哈工程機(jī)電傳動(dòng)總結(jié)

2/2哈工程機(jī)電傳動(dòng)總結(jié)電能明顯的優(yōu)點(diǎn)：它適宜大量生產(chǎn)、集中管理、遠(yuǎn)距離傳輸和自動(dòng)控制。以電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)相比其他拖動(dòng)方法，最主要的優(yōu)點(diǎn)是：1.啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)等都比其他方法容易實(shí)現(xiàn)；2.可獲得所需的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：1.功率范圍大；2.調(diào)速范圍寬；3.適用范圍廣.生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系稱(chēng)為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性均指電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系。大體上可以歸納為恒轉(zhuǎn)矩型機(jī)械特性、離心式通風(fēng)機(jī)型機(jī)械特性、恒功率型機(jī)械特性和直線型機(jī)械特性等幾種典型的機(jī)械特性。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載又分為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有兩方面的含義：一是指系統(tǒng)能以一定的速度勻速運(yùn)行，即電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的特性曲線有交點(diǎn)，該交點(diǎn)稱(chēng)為平衡點(diǎn)；二是系統(tǒng)在受外部干擾(如電壓波動(dòng)、負(fù)載波動(dòng)等)的作用后，會(huì)離開(kāi)平衡點(diǎn)，但在新的條件下可達(dá)到新的平衡(到達(dá)一個(gè)新的平衡點(diǎn))，干擾消除后系統(tǒng)能回到原來(lái)的平衡點(diǎn)勻速運(yùn)行。機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要充分條件是：(1)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線與負(fù)載的機(jī)械特性曲線有交點(diǎn)，即系統(tǒng)存在平衡點(diǎn)；(2)當(dāng)轉(zhuǎn)速大于平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速時(shí)，TMTL，即TM-TL>0，轉(zhuǎn)速向平衡點(diǎn)處上升。總之就是干擾產(chǎn)生后，系統(tǒng)偏離平衡點(diǎn)，干擾消除后，系統(tǒng)回到平衡點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好，可以在寬廣的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；另外，它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)。主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用有色金屬多，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，運(yùn)行可靠性差。直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)：直流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，并且在定子和轉(zhuǎn)子之間有空氣隙。定子的作用是產(chǎn)生主磁場(chǎng)和支撐電機(jī)，它主要由主磁極、機(jī)座、電刷裝置、端蓋和軸承等組成。轉(zhuǎn)子主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等組成。1.電樞鐵心的作用是通過(guò)磁通以減小磁路的磁阻和嵌放電樞繞組。2.電樞繞組的作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并通過(guò)電流，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。3.換向器的作用是將電刷間的直流電勢(shì)和電流轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交變電流。4.轉(zhuǎn)軸的作用是用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。按照勵(lì)磁方式（即獲得磁通的方式）和連接方式的不同，直流電動(dòng)機(jī)可分為并勵(lì)式、串勵(lì)式、復(fù)勵(lì)式（積復(fù)勵(lì)式和差復(fù)勵(lì)式）、他勵(lì)式和永磁式等。按照使用場(chǎng)合的不同可選擇各種不同類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)，在伺服控制中通常采用永磁式直流電動(dòng)機(jī)，而在動(dòng)力控制中，常使用他勵(lì)式的直流電動(dòng)機(jī)。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：所謂機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即n＝f（T）。機(jī)械特性中的轉(zhuǎn)矩T是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，它與電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩TM不相同，二者之間相差一個(gè)空載轉(zhuǎn)dT?T矩T0。????100%為了衡量機(jī)械特性的平直程度，引進(jìn)一個(gè)機(jī)械特性硬度的概念，記作，其定義為：dn?n即轉(zhuǎn)矩變化dT與所引起的轉(zhuǎn)速變化dn的比值。根據(jù)?值的不同，可將電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性分為三類(lèi)。(1)絕對(duì)硬特性(?→∞)，如交流同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；(2)硬特性(?＞10)，如直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械持性，交流異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的上半部；(3)軟特性(?＜10），如直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和直流積復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性：(1)啟動(dòng)過(guò)程中啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst足夠大，使Tst＞TL，保證電動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)，且啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間較短，以提高生產(chǎn)效率；（2）啟動(dòng)電流的起始值Ist不能太大，否則會(huì)使換向困難，產(chǎn)生強(qiáng)烈火花，損壞電機(jī)，還會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩沖擊，影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等；（3）啟動(dòng)設(shè)備與控制裝置簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)性好，操作方便。Tst?Kt?Ist啟動(dòng)時(shí)，磁通應(yīng)最大。降壓?jiǎn)?dòng)：將調(diào)壓器的輸出電壓調(diào)為較小值，保證電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)電流在允許范圍內(nèi)，一般為額定值的2～2.5倍。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升，平滑地增加調(diào)壓器的輸出電壓，使電樞電流始終在最大值上，電動(dòng)機(jī)將以最大加速度啟動(dòng)。