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1、2019/7/15,1,电力拖动基础总结,杜少武,2019/7/15,2,第一章 电力拖动系统的动力学基础,运动方程式,单位为kg m2,旋转运动,转动惯量,直线运动,式中：GD2 = 4gJ 称为飞轮惯量（N m2 ）。,2019/7/15,3,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Tz ：与参考方向一致取负，反之取正。,2019/7/15,4,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
2、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JZ中及质量mZ 中储存的动能相等,2019/7/15,5,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）Tz 与转速n 的关系 Tz=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。,2019/7/15,6,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 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,2019/7/15,7,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
3、 固有机械特性与人为机械特性,2019/7/15,8,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,2019/7/15,9,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,2019/7/15,10,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,2019/7/15,11,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,反接制动转速反向的反接制动,2019/7/15,12,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
4、接的反接制动,2019/7/15,13,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,2019/7/15,14,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,2019/7/15,15,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,2019/7/15,16,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,
5、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,2019/7/15,17,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JW0/2 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,2019/7/15,18,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,物理表达式,2019/7/15,19,第三章 三相异步电
6、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,2019/7/15,20,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机机械特性的三种表达式,实用表达式,忽略R1，则,2019/7/15,21,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,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 = Tst，I1st=（47）IN； 2）额定工作点B ，特点：n = nN（s=sN），T = TN，I1 = IN ； 3）同步转速点H ，特点：n= n0（s = 0），T=0，
7、I1 = I0 ； 4）最大转矩点P和P 电动状态最大转矩点P，特点：T=Tm，s = sm，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=Tm，s= sm，对应书中式(10-16) 、(10-17) 中的负号。,2019/7/15,22,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,降低 Ux时的人为机械特性,当降低Ux时，Tm，Tst与Ux2成正比，sm与Ux无关。,2019/7/15,23,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
8、性,转子回路串联对称电阻时的人为机械特性,R2增大时，n0， Tm不变，sm增大，Tst一开始增大，当增大到Tst=Tm后Tst开始减小。,2019/7/15,24,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抗时的人为机械特性,X1增大时，n0不变，Tm 、sm、Tst随X1的增大而减小。,2019/7/15,25,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,定子回路串联对称电阻时的人为机械特性,R1增大时，n0不变，Tm 、sm、Tst随X1的增大而减小
9、，与定子回路串对称电抗相似。,2019/7/15,26,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Xst=2psf1Lst较大，转子电流的大部分将流过电阻Rst，这时相当于转子串电阻起动。随着起动过程的进行，sf1或Xst越来越小，起动结束时， Xst很小，几乎将Rst短接。,2019/7/15,27,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,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
10、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。,2019/7/15,28,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，nn0，转差率s为：,回馈制动,2019/7/15,29,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,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,2019/7/15,30,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,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,2019/7/15,31,第三章 三相异步电
11、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,2019/7/15,32,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 PN （kW）； 2）额定定子线电压 U1N（V）； 3）额定定子线电流 I1N （A）； 4）额定转速nN（r/min）； 5）额定效率 h； 6）定子额定功率因数cos
12、j1N； 7）过载倍数KT，KT=Tm/TN； 8）飞轮惯量GD2 （ Nm2 ）； 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E2N（V）； b）转子额定线电流I2N（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 Kst，Kst=Tst/TN； b）起动电流倍数K1，K1=I1st/I1N。,2019/7/15,33,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TN（Nm）,最大转矩Tm（Nm）,绕线转子每相绕组电阻R2（W）,定子绕组每相电阻R1,定子D型接法,临界转差率,定子Y型接法,第三章 三相
13、异步电动机的机械特性及各种运转状态,2019/7/15,34,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=X1+X2,定子电抗X1及转子电抗X2,转子绕组每相电阻折算值R2还有其它计算公式,空载电流I0,其中,励磁电抗X0,定子D型接法,定子Y型接法,2019/7/15,35,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,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
14、机也可允许直接起动。,2019/7/15,36,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,降压起动定子串电阻或电抗降压起动,2019/7/15,37,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,降压起动自耦补偿起动,通过自耦变压器，从电网吸取的电流为,2019/7/15,38,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,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
15、压起动,2019/7/15,39,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,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,2019/7/15,40,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，f2 = sf1 = 50Hz，这时频
16、敏变阻器内与频率平方成正比的涡流损耗较大，等效电阻Rm也较大，起到限制起动电流的作用。,2019/7/15,41,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,2019/7/15,42,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,设全压直接起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别为I1st，Tst； 定子串电阻起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别I1st，Tst,考虑TstI21st，则，a2=b,2019/7/15,43,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
17、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,2019/7/15,44,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,图解解析法,2019/7/15,45,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,2019/7/15,46,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,2019/7/15,47,第五章 三相异步电动机的调速,异步电动机转
18、速表达式,变极调速,YYY时,DYY时,2019/7/15,48,第五章 三相异步电动机的调速,f1较高时，可忽略R1，则,变频调速,2019/7/15,49,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,2019/7/15,50,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,2019/7/15,51,第五章 三相异步电动机的调速,引入与sE2同相的Ef,引入与sE2反相的Ef,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。,2019/7/15,52,第五章 三相异步电动机的调速,引入超前sE2某一角
19、度q的Ef，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,2019/7/15,53,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,2019/7/15,54,第六章 多电动机拖动系统,硬轴联结的双电动机拖动系统,他励直流电动机的双机拖动,2019/7/15,55,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,M1电动状态时的机械特性,M2能耗制动时的机械特性,合成机械特性,2019/7/15,56,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,M1电动状态时的机械特性,M2反接制动时的机械特性,合
20、成机械特性,2019/7/15,57,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M1重载、M2轻载时,具有辅助电动机的电轴系统,2019/7/15,58,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M1重载、M2轻载时,2019/7/15,59,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机发热过程,设电动机的热容为C（电动机温度升高1C所需的热量），A=aS为电动机的散热系数（其中S为散热表面积，a为传热系数，即温度升高1C时，每秒钟向单位面积上散发的热量）
21、则电动机的热平衡方程式为,令,2019/7/15,60,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机发热过程,若发热过程从周围介质温度开始，即tQ0，则,t,t,0,tW,tQ,2019/7/15,61,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机冷却过程,若电网断开后，DP =F = 0，即tW = 0，则,冷却过程温升变化规律方程式为：,t,t,0,tW,tQ,2019/7/15,62,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机工作制分类,连续工作制,短时工作制,2019/7/15,63,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机工作制分类,断续周期工作制,连续周期工作制,