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1、2023/11/3,1,电力拖动基础总结,杜少武,2023/11/3,2,第一章 电力拖动系统的动力学基础,运动方程式,单位为kg m2,旋转运动,转动惯量,直线运动,式中：GD2=4gJ 称为飞轮惯量（N m2）。,2023/11/3,3,第一章 电力拖动系统的动力学基础,运动方程式中转矩的符号运动方程式的一般形式,规定某一转动方向为参考（正）方向，电磁转矩T：与参考方向一致取正，反之取负；阻转矩Tz：与参考方向一致取负，反之取正。,2023/11/3,4,第一章 电力拖动系统的动力学基础,工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算工作机构转矩T的折算折算的原则是系统的传送功率不变,传动机构与工作
2、机构飞轮惯量折算折算的原则是转动惯量JZ中及质量mZ 中储存的动能相等,2023/11/3,5,第一章 电力拖动系统的动力学基础,生产机械的负载转矩特性定义：在运动方程式中，阻转矩（或称负载转矩）Tz 与转速n 的关系Tz=f(n)即为生产机械的负载转矩特性。分类大多数生产机械的负载转矩特性可归纳为三种类型：恒转矩负载、风机负载、恒功率负载。,2023/11/3,6,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的机械特性机械特性方程式直流电动机的几个基本方程式,机械特性方程式,2023/11/3,7,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的机械特性固有机械特性与人为机械特性,2023/1
3、1/3,8,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的起动直流电动机起动时的过渡过程,2023/11/3,9,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动分类机械制动 电磁制动器，即机械抱闸；电气制动 能耗制动、反接制动、回馈制动（再生制动）,能耗制动,2023/11/3,10,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,能耗制动,2023/11/3,11,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,反接制动转速反向的反接制动,2023/11/3,12,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,反接制动电枢反接的反接制动,2023/11/3,13,第二章 直
4、流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,反接制动电枢反接时反接制动的过渡过程,2023/11/3,14,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的制动,回馈制动,位能负载拖动电动机,他励电动机改变电枢电压调速,2023/11/3,15,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的调速,调速方法机械、电气、机械电器配合,电气方法改变电枢供电电压、改变励磁、改变电枢回路电阻,2023/11/3,16,第二章 直流电动机的电力拖动,他励直流电动机的调速,调速时的技术指标,调速范围D,静差率d（或称相对稳定性）,调速范围D与静差率d之间的关系,平滑性,调速时的容许输出容许输出是指电动机在得到充
5、分利用的情况下，在调速过程中轴上所能输出的功率和转矩,2023/11/3,17,第二章 直流电动机的电力拖动,过渡过程能量损耗,空载起动,空载能耗制动,空载反接制动,空载反转过程,减少过渡过程能量损耗方法减少系统动能储存量JW0/2电枢设计成细而长的形状采用双电动机拖动合理选择起、制动方式起动时，逐级改变加在电动机上的电压制动时，若不能采用回馈制动应尽量采用能耗制动,2023/11/3,18,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机机械特性的三种表达式,物理表达式,2023/11/3,19,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机机械特性的三种表达式
6、,参数表达式,通常,2023/11/3,20,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机机械特性的三种表达式,实用表达式,忽略R1，则,2023/11/3,21,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性,固有机械特性,几个特殊运行点,1）起始点A，特点：n=0（s=1），T=Tst，I1st=（47）IN；2）额定工作点B，特点：n=nN（s=sN），T=TN，I1=IN；3）同步转速点H，特点：n=n0（s=0），T=0，I1=I0；4）最大转矩点P和P电动状态最大转矩点P，特点：T=Tm，s=sm，对应书中式(10-16)
7、、(10-17)中的正号；回馈制动最大转矩点P，特点：T=Tm，s=sm，对应书中式(10-16)、(10-17)中的负号。,2023/11/3,22,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性,人为机械特性,降低 Ux时的人为机械特性,当降低Ux时，Tm，Tst与Ux2成正比，sm与Ux无关。,2023/11/3,23,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性,人为机械特性,转子回路串联对称电阻时的人为机械特性,R2增大时，n0，Tm不变，sm增大，Tst一开始增大，当增大到Tst=Tm后Tst开始
