第13章-多电机拖动系统

1、第十三章第十三章 多电动机拖动系统多电动机拖动系统第一节第一节 硬轴联结的双电动机拖动系统硬轴联结的双电动机拖动系统 两台电动机的硬轴联结是指两台电动机同轴联结或通过传动机两台电动机的硬轴联结是指两台电动机同轴联结或通过传动机构联系起来，两者共同带动一台生产机械（或工作机构）。构联系起来，两者共同带动一台生产机械（或工作机构）。 双电动机拖动系统中的两台电动机可以是异步电动机，也可双电动机拖动系统中的两台电动机可以是异步电动机，也可以是他励或串励直流电动机；一般是两台功率相等、型号相同的以是他励或串励直流电动机；一般是两台功率相等、型号相同的电动机，有时也可能是两台功率不等、转速不同的电动机。

2、电动机，有时也可能是两台功率不等、转速不同的电动机。 硬轴联接的双电机拖动系统可以满足生产机械的不同要求：硬轴联接的双电机拖动系统可以满足生产机械的不同要求：减少电力拖动系统的飞轮惯量，以加快过渡过程及减少过渡过程的减少电力拖动系统的飞轮惯量，以加快过渡过程及减少过渡过程的能量损耗；能量损耗；承担功率较大的负载；承担功率较大的负载；获得稳定的低速（此时一台获得稳定的低速（此时一台电动机工作在电动状态，而另一台工作在制动状态）电动机工作在电动状态，而另一台工作在制动状态）一、他励直流电动机的双机拖动一、他励直流电动机的双机拖动 如果同一型号的两台电动机硬轴联结，两台电动机的机械特性，两台电动机的

3、机械特性相同，则负载在两台电动机间分配平均，每台电动机能得到充分利相同，则负载在两台电动机间分配平均，每台电动机能得到充分利用。用。 他励直流电动机他励直流电动机双机拖动的特性双机拖动的特性双机拖动的合成特性双机拖动的合成特性单台电动机的特性单台电动机的特性3电枢电阻不同的两台电电枢电阻不同的两台电动机硬轴联接的特性动机硬轴联接的特性1 1和和2 2分别为两台分别为两台电动机的特性电动机的特性双机拖动的合成特性双机拖动的合成特性 特性不同的两台电动机硬轴联结，此时负载在两台电动机间不，此时负载在两台电动机间不能平均分配。两台电动机中一台过热，而另一台则负载不足，没有能平均分配。两台电动机中一台

4、过热，而另一台则负载不足，没有得到充分利用。得到充分利用。特性特性1 1：R Ra1a1特性特性2 2：R Ra2a2R Ra1a1 R Ra1a1特性特性3 3：合成特性：合成特性12/ 2,/ 2ZZZZTTTT 负载分配不均解决方法：可在电枢电阻较小或磁通较大的电负载分配不均解决方法：可在电枢电阻较小或磁通较大的电动机的电枢或励磁回路里串联电阻来调节。动机的电枢或励磁回路里串联电阻来调节。4当电源电压允许较高时，采用两台电动机的电枢串联，也可使负当电源电压允许较高时，采用两台电动机的电枢串联，也可使负载在两台电动机间的分配均匀。载在两台电动机间的分配均匀。因为当两个电枢串联联结时，两因为

5、当两个电枢串联联结时，两台电动机通过的电流相同，如果两台电动机的磁通相等，负载在台电动机通过的电流相同，如果两台电动机的磁通相等，负载在两台电动机间自然均匀分配了。两台电动机间自然均匀分配了。 两台他励直流电动两台他励直流电动机电枢串联电路图机电枢串联电路图两电枢串联时双两电枢串联时双机拖动的特性机拖动的特性11eaaUCnI R22eaaUCnI R12aaRR12nn依据依据12TT，可作出工作点，可作出工作点c12UU5二、交流异步电动机的双机拖动二、交流异步电动机的双机拖动两台异步电动机硬轴联接示意图两台异步电动机硬轴联接示意图M M1 1电动状态，电动状态，M M2 2能耗制动状态能

6、耗制动状态M M1 1电动状态，电动状态，M M2 2反接制动状态反接制动状态两台异步电动机定子绕组联结成并联时，经常使一台电动机工作于两台异步电动机定子绕组联结成并联时，经常使一台电动机工作于电动状态，而另一台电动机则在制动状态下运转，可以扩大异步电电动状态，而另一台电动机则在制动状态下运转，可以扩大异步电动机的调速范围并获得稳定的低速。动机的调速范围并获得稳定的低速。 6电动状态特性电动状态特性合成特性合成特性能耗制动特性能耗制动特性电动状态特性电动状态特性合成特性合成特性反接制动特性反接制动特性 改变在电动状态或制动状态下的特性（如改变电动机改变在电动状态或制动状态下的特性（如改变电动机

