传动培训资料

传动培训资料（曾艳华整理）传动分类 传动分为机械传动、流体传动和电力传动3大类。机械传动是利用机件直接实现传动，其中齿轮传动和链传动属于啮合传动；摩擦轮传动和带传动属于摩擦传动。流体传动是以液体或气体为工作介质的传动，又可分为依靠液体静压力作用的液压传动、依靠液体动力作用的液力传动、依靠气体压力作用的气压传动。电力传动是利用电动机将电能变为机械能，以驱动机器工作部分的传动。机械传动能适应各种动力和运动的要求，应用极广。液压传动的尺寸小,动态性能较好,但传动距离较短。气压传动大多用于小功率传动和恶劣环境中。液压和气压传动还易于输出直线往复运动。液力传动具有特殊的输入和输出特性，因而能使动力机与机器工作部分良好匹配。电力传动的功率范围大，容易实现自动控制和遥控，能远距离传递动力。传动的基本参数是传动比。传动又可分为定传动比传动和变传动比传动两类。变传动比传动又分有级变速和无级变速两类，前者具有若干固定的传动比（见变速器），后者可在一定范围内连续变化。电力传动1）概念："电力传动"，利用电动机将电能变为机械能，以驱动机器工作的传动。电力传动由电动机、传输机械能的传动机构和控制电动机运转的电气控制装置组成。电力传动可以分为交流电动机传动和直流电动机传动。电力传动所需的电能易于传输和集中生产，它本身又便于远距离自动控制。电动机的功率范围比较宽,从数瓦到1万千瓦以上，它已成为现代工业的主要动力机。2）直流传动与交流传动：主要区别是采用直流电动机还是交流电动机驱动装置。直流电动机电机（D.C.machine）是实现直流电能和机械能转换的电机。直流电动机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。其构造的主要特点是具有一个带换向器的电枢。直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。换向器是一种机械整流部件。由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。各换向片间互相绝缘。换向器质量对运行可靠性有很大影响。交流电动机是用于实现交流电能向机械能转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大.交流电机按其功能通常分为交流发电机、交流电动机和同步调相机几大类。3）直流电机结构图4）交流电机结构5）交流调速的方法由于直流电动机价格高，维修困难，而交流电动机结构简单，运行可靠，几乎不需维修等优点，因而在各工矿企业中都希望采用交流电动机作为拖动电机。交流电力拖动调速技术有交流调压调速、转子串电阻调速、交流串级调速、变级调速和变频调速5种。a.交流调压调速改变定子电源电压的调速方法。交流异步电动机的电磁转矩M与定子电压U1成平方正比关系。调节定子电压使电磁转矩产生变化，在一定的负载转矩下可使电动机转速改变。根据电机设计，一般都采用低于铭牌规定的定子额定电压进行调压调速。交流调压一般采用定子绕组串接可调阻抗、串接自耦变压器和串接晶闸管调压器的方法。交流调压调速方法调速范围不大，调速引起的损耗随转速的降低而增大。适用于调速要求不高、不经常在低速下运行的负载。b.转子串电阻调速改变转子绕组电路外串电阻的调速方法。这种调速方法只适用于绕线式交流异步电动机。电动机同步转速n1和临界转矩Mm都与转子回路电阻无关，而电动机转差率与转子回路电阻成正比关系。所以，改变转子回路电阻即改变了电动机机械特性的斜率。在一定的负载下，采用不同的转子回路电阻值就得到不同的电动机转速。如图1中的n1、n2、n3……。这种方法的缺点是转子串电阻调速方法在低速时，由于电动机转差率高而使电动机损耗严重；且在低速时由于调速特性软，而工作转速不易稳定，同时在轻载时调速范围很小。c.交流串级调速交流绕组式异步电动机转子绕组中，外加附加电动势，通过调节附加电动势值进行电动机调速的方法。按附加电动势的获得方式不同，串级调速有晶闸管串级调速和电机串级调速。目前，晶闸管串级调速已取代了电机串级调速。串级调速具有良好的力能指标。电动机转子整流电路把电机转子交流转差功率转换成直流功率，再通过工作在逆变状态的晶闸管整流器转换为交流功率返回电网。故串级调速系统的效率高，在高速时可达90％以上，是一般交流调速方法所不及的。由于回路中的晶闸管整流器工作在逆变状态，它除了向电网返送有功功率外，还要向电网吸取无功功率，从而使串级调速系统的功率因数较低，在电机高速运行时仅为0.5左右。d.变极调速改变电动机磁极对数的调速方法。改变异步电动机定子绕组的接线方式,使电动机磁极对数p变化,即可改变电动机的同步转速n1(＝60f1/P)。变极调速要求拖动电动机必须是专门的变极电动机。电动机的极对数可成倍比地改变(如2/4极，4/8极)；也有非倍比的双速电动机（如4/6极，6/8极）或三速电动机（如4/6/8）,这时电动机装有两套定子绕组。因此，变速变极电动机体积大,利用率比较低,成本高。它的调速级数少（2～3级）,仅适用于不要求平滑调速,与齿轮机械调速配合用的各种机床等生产机械。e.变频调速改变交流电动机定子供电电源频率的调速方法。交流异步电动机的同步转速n1与电源频率f1成正比，改变f1就能进行电动机调速。但是由于电动机气隙磁通和电源频率f1的乘积是与电源电压U1成正比的，如果调节f1时不改变电源电压U1，将引起电机气隙磁通变化，从而产生电磁转矩下降或励磁电流上升。为了使电机磁通保持不变，在调频时必须同时进行调压，保持U1/f1不变。