8、减小。,2023/11/3,24,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性,人为机械特性,定子回路串联对称电抗时的人为机械特性,X1增大时，n0不变，Tm、sm、Tst随X1的增大而减小。,2023/11/3,25,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性,人为机械特性,定子回路串联对称电阻时的人为机械特性,R1增大时，n0不变，Tm、sm、Tst随X1的增大而减小，与定子回路串对称电抗相似。,2023/11/3,26,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机固有机械特性与人为
9、机械特性,人为机械特性,转子回路接入并联电抗时的人为机械特性,起动初期，转子频率相当大，电抗器的感抗Xst=2psf1Lst较大，转子电流的大部分将流过电阻Rst，这时相当于转子串电阻起动。随着起动过程的进行，sf1或Xst越来越小，起动结束时，Xst很小，几乎将Rst短接。,2023/11/3,27,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机各种运转状态,电动运转状态,电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同，机械特性落在第一与第三象限。电动状态时，电动机从电网吸收电能，转换成机械能带动负载。,2023/11/3,28,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运
10、转状态,三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,这时，nn0，转差率s为：,回馈制动,2023/11/3,29,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,这时转差率s为：,反接制动转速反向的反接制动,2023/11/3,30,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机各种运转状态,这时转差率s为：,反接制动定子两相反接的反接制动,制动运转状态,2023/11/3,31,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,三相异步电动机各种运转状态,能耗制动,能耗制动的优点：改变转子电阻或通入定子的直流励磁均可调节制动转矩；当电动
11、机转速下降到零时，制动转矩亦下降到零，使生产机械准确停车；常用于矿井提升及起重运输等生产机械。,制动运转状态,2023/11/3,32,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,根据异步电动机的技术数据计算其参数,异步电动机的技术数据,一般可查到下列技术数据：,1）额定功率 PN（kW）；2）额定定子线电压 U1N（V）；3）额定定子线电流 I1N（A）；4）额定转速nN（r/min）；5）额定效率 h；6）定子额定功率因数cosj1N；7）过载倍数KT，KT=Tm/TN；8）飞轮惯量GD2（Nm2）；9）对于绕线转子异步电动机，还给出两个转子数据，即 a）转子额定线电动势E2N（V）；
12、b）转子额定线电流I2N（A）。10）对于笼型异步电动机，没有转子数据，但给出下列两个数据 a）起动转矩倍数 Kst，Kst=Tst/TN；b）起动电流倍数K1，K1=I1st/I1N。,2023/11/3,33,根据异步电动机的技术数据计算其参数,异步电动机的参数计算,额定转矩TN（Nm）,最大转矩Tm（Nm）,绕线转子每相绕组电阻R2（W）,定子绕组每相电阻R1,定子D型接法,临界转差率,定子Y型接法,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,2023/11/3,34,第三章 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态,根据异步电动机的技术数据计算其参数,异步电动机的参数计算,总电抗X，
13、X=X1+X2,定子电抗X1及转子电抗X2,转子绕组每相电阻折算值R2还有其它计算公式,空载电流I0,其中,励磁电抗X0,定子D型接法,定子Y型接法,2023/11/3,35,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动,直接起动一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求的，电动机也可允许直接起动。,2023/11/3,36,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动,降压起动定子串电
14、阻或电抗降压起动,2023/11/3,37,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动,降压起动自耦补偿起动,通过自耦变压器，从电网吸取的电流为,2023/11/3,38,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动,降压起动星形/三角形（Y/D）降压起动,降压起动延边三角形降压起动,2023/11/3,39,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,笼型异步电动机起动方法直接起动、降压起动、软启动,软起动,软起动器分为磁控式与电
