電力拖動(dòng)基礎(chǔ)

電力拖動(dòng)基礎(chǔ)2023年2月5日2內(nèi)容電力拖動(dòng)-起動(dòng)電力拖動(dòng)簡介及特點(diǎn)電力拖動(dòng)的概念電力拖動(dòng)-制動(dòng)電力拖動(dòng)-調(diào)速電力拖動(dòng)的概念以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)的一種拖動(dòng)方式。又稱電氣傳動(dòng)。2023年2月5日3電力拖動(dòng)的簡史簡史

各類機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)都要依靠動(dòng)力。在電動(dòng)機(jī)問世以前，人類生產(chǎn)多以風(fēng)力、水力或蒸汽機(jī)作為動(dòng)力。19世紀(jì)30年代出現(xiàn)了直流電動(dòng)機(jī)，俄國物理學(xué)家Б.С.雅科比首次以蓄電池供電給直流電動(dòng)機(jī)，作為快艇螺旋槳的動(dòng)力裝置，以推動(dòng)快艇航行。此后，以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)方式開始被人們所矚目。到80年代，由于三相交流電傳輸方便以及結(jié)構(gòu)簡單的三相交流異步電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，使電力拖動(dòng)得到了發(fā)展。20世紀(jì)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，為提高生產(chǎn)率和改善產(chǎn)品質(zhì)量，工業(yè)部門對機(jī)械設(shè)備不斷提出新的、高的技術(shù)要求。如要求有寬的速度調(diào)節(jié)范圍、有高的調(diào)速精度、能快速地進(jìn)行可逆運(yùn)行以及對位置、加速度、張力、轉(zhuǎn)矩等物理量的可控性能的要求等。以蒸汽機(jī)、柴油機(jī)等作為原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)裝置很難甚至不可能予以完成，而應(yīng)用電力拖動(dòng)則能很好地滿足上述技術(shù)要求。因此，電力拖動(dòng)被廣泛用于冶金、石油、交通、紡織、機(jī)械、煤炭、輕工、國防和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等部門，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，是社會(huì)生產(chǎn)不可缺少的一種傳動(dòng)方式。2023年2月5日4電力拖動(dòng)的特點(diǎn)特點(diǎn)：由于電能獲得方便，使用電動(dòng)機(jī)的設(shè)備體積比其他動(dòng)力裝置小,并且沒有汽、油等對環(huán)境的污染,控制方便，運(yùn)行性能好，傳動(dòng)效率高，可節(jié)省能源等。所以，80％以上的機(jī)械設(shè)備，小如用步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)指針跳動(dòng)的電子手表、大到上萬千瓦的大型軋鋼機(jī)械等都應(yīng)用電力拖動(dòng)。80年代，中國生產(chǎn)的電能中約有三分之一用于電力拖動(dòng)。單個(gè)電力拖動(dòng)裝置的功率可以從幾毫瓦到幾百兆瓦，轉(zhuǎn)速可從每小時(shí)幾轉(zhuǎn)到每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)

2023年2月5日5電力拖動(dòng)的應(yīng)用-起動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)：電動(dòng)機(jī)接通電源后，轉(zhuǎn)速由零到穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)過程。要求：1.起動(dòng)電流??；2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；3.起動(dòng)時(shí)間短方法：1.全壓(直接)起動(dòng)；2.降壓起動(dòng)。2023年2月5日6電力拖動(dòng)的應(yīng)用-起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能：1.起動(dòng)電流大的原因當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)處在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，從電磁的角度看，就象變壓器，接到電源去的定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次線圈，成閉路的轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器被短路的二次線圈；定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組間無電的的聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系，磁通經(jīng)定子、氣隙、轉(zhuǎn)子鐵芯成閉路。當(dāng)合閘瞬間，轉(zhuǎn)子因慣性還未轉(zhuǎn)起來，旋轉(zhuǎn)磁場以最大的切割速度——同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，使轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)起可能達(dá)到的最高的電勢，因而，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中流過很大的電流，這個(gè)電流產(chǎn)生抵消定子磁場的磁能，就象變壓器二次磁通要抵消一次磁通的作用一樣。而定子方面為了維護(hù)與該時(shí)電源電壓相適應(yīng)的原有磁通，遂自動(dòng)增加電流。因?yàn)榇藭r(shí)轉(zhuǎn)子的電流很大，故定子電流也增得很大，甚至高達(dá)額定電流的4~7倍，這就是啟動(dòng)電流大的緣由。2023年2月5日7電力拖動(dòng)的應(yīng)用-起動(dòng)2.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大的原因啟動(dòng)電流大又導(dǎo)致定子繞組的漏阻抗壓降增大，若供電電源容量小，還會(huì)導(dǎo)致電源輸出電壓下降，其結(jié)果均使每極氣隙磁通量下降，進(jìn)而引起啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減小。2023年2月5日8電力拖動(dòng)的應(yīng)用-起動(dòng)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)全壓直接起動(dòng)條件在電源容量允許時(shí)，也就是負(fù)載在發(fā)電機(jī)單機(jī)容量60%如下的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)通常采用全壓起動(dòng)。2023年2月5日9電力拖動(dòng)的應(yīng)用-起動(dòng)鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)

