1、一、概述1、电动机的类型及特点本部分内容可参考：电工学、电机学等书籍。（1）交流电动机异步电动机 原理(复习电工学相关知识)：当一对称的三相电流流入异步电机三相定子绕组时，在气隙中产生旋转磁场，以同步速n1旋转，而转子以而略低于旋转磁场转速n1的转速n旋转，而在闭合的转子中产生感应电流，旋转磁场与转子中的电流相互作用产生电磁转矩。同步转速n1为： （r/min）其中f: 为电流频率。 P: 磁极对数.同步转速: 一对时，其转速为3000r/min，二对时为1500转，三对时为1000转，四对时为750转，而电动机的转速则分别略低于其相应的同步转速pfn/601 特点：结构简单、制造使用维护方便
2、、运行可靠、效率较高、价格较低。但调速和起动性能不佳。 应用：在生产上广泛应用的一种电动机，被广泛应用在金属切削机床、起重机、锻压机、传送机、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。同步电动机 同步电动机是指电动机的转子的转速与旋转磁场转速相同的交流电动机，其转速n与异步电动机的同步转速n1一样。 应用：主要应用于功率较大、不需调速、长期工作的各种生产机械，如压缩机、水泵、通风机等。（2）直流电动机：他激、并激、串激、复激。 具有调速性能好，启动力矩大等特点。 他激电动机的激磁绕组是由外电源供电的，应用较广泛。2、选择原则 满足机电设备的功率、速度、力矩、过载或调整等，在满足使用要求的情况下，尽可
3、能地选用价格比较低的电动机。3、类型选择（1）不可逆式工作制度具有不变的速度 电动机类型：在大型轧机上采用同步电动机，在小型轧机上采用异步电动机。 应用范围：连续式钢坯轧机、线材轧机、窄带钢冷轧机、穿孔机等。具有飞轮的轧机在减速机和电动机之间加有飞轮a、飞轮的作用：轧制时，在冲击负荷作用下拖动系统减速，负载的一部分由飞轮放出贮存的动能来克服，主电机只承担余下的部分。轧件轧出后，负荷突减，主电机带动飞轮加速，飞轮储存能量。b、飞轮的目的：降低轧制时主电机的尖峰负荷，增加空载时的主电机负荷，从而使主电机在整个工作过程中负荷均匀化，以达到按允许过载能力选择较小容量电机的目的。c、电动机类型：异步电动
4、机、有时采用直流复激电动机。d、应用范围：三辊轧机和二辊薄板轧机等。 注意：只有尖峰负荷持续时间小于2-4s，而空载时间较长的情况下，采用飞轮才是经济上合宜的。这种传动系统中通常选用异步电动机，由于电机的转速随负荷的变化而改变，飞轮才能储存或释放能量。不经常调速的长期工作制 电动机类型：直流他激电动机； 应用范围：连续式、半连续式、串列往复式等轧机；经常调速的短期重复工作制 电动机类型：可调节电压的直流他激电动机；应用范围：三辊钢坯轧机和轨梁轧机、连续式冷轧机、轮箍和车轮轧机等。电动机类型：可调节电压的直流他激电动机；应用范围：初轧机、板坯轧机、二辊厚板轧机、二辊和四辊万能轧机、宽带钢冷轧机等
5、。（2）可逆式 虽然轧机的工作制度各不相同，但是主电机容量的计算可按轧制时负荷的特征分成三类。 1、按静负荷图选择主电机的容量 负荷特征：轧制过程中动负荷很小，静负荷变化不大或按一定规律变化。 确定电机容量的考虑因素： 电机的允许过载能力； 电机发热。二、主电机容量的计算主电机的过载按下式校验： 式中 Mmax：电机在轧制中承受的最大转矩； Me：电机的额定转矩； ：电机的允许过载系数，过载系数按下式计算：) 18 . 2(maxemMMm（1）过载校验异步电动机式中Mm：异步电动机的临界转矩。其中电机的额定转矩Me： Me=9550Ne/ne (N.m) （2.8-4） Ne：电机额定功率k
6、W； ne：电机额定转速r/min。Z2型与Z型直流电动机 在额定磁通下， 可选1.5-2.0。轧机专用ZZ型和ZZY型直流电动机与同步电动机 可选2.5-3.0。)28 . 2(/)85. 08 . 0(emmMMmm 当电机温度超过所用绝缘材料的最高允许温度时，绝缘材料的将会老化、变脆，缩短其使用寿命，严重时会烧坏电机，因此必须对电机的发热进行校核。 电机发热常用校核方法为等效法，有等效电流法、等效转矩法、等效功率法，本课程则采用等效转矩法，其计算公式为： MeMdx (2.8-3) （2）发热校核式中 Me：电机的额定转矩其值为： Me=9550Ne/ne (N.m) （2.8-4）其中