7、M1或或M2转子回路的电阻），可得到一系列的合成调速特性，这些特性在低转子回路的电阻），可得到一系列的合成调速特性，这些特性在低速时硬度更高，异步电动机的调速范围得到扩大。速时硬度更高，异步电动机的调速范围得到扩大。 上述获得稳定低速的方法一般用在要求准确停车的生产机械上，上述获得稳定低速的方法一般用在要求准确停车的生产机械上，如矿井提升机、电梯及某些机床等。由于此时损耗较大，只适合短如矿井提升机、电梯及某些机床等。由于此时损耗较大，只适合短时间运行。时间运行。7第二节第二节 同步旋转系统（电轴系统）同步旋转系统（电轴系统） 电气同步旋转系统通常又称为电轴，在这种系统中，机械上没有电气同步旋转

8、系统通常又称为电轴，在这种系统中，机械上没有联系的几个工作机构，可以有相同的转速或恒定的转速比例关系。联系的几个工作机构，可以有相同的转速或恒定的转速比例关系。电轴系统主要可分为三种：电轴系统主要可分为三种：1）具有辅助电动机的电轴系统。）具有辅助电动机的电轴系统。2）具有公共可变电阻器的电轴系统。）具有公共可变电阻器的电轴系统。3）具有变频装置的电轴系统。）具有变频装置的电轴系统。一、具有辅助电动机的电轴系统一、具有辅助电动机的电轴系统 具有辅助异步电动机具有辅助异步电动机的电轴系统的原理图的电轴系统的原理图M1和和M2为主拖为主拖动电动机，动电动机，BM1和和BM2为辅助电为辅助电动机。动

9、机。8（一）辅助电动机（一）辅助电动机顺着其定子磁场顺着其定子磁场旋转旋转转子相量图转子相量图两转子绕组的两转子绕组的相对位置图相对位置图转子相量图转子相量图两转子绕组的两转子绕组的相对位置图相对位置图 当两个辅助电动机的转子当两个辅助电动机的转子顺着它们定子磁场的转向旋转，顺着它们定子磁场的转向旋转，而且而且两机转子绕组的轴线两机转子绕组的轴线对于对于定子磁场的轴线定子磁场的轴线具有相同的位具有相同的位置时，在置时，在BM1及及BM2的转子电的转子电路中没有电流通过。路中没有电流通过。 如果主机如果主机 轴上的负载轴上的负载 增加，大于第二台增加，大于第二台主机轴上的主机轴上的 负载时，辅负

10、载时，辅机机BM1的转子开始落后于的转子开始落后于BM2的转子。两绕组轴线的转子。两绕组轴线间有一间有一位差角位差角 。1M1ZT9这样，两辅机的转子电动势大小相等，但不同相，转子电路内合成这样，两辅机的转子电动势大小相等，但不同相，转子电路内合成电动势电动势 ，在它的作用下，辅机的转子电路中将产，在它的作用下，辅机的转子电路中将产生平衡电流生平衡电流 ，它滞后于，它滞后于 某一角度。某一角度。0222 EEE2I2E)j(2e222jN22N2222sXRsEsEZEEI 平衡电流为平衡电流为辅机辅机BM1中电流的有功分量中电流的有功分量 2sincos122222222N212RsXsXR

11、RsEIa辅机辅机BM1的转矩的转矩 2211 cossin2X sRTT式中式中max(2)/( / )mmTTs sss辅机辅机BM2的转矩的转矩 2sincos1222RsXTT可见，在某一位差角可见，在某一位差角及转差率及转差率s下，两辅机的转矩是不相等的。下，两辅机的转矩是不相等的。当辅机转子顺磁场旋转时，当辅机转子顺磁场旋转时，T1总是正值，而总是正值，而T2则可能是负值。则可能是负值。 10辅机辅机BM1工作如一台电动机，工作如一台电动机，它产生与其定子旋转磁场同向它产生与其定子旋转磁场同向的正值转矩（的正值转矩（T1为正值为正值），从），从而减轻了主机而减轻了主机M1的负载。的

12、负载。辅机辅机BM2工作如一发电机，工作如一发电机，它由轴上与转子电路分别吸它由轴上与转子电路分别吸取机械功率与电功率，并由取机械功率与电功率，并由定子将电功率向电网输出。定子将电功率向电网输出。辅机辅机BM1的转矩的转矩 2sincos1221RsXTT式中式中max(2)/( / )mmTTs sss辅机辅机BM2的转矩的转矩 2sincos1222RsXTT辅机转矩的相对值对于位差角的特性曲线辅机转矩的相对值对于位差角的特性曲线11（二）辅助电动机（二）辅助电动机逆着定子磁场逆着定子磁场旋转旋转在一定的位差角下，转差率愈高，则辅机发出的转矩愈大。因此，在一定的位差角下，转差率愈高，则辅机

