電氣傳動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介-課件

目錄第一節(jié)：直流電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速簡(jiǎn)介第二節(jié)：交流異步電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速簡(jiǎn)介第三節(jié)：同步電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速簡(jiǎn)介第一節(jié)直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有電刷和換向器，必須經(jīng)常檢查維修，使用和維護(hù)不如異步機(jī)方便，而且要使用直流電源。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）調(diào)速性能好:調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)。（2）起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動(dòng)、停車。（3）易于控制。應(yīng)用：（1）軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、無(wú)軌電車、中大型龍門刨床等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。（2）用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。（3）家庭：電動(dòng)縫紉機(jī)、電動(dòng)自行車、電動(dòng)玩具1.概述2.工作原理U+–NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II第一節(jié)直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介電刷和電源固定聯(lián)接，線圈無(wú)論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場(chǎng)的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+–NS電刷換向片II注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無(wú)論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場(chǎng)的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+–NS電刷換向片IIFFU+–NS電刷換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反。3.直流電機(jī)的構(gòu)成直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。機(jī)座磁極勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)4.直流電機(jī)的分類根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵(lì)UfIfIaUM并勵(lì)UIfM串勵(lì)UM復(fù)勵(lì)U5.電樞電動(dòng)勢(shì)及電壓平衡關(guān)系電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，又會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（用E表示）。一、電樞中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)FFU+–NS電刷換向片IIEE根據(jù)右手定則知，E和原通入的電流方向相反，其大小為：KE：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

：磁通單位：

（韋伯），n（轉(zhuǎn)/每分），E（伏）FFU+–NS電刷換向片IIEE二、電樞繞組中電壓的平衡關(guān)系因?yàn)镋與通入的電流方向相反，所以叫反電勢(shì)。U：外加電壓Ra:繞組電阻MRaIaE+–+–U以上兩公式反映的概念：(1)電樞反電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想改變E，只能改變

或n。(2)若忽略繞組中的電阻Ra，則，可見，當(dāng)外加電壓一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁通成反比，通過(guò)改變

可調(diào)速。6.

電磁轉(zhuǎn)矩KT：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（與線圈大小，磁極的對(duì)數(shù)等有關(guān)）

：線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流一、電磁轉(zhuǎn)矩單位：

（韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）由轉(zhuǎn)矩公式可知：(1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必須有勵(lì)磁磁通和電樞電流。(2)改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者改變磁通的方向。二、轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須和外加負(fù)載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0

：空載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩平衡過(guò)程：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)新的平衡。例：設(shè)外加電樞電壓U一定，T=TL+T0(平衡)，這時(shí)，若TL突然增加，則調(diào)整過(guò)程為：與原平衡點(diǎn)相比，新的平衡點(diǎn)：Ia

、P入

TL

n

E

Ia

T

最后達(dá)到新的平衡點(diǎn)。

機(jī)械特性指的是電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系，下邊以他勵(lì)和串勵(lì)電機(jī)為例說(shuō)明。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性一樣。7.機(jī)械特性他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性即：其中，M他勵(lì)UfIfIaUn0：

理想空載轉(zhuǎn)速,即T=0時(shí)的轉(zhuǎn)速。（實(shí)際工作時(shí),由于有空載損耗，電機(jī)的T不會(huì)為0。）當(dāng)T

時(shí)n

，但由于他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞電阻Ra很小，所以在負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速n的變化不大，屬硬機(jī)械特性。根據(jù)n-T公式畫出特性曲線n0nNTNTnn其中，8.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

與異步電動(dòng)機(jī)相比，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，維護(hù)不方便，但它的最大優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速性能好。下面以他勵(lì)電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。（1）調(diào)速均勻平滑，可以無(wú)級(jí)調(diào)速。（2）調(diào)速范圍大，調(diào)速比可達(dá)200（他勵(lì)式）以上（調(diào)速比等于最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速之比）。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是：由該式可知，n和

有關(guān)，在U一定的情況下，改變

可改變n。在勵(lì)磁回路中串上電阻Rf，改變Rf大小調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，從而改變

的大小。一、改變磁通（調(diào)磁）1.原理其中，M他勵(lì)UfIfIaU其中：

=K

If

Rf

If

n

，但在額定情況下，

已接近飽和，If再加大，對(duì)