在这种条件下进行调速,能保证电动机的过载能力不变，得到近似直流调压调速的调速特性(图3)。\o"查看图片"交流电力拖动调速技术要实现调频调速，必须具有频率和电压可调节的交流电源。过去曾用一套旋转的变频机组来实现，但其体积庞大，噪声大，效率很低，所以曾影响了交流变频调速的应用和发展。20世纪60年代，随着电力电子技术的发展,出现了静止式电力电子变频电源,它具有静止、重量轻和效率高等优点，从而使交流调速系统的应用产生了一个飞跃。电力电子变频器一般分两类。一类是交流-交流变频器（又称直接变频器、循环变频器），它是把电压和频率固定的交流电源直接转换成频率和电压可调的交流电源。由于它的输出波形不够理想，所获得的电源频率大大低于原来电源的频率，并且所用的电力电子器件数量较多,利用率不高,故应用受到限制。另一类变频器是交流-直流-交流变频器（又称间接变频器），它是先把恒定电压、恒定频率的交流电源整流为可调压的直流电源，然后再将直流电源逆变为频率可调的交流电源。其整流器和逆变器均由电力电子器件构成。现在广泛应用的交流-直流-交流变频器是脉宽调制型变频器,又称PWM变频器。它采用不可控整流器，输出电源频率和电压的调节均由PWM逆变器来完成。这种变频器不但提高了电网的功率因数，而且加快了变频调速的动态过程。如采用正弦波脉宽调制变频器(称SPWM)，其输出的电压可接近正弦波，谐波分量很少，提高了变频调速的效率。脉宽调制型变频器功率元件采用有自关断能力的电力电子器件,如可关断晶闸管(GTO)和大功率晶体管(GTR)等,简化了变频电路的结构，提高了开关频率，并改善了输出波形。6）变频调速a.变频调速发展概况直流电动机拖动和交流电动机拖动先后诞生于19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。但是，由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80％左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机(包括异步电动机和同步电动机)，而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的是直流电动机。但是，由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点：(1)需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短；(2)由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；(3)结构复杂，难以制造大容量、高转速和高电压的直流电动机：而与直流电动机相比，交流电动机则具有以下优点：(1)结构坚固，工作可靠，易于维护保养；(2)不存在换向火花，可以应用于存在易燃易爆气体的您劣环境；(3)容易制造出大容量、高转速和高电压的交流电动机。因此，很久以来，人们希望在许多场合下能够用可调速的交流电动机来代替直流电动机，并在交流电动机的调速控制方面进行了大量的研究开发工作。但是，直至20世纪70年代，交流调速系统的研究刀：发方面一直未能得到真正能够令人满意的成果，也因此限制了交流调速系统的推广应用。也正是因为这个原因，在工业生产中大量使用的诸如风机、水泵等需要进行调速控制的电力拖动系统中不得个采用挡板和阀门来调节风速和流量。这种做法不但增加了系统的复杂件，也造成了能源的浪费。经历了20世纪70年代中期的第2次石油危机之后，人们充分认识到了节能工作的重要性，并进一步重视和加强了对交流调速技术的研究工作，随着同时期内电力电子技术的发展，作为交流调速系统中心的变频器技术也得到了显著的发展，并逐渐进人了实用阶段。虽然发展变频驱动技术最初的目的主要是为了节能，但是随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断提高，变频驱动技术也得到了显著发展。随着各种复杂控制技术在变频器技术中的应用，变频器的性能不断得到提高，而且应用范围也越来越广。日前变频器不但在传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中也得到了广泛应用。变频电源()技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础之上，并随着这些基础技术的发展而不断得到发展。变领器调速控制系统的优势，与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统有许多优点，如节能，容易实现对现有电动机的调速控制．可以实现大范围内的高效连续调速控制，容易实现电动机的正反转切换．可以进行高频度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动，可以适应各种工作环境，可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制，电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等等。在许多情况下．使用变频器的目的是节能，尤其是对于在工业中大旦使用的风扇、鼓风机和泵类负载来说，通过变频器进行调速控制可以代替传统上利用挡板和阀门进行的风量、流量和扬程的控制、所以节能效以常明显。