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发布时间:2023-10-26

02电机选型

关于电机选型。应该是一个技术活。电机是传动系统的功率执行器件。如何选型?首先要知道电机的基本特性,同时也要知道电机将要驱动负载的机械特性。这叫知己知彼,百战不殆。电机选型如果不能与负载特性适配,要么就是选大了浪费,达不到佳工作效率;要么就是选小了,根本不能使用。要靠事后的项目整改方案进行修正。浪费人力物力并加大项目成本。

 

电机的基本特性:

, 电机既可以正转向电动或者发电运行;也可以反转向电动发电运行。这叫电机具备的四象限运行特性;

第二, 用变频器控制的电机传动系统,在额定转速以内,具有额定转矩以内的恒转矩特性;在超过额定转速至高转速范围具有额定功率以内的恒功率特性;


第三, 交流异步电机的变频器控制系统,在转速为0至连续额定转矩输出小转速之间,有一个从0至额定转矩输出的过渡,比如说10%额定转速以内。这个区间,电机不能做连续的发力。使用中要尽量避免在这个区间做连续的额定转矩运行。

 

负载的基本特性:

与电机的特性一样,负载也会有一个对应转速范围的扭矩(或者力)的特性曲线,同样也可以转化成转速范围以内的功率特性曲线。作为传动系统电机的选型设计者,在选型之前,必须要搞清楚目标负载的基本特性。绘制出负载的转速/转矩曲线,或者转速/功率曲线。然后根据负载特性,选择合适的电机即可。

 

下面给出一个标准的电机转速/转矩和转速/功率曲线。如图示:

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由图示可知,我们电机选型,只要把电机的转速/转矩曲线覆盖负载曲线,且它们的边界不要太宽,就是合适适配的选择。

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道理同上,如果我们把负载的功率特性曲线置于电机的功率曲线以内,且完全被电机的功率曲线所覆盖。电机选型就是适配的。假如,负载曲线如果超越了电机的转矩特性曲线范围,或功率曲线范围,那么超过的部分,电机对负载的控制无能为力。

 

手上刚好有一个螺旋桨负载特性对驱动电机选型的例子,来说明一下电机选型的方法。

如下图示:

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由图示可知,螺旋桨负载的功率曲线和推力曲线均在3000rpm至7500rpm范围以内。针对两极异步交流电机,这个转速范围是恒功率范围。其功率上限小于22kW。因此,选择电机为:

 

交流异步电机:额定功率22kW;

转速:0-3000rpm恒转矩输出;3000rpm至9000rpm恒功率输出。

控制系统:G120_22kW重载型。

 

,电机选型,根据负载特性曲线对应电机特性曲线的图解法,即可准确无误的选择电机适配负载特性。确保选型合理性。


说明,本文的选型方法是基于负载驱动能力且连续运行工作状态。没有考虑有关电机工作制和电机过载情况。如果考虑工作制的过载状态,可以参考此方法,原理是相同的,仅仅是工作周期与过载的关系适配问题。下面再附一个西门子传动的电机特性曲线图,这里基本更全面的展示了电机的过载特性,包括电机的极限数据。在此图内可一目了然。

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只要电压与频率成比例地调整,电压和频率之间的比率就保持恒定,因此电机的磁通量、可用转矩和堵转转矩也保持不变。这被称为恒定通量范围或基本速度范围。

如果在达到变频器的大可能输出电压后进一步提高频率,电压与频率之比将再次降低,因此电机中的磁通量也会降低,这被称为弱磁范围。对于在弱磁范围内运行的异步电机,可用转矩M 相对于额定转矩 Mrated 的降低大约与 frated/f的比率成正比,输出功率保持恒定。弱磁范围中的Mk-reduced堵转转矩相对于恒定磁通范围内的堵转转矩Mk与比率(frated/f)2 成正比。


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