13、发出的转矩愈大。因此，为了保证可靠的同步运行，实际上常使辅机转子逆着定子磁场旋转，为了保证可靠的同步运行，实际上常使辅机转子逆着定子磁场旋转，此时此时 s1 ，T1 及及T2可得到加大。可得到加大。 2sincos1221RsXTT2sincos1222RsXTT若若 ，辅助电动机，辅助电动机BM1的转子也将落后于的转子也将落后于BM2的转子，但由的转子，但由于转子的转向与旋转磁场的方向相反，于转子的转向与旋转磁场的方向相反，BM1的转子电动势将滞后于的转子电动势将滞后于BM2的转子电动势。的转子电动势。 21ZZTT电轴系统中的平衡作用决定于两辅机转矩之差，我们把这个转矩差电轴系统中的平衡作

14、用决定于两辅机转矩之差，我们把这个转矩差称为平衡转矩称为平衡转矩 （辅机顺磁场旋转时（辅机顺磁场旋转时 ）sin2221RsXTTTT T T1 10,T00： P175P17512（三）电轴系统的起动（三）电轴系统的起动 电轴系统起动时，必须电轴系统起动时，必须先使两辅机整步先使两辅机整步。 这是因为系统在上一次停车时，由于两轴的惯性可能不一致，以及两轴制动这是因为系统在上一次停车时，由于两轴的惯性可能不一致，以及两轴制动的时间和转短不一致等原因，造成两轴的位置不一致，两辅机转子间在起动时将的时间和转短不一致等原因，造成两轴的位置不一致，两辅机转子间在起动时将存在一位差角存在一位差角0 0，

15、如不作整步，当，如不作整步，当0 0 较大时，在转子电路中将流过太大的起较大时，在转子电路中将流过太大的起动电流，还可能导致系统失步。动电流，还可能导致系统失步。 当当0 0不大时，经过一系列不大时，经过一系列的震荡，的震荡，0 0 将减小到将减小到0 0。T T1 1为为正，正，T T2 2为负，且两者都大于负载为负，且两者都大于负载转矩。转矩。两辅机三相接入电网时的整步过程两辅机三相接入电网时的整步过程 则两辅机彼此相迎旋转，使则两辅机彼此相迎旋转，使位差角减小，待位差角减小，待减到减到0 0时，由于时，由于惯性，两辅机继续旋转，惯性，两辅机继续旋转，变负，变负，T T1 1、T T2 2

16、也改变符号，使两辅机停也改变符号，使两辅机停在某一位置。在某一位置。 而后两辅机又在相反的方而后两辅机又在相反的方向相迎地旋转向相迎地旋转 在摩擦的作用下，振荡逐渐在摩擦的作用下，振荡逐渐衰减，最后两辅机停止旋转，两轴衰减，最后两辅机停止旋转，两轴的位置基本一致。的位置基本一致。13 当当0 0较大，较大，T TZ1Z1很小，很小，T TZ2Z2很大，相当于很大，相当于BM2BM2被堵转，此时将发生系统的失被堵转，此时将发生系统的失步。步。两辅机三相接入电网时的整步过程两辅机三相接入电网时的整步过程 BM2 BM2被堵转，由于被堵转，由于T T1 1TTZ1Z1,BM1,BM1将旋转起来，位差

17、角将旋转起来，位差角减小到减小到0 0时，时，T T1 1=0=0。 转过第转过第2 2个个360360，转子的，转子的动能存储量又有所增加，动能存储量又有所增加，BM1BM1继继续加速。这样就形成了第一个续加速。这样就形成了第一个轴已经旋转起来，而第二个轴轴已经旋转起来，而第二个轴仍处于静止状态的局面，导致仍处于静止状态的局面，导致了系统地失步。了系统地失步。 产生这一结果的主要原因，在于辅机的转矩对位差角的曲线对于横坐标轴产生这一结果的主要原因，在于辅机的转矩对位差角的曲线对于横坐标轴式不对称的，转矩曲线有恒定的直流分量，从而使辅机式不对称的，转矩曲线有恒定的直流分量，从而使辅机BM1BM

18、1起动。起动。 当当=0=0时，时，T T1 1=0=0。此时由于惯性，。此时由于惯性，BM1BM1继续旋转，继续旋转，变负，变负，T T1 1亦变负，亦变负，BM1BM1开始减速。开始减速。 如果如果在负方向增加时，在负方向增加时，BM1BM1转子放出的动能比转子放出的动能比在正方向在正方向时存储的小，则当转了时存储的小，则当转了360360，转，转子回到开始时的位置时，转子仍子回到开始时的位置时，转子仍具有一定的动能，具有一定的动能，BM1BM1继续加速。继续加速。14 可见，起动时把两辅机定子接到三相电网（两主机未接电可见，起动时把两辅机定子接到三相电网（两主机未接电源），可能达不到整步

