港迪公司港口電氣傳動(dòng)基礎(chǔ)(1)

1、一一.港口電氣傳動(dòng)基礎(chǔ)港口電氣傳動(dòng)基礎(chǔ) 在現(xiàn)代港口的裝卸作業(yè)中，大量的港在現(xiàn)代港口的裝卸作業(yè)中，大量的港口機(jī)械是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的。電動(dòng)口機(jī)械是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行總是和其各個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)系在一機(jī)的運(yùn)行總是和其各個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)系在一起起 ，電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)兩者之間的，電動(dòng)機(jī)和工作機(jī)構(gòu)兩者之間的機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)成了一個(gè)機(jī)電運(yùn)動(dòng)的整體，機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)成了一個(gè)機(jī)電運(yùn)動(dòng)的整體，稱為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)對(duì)港口電氣傳稱為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)對(duì)港口電氣傳動(dòng)介紹如下動(dòng)介紹如下第一節(jié)第一節(jié) 電動(dòng)機(jī)的分類電動(dòng)機(jī)的分類第二節(jié)第二節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及等效電路異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及等效電路第三節(jié)第三節(jié) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成

2、第四節(jié)第四節(jié) 負(fù)載的類型及運(yùn)行特點(diǎn)負(fù)載的類型及運(yùn)行特點(diǎn) 第一節(jié)第一節(jié) 電動(dòng)機(jī)的分類電動(dòng)機(jī)的分類。 電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī) 他勵(lì)磁 可調(diào)性好 并勵(lì)磁 特性可調(diào) 復(fù)勵(lì)磁 由他勵(lì)磁、并勵(lì)磁組成。 串勵(lì)磁 用于電機(jī)車等。 交流電動(dòng)機(jī) 同步電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī) 籠型電動(dòng)機(jī) 普通型 深槽型 多速變極型 繞線型電機(jī) 提刷式 不提刷式 。 第二節(jié)第二節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及等效電路異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及等效電路 一、異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)一、異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 二、異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、額定值二、異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、額定值三、異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理三、異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理 四、異步電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩四、異步電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩 一、異步電

3、動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 異步電動(dòng)機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子及其他附件組成。 (一)定子 由定于鐵心和三相繞組構(gòu)成，其中三相繞組在空間上互差23電角度，且均勻地安放在定子鐵心的槽內(nèi)。三相繞組按適當(dāng)方式(Y或)連接后與三相電源相接，從電源吸收電功率。 (二)轉(zhuǎn)子 主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成，是電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能、帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的部分。其中，轉(zhuǎn)子繞組自行閉合，不與電源相接；轉(zhuǎn)子的功率是由定子吸收的電功率經(jīng)電磁感應(yīng)而得來(lái)的。 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的形式不同，異步電動(dòng)機(jī)又可以分為籠型和繞線轉(zhuǎn)子兩種，籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)見圖l2。 由圖知，籠型轉(zhuǎn)子繞組由銅條或鋁條構(gòu)成，其端部用導(dǎo)體環(huán)連接成閉合回路。而繞線轉(zhuǎn)子繞組是將三相對(duì)稱轉(zhuǎn)子繞組接成Y，三相繞

4、組的端點(diǎn) 分別與三個(gè)集電環(huán)相連，集電環(huán)再通過(guò)電刷和外接電阻連接閉合，用來(lái)改善三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能和調(diào)速性能。變頻調(diào)速的對(duì)象絕大多數(shù)是籠型電動(dòng)機(jī)，如果對(duì)于某些繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)也要進(jìn)行變頻調(diào)速的話，可以將轉(zhuǎn)子三相繞組短接，為避免電刷與集電環(huán)之間因接觸不良而引起的故障，一般在集電環(huán)之前將它們短接，如圖13所示。 二、異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、額定值每臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)在其機(jī)座上都有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)有電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、額定值、工作制等，如表11所示。1.型號(hào)：由字母或數(shù)字組成，用來(lái)表示電動(dòng)機(jī)的種類、規(guī)格和用途等。如：普通籠型異步電動(dòng)機(jī)：Y1產(chǎn)品代號(hào)，表示異步電動(dòng)機(jī) 112M-2規(guī)格代號(hào)，表示中心高112mm，中機(jī)座