由于調(diào)壓器輸出電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)，故該啟動(dòng)方法可恒加速啟動(dòng)，使啟動(dòng)過(guò)程處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性：一種是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，通過(guò)改變機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如齒輪、皮帶輪等)的速比實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種方法稱(chēng)為機(jī)械調(diào)速。其特點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)速時(shí)一般需要停機(jī)，且多為有級(jí)調(diào)速。另一種是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的方法，稱(chēng)為電氣調(diào)速。其特點(diǎn)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，調(diào)速時(shí)不用停機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，且易于實(shí)現(xiàn)電氣控制自動(dòng)化。電氣調(diào)速是指在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，通過(guò)人為的方法改變電動(dòng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。必須指出，調(diào)速與因負(fù)載變化而引起的轉(zhuǎn)速變化是不同的。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：(1)電樞回路串電阻調(diào)速；(2)降壓調(diào)速；(3)弱磁調(diào)速。調(diào)速的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：一是調(diào)速設(shè)備初期投資的大小，二是運(yùn)行過(guò)程中能量損耗的多少，三是維護(hù)費(fèi)用的高低。三者總和較小者經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。電樞回路串電阻調(diào)速特點(diǎn)：1.如機(jī)械特性較軟，電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度愈低；2.在空載或輕載時(shí)，調(diào)速范圍不大；3.實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速困難；4.在調(diào)速電阻上消耗大量電能等。電樞回路串電阻調(diào)速只能使轉(zhuǎn)速由額定值往下調(diào)(nmax=nN)，且轉(zhuǎn)速降低時(shí)，特性變軟，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性變差，轉(zhuǎn)速降增大，靜差率明顯增大。這種調(diào)速方法一般只適用于容量不大，低速運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，對(duì)于調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)是：可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；(2)調(diào)速前后機(jī)械特性的斜率不變，硬度較高，負(fù)載變化時(shí)，速度穩(wěn)定性好；(3)無(wú)論輕載還是重載，調(diào)速范圍相同，一般可達(dá)D＝2.5～12；(4)調(diào)速時(shí)，因電樞電流與電壓U無(wú)關(guān)，且???N，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適合于恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載進(jìn)行調(diào)速；(5)電能損耗較??；(6)需要一套調(diào)壓電源設(shè)備。弱磁調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：由于是在電流較小的勵(lì)磁回路中進(jìn)行調(diào)節(jié)(一般直流電機(jī)的勵(lì)磁功率只有額定功率的1%～5%)，因而控制方便，能量損耗小，調(diào)速平滑。缺點(diǎn)：(1)機(jī)械特性斜率加大，特性變軟。(2)調(diào)速范圍較小。普通直流電動(dòng)機(jī)最高只能調(diào)到額定轉(zhuǎn)速的1.2～2倍，特殊設(shè)計(jì)的調(diào)磁電機(jī)，也不過(guò)能調(diào)到nN的3～4倍。因此，常常把調(diào)壓和弱磁兩種方法結(jié)合起來(lái)使用，以擴(kuò)大調(diào)速范圍。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性：制動(dòng)則是從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開(kāi)始減速到停止或是限制位能負(fù)載下降速度的一種運(yùn)行狀態(tài)。利用拉閘斷電源停車(chē)的方法為自然停車(chē)。利用機(jī)械摩擦獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法稱(chēng)為機(jī)械制動(dòng)，例如常見(jiàn)的抱閘裝置。設(shè)法使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法稱(chēng)為電氣制動(dòng)。制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的特征是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速n方向相反。此時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)應(yīng)位于機(jī)械特性坐標(biāo)平面的第二和第四象限。制動(dòng)運(yùn)行的作用是使電氣傳動(dòng)系統(tǒng)快速減速或停車(chē)或勻速下放重物。根據(jù)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的方法和制動(dòng)時(shí)電機(jī)內(nèi)部能量傳遞關(guān)系的不同，制動(dòng)方法分為三種，即能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和反饋制動(dòng)。能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性是通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)、位于第二象限和第四象限的直線。直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)時(shí)，其最終的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與所拖動(dòng)的負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。制動(dòng)電阻越小，機(jī)械特性越平，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的絕對(duì)值越大，制動(dòng)越迅速。但制動(dòng)電阻也不能太小，否則制動(dòng)時(shí)的電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩將超過(guò)允許值，從而對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)不利影響。能耗制動(dòng)廣泛用于要求平穩(wěn)、準(zhǔn)確停車(chē)的場(chǎng)合；也可應(yīng)用于起重機(jī)一類(lèi)帶位能性負(fù)載的機(jī)械，以限制重物下放的速度。把改變電樞電壓U的方向所產(chǎn)生的反接制動(dòng)稱(chēng)為電源反接制動(dòng)，而把改變電樞電勢(shì)E的方向所產(chǎn)生的反接制動(dòng)稱(chēng)為電勢(shì)反接制動(dòng)(或倒拉反接制動(dòng))。反接制動(dòng)特性曲線在第二象限。