因为以节能为目的的调速运转对电动机的调速范围和精度要求不高，所以通常采用在价格方面比较经济的通用型变频器。由于变频器可以看作是一个频率可调的交流电源，对于现有的进行恒速运转的异步电动机来说，只需在电网电源和现有的电动机之间接入变频器和相应设备．就可以利用变频器实现调速控制，而元需对电动机和系统本身进行大的设备改造。在采用了变频器的交流拖动系统中，异步电动机的调速控制是通过改变变频器的输出频率实现的。因此，在进行调速控制时，可以通过控制变频器的输出频率使电动机工作在转差较小的范围，电动机的调速范围较宽，并可以达到提高运行效率的目的。一般来说，通用型变频器的调速范围可以达到1：10以上，而高性能的矢量控制变频器的调速范围可以达到1：1000。此外，当采用矢量控制方式的变频器对异步电动机进行调速控制时，还可以直接控制电动机的输出转矩。因此，高性能的矢量控制变频器与变频器专用电动机的组合在控制性能方面可以达到和超过高精度直流伺服电动机的控制性能。利用普通的电网电源运行的交流拖动系统，为了实现电动机的正反转切换，必须利用开闭器等装置对电源进行换相切换。利用变频器进行调速控制时，只需改变变频器内部逆变电路换流器件的开关顺序即可以达到对输出进行换相的目的．很容易实现电动机的正反转切换而不需要专门设置正反转切换装置。此外，对在电网电源下运行的电动机进行正反转切换时，如果在电动机尚未停止时就进行相序的切换．电动机内将会内于相序的改变而流过大于起动电流的电流，有烧毁电动机的危险，所以通常必须等电动机完全停下来之后才能够进行换相操作。而在采用变领器的交流调速系统Lf，，由于可以通过改变变濒器的输出频率使电动机按照斜坡函数的规律进行减速，并在电动机减速至低速范围后再进行相序切换．进行相序切换时电动机的电流可很小，同样，在电动机的加速过程小可以通过改变变频器的输出频率使电动机按照斜坡函数的规律进行加速．从刚达到限制加速电流的目的。因此，在利用变频器进行调速控制时更容易和其他设备—起构成自动控制系统。对于利用普通的电网电源运行的交流拖动系统来说，出于电动机的起动电流较大并存在着与起动时间成正比的功率损耗，所以；能使电动机进行高频度的起停运转。而对于采用了变频器的交流调速系统来说，内于电动机的起停都是在低速区进行而且加减速过程都比较平缓，电动机的功耗和发热较小，可以进行较高频度的起停运转。变频调速系统购上述特点可以用于采用交流拖动系统的传送带和移动丁作台等以达到节能的目的；这是因为，在利用异步电动机进行恒速驱动的传送带以及移动工作台中，电动机通常一直处于工作状态，而采用变频器进行调速控制后，由于可以使电动机进行高频度的起停运转，可以使传送带或移动工作台只是在有货物或工件时运行，而在没货物或工件时停止运行，从而达到节能的目的。b.变频器基础知识i．什么是变频器？变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调\o"查看图片"

变频器速、提高运转精度、改变功率因数、具有过流/过压/过载保护等功能。ii.PWM和PAM的不同点是什么？PWM是英文PulseWidthModulation(脉冲宽度调制)缩写，按一定规律改变脉冲列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脉冲幅值调制)缩写，是按一定规律改变脉冲列的脉冲幅度，以调节输出量值和波形的一种调制方式。PWM：PAMiii．电压型与电流型有什么不同？变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。iv.变频器的主要作用有哪些？变频器最主要的作用是用来对电动机进行调速以满足生产工艺需求；其次变频器可以在一些大功率电动机应用上节能（主要为大功率风机、泵类）；最后还有一些其他的作用如功率因素补偿、软启动等。7)变频器工作原理a.概述主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。b.工作原理图（电压源型）变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。c.交-直部分整流电路：由VD1-VD6六个整流二极管组成不可控全波整流桥。对于380V的额定电源，一般二极管反向耐压值应选1200V，二极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。d.直-交部分 VT1-VT6逆变管（IGBT绝缘栅双极型功率管）：构成逆变电路的主要器件，也是变频器的核心元件。把直流电逆变频率，幅值都可调的交流电。VT1-VT6是续流二极：作用是把在电动机在制动过程中将再生电流返回直流电提供通道并为逆变管VT1-VT6在交替导通和截止的换相过程中，提供通道。e.控制部分:电源板、驱动板、控制板（CPU板）电源板：开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路、检测电路及风扇等提供低压电源，开关电源提供的低压电源有：±5V、±15V、±24V向CPU其附属电路、控制电路、显示面板等提供电源。驱动板：主要是将CPU生成的PWM脉冲经驱动电路产生符合要求的驱动信号激励IGBT输出电压。控制板（CPU板）：也叫CPU板相当人的大脑，处理各种信号以及控制程序等部分8）变频器的额定数据和分类a.