5、，兩極電機(jī)、 變頻調(diào)速專用電動(dòng)機(jī)：為了適應(yīng)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需要，許多廠家還生產(chǎn)了不同型號(hào)、不同類型的變頻調(diào)速專用電動(dòng)機(jī)。如上海眾華特種電機(jī)廠生產(chǎn)的YVT315M14就是其中的一種。2.額定值額定值是指在保證電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)壽命的前提下，能夠長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)能承受的最大值。 電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定值主要包括：額定電壓UN：指電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行時(shí)，外加于定子繞組上的線電壓。額定頻率fN：我國(guó)交流電源的頻率是50Hz，所以國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的fN均為50Hz。額定功率PN：是指在額定電壓、額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上能夠長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定輸出的最大機(jī)械功率。額定電流IN：是指在額定電壓、額定頻率下運(yùn)行時(shí)

6、，電動(dòng)機(jī)定子繞組中能夠長(zhǎng)期、安全、連續(xù)通過(guò)的最大線電流。 額定轉(zhuǎn)矩TN：該值在電動(dòng)機(jī)的名牌上沒有數(shù)據(jù)，但卻是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它是指在額定電壓、額定頻率下運(yùn)行時(shí)， 電動(dòng)機(jī)能夠長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定輸出的最大轉(zhuǎn)矩。三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系：式中 額定功率因數(shù) 額定效率NNNNNIUPcos3 電動(dòng)機(jī)的額定值戶PN、TN表明了電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力，額定值越大允許電動(dòng)機(jī)帶的負(fù)載也越大。當(dāng)所帶負(fù)載小于額定值時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行影響不大，只是電動(dòng)機(jī)的能力沒有得到充分發(fā)揮，這就是欠載。如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際所帶的負(fù)載超過(guò)額定值，電動(dòng)機(jī)仍然可以運(yùn)行，但由于超過(guò)了其正常的帶負(fù)載能力，電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱加

7、劇，允許行的時(shí)間會(huì)大大縮短，還會(huì)影響到電動(dòng)機(jī)的壽命，這就是過(guò)載。不管是過(guò)載還是欠載，都是電動(dòng)機(jī)的一種運(yùn)行狀態(tài)，從充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的能力出發(fā)，電動(dòng)機(jī)工作在其額定值附近是比較理想的。3變頻后有效輸出值當(dāng)頻率調(diào)節(jié)到fx時(shí)，電動(dòng)機(jī)的外加電壓也會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)已不是在額定情況下運(yùn)行，也就不能再用額定功率PN和額定轉(zhuǎn)矩TN等額定值來(lái)衡量電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力，我們將電動(dòng)機(jī)在任意頻率人下能夠長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定輸出的功率和轉(zhuǎn)矩稱做有效功率和有效轉(zhuǎn)矩。在變頻調(diào)速中，是用有效輸出值這個(gè)概念來(lái)衡量電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力的。在fx頻率下，如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際所帶的負(fù)載超過(guò)了有效輸出值，電動(dòng)機(jī)就處于過(guò)載的工作狀態(tài)。三、異步電動(dòng)機(jī)

8、的運(yùn)行原理三、異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理(一)異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間上互差23電角度的三相定子繞組U1U2、V1V2、W1W2中通人在時(shí)間上互差23相位角的三相交變電流 iu iv iw。后，它們合成的磁場(chǎng)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖14所示。磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速(即同步轉(zhuǎn)速)n0可用下式表示式中 f 1電流的頻率； P 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。pfn1060 如果頻率調(diào)節(jié)成fx，則同步轉(zhuǎn)速n0 x。也隨之調(diào)節(jié)成：pfnx1060pfnx1060pfnx1060pfnx1060pfnx1060這是變頻調(diào)速的基本原理。這是變頻調(diào)速的基本原理。 這是變頻調(diào)速的基本原理。 這是變頻調(diào)速的基本原理。 2異步電