影響不大，所以這種增加磁通的辦法一般不用。

Rf

If

n

，減弱磁通是常用的調(diào)速方法。If的調(diào)節(jié)有兩種情況：概念：改變磁通調(diào)速的方法—

減小磁通，n只能上調(diào)。其中，二、改變電樞電壓調(diào)速由轉(zhuǎn)速特性方程知：調(diào)電樞電壓U，n0變化，斜率不變，所以調(diào)速特性是一組平行曲線。1.特性曲線nn0"n0'n0電壓降低T其中，2.改變電樞電壓調(diào)速的特點(diǎn)（1）工作時(shí)電樞電壓一定，電壓調(diào)節(jié)時(shí)，不允許超過(guò)UN，，而n

U，所以調(diào)速只能向下調(diào)。（2）可得到平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速。（3）調(diào)速幅度較大。MUfIfIaU變壓整流220V~整流調(diào)壓220V~Uf=110V固定U=0~110V可調(diào)改變電樞電壓調(diào)速方案舉例：(1)若電動(dòng)機(jī)原本靜止，由于勵(lì)磁轉(zhuǎn)矩T=KT

Ia，而

0

，電機(jī)將不能啟動(dòng)，因此，反電動(dòng)勢(shì)為零，電樞電流會(huì)很大，電樞繞組有被燒毀的危險(xiǎn)。直流機(jī)在啟動(dòng)和工作時(shí)，勵(lì)磁電路一定要接通，不能讓它斷開，而且啟動(dòng)時(shí)要滿勵(lì)磁。否則，磁路中只有很少的剩磁，可能產(chǎn)生以下事故：注意：（2）如果電動(dòng)機(jī)在有載運(yùn)行時(shí)磁路突然斷開，

則E

，Ia

，T和

，可能不滿足TL的要求，電動(dòng)機(jī)必將減速或停轉(zhuǎn)，使

Ia更大，也很危險(xiǎn)。（3）如果電機(jī)空載運(yùn)行，可能造成飛車。

E

Ia

T>>

T0

n

飛車措施：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)一定要有失磁保護(hù)。一般在勵(lì)磁繞組加失壓繼電器或欠流繼電器。當(dāng)失壓或欠流時(shí)，自動(dòng)切斷電樞電源U。M他勵(lì)UfIfIaU第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子氣隙。(一)定子：定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座。1、定子鐵芯：主磁路的一部分，由0.5mm厚的硅鋼片迭壓而成。2、定子繞組：交流繞組，定子電路由許多線圈按一定規(guī)律連接而成。3、機(jī)座：固定和支撐定子鐵芯。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介(二)轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸1、轉(zhuǎn)子鐵芯：主磁路的一部分由0.5mm厚的硅鋼片迭壓而成。2、轉(zhuǎn)子繞組：分為鼠籠式和繞線式。1)鼠籠式：一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子或銅條轉(zhuǎn)子。2)繞線式：是對(duì)稱三相繞組，接成星形，并接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)集電環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路接通。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介(三)氣隙：中小型電機(jī)一般為0.2~2mm，它與電機(jī)性能關(guān)系極大。1、氣隙大――磁阻大――產(chǎn)生同樣大小磁場(chǎng)需要較大的勵(lì)磁電流――使電機(jī)的功率因數(shù)降低。2、氣隙小――裝配困難和運(yùn)轉(zhuǎn)不安全。氣隙大小，設(shè)計(jì)、制造應(yīng)綜合考慮。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介二、工作原理

（1）對(duì)稱定子繞組外加對(duì)稱三相交流電壓，定子繞組內(nèi)有對(duì)稱三相交流電流，它們聯(lián)合產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。（2）轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將感應(yīng)電勢(shì)，從而在閉合的導(dǎo)條中產(chǎn)生電流，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將受到電磁力的作用，并且形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子順旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn),若轉(zhuǎn)子軸上有負(fù)載，電動(dòng)機(jī)將輸出機(jī)械功率。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介三、電機(jī)端子接線盒接線第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介四、電機(jī)電磁理論簡(jiǎn)析1.空載時(shí)的電磁關(guān)系第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2.負(fù)載運(yùn)行時(shí)的電磁物理過(guò)程第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介五、三相異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型及計(jì)算1.等效電路等效電路的分析：（1）空載運(yùn)行：（2）短路運(yùn)行：第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2.功率方程、電磁功率和轉(zhuǎn)換功率從能量守恒來(lái)看電功率電磁功率機(jī)械功率總機(jī)械功率第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介從與電機(jī)等效電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介電磁功率：