7、 Ne：电机额定功率，kW； ne：电机额定转速r/min。电机的等效转矩Mdx：其中 Mi：一个轧制周期中各时间区间的转矩 ti：一个轧制周期中，对应转矩的延续时间。)58 . 2(2iiidxttMM2、可逆工作制主电机容量计算 负荷特征：主电机频繁起动、制动，动负荷较大，因而选择电机容量时要考虑动力矩。 下图是主电机在一个轧制道次中的转矩和转速图。整个轧制过程是：轧辊低速咬入轧件，然后加速，速度达到定值后则等速轧制，轧件轧制结束前降低速度，在低速下抛出轧件。在等速轧制阶段以及加速和减速的部分阶段，电动机的转速已经超过了其基本转速ne。 对可逆工作制主电机容量的选择是考虑动力矩的情况下，校
8、验其电机的过载和发热。从上面静负荷图选择主电机的容量时，可知，各阶段的力矩和时间是主要参数，现分别分析：空载起动咬入加速稳定轧制带料减速制动I：II：III：IV：V：I IIIII IV V 空载起动阶段 该阶段是主电动机由空载转速n0升到轧件咬入时的转速n1。 该阶段所需时间为t1： t1=（n1 n0） /a1 (2.8-6) 式中 a1：起动阶段的电机加速度 该阶段的转矩为 M1： M1M0Md1 (2.8-7) 式中 M0：空载静力矩； Md1：空载起动时的动力矩。（1）各阶段的力矩和时间 该阶段主电动机的转速由咬入时的n1升至稳定轧制速度n2。 该阶段所需时间为t2： t2=(n2
9、-n1)/a2 (2.8-8) 式中 a2：该阶段的主电动机的加速度。 该阶段的转矩为M2： M2MjMd2 (2.8-9) 式中 Mj：轧件咬入后的静力矩； Md2：轧件咬入后的加速动力矩。 咬入轧件后的加速阶段该阶段主电机转速维持n2不变。该阶段所需时间为t3：式中 l：该道次轧件的轧出长度；D：轧辊直径； t4：带料减速阶段的时间。注意：n2与轧辊速度的关系以及单位。该阶段的转矩为M3： M3Mj (2.8-11)108 . 2()22(160432221223tnntnnnDnlt 稳定轧件阶段 该阶段主电机转速由n2降到轧件抛出时的转速n3。 该阶段所需时间为t4： t4=(n2-n
10、3)/b1 (2.8-12) 式中 b1：该阶段主电机的减速度。 该阶段的转矩M4为： M4Mj-Md4 (2.8-13) 式中Md4：轧件抛出时的减速动力矩。 带料减速阶段主电机转速由n3降到零。该阶段所需需时间t5为： t5=n3/b2 (2.8-14)式中b2：制动时主电机的减速度。该阶段的转矩M5为： M5=M0-Md5 (2.8-15)式中Md5：制动时的减速动力矩。根据材料力学知识，上述各式中的动力矩可按下式计算： 式中GD2：主传动系统中所有转动零部件换算到主电机轴上的飞轮力矩； a：加速度或减速度。)198 . 2(2 .382aGDMd 制动阶段 过载校核 各阶段电机的过载校
11、核同前。即(2.8-1)式。 发热校核 在咬入后稳定轧制阶段以及加速阶段与减速阶段的部分区间中，电动机的转速已经超过了其基本转速ne，在校核发热时扭矩应进行修正，修正后的扭矩为：424323222MnnMMnnMMnnMeee(2) 电机容量校核 由前面的可知校核发热时应为：MeMdx， 其中Mdx应按一块坯料在该轧机上轧制所有道次的一个周期计算，即： 式中 M1i：各道次中的起动阶段力矩； t1i：各道次中的起动阶段时间； t0i：各道次的间隙时间。)208 . 2(0210202222121iniiiiininiiiiidxtttttMtMtMtMM（1）预选主电机的额定力矩式中MP：一个
12、工作循环的平衡转矩，其值为：式中 Miti：一个工作周期内折算到主电机轴上的力矩与其相应时间乘积的总和； ti：轧制周期时间。)218 . 2()3 . 11 . 1 (PeMM)228 . 2(iiiPttMM3、带有飞轮的主电机容量计算（2）确定主传动系统的总飞轮力矩（ GD2） 式中 Ne：主电机的额定功率，kW； n0：主电机的同步转速； K：轧机主传动系统的动能A0与主电机额定功率Ne的比值，其值可参考教材P110表2.8-1与表2.8-2选取。)238 . 2(7144202nKNGDe（3）飞轮本体的飞轮力矩式中 GD0：主电机转子的飞轮力矩； ：轧机主传动系统除飞轮外的飞轮力矩
13、。2fGD)248 . 2(22022jfGDGDGDGD2jGD（4）电动机负荷曲线的绘制 带有飞轮的主电机实际负荷曲线是用电机转矩曲线样板在静负荷图上修正得出的，因此，先绘制电机扭矩曲线样板。电机扭矩曲线样板的绘制电机转矩曲线样板如图所示。 样板的直角垂直边是静负荷图中的尖峰（即最大）力矩Mmax,其比例应与静负荷图中的力矩比例一致。样板的直角水平边为时间，其值等于46倍电气机械常数T。样板的曲线部分是用来修正静负荷图的线段，可按下式绘制： 式中 Md：电机轴上的力矩； Mmax：轧制尖峰力矩； t：与负荷相应的持续时间；)258 . 2()1 (maxTtdeMMT：时间常数，异步电机转