9、動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)在圖15中，轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，可以看作是磁場(chǎng)靜止，轉(zhuǎn)子繞組向反方向旋轉(zhuǎn)切割磁力線，由右手定則可判斷轉(zhuǎn)子繞組中的電流方向。載流的轉(zhuǎn)子繞組在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩T，根據(jù)左手定則可判斷了的方向(見圖15)。在了的作用下轉(zhuǎn)子“跟著”定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 3轉(zhuǎn)差率由于轉(zhuǎn)子繞組和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間必須要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組才能切割磁力線，才能有感應(yīng)電流產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0之間一定存在著一個(gè)差值， 我們把這個(gè)差值叫轉(zhuǎn)差，用n表示，即n = n0n轉(zhuǎn)差n0n的存在是異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的必要條件。如果頻率調(diào)節(jié)成fx，則轉(zhuǎn)差n可用下式表示：nx= n0

10、xnx (1-2)式中nx頻率fx 時(shí)的比值為轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差n0n同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即轉(zhuǎn)差率的大小同樣也能反映轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。由上式可知：00nnns)1 (60)1 (10spfsnn電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n通常與n0相差不大，因此額定轉(zhuǎn)差率一般都比較小，其范圍sN001005之間。 轉(zhuǎn)差率s是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本參數(shù)，它對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行有著極大的影響，其值越大，轉(zhuǎn)差也越大，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度也越大。轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2S、感應(yīng)電流I2S和頻率f2都會(huì)增加，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩了也會(huì)增加。因此，轉(zhuǎn)子繞組中的E2S、I2S及它們的頻率f2，電磁轉(zhuǎn)矩T

11、的大小，在一定的范圍內(nèi)隨s的增加而增大(轉(zhuǎn)子回路的有些參數(shù)帶有下標(biāo)，表示該參數(shù)的大小與轉(zhuǎn)速有關(guān))。 (二)異步電動(dòng)機(jī)的等效電路1.等效電路異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子能量是通過(guò)電磁感應(yīng)而得到的。定子和轉(zhuǎn)子之間在電路上沒有任何聯(lián)其電路可用圖16來(lái)表示。 定子的相電壓； 定子的相電流；r1 、 x1 定子每相繞組的電阻和漏抗(漏磁感抗)； x2S分別為轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)、電流、漏電抗；1U1ISE2SI2 每 相定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)，它是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生的，其有效值可計(jì)算如下： (1-3)式中KN1與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)有常數(shù)； N1每相定子繞組的匝數(shù)。SE2MNNkfE111144. 4由電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)知

12、識(shí)可知：轉(zhuǎn)子回路的頻率f2=s f1與轉(zhuǎn)差率成正比，所以轉(zhuǎn)子回路中的各電量也都與轉(zhuǎn)差率成正比。為了方便定量分析定、轉(zhuǎn)子之間的各種數(shù)量關(guān)，應(yīng)將定子、轉(zhuǎn)子回路的頻率、繞組、匝數(shù)不同，故必須進(jìn)行折算，折算后，異步電動(dòng)機(jī)的等效電路如圖17所示。 圖中rm 勵(lì)磁電阻，是表征異步電動(dòng)機(jī)鐵心損耗的等效電阻：xm勵(lì)磁電抗，是表征鐵心磁化能力的一個(gè)參數(shù)；I0勵(lì)磁電流； RL機(jī)械負(fù)載的等效電阻， 在上消耗的功率就相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率； I2 , E 2 r 2 x 2 等參數(shù)經(jīng)過(guò)折算后的轉(zhuǎn)子參數(shù)。 2平衡方程式 從圖17中可以很方便地得到異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)系式：(1) 定子側(cè)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

13、U1=E1+I(r1+jx1) （1-4） 由于E1和I(r1+jx1)用來(lái)平衡電源電壓U1，而在額定頻率下I(r1+jx1)占的比例很小，可忽略，所以電壓和電動(dòng)勢(shì)的有效值近似相等：LR21rSSRL(2)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)平衡方程 E2=I2RL+I2R2JI2X2（1-5） 如果將上式乘以E2I2，為通過(guò)氣隙傳送到轉(zhuǎn)子上的電磁功率I22RL，為轉(zhuǎn)子軸上輸出的總機(jī)械功率，I22r2為轉(zhuǎn)子銅耗，由于轉(zhuǎn)子銅耗所占的比例很小，所以轉(zhuǎn)子的功率絕大部分都轉(zhuǎn)換成了機(jī)械功率。 (1 (3) 電流方程 I1=_I2+I0（1-6） 上式表明：定子電流可以分成兩部分，其中很小一部分入用來(lái)建立主磁通m，而大部分用來(lái)平衡

