第一篇 电力拖动基础

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力拖动基础,刘 兵,9/21/2024,1,第一章 电力拖动系统的动力学基础,运动方程式,单位为,kg m,2,旋转运动,转动惯量,直线运动,式中：GD,2,= 4gJ 称为,飞轮惯量,（N m,2,）。,9/21/2024,2,第一章 电力拖动系统的动力学基础,运动方程式中转矩的符号,运动方程式的一般形式,规定某一转动方向为参考（正）方向，,电磁转矩,T,：,与参考方向一致取正，反之取负；,阻转矩,T,z,：,与参考方向一致取负，反之取正。,9/21/2024,3,第一章 电力拖动系统的动力学基础,工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算,工作机构转矩,T,的折算,折算的原则是系统的传送功率不变,传动机构与工作机构飞轮惯量折算,折算的原则是转动惯量,J,Z,中及质量,m,Z,中储存的动能相等,9/21/2024,4,第一章 电力拖动系统的动力学基础,生产机械的负载转矩特性,定义：,在运动方程式中，阻转矩（或称负载转矩）,T,z,与转速,n,的关系,T,z,=f,(,n,),即为生产机械的负载转矩特性,。,分类,大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为三种类型：恒转矩负载、风机负载、恒功率负载。,9/21/2024,5,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的机械特性,机械特性方程式,直流电动机的几个基本方程式,机械特性方程式,9/21/2024,6,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的机械特性,固有机械特性与人为机械特性,2,1,F,F,F,N,9/21/2024,7,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的起动,直流电动机起动时的过渡过程,9/21/2024,8,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,分类,机械制动,电磁制动器，即机械抱闸；,电气制动,能耗制动、反接制动、回馈制动（再生制动）,能耗制动,9/21/2024,9,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,能耗制动,9/21/2024,10,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,反接制动,转速反向的反接制动,9/21/2024,11,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,反接制动,电枢反接的反接制动,9/21/2024,12,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,反接制动,电枢反接时反接制动的过渡过程,9/21/2024,13,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,回馈制动,位能负载拖动电动机,他励电动机改变电枢电压调速,9/21/2024,14,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的调速,调速方法,机械、电气、机械电器配合,电气方法,改变电枢供电电压、改变励磁、改变电枢回路电阻,9/21/2024,15,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的调速,调速时的技术指标,调速范围,D,静差率,d,（,或称相对稳定性）,调速范围,D,与静差率,d,之间的关系,平滑性,调速时的容许输出,容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩,9/21/2024,16,第二章 直流电动机的电力拖动,过渡过程能量损耗,空载起动,空载能耗制动,空载反接制动,空载反转过程,减少过渡过程,能量损耗方法,减少系统动能储存量,J,W,0,/2,电枢设计成细而长的形状,采用双电动机拖动,合理选择起、制动方式,起动时，逐级改变加在电动机上的电压,制动时，若不能采用回馈制动应尽量采用能耗制动,9/21/2024,17,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机机械特性的三种表达式,物理表达式,9/21/2024,18,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机机械特性的三种表达式,参数表达式,通常,9/21/2024,19,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机机械特性的三种表达式,实用表达式,忽略,R,1,，则,9/21/2024,20,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与,人为,机械特性,固有机械特性,几个特殊运行点,1）起始点,A,，特点：,n,= 0（,s,= 1），,T,=,T,st,，,I,1st,=（47）,I,N,；,2）额定工作点,B,，特点：,n,=,n,N,（,s,=,s,N,），,T,=,T,N,，,I,1,=,I,N,；,3）同步转速点,H,，特点：,n,=,n,0,（,s,= 0），,T,=0，,I,1,=,I,0,；,4）最大转矩点,P,和,P,电动状态最大转矩点,P,，,特点：,T,=,T,m,，,s,=,s,m,，,对应书中式,(10,-,16),、,(10,-,17),中的正号；,回馈制动,最大转矩点,P,，,特点：,T,=,T,m,，,s,=,s,m,，,对应书中式,(10,-,16),、,(10,-,17),中的负号。