轉(zhuǎn)換功率：轉(zhuǎn)換功率不等于電磁功率，電磁功率中，（1-s）部分轉(zhuǎn)換為

機(jī)械功率為轉(zhuǎn)換功率，則s部分變?yōu)檗D(zhuǎn)子銅損，因此又稱為轉(zhuǎn)差功率。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介3.轉(zhuǎn)矩方程

電磁轉(zhuǎn)矩第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介六、電機(jī)的特性曲線1.機(jī)械特性0第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2.電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率特性曲線第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介七、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1.啟動(dòng)性能指標(biāo)

起動(dòng)電流倍數(shù)：越小越好

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：越大越好

起動(dòng)時(shí)間：越短越好

起動(dòng)設(shè)備：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2.籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)啟動(dòng)特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流大=5~7

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大=1~2原因分析：（1）啟動(dòng)電流大：?jiǎn)?dòng)時(shí)，n=0，s=1，轉(zhuǎn)子切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度最大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)最大，其感生電流也最大，據(jù)磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系，定子電流也最大?；蚋鶕?jù)簡(jiǎn)化等效電路：

僅受定、轉(zhuǎn)子漏阻抗的限制而正常運(yùn)行時(shí)，（S很?。?/p>

故啟動(dòng)電流比正常電流大得多。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介原因分析：（2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大：因起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子側(cè)起動(dòng)電流的有功分量成正比，而起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率較大(工頻50赫茲)，轉(zhuǎn)子漏電抗遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子電阻，使轉(zhuǎn)子的內(nèi)功率因數(shù)角接近90度，即內(nèi)功率因數(shù)很低，故起動(dòng)電流大，而起動(dòng)電流的有功分量并不大；另外，由于起動(dòng)電流大，定子繞組的漏阻抗壓降增大，使感應(yīng)電勢(shì)減小，相應(yīng)的主磁通也減小。所以，盡管起動(dòng)電流大，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介3.起動(dòng)電流大的危害（1）電網(wǎng)電壓降低，影響同網(wǎng)的其它電機(jī)正常運(yùn)行；（2）電磁力的危害：定子繞組端部變形，鼠籠條斷裂；（3）電動(dòng)機(jī)繞組過(guò)熱，引起絕緣老化。4.降壓?jiǎn)?dòng)——限制啟動(dòng)電流（1）星三角起動(dòng)：起動(dòng)時(shí)將定子繞組接成星形連接，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近于穩(wěn)定時(shí)，再改接成三角形連接。適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用三角形連接的電動(dòng)機(jī)。（2）低壓軟啟動(dòng)器啟動(dòng)：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。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(guò)流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)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(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介三種起動(dòng)過(guò)程的電流比較一級(jí)降壓起動(dòng)軟起動(dòng)器直接起動(dòng)

異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程與電流沖擊第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介5.繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1、起動(dòng)方法：轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電阻2、優(yōu)點(diǎn)：可以減少起動(dòng)電流，同時(shí)提高功率因數(shù)，從而增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3、方法：轉(zhuǎn)子回路串起動(dòng)變阻器，串入多大的起動(dòng)電阻第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1.概述20世紀(jì)60年代以前的電氣傳動(dòng)

80%——交流不調(diào)速傳動(dòng)18%——直流可調(diào)速傳動(dòng)

2%——交流可調(diào)速傳動(dòng)第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速直流電機(jī)的不足

具有電刷和換向器，必須經(jīng)常檢查維修。換向火花使其應(yīng)用環(huán)境受到限制。換向能力限制電機(jī)的容量和速度（極限容量轉(zhuǎn)速約為）。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

直到20世紀(jì)60~70年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的應(yīng)用，使高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)得到發(fā)展，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破。

交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2.異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)A.異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式（1）改變極對(duì)數(shù)（2）改變電源頻率（3）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率這第（3）條它包含了多種性能差別很大的調(diào)速方法。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速B.按電動(dòng)機(jī)的實(shí)際調(diào)速方法分類

①調(diào)壓調(diào)速②轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速③轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速④繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速⑤變極對(duì)數(shù)調(diào)速⑥變壓變頻調(diào)速第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速3.異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速

變壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速方法中比較簡(jiǎn)便的一種。當(dāng)異步電機(jī)等效電路的參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比

因此，改變定子外加電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的電磁力矩，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速TVC——雙向晶閘管交流調(diào)壓器通常叫定子調(diào)