14、轉(zhuǎn)子側(cè)的感應(yīng)電流，使轉(zhuǎn)子能夠得到足夠的能量拖動(dòng)負(fù)載。 四、異步電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩 由異步電動(dòng)機(jī)的等效電路可以清楚地看到，三相異步電動(dòng)機(jī)的功率傳遞過(guò)程是：由定子向電源吸取電功率，經(jīng)電磁感應(yīng)傳遞到轉(zhuǎn)子，稱為電磁功率，該功率使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率，帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。 1異步電動(dòng)機(jī)的功率傳遞異步電動(dòng)機(jī)在功率傳遞的過(guò)程中，不可避免地會(huì)有功率損耗，可用圖18來(lái)表示三相電動(dòng)機(jī)的功率流程。 圖中 P1定子向電源吸收的電功率pem傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm電動(dòng)機(jī)軸上的總機(jī)械功率P2傳遞給負(fù)載的機(jī)械功率；Pcu1,Pcu2定子、轉(zhuǎn)子銅損,是在定、轉(zhuǎn)子繞組上的損耗,Pfe-鐵損，是在鐵心上的損耗，Pm,.

15、Ps-機(jī)械損耗、附加損耗。 1PMP2P （1-7）由于損耗的存在，在功率傳遞的過(guò)程中，要不斷地扣除各種損耗，則負(fù)載得到的機(jī)械功率P2可用下式表示： （1-8）由于不斷地扣除損耗，負(fù)載得到的機(jī)械功率P2比電動(dòng)機(jī)向電源吸取電功率P1要小。電動(dòng)機(jī)的效率可用下式表示：=P2/P1srIIEPem2222223cos3)(2smMppPP2.異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 (1) 轉(zhuǎn)矩平衡方程式將式（1-8）兩邊同除以機(jī)械角速度后得到:sMMppPP2即 式中 T 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（ ）；T2電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，也等于負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩，即T0電動(dòng)機(jī)的空載轉(zhuǎn)矩TL和T0均為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，它們與電磁轉(zhuǎn)矩方向相反，只有滿足轉(zhuǎn)矩

16、平衡方程式后電動(dòng)機(jī)才能以一定的轉(zhuǎn)速 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。為簡(jiǎn)便分析起見，認(rèn)為TL中包括T0，所以轉(zhuǎn)矩平衡方程式可表示為 02TTTMMemPPTLTT2LTT 1) 電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩基本公式 （1-9）nPPTMM9550式中Pm的單位為KW；T的單位為Nm2)電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式式中CT轉(zhuǎn)矩常數(shù)；主磁通。22cosICTMT 3)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式 （1-11）式中 p 磁極對(duì)數(shù)； U1電源的相電壓； f1x 電源頻率。)()(2322122211221xxsrsrfsrpUTx第三節(jié)第三節(jié) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成及特性：電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成及特性： 一、拖動(dòng)系統(tǒng)的組成一、拖動(dòng)系統(tǒng)的組成 二、傳動(dòng)

17、機(jī)構(gòu)的作用及系統(tǒng)參數(shù)折算二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用及系統(tǒng)參數(shù)折算三、異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三、異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性四、異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)四、異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)一、拖動(dòng)系統(tǒng)的組成(一)組成由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)稱做電力拖動(dòng)系統(tǒng)；一般由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)械、生產(chǎn)機(jī)械、控制設(shè)備等部分組成，如圖121所示。 1生產(chǎn)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械是電力拖動(dòng)系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象，對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)工作情況的評(píng)價(jià)，將首先取決于生產(chǎn)機(jī)械的要求是否得到了充分滿足。同樣我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)最原始的數(shù)據(jù)也是由生產(chǎn)機(jī)械提拱的。2電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)是拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)力?？刂葡到y(tǒng)主要包括控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)等相關(guān)環(huán)節(jié)的設(shè)備和電路。