方法：起動(dòng)時(shí)將定子繞組接成Y形，轉(zhuǎn)速升高后再接成△形。2023年2月5日10起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩都降低為△形時(shí)的1/3電力拖動(dòng)的應(yīng)用-起動(dòng)2023年2月5日11繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法：轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷引出電機(jī)，并與三相變阻器連接。起動(dòng)時(shí)，變阻器的電阻最大，接通電源后逐漸減小三相變阻器電阻直至三相變阻器電阻為零，起動(dòng)結(jié)束。電力拖動(dòng)的應(yīng)用-起動(dòng)軟啟動(dòng)

電壓由零慢慢提升到額定電壓，這樣電機(jī)在啟動(dòng)過程中的啟動(dòng)電流，就由過去過載沖擊電流不可控制變成為可控制。并且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流的大小。電機(jī)啟動(dòng)的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。這就是軟啟動(dòng)2023年2月5日12電力拖動(dòng)的應(yīng)用-起動(dòng)軟啟動(dòng)器簡介軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。2023年2月5日13電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)電動(dòng)機(jī)自由停車的時(shí)間較長，隨慣性大小而不同，而某些生產(chǎn)機(jī)械要求迅速、準(zhǔn)確地停車，如鏜床、車床的主電動(dòng)機(jī)需快速停車；起重機(jī)為使重物停位準(zhǔn)確及現(xiàn)場安全要求，也必須采用快速、可靠的制動(dòng)方式制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)：產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩叫制動(dòng)制動(dòng)目的：1.迅速停車；2.減速；3.勻速（不再加速）。2023年2月5日14電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)制動(dòng)方式：1、機(jī)械制動(dòng)：電磁鐵制動(dòng)。2、電氣制動(dòng)：反接、能耗、回饋等三種制動(dòng)。2023年2月5日15電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)一、機(jī)械制動(dòng)當(dāng)電動(dòng)機(jī)的定子繞組斷電后，利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。電磁抱閘制動(dòng)器2023年2月5日16MZD1系列交流單相制動(dòng)電磁鐵TJ2系列閘瓦制動(dòng)器電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)2023年2月5日17電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)2023年2月5日18電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)2023年2月5日19電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)二、電氣制動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)和電動(dòng)機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。2023年2月5日20電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)（一）能耗制動(dòng)電機(jī)在正常運(yùn)行中，為了迅速停車，不僅斷開三相交流電源，還要在定子線圈中接入直流電源，在定子線圈中通入直流電流，形成磁場，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)切割磁場，而在轉(zhuǎn)子中形成感應(yīng)電動(dòng)勢和電流，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反，產(chǎn)生制動(dòng)作用，最終使電機(jī)停止。

