電動機及電氣傳動

1、17. 電動機與電氣傳動（考試大綱）171 熟悉電氣傳動系統(tǒng)的組成及分類熟悉電氣傳動系統(tǒng)的組成及分類172 了解電動機的選擇了解電動機的選擇173 掌握交、直流電動機的起動方式及起動校驗掌握交、直流電動機的起動方式及起動校驗174 掌握交、直流電動機調(diào)速技術(shù)掌握交、直流電動機調(diào)速技術(shù)175 掌握交、直流電動機的電氣制動方式及計算方掌握交、直流電動機的電氣制動方式及計算方法法176 掌握電動機保護配置及計算方法掌握電動機保護配置及計算方法177 熟悉低壓電動機控制電器的選擇熟悉低壓電動機控制電器的選擇178 了解電動機調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)了解電動機調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)179 了解傳動系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)的運用了

2、解傳動系統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)的運用1710 了解調(diào)節(jié)理論在電氣傳動工程中的運用了解調(diào)節(jié)理論在電氣傳動工程中的運用1711 熟悉熟悉PLC的組成及工作原理的組成及工作原理n0n定子轉(zhuǎn)子異步電動機原理圖同步速n0 = 60f/p (f-頻率, p-極對數(shù))轉(zhuǎn)差率s = ( n0 - n ) / n0n0Ifn0電樞轉(zhuǎn)子同步電動機原理圖n = n0，轉(zhuǎn)差率s = 01742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 交流電動機轉(zhuǎn)速為交流電動機轉(zhuǎn)速為因此，交流電動機有以下三種基本調(diào)速方式： 改變極對數(shù)p； 改變轉(zhuǎn)差率s； 改變供電電源頻率f.1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流

3、電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （1）變極調(diào)速）變極調(diào)速 變換繞組極對數(shù)的方法有：變換繞組極對數(shù)的方法有：將將一套繞組中部分線圈一套繞組中部分線圈按一定規(guī)律改接，以改變按一定規(guī)律改接，以改變其電流方向或相號來改變極對數(shù)，常用于倍極比雙其電流方向或相號來改變極對數(shù)，常用于倍極比雙速或三速異步電動機。速或三速異步電動機。在定子上設(shè)置在定子上設(shè)置兩套不同極對數(shù)的兩套不同極對數(shù)的獨立繞組。獨立繞組。在定子上設(shè)置不同極對數(shù)的獨立繞組，且每個獨在定子上設(shè)置不同極對數(shù)的獨立繞組，且每個獨立繞組又有不同的接線組合，適用于三速以上的多立繞組又有不同的接線組合，適用于三速以上的多速電動機

4、。速電動機。1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （1）變極調(diào)速）變極調(diào)速 單繞組倍極比雙速電動機工作特性序號極數(shù)（2p）聯(lián)結(jié)方法極數(shù)（2X2p）聯(lián)結(jié)方法轉(zhuǎn)矩比TTI功率比PPI特性l2丫丫l0.5恒轉(zhuǎn)矩22丫2丫21恒功率32丫1.7320.866可變轉(zhuǎn)矩42丫2.31.15可變轉(zhuǎn)矩52丫0.5770.288可變轉(zhuǎn)矩典型的倍極比調(diào)速原理：三相電源U1V1W1U2V2W2U2W2V2三相電源U1V1 W1低速聯(lián)接（4極）高速YY聯(lián)接（2極）1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （2）轉(zhuǎn)子串電

5、阻調(diào)速）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻時的機械特性 nTn 0s=0s=1不串電阻串入電阻串入電阻，斜率變大，轉(zhuǎn)速下調(diào)，s增大最大轉(zhuǎn)矩大小不變，所對應(yīng)速度降低1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 轉(zhuǎn)子電阻斬波調(diào)速的基本電路例題1繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，串入電阻為額定電阻的40%。電機參數(shù)：定子額定電壓380V，轉(zhuǎn)子額定電壓173V，額定轉(zhuǎn)差率0.055，定子額定電流11A，轉(zhuǎn)子額定電流25A。請計算串入電阻值。計算：轉(zhuǎn)子額定電阻=173/1.732/25=4串入電阻=4*40%=1.