18、如在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，用于控制轉(zhuǎn)速的就是變頻器。 3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是用來(lái)將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞給工作機(jī)械的裝置。大多數(shù)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都具有變速功能，常見的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有帶與帶輪、齒輪變速箱、蝸輪與蝸桿、聯(lián)軸器等。 (二二)系統(tǒng)飛輪力矩。系統(tǒng)飛輪力矩。眾所周知，旋轉(zhuǎn)體的慣性，常用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)量度，在工程上，我們一般用飛輪力矩GD2來(lái)表示。拖動(dòng)系統(tǒng)的飛輪力矩越大，系統(tǒng)起動(dòng)、停止就越困難。可以看出，飛輪力矩是影響拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的一個(gè)重要參數(shù)。適當(dāng)減小飛輪力矩對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行是有幫助的。二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用及系統(tǒng)參數(shù)折算二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用及系統(tǒng)參數(shù)折算(一一)傳動(dòng)比傳動(dòng)比大多數(shù)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都具有變速的功能，如圖1

19、22所示。變速的多少由傳動(dòng)比來(lái)衡量。常用表示： （1-19）式中nmax電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速； nlmax負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速。且1時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為減速機(jī)構(gòu)；1，通過(guò)上述的折算公式可以得知，不僅折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩變小了，折算過(guò)后的飛輪力矩也大幅減小。因此選擇一個(gè)合適的傳動(dòng)比，就可以用較小的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩去驅(qū)動(dòng)一個(gè)較大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，與此同時(shí)也使拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到優(yōu)化。 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，如果拖動(dòng)的是恒轉(zhuǎn)矩或恒功率負(fù)載，多數(shù)情況下是保留傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的，因?yàn)槭褂脗鲃?dòng)機(jī)構(gòu)可以減小電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量，在滿足負(fù)載要求的前提下，降低了成本。對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等二次方律負(fù)載來(lái)說(shuō)，除聯(lián)軸器外，一般不采用其他的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。三、異步電

20、動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三、異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(一)機(jī)械特性由（式11）所決定的n=f(S)曲線變換而來(lái)。機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系它可由 異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓、額定頻率下，由電動(dòng)機(jī)本身固有的參數(shù)所決定的 n=f(T)曲線，叫做電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性。其曲線如圖1-9所示。只要確定曲線上的幾個(gè)特殊點(diǎn)，就能畫出電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。1理想空載點(diǎn)理想空載點(diǎn)圖中的E點(diǎn)，在這點(diǎn)上，電動(dòng)機(jī)以同步轉(zhuǎn)速n0運(yùn)行(s0)，其電磁轉(zhuǎn)矩T0。2起動(dòng)點(diǎn)起動(dòng)點(diǎn)圖中的S點(diǎn)，在起動(dòng)點(diǎn)上，電動(dòng)機(jī)已接通電源，但尚未起動(dòng)。對(duì)應(yīng)這一點(diǎn)的轉(zhuǎn)速n0(s=1)，電磁轉(zhuǎn)矩稱起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)帶負(fù)載的能力一般用起動(dòng)倍數(shù)來(lái)表示

21、，即Kst=Tst/Tn式中，T為額定轉(zhuǎn)矩。3臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)K是一個(gè)非常重要的點(diǎn)，它是機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)的分界點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在K點(diǎn)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為臨界轉(zhuǎn)矩TK,它表示了電動(dòng)機(jī)所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，此時(shí)的轉(zhuǎn)差率叫臨界轉(zhuǎn)差率，用SK 表示TK、SK根據(jù)式(111)用求極值的辦法求出，即：由dTds=0可得212221212)(xxrxxrrsK)(43)(2321121221211121xxfpUxxrrfpUTK電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，需要有一定的過(guò)載能力，一般用m即 (1-14)普通電動(dòng)機(jī)的在2.02.2之間，而對(duì)某些特殊用途電動(dòng)機(jī)，其過(guò)載能力可以更高一些。NKmTT上述分析說(shuō)明：TK

