選擇的要素分析

　　摘要：電動機的選擇是繼電器控制系統設計中的重要組成部分，選擇電動機需要根據額定功率、額定電壓、額定轉速、種類和結構形式來選擇，其中以電動機額定功率的選擇為主。
　　關鍵詞：額定功率PN 額定轉速nN 額定電壓UN 等效轉矩Td 工作制
　　
　　電動機的選擇是繼電器控制系統設計的重要組成部分，正確選擇生產機械的電動機是系統安全、經濟、可靠和合理運行的重要保證。
　　一、選擇電動機應遵循的基本原則
　　第一，電動機能夠完全滿足生產機械在機械特性方面的要求，如生產機械所需要的工作速度、調速的指標、加速度以及啟動、制動時間等。
　　第二，電動機在工作過程中，其功率能被充分利用，即溫升應達到國家標準規定的數值。
　　第三，電動機的結構形式應適合周圍環境的條件，如防止外界灰塵、水滴等物質進入電動機內部等。
　　二、選擇電動機包括的主要內容
　　電動機的額定功率（即額定容量）、額定電壓、額定轉速、電動機的種類、電動機的結構形式。其中以電動機額定功率的選擇最為重要。
　　三、選擇電動機的主要方法
　　（一）電動機額定功率的選擇
　　正確選擇電動機容量的原則，應在電動機能夠勝任生產機械負載要求的前提下，最經濟、最合理地決定電動機的功率。若功率選得過大，即“大馬拖小車”，設備投資增大，造成浪費且電動機經常欠載運行，效率及交流電動機的功率因數較低。反之，若功率選得較小，即“小馬拉大車”，電動機將過載運行，造成電動機過早損壞。
　　決定電動機功率的主要因素有三個：①電動機的發熱與溫升，這是決定電動機功率的最主要因素；②允許短時過載能力；③對交流籠型異步電動機還要考慮起動能力。
　　電動機的工作方式有三種：連續工作制或長期工作制、短期工作制和周期性斷續工作制。下面分別介紹三種工作方式下電動機額定功率的選擇方法。
　　1.連續工作制電動機額定功率的選擇
　　在這種方式下，電動機連續工作時間很長，可使期溫升達到規定的穩定值，如泵等機械的拖動運轉，連續工作制電動機的負載可分為恒定負載和變化負載兩類。
　　（1）恒定負載下電動機額定功率的選擇
　　只要電動機的額定功率等于或略大于生產機械所需要的功率即可。若負載功率為PL，電動機的額定功率為PN，則應滿足下式：
　　PN≥PL
　　式中，PL是根據具體生產機械的負載及效率進行計算的，可查閱相關機械設計手冊，由于這個條件本身是從發熱溫升角度考慮的，故不必再校核電動機的發熱問題，只需校核過載能力，必要時還要校核起動能力。
　　校核過載能力可按下列條件進行：
　　Tmax≤λTN
　　Tmax——電動機在工作中所承受的最大轉矩（N·M）
　　λ——電動機允許過載倍數
　　若預選的電動機過載能力達不到，則要重選電動機及額定功率直到滿足要求為止。
　　（2）變化負載下電動機額定功率的選擇
　　連續工作方式下的變化負載，其變化通常具有周期性，在變化負載下長期運轉的電動機功率可按以下步驟進行選擇。
　　第一步：計算并繪制圖1所示生產機械的負載記錄圖：
　　第二步：根據下列公式求出生產機械的平均功率PLj
　　PLj=■
　　PL1、PL2、……PLn各段負載的功率
　　t1、t2、……tn各段負載工作所用的時間。
　　第三步，按PN≥（1.1～1.6）PLj預選電動機，如果在工作過程中大負載所占的比例較大時，則系數應選得大些。
　　第四步，對預選電動機進行發熱、過載能力及啟動能力校驗，合格后即可使用。
　　校核電動機發熱方法通常用等效轉矩法，即：
　　Td=■
　　Ti——第i段電磁轉矩
　　Td—一個周期內發熱相同的等效轉矩
　　若Td≤TN，則發熱校核通過，Tn為預選電動機的額定轉矩。
　　2.短期工作制電動機額定功率的選擇
