电力拖动基础

电力拖动基础2023年2月5日2内容电力拖动-起动电力拖动简介及特点电力拖动的概念电力拖动-制动电力拖动-调速电力拖动的概念以电动机作为原动机拖动机械设备运动的一种拖动方式。又称电气传动。2023年2月5日3电力拖动的简史简史

各类机械设备的运动都要依靠动力。在电动机问世以前，人类生产多以风力、水力或蒸汽机作为动力。19世纪30年代出现了直流电动机，俄国物理学家Б.С.雅科比首次以蓄电池供电给直流电动机，作为快艇螺旋桨的动力装置，以推动快艇航行。此后，以电动机作为原动机的拖动方式开始被人们所瞩目。到80年代，由于三相交流电传输方便以及结构简单的三相交流异步电动机的发明，使电力拖动得到了发展。20世纪，随着社会的进步，为提高生产率和改善产品质量，工业部门对机械设备不断提出新的、高的技术要求。如要求有宽的速度调节范围、有高的调速精度、能快速地进行可逆运行以及对位置、加速度、张力、转矩等物理量的可控性能的要求等。以蒸汽机、柴油机等作为原动机的拖动装置很难甚至不可能予以完成，而应用电力拖动则能很好地满足上述技术要求。因此，电力拖动被广泛用于冶金、石油、交通、纺织、机械、煤炭、轻工、国防和农业生产等部门，在国民经济中占有重要地位，是社会生产不可缺少的一种传动方式。2023年2月5日4电力拖动的特点特点：由于电能获得方便，使用电动机的设备体积比其他动力装置小,并且没有汽、油等对环境的污染,控制方便，运行性能好，传动效率高，可节省能源等。所以，80％以上的机械设备，小如用步进电机拖动指针跳动的电子手表、大到上万千瓦的大型轧钢机械等都应用电力拖动。80年代，中国生产的电能中约有三分之一用于电力拖动。单个电力拖动装置的功率可以从几毫瓦到几百兆瓦，转速可从每小时几转到每分钟数万转

2023年2月5日5电力拖动的应用-起动三相异步电动机的起动、制动与调速异步电动机的起动起动：电动机接通电源后，转速由零到稳定的动态过程。要求：1.起动电流小；2.起动转矩大；3.起动时间短方法：1.全压(直接)起动；2.降压起动。2023年2月5日6电力拖动的应用-起动异步电动机的起动性能：1.起动电流大的原因当感应电动机处在停止状态时，从电磁的角度看，就象变压器，接到电源去的定子绕组相当于变压器的一次线圈，成闭路的转子绕组相当于变压器被短路的二次线圈；定子绕组和转子绕组间无电的的联系，只有磁的联系，磁通经定子、气隙、转子铁芯成闭路。当合闸瞬间，转子因惯性还未转起来，旋转磁场以最大的切割速度——同步转速切割转子绕组，使转子绕组感应起可能达到的最高的电势，因而，在转子导体中流过很大的电流，这个电流产生抵消定子磁场的磁能，就象变压器二次磁通要抵消一次磁通的作用一样。而定子方面为了维护与该时电源电压相适应的原有磁通，遂自动增加电流。因为此时转子的电流很大，故定子电流也增得很大，甚至高达额定电流的4~7倍，这就是启动电流大的缘由。2023年2月5日7电力拖动的应用-起动2.起动转矩不大的原因启动电流大又导致定子绕组的漏阻抗压降增大，若供电电源容量小，还会导致电源输出电压下降，其结果均使每极气隙磁通量下降，进而引起启动转矩的减小。2023年2月5日8电力拖动的应用-起动鼠笼式异步电动机全压直接起动条件在电源容量允许时，也就是负载在发电机单机容量60%如下的鼠笼式异步电动机通常采用全压起动。2023年2月5日9电力拖动的应用-起动鼠笼式三相异步电动机降压起动

方法：起动时将定子绕组接成Y形，转速升高后再接成△形。2023年2月5日10起动电流和转矩都降低为△形时的1/3电力拖动的应用-起动2023年2月5日11绕线式三相异步电动机起动方法：转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，起动结束。电力拖动的应用-起动软启动