22、的大小影響著電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力,TK越小，為了保證過(guò)載能力不變，電動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載就越小。由nK=n0(1SK )知：SK 越小，nK越大，機(jī)械特性就越硬。因此在調(diào)速過(guò)程中，TK、SK的變化規(guī)律常常是關(guān)注的重點(diǎn)。特別在研究變頻后的機(jī)械特性時(shí)，TK、SK就顯得尤其重要。 (二二)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行 1電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)：T=TL。由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩是，電動(dòng)機(jī)軸上所帶的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩也只能在電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩的附近變化，見圖110中的A點(diǎn)。A點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩平衡方程可近似寫成：T=TNNTNT2電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)電動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程程 由于負(fù)載波動(dòng)使

23、負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大為TL。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩TTL電動(dòng)機(jī)將減速。轉(zhuǎn)速的下降又使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增大，當(dāng)T=TL時(shí)，轉(zhuǎn)速不再下降，電動(dòng)機(jī)在C點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。即：TTLnTT=TL時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。四、異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)四、異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)(一一)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)一直加速到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過(guò)程，叫做起動(dòng)過(guò)程。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流很大，可以達(dá)到額定電流的57倍，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TST卻并不很大，一般Tst= (1.82) 。為了減小起動(dòng)電流常用降低電壓的方法來(lái)起動(dòng)?；\型異步電動(dòng)機(jī)常見的減壓起動(dòng)方法有：自耦變壓器減壓起動(dòng)Y起動(dòng)、定子串電阻或串電抗減壓起動(dòng)等。(二二)異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的

24、制動(dòng)電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，如電磁轉(zhuǎn)矩方向和轉(zhuǎn)子的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反，就稱作制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)有再生制動(dòng)、直流制動(dòng)和反接制動(dòng)，后兩種常用在使電動(dòng)機(jī)迅速停止的過(guò)程中。 1再生制動(dòng)再生制動(dòng):再生制動(dòng)就是因某種原因，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n超過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0， 此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組的方向與電動(dòng)狀態(tài)相反，因而轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2、轉(zhuǎn)子電流I2電磁轉(zhuǎn)矩T均會(huì)反向。電磁轉(zhuǎn)矩T就變成了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，見圖111所示的B點(diǎn)。在此狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子電流方向的改變必將導(dǎo)致定子電流方向的改變，這樣，使電能傳送的方向發(fā)生了改變、電動(dòng)機(jī)此時(shí)不再消耗能量，而是將拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能再生給了電網(wǎng)。發(fā)生再生制動(dòng)的實(shí)例有：起重機(jī)械在重物下降時(shí)，重物的重力加速度可能使電

25、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速；變頻調(diào)速系統(tǒng)中，通過(guò)降低頻率來(lái)減速時(shí)，在頻率剛剛降低的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速小于實(shí)際轉(zhuǎn)速，如圖112所示。 當(dāng)原來(lái)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于曲線的Q點(diǎn)時(shí)，頻率突然下降，則特性變?yōu)榍€，但因n不能突變，工作點(diǎn)跳變至B點(diǎn)，產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩了，電動(dòng)機(jī)進(jìn)人再生制動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)開始沿曲線減速，直到穩(wěn)定運(yùn)行于Q點(diǎn)。2直流制動(dòng)直流制動(dòng)直流制動(dòng)也叫能耗制動(dòng)，是在定子繞組中通人直流電流，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。它與再生制動(dòng)都可以使電動(dòng)機(jī)減速，只是前者將拖動(dòng)系統(tǒng)的能量完全消耗掉了，而后者將能量“再生”給了電網(wǎng)。直流制動(dòng)常用來(lái)使電動(dòng)機(jī)迅速停止。 。五、異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速五、異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速(一一)調(diào)速與