,9/21/2024,21,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与,人为,机械特性,人为机械特性,降低,U,x,时的人为机械特性,当降低,U,x,时，,T,m,，,T,st,与,U,x,2,成正比，,s,m,与,U,x,无关。,9/21/2024,22,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与,人为,机械特性,人为机械特性,转子回路串联对称电阻,时的人为机械特性,R,2,增大时，,n,0,，,T,m,不变，,s,m,增大，,T,st,一开始增大，当增大到,T,st,=,T,m,后,T,st,开始减小。,9/21/2024,23,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与,人为,机械特性,人为机械特性,定子回路串联对称电抗,时的人为机械特性,X,1,增大时，,n,0,不变，,T,m,、,s,m,、,T,st,随,X,1,的增大而减小。,9/21/2024,24,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与,人为,机械特性,人为机械特性,定子回路串联对称电阻,时的人为机械特性,R,1,增大时，,n,0,不变，,T,m,、,s,m,、,T,st,随,X,1,的增大而减小，与定子回路串对称电抗相似。,9/21/2024,25,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与,人为,机械特性,人为机械特性,转子回路接入并联电抗,时的人为机械特性,起动初期，转子频率相当大，电抗器的感抗,X,st,=2,p,sf,1,L,st,较大，转子电流的大部分将流过电阻,R,st,，,这时相当于转子串电阻起动。随着起动过程的进行，,sf,1,或,X,st,越来越小，起动结束时，,X,st,很小，几乎将,R,st,短接。,9/21/2024,26,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机,各种运转状态,电动运转状态,电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同，机械特性落在第一与第三象限。,电动状态时，电动机从电网吸收电能，转换成机械能带动负载。,9/21/2024,27,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机,各种运转状态,制动运转状态,这时，,n,n,0,，,转差率,s,为：,回馈制动,9/21/2024,28,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机,各种运转状态,制动运转状态,这时转差率,s,为：,反接制动,转速反向的反接制动,9/21/2024,29,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机,各种运转状态,这时转差率,s,为：,反接制动,定子两相反接的反接制动,制动运转状态,9/21/2024,30,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机,各种运转状态,能耗制动,能耗制动的优点：,改变转子电阻或通入定子的直流励磁均可调节制动转矩；,当电动机转速下降到零时，制动转矩亦下降到零，使生产机械准确停车；,常用于矿井提升及起重运输等生产机械。,制动运转状态,9/21/2024,31,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,根据异步电动机的技术数据计算其参数,异步电动机,的技术数据,一般可查到下列,技术数据,：,1）额定功率,P,N,（kW）； 2）额定定子线电压,U,1N,（V）；,3）额定定子线电流,I,1N,（A）； 4）额定转速,n,N,（r/min）；,5）额定效率,h,；,6）定子额定功率因数cos,j,1N,；,7）过载倍数,K,T,，,K,T,=,T,m,/,T,N,； 8）飞轮惯量GD,2,（ Nm,2,）；,9）对于绕线转子异步电动机，还给出两个转子数据，即,a）转子额定线电动势,E,2N,（V）； b）转子额定线电流,I,2N,（A）。,10）对于笼型异步电动机，没有转子数据，但给出下列两个数据,a）起动转矩倍数,K,st,，,K,st,=,T,st,/,T,N,； b）起动电流倍数,K,1,，,K,1,=,I,1st,/,I,1N,。,9/21/2024,32,根据异步电动机的技术数据计算其参数,异步电动机,的,参数计算,额定转矩,T,N,（,N,m,）,最大转矩,T,m,（,N,m,）,绕线转子每相绕组电阻,R,2,（,W,）,定子绕组每相电阻,R,1,定子,D,型接法,临界转差率,定子Y型接法,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,9/21/2024,33,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,根据异步电动机的技术数据计算其参数,异步电动机,的,参数计算,总电抗,X,，,X,=,X,1,+,X,2,定子电抗,X,1,及转子电抗,X,2,转子绕组每相电阻折算值,R,2,还有其它计算公式,空载电流,I,0,其中,励磁电抗,X,0,定子,D,型接法,定子Y型接法,9/21/2024,34,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型,异步电动机起动方法,直接起动、降压起动、软启动,直接起动,一般规定，异步电动机的功率低于,7.5kW,时允许直接起动。