额定数据额定输入电压U：即电源侧电压，在我国一般为380V（三相）和220V（单相），一般还包含一个允许波动范围，如±10%额定频率：即电源额定频率，我国为50HZ，一般允许波动范围±5%额定输出电压U’:变频器输出的最大电压额定电流I：变频器允许长时间输出的最大电流配用电动机容量PN：或称之为额定输出功率，在连续不变负载中，允许配用的最大电动机容量。在变动。断续负载中，只要温升不超过允许值，电动机是允许短时(几分钟或几十分钟)过载的，而变频器则不允许。选用变频器时应充分考虑负载工况过载能力：指变频器的输出电流允许超过额定值的倍数和时间。大多数变频器过载为：150%，1分钟。b.变频器类别根据变流环节不同：交直交变频器、交交变频器根据直流电路的储能：电压源型、电流源型根据电压的调制分为：正弦脉宽调制(SPWM)变频器、脉幅调制（PAM）变频器根据电压等级分为：低压变频器（380V）、中压变频器（690V至5KV）、高压变频器（6KV、10KV）根据应用场合分：专用型变频器（为某种工艺特制）、通用型等按照产地可分为：国产变频器、进口变频器等9）公司变频器应用情况公司主要销售和应用过的传动类产品主要有以下几个品牌：西门子：M440(MICROMASTER440)标准型变频器、6SE70电压矢量型变频器、6RA70直流调速器等ii.AB（罗克韦尔）：PowerFlex400（风机泵类）变频器、PowerFlex700系列高性能矢量控制变频器（包括700S、753、755等系列）、PowerFlex7000高压变频器iii.台达（又称中达电通）：C2000高阶磁场矢量变频器、CP2000无感测矢量控制变频器、以及VFD-B、VFD-E等多系列变频器iv.ABB：ACS800变频器、ACS510变频器等iiv.艾默生：CT变频器等10）附录：A、电机的旋转速度为什么能够自由地改变？三相交流异步电动机转速公式：n=60f/p(1-s)n:电机的转速f:电源频率p:电机磁极对数s：电机的转差率电机的转速=60(秒)＊频率（Hz)/电机的磁极对数-电机的转差率，电机旋转速度单位：每分钟旋转次数，rpm/min也可表示为rpm。p和s都是恒定值，从这个公式可以看出电机的旋转速度同频率成比例。同步电机的转差矩为0,同步电机的转速=60(秒)*频率(Hz)／电机的磁极对数，异步的转速比同步电机的转速低。

例如：4极三相异步电机60Hz时低于1,800[r/min]4极三相异步电机50Hz时低于1,500[r/min]

本文中所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极对数和频率。

由电机的工作原理决定电机的磁极对数是固定不变的。由于电机的磁极对数1个磁极对数等于2极，电机的极数不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。

另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。B.关于软起动器启动器（又称软起动器，电机软起动器）软启动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。软启动器于20世纪70年代末和80年代初投入市场，填补了星-三角启动器和变频器在功能实用性和价格之间的鸿沟。采用软启动器，可以控制电动机电压，使其在启动过程中逐渐升高，很自然地控制启动电流，这就意味着电动机可以平稳启动，机械和电应力降至最小。因此软启动器在市场上得到广泛应用，并且软启动器所附带的软停车功能有效地避免水泵停止时所产生的“水锤效应”。异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。然而由于其起动时要产生较大冲击电流（一般为Ie的5-8倍），同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。国家有关部门对电机起动早有明确规定，即电机起动时的电网电压将不能超过15%。解决办法有两个：增大配电容量，采用限制电机起动电流的起动设备，如果仅仅为起动电机而增大配电容，从经济角度上来说，显然不可取。为此，人们往往需要配备限制电机起动电流的起动设备，过去人们多采用Y/△转换，自藕降压，磁控降压等方式来实现。这些方法虽然可以起到一定的限流作用，但没有从根本上解决问题。伴随传动控制对自动化要求的不断提高，采用可控硅为主要器件、单片机为控制核心的智能型电动机起动设备－软起动器，已在各行各业得到越来越多的应用，由于软起动器性能优良、体积小、重量轻，并且具有智能控制及多种保护功能，而且各项起动参数可根据不同负载进行调整，其负载适应性很强。因此电子式软起动器将逐步取代落后的Y/Δ、自耦减压和磁控式等传统的减压起动设备成为必然。电力电子技术的快速发展，智能型软起动器得到广泛应用。智能型软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装置，又称为SoftStarter。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。此外，它还具有多种对电机保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。C、关于伺服驱动器伺服驱动器（servodrives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。目前主流的