15、子式两种，目前主要使用电子式软起动器。电子式软起动器的五种启动方法：1）限流或恒流起动方法；2）斜坡电压起动法；3）转矩控制起动法；4）转矩加脉冲突跳控制起动法；5）电压控制起动法,2023/11/3,40,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机起动方法,绕线式异步电动机起动方法,转子串电阻,转子串频敏变阻器电动机起动时s=1，转子频率较高，f2=sf1=50Hz，这时频敏变阻器内与频率平方成正比的涡流损耗较大，等效电阻Rm也较大，起到限制起动电流的作用。,2023/11/3,41,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,改善起动性能的三相异步电动机,深槽异步电动机,双
16、笼型异步电动机,2023/11/3,42,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,笼型异步电动机定子对称起动电阻计算,设全压直接起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别为I1st，Tst；定子串电阻起动时，电动机的起动电流 和起动转矩分别I1st，Tst,考虑TstI21st，则，a2=b,2023/11/3,43,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,笼型异步电动机定子对称起动电阻计算,定子绕组为星形接法时,定子绕组为三角形接法时,一般情况下，按电动机的平均数值可令,则,2023/11/3,44,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的
17、计算,图解解析法,2023/11/3,45,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算,解析法,令,2023/11/3,46,第四章 三相异步电动机的起动及起动设备的计算,异步电动机过渡过程的能量损耗,异步电动机过渡过程能量损耗的一般公式,空载起动,空载反接制动,空载能耗制动,2023/11/3,47,第五章 三相异步电动机的调速,异步电动机转速表达式,变极调速,YYY时,DYY时,2023/11/3,48,第五章 三相异步电动机的调速,f1较高时，可忽略R1，则,变频调速,2023/11/3,49,第五章 三相异步电动机的调速,能耗转差调速转子串电
18、阻调速,2023/11/3,50,第五章 三相异步电动机的调速,滑差电动机调速,改变定子电压调速,能耗转差调速,2023/11/3,51,第五章 三相异步电动机的调速,引入与sE2同相的Ef,引入与sE2反相的Ef,能耗转差调速串级调速绕线异步电动机与其他电动机或电子设备串级联接以实现平滑调速，称为串级调速。,2023/11/3,52,第五章 三相异步电动机的调速,引入超前sE2某一角度q的Ef，即可调速，又可以提高异步电动机功率因数,能耗转差调速串级调速,2023/11/3,53,第五章 三相异步电动机的调速,能耗转差调速晶闸管串级调速系统,2023/11/3,54,第六章 多电动机拖动系统
19、,硬轴联结的双电动机拖动系统,他励直流电动机的双机拖动,2023/11/3,55,第六章 多电动机拖动系统,硬轴联结的双电动机拖动系统,交流异步电动机的双机拖动,M1电动状态时的机械特性,M2能耗制动时的机械特性,合成机械特性,2023/11/3,56,第六章 多电动机拖动系统,硬轴联结的双电动机拖动系统,交流异步电动机的双机拖动,M1电动状态时的机械特性,M2反接制动时的机械特性,合成机械特性,2023/11/3,57,第六章 多电动机拖动系统,同步旋转系统（电轴系统）,辅助异步电动机顺着定子磁场旋转M1重载、M2轻载时,具有辅助电动机的电轴系统,2023/11/3,58,第六章 多电动机拖
20、动系统,同步旋转系统（电轴系统）,具有辅助电动机的电轴系统,辅助异步电动机逆着定子磁场旋转M1重载、M2轻载时,2023/11/3,59,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机发热过程,设电动机的热容为C（电动机温度升高1C所需的热量），A=aS为电动机的散热系数（其中S为散热表面积，a为传热系数，即温度升高1C时，每秒钟向单位面积上散发的热量）则电动机的热平衡方程式为,令,2023/11/3,60,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机发热过程,若发热过程从周围介质温度开始，即tQ0，则,t,t,0,tW,tQ,2023/11/3,61,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机冷却过程,若电网断开后，DP=F=0，即tW=0，则,冷却过程温升变化规律方程式为：,t,t,0,tW,tQ,2023/11/3,62,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机工作制分类,连续工作制,短时工作制,2023/11/3,63,第七章 电力拖动系统电动机的选择,电动机的发热与冷却及电动机的工作制,电动机工作制分类,断续周期工作制,连续周期工作制,