當(dāng)n下降到零時(shí)，反接制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。電源反接制動(dòng)一般應(yīng)用在生產(chǎn)機(jī)械要求迅速減速、停車(chē)和反向的場(chǎng)合以及要求經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的機(jī)械上。反饋制動(dòng)無(wú)需改變電動(dòng)機(jī)的任何參數(shù)，它是在外部條件的作用下使電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速大于其理想空載轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，且電動(dòng)機(jī)向電源反饋電能。這種狀態(tài)稱(chēng)為反饋制動(dòng)、再生制動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)。反饋制動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性是第一象限中電動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)械特性在第二象限內(nèi)的延伸。反饋制動(dòng)狀態(tài)下附加電阻越大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高。三相異步電動(dòng)機(jī)：按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為籠式（鼠籠式）和繞線式異步電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)；若按機(jī)殼的防護(hù)形式分類(lèi)，籠式可分為防護(hù)式、封閉式、開(kāi)啟式。定子由鐵芯、繞組與機(jī)座三部分組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。氣隙：氣隙愈大則為建立磁場(chǎng)所需勵(lì)磁電流就大，從而降低電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。氣隙愈小則定子和轉(zhuǎn)子之間的相互感應(yīng)（即耦合）作用就愈好，因此應(yīng)盡量讓氣隙小些。但不能過(guò)小，否則會(huì)是加工和裝配困難，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定轉(zhuǎn)子之間易發(fā)生摩擦或碰撞。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理：基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。定子繞組接上三相電源后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電流，兩者相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：當(dāng)空間相隔120的三相繞組通以相位彼此相差120的三相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)，它們產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)在空間不斷旋轉(zhuǎn)。定子三相繞組的連接方式(Y形或△形)的選擇，和普通三相負(fù)載一樣，須視電源的線電壓而定。如果電動(dòng)機(jī)所接入之電源的線電壓等于電動(dòng)機(jī)的額定相電壓(即每相繞組的額定電壓)，那么，它的繞組應(yīng)該接成三角形；如果電源的線電壓是電動(dòng)機(jī)額定相電壓的3倍，那么，它的繞組就應(yīng)該接成星形。通常電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)有符號(hào)Y/△和數(shù)字380/220，前者表示定子繞組的接法，后者表示對(duì)應(yīng)于不同接法應(yīng)加的線電壓值。??相異步電動(dòng)機(jī)的額定值：1.額定功率PN：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為kW。2.額定電壓UN：指額定運(yùn)行時(shí)加在定子繞組上的線電壓，單位為V。3.額定電流IN：指電動(dòng)機(jī)定子繞組加額定頻率的額定電壓，軸上輸出額定功率時(shí)，定子繞組的線電流，單位為A。4.額定頻率fN：我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用電的頻率為50Hz。5.額定轉(zhuǎn)速nN：指電動(dòng)機(jī)定子加額定頻率的額定電壓，且軸上輸出額定功率時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。6.額定功率因數(shù)cos?N：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子邊的功率因數(shù)。三相異步電動(dòng)機(jī)：PN?3UNINcos?N?N?10?3，其中?N為電動(dòng)機(jī)的額定效率。此外，銘牌上還標(biāo)明了絕緣等級(jí)、溫升、工作方式與繞組接法等。對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)還標(biāo)明了轉(zhuǎn)子繞組接法、轉(zhuǎn)子繞組額定電壓(指定子繞組加額定電壓、轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)滑環(huán)間的電壓)和轉(zhuǎn)子額定電流等技術(shù)數(shù)據(jù)。額定數(shù)據(jù)是選擇、使用電機(jī)的重要依據(jù)。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是T＝f(n)?？梢杂肨＝f(S)來(lái)描述異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式，均可以作為三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式，實(shí)際工程應(yīng)用中較多采用實(shí)用表達(dá)式。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性同樣可分為固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。固有機(jī)械特性是指在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定、轉(zhuǎn)子電路不串聯(lián)電阻(電抗或電容)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)差率)之間的關(guān)系，也稱(chēng)自然機(jī)械特性。異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能有如下要求：(1)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大，以保證生產(chǎn)機(jī)械的正常啟動(dòng)，縮短啟動(dòng)時(shí)間；(2)啟動(dòng)電流要小，以減小對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊；(3)啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便；(4)啟動(dòng)平滑，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊；(5)啟動(dòng)過(guò)程中能量損耗小。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)有直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種方法。直接啟動(dòng)是三相籠型異步電動(dòng)機(jī)最簡(jiǎn)單的啟動(dòng)方法，適用于電動(dòng)機(jī)容量不大，又是在空載情況下啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。主要取決于供電電網(wǎng)的容量。一般情況下，異步電動(dòng)機(jī)的功率小于7.5kW時(shí)允許直接啟動(dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，啟動(dòng)結(jié)束時(shí)加額定電壓運(yùn)行的啟動(dòng)方式。此法一般適用于電動(dòng)機(jī)空載或輕載啟動(dòng)。定子串電阻或電抗降壓?jiǎn)?dòng)這種