电压由零慢慢提升到额定电压，这样电机在启动过程中的启动电流，就由过去过载冲击电流不可控制变成为可控制。并且可根据需要调节启动电流的大小。电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。这就是软启动2023年2月5日12电力拖动的应用-起动软启动器简介软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转速时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。2023年2月5日13电力拖动的应用-制动电动机自由停车的时间较长，随惯性大小而不同，而某些生产机械要求迅速、准确地停车，如镗床、车床的主电动机需快速停车；起重机为使重物停位准确及现场安全要求，也必须采用快速、可靠的制动方式制动运行状态：产生与转向相反的电磁转矩叫制动制动目的：1.迅速停车；2.减速；3.匀速（不再加速）。2023年2月5日14电力拖动的应用-制动制动方式：1、机械制动：电磁铁制动。2、电气制动：反接、能耗、回馈等三种制动。2023年2月5日15电力拖动的应用-制动一、机械制动当电动机的定子绕组断电后，利用机械装置使电动机立即停转。电磁抱闸制动器2023年2月5日16MZD1系列交流单相制动电磁铁TJ2系列闸瓦制动器电力拖动的应用-制动2023年2月5日17电力拖动的应用-制动2023年2月5日18电力拖动的应用-制动2023年2月5日19电力拖动的应用-制动二、电气制动电动机产生一个和电动机实际旋转方向相反的电磁转矩，使电动机迅速停转。2023年2月5日20电力拖动的应用-制动（一）能耗制动电机在正常运行中，为了迅速停车，不仅断开三相交流电源，还要在定子线圈中接入直流电源，在定子线圈中通入直流电流，形成磁场，转子由于惯性继续旋转切割磁场，而在转子中形成感应电动势和电流，产生的转矩方向与电机的旋转方向相反，产生制动作用，最终使电机停止。

直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。2023年2月5日21电力拖动的应用-制动2023年2月5日22电力拖动的应用-制动（二）反接制动在三相异步电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。反接制动的实质：使电动机欲反转而制动，因此当电动机的转速接近零时，应立即切断反接转制动电源，否则电动机会反转。实际控制中采用速度继电器来自动切除制动电源。2023年2月5日23电力拖动的应用-制动2023年2月5日24电力拖动的应用-制动反接制动注意事项：一般地，速度继电器的释放值调整到90转/分左右，如释放值调整得太大，反接制动不充分；调整得太小，又不能及时断开电源而造成短时反转现象。反接制动制动力强，制动迅速，控制电路简单，设备投资少，但制动准确性差，制动过程中冲击力强烈，易损坏传动部件。因此适用于l0kw以下小容量的电动机制动要求迅速、系统惯性大，不经常启动与制动的设备，如铣床、镗床、中型车床等主轴的制动控制。2023年2月5日25电力拖动的应用-制动（三）回馈制动

分为直流回馈制动和交流回馈制动

交流回馈制动采用的是有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。要实现回馈制动，就必须要将回馈电能进行同频同相控制、回馈电流控制等条件，才能将回馈电能安全送达电网上。2023年2月5日26电力拖动的应用-制动原理

在变频调速系统中，电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的，在变频器频率减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的原因，电动机的转子转速未变，或者说，它的转速变化是有一定时间滞后的，这时会出现实际转速大于给定转速，从而产生电动机反电动势高于变频器直流端电压的情况，这时电动机就变成发电机，非但不消耗电网电能，反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电，这样既有良好的制动效果，又将动能转变化为电能，向电网送电而达到回收能量的效果。2023年2月5日27电力拖动的应用-调速异步电机的调速：由异步电动机的转速公式可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：1）改变转差率调速。（1）转子串电阻（2）改变定子电压2）改变定子极对数调速。（1）可变极的双速绕组（2）多套不同极对数的定子绕组3）改变电源频率调速。2023年2月5日28电力拖动的应用-调速1)改变转差率调速(1)绕线转子串接电阻调速特点：简单，满足多级调速要求，属于有级调速（转速只能逐档变化），调速和起动电阻可共用缺点：RS功耗大，轻载调速范围窄。适用场合：带额定负载起动，如起重设备等。2023年2月5日29电力拖动的应用-调速(2)改变定子电压的调速降压调速属于改变转差率调速。特点：恒转矩型负载调速范围很小，而通风机型负载，调速范围则比较大适用场合：带通风机型负载的电动机2023年2月5日30电力拖动的应用-调速2)变极调速通过改变绕组的连接方式，改变电机的极数，从而获得两种或两种以上转速的分级调速方法。这种调速方法