26、速度變化調(diào)速與速度變化1調(diào)速調(diào)速調(diào)速：是在負(fù)載沒有改變的情況下，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程需要人為地強(qiáng)制性地改變拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。如：將電源頻率從50Hz調(diào)至40Hz，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)從Q1移至Q2。 其轉(zhuǎn)速也從1460rmin調(diào)至1168rmin，如圖113所示。可見調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)速的改變是從不同的機(jī)械特性上得到的。我們將調(diào)速時(shí)得到的機(jī)械特性簇稱為調(diào)速特性。2，速度的改變：，速度的改變：速度的改變是由于負(fù)責(zé)載的改變而引起拖動(dòng)系統(tǒng)的特性改變，如系統(tǒng)工作在Q1此時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由T1減小到T2引起系統(tǒng)加速，最后穩(wěn)定運(yùn)行在Q1點(diǎn)上，可見速度改變時(shí)的轉(zhuǎn)速變化是從同一根機(jī)械特性上得到的。(二二)調(diào)速指標(biāo)調(diào)速指標(biāo)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能常用

27、下列指標(biāo)衡量1調(diào)速范圍調(diào)速范圍調(diào)速范圍；指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速nLmax。與最低轉(zhuǎn)速nLmin之比，即：minmaxLLLnn（1-15） 不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速范圍的要求不同，如車床的調(diào)速范圍l為20120，鉆床為212，銑床2030等。一般變頻器的最低工作頻率可達(dá)到0.5Hz，即在額定頻率(fN Hz)以下，調(diào)速范圍l500.5=100。2調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性是指相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速的接近程度。兩檔轉(zhuǎn)速差越小，調(diào)速的平滑性越好。在變頻調(diào)速時(shí)，若給定為模擬信號(hào)，多數(shù)變頻器輸出頻率的分辨率(相鄰兩級(jí)頻率)為0.05Hz，以4極電動(dòng)機(jī)為例，則相鄰兩檔的轉(zhuǎn)速差為從例題可見其平滑性是很高的

28、。min5 . 1min205. 060rrn3調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主要從兩個(gè)方面來(lái)衡量：1)調(diào)速設(shè)備的投資和運(yùn)行維修費(fèi)用。2)電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)引起的能量損耗?？偟膩?lái)說(shuō)，以上兩方面需考慮求得最佳的性能價(jià)格比。變頻調(diào)速裝置的價(jià)格一般較高，但其故障率較低，在很多的場(chǎng)合節(jié)能效果顯著，因此和直流調(diào)速系統(tǒng)比較，變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是很明顯的。4調(diào)速后工作特性一種調(diào)速方案是否優(yōu)良，調(diào)速后的工作特性能否滿足負(fù)載的要求，也是一個(gè)很重要的方面。常通過(guò)下面兩點(diǎn)來(lái)衡量(1)靜態(tài)特性主要是指調(diào)速后機(jī)械特性的硬度。工程上常用靜差度來(lái)表示%10000nnnN(2)動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性指過(guò)渡過(guò)程中的性能。如，加減速過(guò)

29、程是否快捷、平穩(wěn)。遇到?jīng)_擊性負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速能否迅速恢復(fù)等。對(duì)大多數(shù)的生產(chǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)，希望調(diào)速的后的機(jī)械特性能硬一些，負(fù)載變動(dòng)時(shí)，速度變化較小，工作比較穩(wěn)定。但也有的負(fù)載希望調(diào)速后的機(jī)械特性較軟，如電梯，負(fù)載較重時(shí)，為安全起見，要求速度明顯地慢下來(lái)。 第四節(jié)第四節(jié) 負(fù)載的類型及運(yùn)行特點(diǎn)：負(fù)載的類型及運(yùn)行特點(diǎn)： 一、負(fù)載的機(jī)械特性一、負(fù)載的機(jī)械特性 二、電動(dòng)機(jī)的工作制與溫升二、電動(dòng)機(jī)的工作制與溫升 三、電動(dòng)機(jī)容量的選擇原則三、電動(dòng)機(jī)容量的選擇原則一、負(fù)載的機(jī)械特性一、負(fù)載的機(jī)械特性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，大部分情況下與電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T方向相反。不同負(fù)載的機(jī)械特性是不一樣的，可以將其歸納以下幾種

