变动负载下长期工作制的电机容量选择

电机在变动负载下运行时，它的输出功率在不断变化，有时大，有时小，因此电机内部的损耗也在变动，发热和温升也都在变动。由此可知，电机的温升变化取决于电机的负载图。在变动负载下，由于电机轴上有GD2存在，所以电机的负载图与生产机械的负载图不一样，在这种情况下，电动机的容量选择就比较麻烦些。

变动负载下电动机容量选择步骤是：首先计算出生产机械的负载功率，绘制表明负载大小与工作时间长短的生产机械负载图。在此基础上预选电机并作出电机的负载图确定电机的发热情况。最后进行发热、过载、起动校验。校验通过，说明预选电机合适。否则应重新选电机，如此反复进行，直到选好为止。

校验电机发热的依据是电机的温升不超过绝缘材料的容许是最高温升。要进行发热校验，绘制电机的发热曲线是比较困难的。因此一般用下述几种方法。

（1）平均损耗法

预选好电机以后，电动机拖动周期性变化负载，连续运行，按生产机械负载图，根据相关方法绘制出电动机的负载图，假设是图11.4.1。经过一段较长的时间以后，电动机达到稳定状态，这时，每个周期温升的变化规律都相同。如果变化周期tc＜10min，通常满足变化周期tc远远小于发热时间常数TH。在一个周期内，温升变化不大，可以认为一个周期内的平均温升τav与最高温升τm近似相等。

图11.4.1　周期变化负载下长期工作制电动机发热过程的温升曲线及负载图

用一个周期内的平均损耗Δpav来间接地反映平均温升。只要Δpav不超过预选电动机的额定损耗ΔpN，就能保证电动机的平均温升不超过绝缘材料容许的最高温升τmax。这种检验电动机发热的方法称为平均损耗法。用平均损耗法校验电动机发热时，根据电动机的负载图，利用预选电动机的效率曲线η＝f（p），求出负载图中与各段相应的损耗，其一个周期内的平均损耗为：

式中，Δpk是tk时间内，输出功率为Pk时的损耗。

发热校验条件是Δpav≤ΔppN

当周期时间tc＜10min、散热能力不变（A是常数）时，用平均损耗法校验电动机发热是足够准确的。

（2）等值电流法

平均损耗法对各种电机基本上都是适用的，tk越短，tc越长的平均损耗越接近电机的实际损耗，其精确越高，但计算相当复杂。因此采用如下的等值电流法比较方便。

电动机的损耗Δp中包括不变损耗p0和可变损耗pCu，可变损耗与电流的二次方成正比。因此，在负载图中，tk段电动机的损耗为

c是与绕组电阻有关的常数。

把式（11－19）代入式（11－18）中，得

在平均损耗相同的条件下，可用不变的等效电流I2eq来代替变化的电流Ik，于是可得

所求的等效电流

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Ieq来代替变化的负载电流I＝f（t）（对于交流异步电动机，I是定子电流）。如果预选电动机的额定电流是IN，检验电动机发热的条件是

等效电流故是在平均损耗法的基础上导出的，因此要求周期时间tc≤10min、散热系数A为常数。另外，在推导过程中还假定不变损耗p0和与绕组电阻有关系数c为常数。深槽及双笼型异步电动机，在经常起动、制动和反转时，绕组电阻及铁损耗都有较大变化，因此不能用等效电流法校验电动机发热。

（3）等效转矩法

通常电动机的负载图是以转矩图T＝f（t）给出的。如果电动机的转矩与电流成正比（当直流电动机励磁不变，异步电动机磁通Φ与cosφ2不变时）这时可用等效转矩Teq代替等效电流Ieq，可将式（11－22）变为等效转矩的公式

校验电动机发热条件是

串励直流电动机等磁通变化的情况都不能使用等效转矩法。对于交流异步电动机，特别是有些空载电流较大，当负载极小，转矩T与转子电流的折算值成比例，但是与定子电流不成比例，此时必须对T进行修正。

（4）等效功率法

如果拖动系统的转速基本不变时，可以由等效转矩法引出等效功率法。电动机的功率P＝TΩ与转矩成正比，可以将等效转矩公式变成等效功率的公式，即

如果已知功率负载图P＝f（t），可以用式（11－26）算出等效功率Peq，把它与预选电动机的PN比较，如PN≥Peq，则电动机的发热校验通过。

等效功率法的应用范围很窄，凡是不能用等效转矩法的情况都不能用等效功率法。

请注意采用等效法时几种特殊情况需要修正处理。如有起动、制动及停机过程时等效法公式需要修正；负载图中某段负载不为常数时等效值需要修正；磁通变化时等效转矩法需要修正；转速变化时等效功率法需要修正等。详细内容请参考有关书籍。