直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生一個(gè)恒定的磁場，因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割恒定磁場，導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢和電流。感應(yīng)電流與磁場作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)，轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢和電流為零，制動(dòng)過程結(jié)束。2023年2月5日21電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)2023年2月5日22電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)（二）反接制動(dòng)在三相異步電動(dòng)機(jī)切斷正常運(yùn)轉(zhuǎn)電源的同時(shí)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源相序，使之有反轉(zhuǎn)趨勢而產(chǎn)生較大的制動(dòng)力矩的方法。反接制動(dòng)的實(shí)質(zhì)：使電動(dòng)機(jī)欲反轉(zhuǎn)而制動(dòng)，因此當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，應(yīng)立即切斷反接轉(zhuǎn)制動(dòng)電源，否則電動(dòng)機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)。實(shí)際控制中采用速度繼電器來自動(dòng)切除制動(dòng)電源。2023年2月5日23電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)2023年2月5日24電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)反接制動(dòng)注意事項(xiàng)：一般地，速度繼電器的釋放值調(diào)整到90轉(zhuǎn)/分左右，如釋放值調(diào)整得太大，反接制動(dòng)不充分；調(diào)整得太小，又不能及時(shí)斷開電源而造成短時(shí)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。反接制動(dòng)制動(dòng)力強(qiáng)，制動(dòng)迅速，控制電路簡單，設(shè)備投資少，但制動(dòng)準(zhǔn)確性差，制動(dòng)過程中沖擊力強(qiáng)烈，易損壞傳動(dòng)部件。因此適用于l0kw以下小容量的電動(dòng)機(jī)制動(dòng)要求迅速、系統(tǒng)慣性大，不經(jīng)常啟動(dòng)與制動(dòng)的設(shè)備，如銑床、鏜床、中型車床等主軸的制動(dòng)控制。2023年2月5日25電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)（三）回饋制動(dòng)

分為直流回饋制動(dòng)和交流回饋制動(dòng)

交流回饋制動(dòng)采用的是有源逆變技術(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，就必須要將回饋電能進(jìn)行同頻同相控制、回饋電流控制等條件，才能將回饋電能安全送達(dá)電網(wǎng)上。2023年2月5日26電力拖動(dòng)的應(yīng)用-制動(dòng)原理

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的減速和停止都是通過逐漸減小運(yùn)行頻率來實(shí)現(xiàn)的，在變頻器頻率減小的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變，或者說，它的轉(zhuǎn)速變化是有一定時(shí)間滯后的，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)實(shí)際轉(zhuǎn)速大于給定轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢高于變頻器直流端電壓的情況，這時(shí)電動(dòng)機(jī)就變成發(fā)電機(jī)，非但不消耗電網(wǎng)電能，反而可以通過變頻器專用型能量回饋單元向電網(wǎng)送電，這樣既有良好的制動(dòng)效果，又將動(dòng)能轉(zhuǎn)變化為電能，向電網(wǎng)送電而達(dá)到回收能量的效果。2023年2月5日27電力拖動(dòng)的應(yīng)用-調(diào)速異步電機(jī)的調(diào)速：由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，異步電動(dòng)機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：1）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。（1）轉(zhuǎn)子串電阻（2）改變定子電壓2）改變定子極對數(shù)調(diào)速。（1）可變極的雙速繞組（2）多套不同極對數(shù)的定子繞組3）改變電源頻率調(diào)速。2023年2月5日28電力拖動(dòng)的應(yīng)用-調(diào)速1)改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速(1)繞線轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速特點(diǎn)：簡單，滿足多級(jí)調(diào)速要求，屬于有級(jí)調(diào)速（轉(zhuǎn)速只能逐檔變化），調(diào)速和起動(dòng)電阻可共用缺點(diǎn)：RS功耗大，輕載調(diào)速范圍窄。適用場合：帶額定負(fù)載起動(dòng)，如起重設(shè)備等。2023年2月5日29電力拖動(dòng)的應(yīng)用-調(diào)速(2)改變定子電壓的調(diào)速降壓調(diào)速屬于改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。特點(diǎn)：恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載調(diào)速范圍很小，而通風(fēng)機(jī)型負(fù)載，調(diào)速范圍則比較大適用場合：帶通風(fēng)機(jī)型負(fù)載的電動(dòng)機(jī)2023年2月5日30電力拖動(dòng)的應(yīng)用-調(diào)速2)變極調(diào)速通過改變繞組的連接方式，改變電機(jī)的極數(shù)，從而獲得兩種或兩種以上轉(zhuǎn)速的分級(jí)調(diào)速方法。這種調(diào)速方法