30、類型。 (一一)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指那些負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，僅僅取決于負(fù)載的輕重，而和轉(zhuǎn)速大小無(wú)關(guān)的負(fù)載。帶式輸送機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的典型例子之一，其基本結(jié)構(gòu)和工作情況如圖114a所示。 第四節(jié)第四節(jié) 負(fù)載的類型及運(yùn)行特點(diǎn)：負(fù)載的類型及運(yùn)行特點(diǎn)：生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)常用轉(zhuǎn)矩表示其負(fù)載的大小。在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，存在著兩個(gè)主要轉(zhuǎn)矩，一個(gè)是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，一個(gè)是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T。這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系分別叫做負(fù)載的機(jī)械特性n=(TL)和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=(T)。由于電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械是緊密相連的，它們的機(jī)械特性必須適當(dāng)配合，才能得到良好的工作狀態(tài)。因此為了滿足生產(chǎn)工藝過(guò)程的要求，正確選

31、配電力拖動(dòng)系統(tǒng)，除了研究電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性外，還需要了解負(fù)載的機(jī)械特性。 見圖114a，負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL的大小決定：TL=Fr式中F皮帶與滾筒間的摩擦阻力r滾筒的半徑。 這種負(fù)載的基本特點(diǎn)是： 1轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)由于F和r都和轉(zhuǎn)速的快慢無(wú)關(guān)所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速nL的過(guò)程中，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TL保持不變，即具有恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)：TL常數(shù)其機(jī)械特性曲線如圖114b所示。必須注意：這里所說(shuō)的轉(zhuǎn)矩大小的是否變化，是相對(duì)于轉(zhuǎn)速變化而言的，不能和負(fù)載輕重變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩大小的變化相混淆?；蛘哒f(shuō)，“恒轉(zhuǎn)矩”負(fù)載的特點(diǎn)是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，僅僅取決于負(fù)載的輕重，而和轉(zhuǎn)速大小無(wú)關(guān)。拿帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)傳輸帶上的物多時(shí)，不論轉(zhuǎn)速有多大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩

32、都較大； 而當(dāng)傳輸帶上的物品較少時(shí)，也不論轉(zhuǎn)速有多大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩都較小。2功率特點(diǎn)功率特點(diǎn)根據(jù)負(fù)載的機(jī)械功率PL和轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速nL之間的關(guān)系有： （1-16）即，負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速成正比，其負(fù)載功率線如圖114c所示。LLLLnnTP9550(二二)恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載恒功率負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速n成反比，而其功率基本維持不變的負(fù)載。各種薄膜的卷取機(jī)械是恒功率負(fù)載的典型例子之一，如圖115a所示。其工作特點(diǎn)如下：LT1功率特點(diǎn)薄膜在卷取過(guò)程中，要求被卷物的張力F必須保持恒定，其基本手段是使線速度v保持恒定。所以，在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的功率基本恒定： PL=Fv常數(shù) 即，負(fù)載功率的大小與轉(zhuǎn)速的

33、高低無(wú)關(guān)，其功率特性曲線如圖115c所示。和負(fù)載輕重的變化相混淆。就卷取機(jī)械而言，當(dāng)被卷物體的材質(zhì)不同時(shí)，所要求的張力和線速度是不一樣的，其卷取功率的大小也就不相等。2轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小決定于：TL=Fr式中 F卷取物的張力； r卷取物的卷取半徑。十分明顯的是，隨著卷取物不斷地卷繞到卷取輥上，卷取半徑r將越來(lái)越大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也隨之增大。另一方面，由于要求線速度v保持恒定，故隨著卷取半徑r的不斷增大，轉(zhuǎn)速nL必將不斷減小。根據(jù)負(fù)載的機(jī)械功率PL。和轉(zhuǎn)矩TL轉(zhuǎn)速nL之間的關(guān)系，有： 即，負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比，如圖115b所示 LLLnPT9550(三三)二次方律負(fù)載二次方律負(fù)載二次方律負(fù)載是指轉(zhuǎn)矩與速度的二次方成正比例變化的負(fù)載，例如風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、螺旋槳等機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，如圖1-16所示。在低速事由于流體的流速低，所以負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，流速增快，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和功率也越來(lái)越大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和功率PL可用下式表示：TL=T0+KrnL2 PL=P0+KPnL3式中 T0、P0分別為電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗和功率損耗；、Kr、Kp分別為二次方律負(fù)載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)。二次方律負(fù)載的機(jī)械特性和功