14、差调节器动作前后的T值不同：转差调节器动作前为：转差调节器动作后为：式中 Me：主电机的额定力矩；n0：主电机的同步转速； Se：主电机转子接有常接电阻时电动机的额定转差率，一般Se值为0.050.07,常取0.05。 ：主电机转子串接更多外电阻时电动机的转差率，常取0.1。 制作电机转矩曲线样板应按时间常数T和 各做一块，以供不同条件下修正静负荷图用。eeMSnGDT37502eeMSnGDT37502eS电动机负荷曲线的绘制过载与发热校核电机的过载与发热分别根据（2.8-1）式和（2.8-7）式校核。1、交流电动机的变频调速原理 以三相异步电动机为例，讲述交流电动机的变频调速原理。异步电动
15、的转速n可由下式求出： 式中 P：电动机磁极对数； f：交流电源的频率； S：电动机的转差率，S=(n0-n)/n0，n0为电动机旋转磁场的转速，即同步转速，n0=60f/p。) 1 (/ )1 (60PSfn三、交流变频调速电动机简介 因此，对于异步电动机，当负载恒定时，其转速与电源频率成正比。当忽略定子绕组阻抗引起的电压降时，异步电动机绕组中的磁势(反电动势)E与端电压U之间有如下关系：式中 : 气隙磁通； k：其值与绕组匝数有关，对特定电动机k为常数。电动机的电磁转矩为：式中 ：相位角； Cm：与绕组匝数有关，对特定电动机Cm 为常数。)2(44. 4kfEU) 3(cos12mCM 如
16、果电动机端电压U不变，频率f增加时，将使气隙磁通减小，而减小将导致电动机输出转矩下降。相反，当电动机端电压U不变，频率f减小时，将使气隙磁通增加，使电动机输出转矩上升，但增加可能使磁路饱和，激磁电流增大而使铁损增加，严重时可烧毁电动机。 因此，在许多实际应用中，为保持电动机调速时的最大转矩不变，在改变频率以调速的同时，还改变定子端电压以保持恒定的磁通。 为了保持恒定的磁通，只要满足下式即可。 U/f=常数 将工频交流电转换为频率和电压可调的控制系统称为变频器。变频器受控制回路(微电脑等)控制，变形器位于电源与电动机之间，在控制回路的控制下，变频器输出受控电源，使电动机在要求的转速和功率下运行。
17、 变频器的基本结构如图所示，它由稳压器、整流器、滤波器、逆变器和控制回路等部分组成。电源经稳压器稳压并滤除杂波后得到稳定平滑的正弦波电压，然后经整流、滤波变成直流电源，控制回路有规律地控制逆变器的导通和截止，使之向异步电动机输出频率和电压可变的电源，驱动电动机运行。 由上述可知，三相异步电动机变频调速方式是：交流直流三相交流三相异步电动机。与交流电机与直流电机对比 容量能力提高 功率与转速的乘积PNnmax值对直流电机受换向能力限制，极限值一般为3.0106，而5500kW调速同步电机突破了这一极限值，达3.6106，而某2050轧机R3同步电动机的此值已达5.2106，这是直流电动机单机所不
18、能及的。所以说，交流调速电机提高了单机容量。2、特点 动态性能显著提高 GD2/MN比值是影响电动机动态性能的主要参数，GD2/MN比值越小，电机动态性能越好，轧机生产效率超高。在相近转矩条件下，交流变频调速电机比直流电机的GD2/MN比值可降低16%以上。 电机效率提高，节能效果显著。 电机效率可提高6.6%，冷却系统的风机容量和冷却水量减小了约60%。 电动机重量减轻。 单位转矩的重量可减小7%。 占地面积可减小 对大功率的直流电机往往受容量限制，而做成双电枢直流电机，这样交流变频调速电机的占地面积比显著减小。 宝钢三期工程1580热连轧机是国家重大技术装备项目，是我国装备的第一套交流传动
19、系统的热连轧机设备，大电机配套由哈尔滨电机有限责任公司与日本三菱公司合作生产。R1机架传动用2台3500kW同步电动机，F1、F2机架主传动各用1台7000kW同步电动机，F6机架主传动用6000kW同步电动机1台，F7机架用5500kW同步电动机1台。E1剪切机用3台700kW异步电动机，9台电机总容量达34600kW，总重达722 t。这些大电机均系我国当前最大容量等级且具有国际先进水平的大型交流调速电动机。值得一提的是这些电动机由哈尔滨电机公司制造，而其余机架R2、F3、F4、F5则由日本三菱公司制造。3、宝钢应用实例轧机通常由哪几部分组成？请分析各部分的结构与功能。要求：（1）在工作机座部分，应分析其具体结构与功能；（2）第8周5(10月28日)由交。