6、61742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （3）串級調(diào)速）串級調(diào)速 機械回饋式 電回饋式 1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （3）串級調(diào)速）串級調(diào)速 低同步串級調(diào)速 超同步串級調(diào)速 1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （4）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速原理圖 不同U1時的機械特性 nTn 0s=0s=1不降電壓降低電壓降低電壓，斜率變大，轉(zhuǎn)速下調(diào)，s增大最大轉(zhuǎn)矩變小，所對應(yīng)速度不變1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 .

7、交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （4）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速(較高的內(nèi)阻時）較高的內(nèi)阻時）具有轉(zhuǎn)速閉環(huán)的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速閉環(huán)的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) a）原理圖 b）閉環(huán)控制特性 1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （5）電磁調(diào)速異步電動機）電磁調(diào)速異步電動機電磁調(diào)速異步電動機由異步電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和晶閘管勵磁電源及其控制部分組成。調(diào)節(jié)電磁耦合器的勵磁 勵磁sn 電磁轉(zhuǎn)差調(diào)速電動機系統(tǒng)的組成 1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （5）電磁調(diào)速異步電動機）電磁調(diào)速異步電動機 電磁調(diào)速電動機開

8、環(huán)和閉環(huán)調(diào)速機械特性 a）開環(huán) b）閉環(huán) 相似有：相似有：液力耦合器調(diào)速液力耦合器調(diào)速：在電機和負(fù)載之間串接液力耦合器，調(diào)節(jié)液力耦合器的油量來改變 s 1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 它是利用電動機的同步轉(zhuǎn)速隨外加電源頻率而變化的特性，通過改變電動機供電頻率進(jìn)行調(diào)速的方法。 1）靜止變頻電源的直接變頻方式與間接變頻方式 a）間接變頻方式（交-直-交） b）直接變頻方式（交-交） 1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速（ fn0n） 1）

9、直接變頻方式與間接變頻方式 交一交變頻與交一直一交變頻的主要特點 比較項目交一交變頻交一直一交變頻換能型式一次換能，效率較高兩次換能，效率略低換流方式電源電壓換流強迫換流或負(fù)載換流裝置器件數(shù)量器件較多，器件利用率較低器件較少，器件利用率較高調(diào)頻范圍最高頻率為電源頻率的 13l2頻率調(diào)節(jié)范圍寬，不受電源頻率限制電網(wǎng)功率因數(shù)較低移相調(diào)壓、低頻低壓時功率因數(shù)低，用斬波或PWM調(diào)壓，則功率因數(shù)高1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 2）電壓型變頻調(diào)速與電流型變頻調(diào)速在交-直-交變頻器中，根據(jù)直流側(cè)儲能元件的特點劃分。 電壓型

10、變頻調(diào)速（C為主濾波） 電流型變頻調(diào)速 （L為主濾波）1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 2）電壓型變頻調(diào)速與電流型變頻調(diào)速 電流型變頻調(diào)速與電壓型變頻調(diào)速的主要特點 比較項目電流型電壓型直流回路濾波環(huán)節(jié)電抗器電容器輸出電壓波形決定于負(fù)載，當(dāng)負(fù)載為異步電動機時，為近似正弦波矩形輸出電流波形矩形決定于逆變器電壓與電動機的電動勢，具有較大的諧波分量輸出動態(tài)阻抗大小再生制動（發(fā)電制動）方便，不需附加設(shè)備需要附加電源側(cè)反并聯(lián)逆變器過電流及短路保護容易困難動態(tài)特性快較慢，用PWM則快對晶閘管要求耐壓高，對關(guān)斷時間無嚴(yán)格要求一

11、般耐壓可較低，關(guān)斷時間要求短線路結(jié)構(gòu)較簡單較復(fù)雜適用范圍單機，多機多機，變頻或穩(wěn)頻電源1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （6）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 3）脈沖寬度調(diào)制（PWM ）變頻調(diào)速 在變頻調(diào)速中，整流部分用二極管橋。常采用PWM（Pulse Width Modulation）方法來改善逆變器輸出波形，該方法需要用開關(guān)頻率較高的大功率器件 。 PWM變頻調(diào)速a）PWM變頻器線路 b） PWM波形 例題2變頻調(diào)速的原理是：A改變同步轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)調(diào)速B保持主磁通不變，進(jìn)行調(diào)速C控制主磁通，實現(xiàn)恒功率調(diào)速D恒功率調(diào)速時，頻率增大， 主磁通也增大哪

