0 0
m a x
x
z
vFP
由于降压调速由额定转速向下调节，因此电动机的不能小于负载要求的最高转速，通常取
maxN nn?
DPnnnTnTnTP zzbzb )(955095509550
m i n
m a xm i nm a xNNN
恒转矩调速与恒功率负载的配合
34
（二）弱磁调速
zTmaxn
二、变频调速笼型异步电动机功率的选择
Nnn?
（一） （ ）调速段N1 ff?
在变频调速时，电动机的输出功率为
2 1 1 13 c o sP P U I
假定在不同频率下
21P U I
如果忽略定子损耗，转矩为
9550 e
s
PT
n?
1
1
UI
f
若应用弱磁调速于恒功率负载，电动机的额定功率选得等于或略大于负载功率，不必扩大功率，即
zPNP ≥
如果弱磁调速用于恒转矩负载，为了在最高转速时也能满足 的需要，必须按 及 来选择电动机的功率，即
zT
9550
maxnTzNP ≥
35
1IT?1/Uf?
当,而且 为定值，则N1 ff?
容许转矩输出近似恒定，而容许输出功率为
nnTP 9550N
在 调速段，调速方式是近似恒转矩的。N1 ff?
Nff?1
异步电动机在 变频调速时机械特性与容许输出转矩 容许输出转矩与功率
36
Nnn?
（二） （ ）调速段N1 ff?
由于 时,保持不变，此时磁通 Φ将随 之上升而下降。
N1 ff? NNU U E 1f
22
N
m a x 2
1 1 1
U U CT C C
f f f
此时，电动机的容许输出功率近似恒功率性质
1
1
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机械特性容许输出转矩与功率异步电动机在 变频调速时
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37
第八节 选择电动机功率的统计法或类比法经过不断总结经验，目前已陆续得出一些生产机械选用电动机功率的实用方法。这些方法比较简便，但有一定的局限性。
以机床制造业为例，目前我国对不同类型机床的主拖动电动机的功率采用统计分析法估算。
式中 D—— 工件的最大直径（ m）
1、车床 54.15.36 DP? ( kW )
式中 D—— 工件的最大直径（ m）
2、立式车床 88.020 DP? ( kW )
3、摇臂钻床 19.10 6 4 6.0 DP? ( kW )
式中 D—— 最大的钻孔直径（ mm）
38
4、外圆磨床 KBP 1.0? ( kW )
式中 B—— 砂轮宽度（ mm）；
K—— 考虑砂轮主轴采用不同轴承时的系数，
5、卧式镗床 7.1004.0 DP? ( kW )
式中 D—— 镗杆直径（ mm）
6、龙门铣床
166
15.1B
P? ( kW )
式中 B—— 工作台宽度（ mm）
而实际应用例如：我国 C660车床的工件最大直径为 1250mm，按上列统计分析公式计算，电动机功率应为
kW51kW1 0 0 01 2 5 05.36
54.1
P
kW60N?P
39
第九节 电动机电流种类、形式、额定电压与额定转速的选择一、电动机电流种类的选择二、电动机结构形式的选择三、电动机额定电压的选择四、电动机额定转速的选择
40
第十四章 结 束