19、的目的。源），可能达不到整步的目的。 用单相线路法可以使电轴系统在起动时整步：即在起动时，将用单相线路法可以使电轴系统在起动时整步：即在起动时，将两辅机的定子绕组的一相与电网断开，另外两相接到电网。两辅机的定子绕组的一相与电网断开，另外两相接到电网。 待整步后，将断开的一相接通电源，而后使两主机起动。待整步后，将断开的一相接通电源，而后使两主机起动。151.25snn例例13-113-1 有一个带辅机的电轴系统，接线如图所示，分别相当于辅有一个带辅机的电轴系统，接线如图所示，分别相当于辅机转子顺磁场及逆磁场旋转两种情况。两轴负载机转子顺磁场及逆磁场旋转两种情况。两轴负载 ， 。如果忽略系统中的

20、损耗，试分别就顺磁场和逆磁场旋转的两种情况，如果忽略系统中的损耗，试分别就顺磁场和逆磁场旋转的两种情况，在每种情况下，当（在每种情况下，当（a） 及（及（b） 时，电轴系统中时，电轴系统中功率传送的方向及分配情况。功率传送的方向及分配情况。%801zT%602zT0.5snn16解解 在稳定状态下，两台主机的转矩彼此相等，在稳定状态下，两台主机的转矩彼此相等， 12DDDTTT当当 时时 21zzTT 2211111 cossin2zDDX sRTTTTT2222221 cossin2zDDX sRTTTTT17忽略（忽略（ ）项）项 cos1212sin2X sTTR222sin2X sTT

21、R 12TT得得21DDDTTT%70)%6080(21)(2121zzTT即两主机定子输入功率为即两主机定子输入功率为70% %10)%6080(21)(21211zzTTT%1012 TT 即辅机即辅机BM1在轴上输出功率在轴上输出功率10%，而辅机，而辅机BM2则由轴上输入功则由轴上输入功率率10%。（一）辅机顺磁场旋转时（一）辅机顺磁场旋转时1、0.5snn0.5ssnnsn18（1）辅机辅机BM1的轴上机械功率的轴上机械功率 210%P （2）辅机）辅机BM1的定子功率的定子功率 %205 . 01%10121sPP（3）辅机）辅机BM1的转差功率的转差功率 %10%205 . 01

22、sP（4）辅机辅机BM2的轴上机械功率的轴上机械功率 210%P （5）辅机）辅机BM2的定子功率的定子功率 %205 . 01%10121sPP21.25snn0.25ssnnsn （1） 210%P （2） %8)25. 0(1%10121sPP19（3） %2%825. 01sP即辅机即辅机BM1转子输入功率为转子输入功率为2% （4） 210%P （5） %8)25. 0(1%10121sPP（二）辅机逆磁场旋转时（二）辅机逆磁场旋转时10.5snn （逆磁场旋转时取负号）（逆磁场旋转时取负号） 1.5ssnnsn（1） 210%P （2） %205 . 11%10121sPP20（3

23、） %30%)20(5 . 11sP（4） 210%P （5） %205 . 11%10121sPP21.25snn 2.25ssnnsn（1） 210%P （2） %825. 21%10121sPP（3） %18%)8(25. 21sP（4） 210%P （5） %825. 21%10121sPP21二、具有公共可变电阻器的电轴系统二、具有公共可变电阻器的电轴系统 当两轴的负载不平衡程度不大时，可用具有公共可变电阻器的当两轴的负载不平衡程度不大时，可用具有公共可变电阻器的电轴系统。电轴系统。在这种系统中，主机为绕线转子异步电动机，它们的定在这种系统中，主机为绕线转子异步电动机，它们的定子接于

24、电网，转子电路并联于一个公共可变电阻器子接于电网，转子电路并联于一个公共可变电阻器R上。上。 当两轴的负载相等时，由于两主机的型号、功率及机械特性相当两轴的负载相等时，由于两主机的型号、功率及机械特性相同，它们将同步旋转，两转子间没有相位差，因此转子电路中除各同，它们将同步旋转，两转子间没有相位差，因此转子电路中除各自流过公共变阻器的工作电流外，没有平衡电流。自流过公共变阻器的工作电流外，没有平衡电流。在公共变阻器内在公共变阻器内的总电流等于各工作电流之和。的总电流等于各工作电流之和。 当两轴的负载不相当两轴的负载不相等时，转子电路中就等时，转子电路中就会有平衡电流。平衡会有平衡电流。平衡电流