　　為了滿足某些生產機械短期工作（如吊橋、水閘等）的需要，電動機生產廠家專門制造了一些具有較大過載能力的短期工作電動機。其標準工作時間有15min、30min、60min、90min四種。因此，若電動機的實際工作時間符合標準工作時間時，滿足PN≥PL即可。
　　3.周期性斷續工作制電動機額定功率的選擇
　　這種工作方式下的電動機，每個周期內都有起動、運行、制動和停歇各個階段。普通電動機難以勝任如此頻繁的起、制動工作。電動機制造廠專門設計生產的周期性斷續工作制的交流電動機有YZR和YZ系列，標準負載持續率FC%（負載工作時間與整個周期之比稱為負載持續率）有15%、25%、40%和60%四種，一個周期的時間規定不大于10min。
　　周期性斷續工作制電動機功率的選擇方法和連續工作制變化負載下的功率選擇相類似，在此不再敘述，但需指出的是當負載持續率FC≤10%時，按短期工作制選擇；當負載持續率FC≥70%時，可按長期工作制選擇。
　　在實際工作中，人們通過不斷地總結經驗，采用調查、統計、類比和分析等方法，總結出了關于電動機功率與生產機械主要參數之間的經驗公式，下面介紹幾種確定不同類型機床主拖動電動機功率的經驗公式。
　　（1）車床
　　P=36.5D1.54
　　D——工件的最大直徑（m）
　　P——電動機容量（KW）
　　（2）搖臂鉆床
　　P=0.064D1.19
　　D——最大鉆孔直徑（mm）
　　（3）臥式鏜床
　　P=0.004D1.17
　　D——鏜桿直徑（mm）
　　（4）龍門銑床
　　P=■
　　B——工作臺寬度（mm）
　　例如，國產C60型車床，其加工工件的最大直徑為1250mm，則主拖動電動機的額定功率為：
　　P=36.5×1.1251.54=52KW
　　（二）電動機額定電壓的選擇
　　電動機額定電壓應與供電電源、電壓相一致。
　　（三）電動機額定轉速的選擇
　　對于額定功率相同的電動機，額定轉速越高，電動機成本越小、越經濟，但電動機轉速越高，傳動機構轉速比愈大，傳動機構越復雜。
　　因此，選擇電動機的額定轉速時，必須全面考慮，在電動機性能滿足生產機械要求的前提下，力求電能損耗少，設備投資少，維護費用少，通常電動機的額定轉速選在750～1500r/min比較合適。
　　（四）電動機種類的選擇
　　應根據生產機械調速要求選擇電動機的種類。選擇電動機的種類時，在考慮電動機的性能必須滿足生產機械的要求下，優先選用結構簡單、價格便宜、運行可靠、維修方便的電動機。在這方面，交流電動機優于直流電動機，異步電動機優于同步電動機，籠形電動機優于繞線轉子電動機。
　　（五）電動機結構形式的選擇
　　應根據電動機的工作環境選擇電動機的結構形式。電動機按防護形式分為開啟式、防護式、封閉式和防爆式四種。在正常環境條件下，一般采用防護式電動機，在人員及設備安全有保證的前提下，也可采用開啟式電動機。在空氣中存在較多粉塵的場所宜用封閉式電動機，在有爆炸危險及有腐蝕性氣體的場所下，應相應選擇防爆式電動機。
　　綜合以上分析可見，選擇電動機時，應從額定功率、額定電壓、額定轉速、種類和形式幾方面綜合考慮，做到既經濟又實用。
　　
　　參考文獻：
　　［1］劉光源，錢李寶.常用機床電氣維修［M］.上海：上海科學技術出版社，2008.
　　［2］何煥山.工廠電氣控制設備［M］.北京：高等教育出版社，2005.
　　［3］趙仁良，李敬梅.電力拖動控制線路與技能訓練［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2001.
　　［4］張勇.電機拖動與控制［M］.北京：機械工業出版社，2006.
　　（作者單位：江蘇省高郵中等專業學