如果功率大于,7.5kW,，,而电源总容量较大，能符合下式要求的，电动机也可允许直接起动。,9/21/2024,35,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型,异步电动机起动方法,直接起动、降压起动、软启动,降压起动,定子串电阻或电抗降压起动,9/21/2024,36,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型,异步电动机起动方法,直接起动、降压起动、软启动,降压起动,自耦补偿起动,通过自耦变压器，从电网吸取的电流为,9/21/2024,37,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型,异步电动机起动方法,直接起动、降压起动、软启动,降压起动,星形,/,三角形（,Y/,D,）,降压起动,降压起动,延边三角形降压起动,9/21/2024,38,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型,异步电动机起动方法,直接起动、降压起动、软启动,软起动,软起动器分为磁控式与电子式两种，目前主要使用电子式软起动器 。,电子式软起动器的五种启动方法：,1,）限流或恒流起动方法；,2,）斜坡电压起动法；,3,）转矩控制起动法；,4,）转矩加脉冲突跳控制起动法；,5,）电压控制起动法,9/21/2024,39,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,绕线式,异步电动机起动方法,转子串电阻,转子串频敏变阻器,电动机起动时,s,= 1,，,转子频率较高，,f,2,=,sf,1,= 50Hz,，,这时频敏变阻器内与频率平方成正比的涡流损耗较大，等效电阻,R,m,也较大，起到限制起动电流的作用。,9/21/2024,40,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,改善起动性能的三相异步电动机,深槽异步电动机,双笼型异步电动机,9/21/2024,41,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,笼型异步电动机定子对称起动电阻计算,设全压直接起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别为,I,1st,，,T,st,；,定子串电阻起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别,I,1st,，,T,st,考虑,T,st,I,2,1st,，,则，,a,2,=,b,9/21/2024,42,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,笼型异步电动机定子对称起动电阻计算,定子绕组为星形接法时,定子绕组为三角形接法时,一般情况下，,按电动机的平均数值可令,则,9/21/2024,43,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算,图解解析法,9/21/2024,44,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算,解析法,令,9/21/2024,45,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机过渡过程的能量损耗,异步电动机过渡过程能量损耗的一般公式,空载起动,空载反接制动,空载能耗制动,9/21/2024,46,第五章 三相异步电动机的调速,异步电动机转速表达式,变极调速,YYY时,D,YY时,9/21/2024,47,第五章 三相异步电动机的调速,f,1,较高时，可忽略,R,1,，,则,变频调速,9/21/2024,48,第五章 三相异步电动机的调速,能耗转差调速,转子串电阻调速,9/21/2024,49,第五章 三相异步电动机的调速,滑差电动机调速,改变定子电压调速,能耗转差调速,9/21/2024,50,第五章 三相异步电动机的调速,引入与,sE,2,同相的,E,f,引入与,sE,2,反相的,E,f,能耗转差调速,串级调速,绕线异步电动机与其他电动机或电子设备串级联接以实现平滑调速，称为串级调速。,9/21/2024,51,第五章 三相异步电动机的调速,引入超前,sE,2,某一角度,q,的,E,f,，即可调速，又可以提高异步电动机功率因数,能耗转差调速,串级调速,9/21/2024,52,第五章 三相异步电动机的调速,能耗转差调速,晶闸管串级调速系统,9/21/2024,53,第六章 多电动机拖动系统,硬轴联结的双电动机拖动系统,他励直流电动机的双机拖动,9/21/2024,54,第六章 多电动机拖动系统,硬轴联结的双电动机拖动系统,交流异步电动机的双机拖动,M,1,电动状态时的机械特性,M,2,能耗制动时的机械特性,合成机械特性,9/21/2024,55,第六章 多电动机拖动系统,硬轴联结的双电动机拖动系统,交流异步电动机的双机拖动,M,1,电动状态时的机械特性,M,2,反接制动时的机械特性,合成机械特性,9/21/2024,56,第六章 多电动机拖动系统,同步,旋转系统（电轴系统）,辅助异步电动机顺着定子磁场旋转,M,1,重载、,M,2,轻载时,具有辅助电动机的电轴系统,9/21/2024,57,第六章 多电动机拖动系统,同步,旋转系统（电轴系统）,具有辅助电动机的电轴系统,辅助异步电动机逆着定子磁场旋转,M,1,重载、,M,2,轻载时,9/21/2024,58,