12、個是不正確答案？答案：D例題3與直流調(diào)速比較，交流變頻調(diào)速的特點是：A不受換向條件的限制，沒有由于換向器 所帶來的維修工作量大、事故率高的弊病B容量、電壓、電流、轉(zhuǎn)速的上限， 不象直流電動機那樣受限制C交流電動機體積小、重量輕、飛輪矩小、 單機容量大、效率高D交流調(diào)速的調(diào)速性能超過直流調(diào)速哪個特點使得投資及維護費用大為降低？答案：A，C1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 1 . 交流調(diào)速系統(tǒng)方案交流調(diào)速系統(tǒng)方案 （7）無換向器電動機調(diào)速）無換向器電動機調(diào)速它是用與電動機旋轉(zhuǎn)頻率同步的交流電源來驅(qū)動同步電動機，改變交流電源的頻率和電壓實現(xiàn)調(diào)速的一種方法。 無換向器電動機的基本結(jié)構(gòu) M

13、S一同步電動機 PS一位置檢測器 1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（l）基本控制方式（V/f協(xié)調(diào)控制） 1）當(dāng)ff1N時保持U1 =U1N 不變這就是恒壓壓/頻頻比的控制方式，是變頻調(diào)速必須遵循的控制原則，簡稱為VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）。 恒壓頻比控制特性 變頻調(diào)速控制特性 fEfwkEw1144. 4Im0I0變頻調(diào)速的 T f 特性：Tff基恒轉(zhuǎn)矩段恒功率段1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（2）異步電動機在電壓、頻率協(xié)

14、調(diào)控制下的機械特性 Uf恒定控制時轉(zhuǎn)矩、 Ef恒定控制時轉(zhuǎn)矩、 定子電流一轉(zhuǎn)速特性 電流轉(zhuǎn)速特性 異步機異步機 等效電路及其簡化等效電路及其簡化E1 = E2I1R1 jX11ssR2I2jX2 R2I0RmXm+U11742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（2）異步電動機在電壓、頻率協(xié)調(diào)控制下的機械特性 Uf、Ef恒定控制機械特性基本上是平行下移的，穩(wěn)態(tài)性能尚可，能滿足一般要求。但因都沒考慮動態(tài)過程中m的變化，動態(tài)性能較差。Ef恒定控制是保證全磁通恒定的控制，其動態(tài)、靜態(tài)性能可與直流傳動的一樣，但線路較復(fù)雜。 Ef恒定控制時的 三種不同的電壓

15、頻率協(xié)調(diào) 機械特性 控制時的機械特性 I恒Uf 恒Ef 恒E/f 控制 n T01742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（3）脈沖寬度調(diào)制（）脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，通常采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)來改善變頻器的輸出波形，減少高次諧波。1） 單極性與雙極性PWM模式 雙極性PWM模式 單極性PWM模式1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（3）脈沖寬度調(diào)制（）脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，通常采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)來改善變

16、頻器的輸出波形，減少高次諧波。2） PWM的調(diào)制方式分同步式、異步式和分段同步式 三種1742 交流電動機調(diào)速技術(shù)交流電動機調(diào)速技術(shù) 2. 變頻調(diào)速的控制方式變頻調(diào)速的控制方式（5）矢量控制與坐標(biāo)變換）矢量控制與坐標(biāo)變換 前兩節(jié)論述的變頻調(diào)速控制方法，基本上解決了異步電動機的平滑調(diào)速問題，轉(zhuǎn)差頻率控制已起到了直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的作用。但是上述方法的主要問題是電壓、電流和頻率等控制量都是標(biāo)量，即只能按電動機穩(wěn)態(tài)運行規(guī)律進(jìn)行控制，不能同時控制其大小和相對位置，轉(zhuǎn)矩控制性能較差。要改善轉(zhuǎn)矩控制性能，使系統(tǒng)完全達(dá)到直流傳動系統(tǒng)的動、靜態(tài)指標(biāo)，必須對定子電壓或電流實施矢量控制，既控制大小，又控制方向。由于交流電動機的所有矢量（電壓、電流和磁通等）都在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)，它們在定子繞組上的物理量都是交流量。因此，控制、計算十分不便，所以必須設(shè)法變成直流量。 矢